【壓縮機(jī)網(wǎng)】用戶使用端的壓縮空氣含水量的多少應(yīng)根據(jù)用戶對(duì)壓縮空氣的品質(zhì)需求來(lái)確定。由于大氣經(jīng)過(guò)空壓機(jī)壓縮為壓縮空氣,空壓機(jī)出口溫度一般為:環(huán)境溫度+10~20℃(風(fēng)冷),環(huán)境溫度+8~15℃(水冷),一般來(lái)說(shuō)其壓力露點(diǎn)溫度都會(huì)在40~50℃,但在氣體輸送過(guò)程中(特別是管道較長(zhǎng)或環(huán)境溫度較低)會(huì)降溫向環(huán)境溫度靠攏,此時(shí)就會(huì)不斷有水析出,影響客戶的使用。
用戶對(duì)壓縮空氣含水量要求:壓力露點(diǎn)≤0℃時(shí),則干燥器選用吸干機(jī)。見(jiàn)下表中壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)在Class3以下。
下面我們通過(guò)十圖十解來(lái)了解市場(chǎng)上最常見(jiàn)和最實(shí)用的吸干機(jī)知識(shí)。
圖解一:吸干機(jī)為什么叫XX熱再生吸干機(jī)?
吸干機(jī)的原理:當(dāng)壓縮空氣通過(guò)吸干機(jī)時(shí),工作塔內(nèi)的吸附劑將壓縮空氣中的水蒸氣吸附,除去壓縮空氣中的水分,從而達(dá)到壓縮空氣干燥的目的。同時(shí),再生塔內(nèi)的吸附劑需要脫附(再生),從而實(shí)現(xiàn)切換時(shí)可以繼續(xù)吸附(工作)。
吸干劑在吸附時(shí)是內(nèi)能減少的過(guò)程,不但不需要外界能量,而且還以放熱的形式向外輸送能量。因此,任何形式的吸干機(jī)吸附過(guò)程均無(wú)需氣或熱介入。
吸干劑在再生時(shí)是內(nèi)能增加的過(guò)程,因此,需要外界能量補(bǔ)充,通常需要提高溫度或降低水分壓力進(jìn)行再生。因此,無(wú)熱再生需要消耗成品氣來(lái)再生吸附劑,微熱再生耗電耗氣來(lái)再生吸附劑,鼓風(fēng)熱再生耗電來(lái)再生吸附劑,壓縮熱再生耗熱來(lái)再生吸附劑。
無(wú)論是無(wú)熱、微熱、鼓風(fēng)熱還是壓縮熱再生式吸干機(jī)(見(jiàn)圖解一),區(qū)別在于再生方式不同,而吸附過(guò)程類(lèi)似。(見(jiàn)圖解一右上):當(dāng)工作塔出口區(qū)域吸附劑的吸附量與壓縮空氣出口含水量達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡后,吸附劑對(duì)壓縮空氣失去了干燥能力,此時(shí)需要再生了。
吸干機(jī)的露點(diǎn)深度取決于再生,就像挖坑種樹(shù)一樣,(見(jiàn)圖解一左上),坑挖得越深(消耗再生能量越多),樹(shù)長(zhǎng)得越大(露點(diǎn)越低)。所以工作流程和周期是關(guān)鍵,吸干機(jī)的干燥能力在理論上取決于再生能力, 所以,吸干機(jī)根據(jù)再生原理和流程,僅消耗一定量成品氣再生吸附劑的吸干機(jī)叫無(wú)熱再生式吸干機(jī),消耗一定量成品氣及電量來(lái)再生吸附劑叫微熱再生式吸干機(jī),消耗一定量環(huán)境氣體氣及電量來(lái)再生吸附劑叫鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī),利用壓縮機(jī)余熱來(lái)再生吸附劑叫壓縮熱再生式吸干機(jī)。
圖解二:吸干機(jī)是如何工作的?
吸干機(jī)通常需要兩個(gè)塔體或空間:當(dāng)一個(gè)塔體吸附的時(shí)候,另一個(gè)塔體再生;(見(jiàn)圖解二下)
吸附劑工作的時(shí)候,吸附和解析不是絕對(duì)的,而是同時(shí)在進(jìn)行(并不是吸附時(shí)不解析,也不是解析時(shí)不吸附),只是他們工作時(shí)的速率不一樣。(見(jiàn)圖解二上)
根據(jù)吸附劑這樣的特性,吸干機(jī)工作主要有三個(gè)步驟:吸附、再生和吹冷切換。
吸附過(guò)程:(見(jiàn)a)由于壓縮空氣相對(duì)濕度高,而吸附劑相對(duì)濕度低,此時(shí),吸附速率>解析速率。吸附劑不斷吸附壓縮空氣水分,使得壓縮空氣獲得干燥。
解析過(guò)程:(見(jiàn)b)吸附劑相對(duì)濕度高,通過(guò)對(duì)再生氣體加熱、降壓等方式使吸附劑濕度不斷降低,此時(shí),解析速率>吸附速率。達(dá)到吸附劑再生目的。
吹冷切換過(guò)程:(見(jiàn)c)當(dāng)解析速率=吸附速率時(shí),吸附劑的相對(duì)濕度達(dá)到飽和(既不能吸附,也不能再生),工作塔準(zhǔn)備切換了,切換前先把再生塔體溫度降低到室溫,這是吹冷的過(guò)程。
圖解三:什么情況下用分子篩比氧化鋁效果好?
吸干機(jī)的干燥效果(露點(diǎn))需要通過(guò)吸附劑吸附壓縮空氣中的水分來(lái)實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于一定量的吸附劑,其吸附容量越大,吸附效果就越好。
很多朋友認(rèn)為,分子篩吸附效果一定比活性氧化鋁好!是不是這樣呢?
我們看看圖解三,在相對(duì)濕度60%以上時(shí),活性氧化鋁的吸附能力強(qiáng)于分子篩,在相對(duì)濕度低于50%,分子篩的吸附能力強(qiáng)于活性氧化鋁。
由于壓縮空氣進(jìn)入吸干機(jī)的相對(duì)濕度基本在100%,因此工作塔進(jìn)口位置使用活性氧化鋁可以提高吸附劑的吸附效率;
壓縮空氣進(jìn)入工作塔中段后,由于壓縮空氣的相對(duì)濕度不斷降低,活性氧化鋁的吸附能力也在不斷下降。
當(dāng)相對(duì)濕度低于50%的時(shí)候,如果使用分子篩吸附,既能保障吸附效果,又可以減少填充量。
因此,在低露點(diǎn)要求的吸干機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),往往是氧化鋁和分子篩一起使用,即2/3的氧化鋁填充在塔體的進(jìn)氣口處,1/3的分子篩填充在塔體的排氣口。
圖解四:為什么高溫加熱再生吸干機(jī)需要分子篩?
我們經(jīng)常提到壓縮空氣品質(zhì)與節(jié)能是客戶的需求,高品質(zhì)的壓縮空氣是需要付出代價(jià)的。
前面我們講到:吸干機(jī)的吸附是一個(gè)放熱的過(guò)程,不需要消耗能量;而再生則是吸熱過(guò)程,需要耗氣或耗熱。同時(shí)再生程度越好,吸干機(jī)的露點(diǎn)才能越低。因此對(duì)于大流量、低露點(diǎn)壓縮空氣的需求,無(wú)論是耗氣的無(wú)熱再生還是耗電耗氣的微熱再生吸干機(jī)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能,需要高溫加熱再生吸干機(jī)。
再生時(shí),加熱溫度越高,再生就越徹底。
從圖解四上看,硅膠、活性氧化鋁、分子篩這三種吸附劑。分子篩耐熱溫度是最高的,非常有利于吸干機(jī)追求低露點(diǎn)時(shí)的高溫再生流程。
在相同進(jìn)氣條件下,分子篩具有以下三點(diǎn)優(yōu)勢(shì):
1.分子篩是唯一高溫可用的吸附劑,在1.3% 相對(duì)濕度時(shí)比相同條件下的氧化鋁吸附能力大10倍,比硅膠大20倍。
2.分子篩在深度吸附時(shí)可以使壓縮空氣中的殘留水分做到只有1~3ppm。
3.再生溫度越高,再生效果越好(種樹(shù)的坑挖得越深)。分子篩的再生溫度200-250℃;氧化鋁的再生溫度160-190℃;硅鋁膠的再生溫度120-130℃。
因此,再生塔需要250℃高溫加熱時(shí),吸干機(jī)需要分子篩。
圖解五:吸干機(jī)設(shè)計(jì)理論的依據(jù)是什么?
吸干機(jī)通常比冷干機(jī)貴,不僅是因?yàn)楦稍餁怏w后的含水量更少、制造成本更高,同時(shí)也是因?yàn)槲蓹C(jī)的設(shè)計(jì)更難。
吸干機(jī)的干燥原理與冷干機(jī)完全不同。吸干機(jī)是利用吸附劑吸附水的物理特性來(lái)干燥壓縮空氣,而冷干機(jī)是通過(guò)降低壓縮空氣的溫度可以使空氣含濕量降低而獲得干燥。
吸干機(jī)干燥效果與吸附劑的吸附量有關(guān),而吸附量的大小與吸附劑及吸附質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓力等因素有關(guān)。
對(duì)于特定的吸附劑與吸附質(zhì),吸附量X與壓力p、溫度T可用圖上公式來(lái)表示:
X=f(T,p)
上式中有三個(gè)變量(X、T、p),固定一個(gè)變量,研究其它兩個(gè)變量之間的關(guān)系所得到的曲線稱(chēng)為吸附熱力學(xué)曲線。
吸干機(jī)設(shè)計(jì)理論依據(jù)來(lái)自于三條吸附熱力學(xué)曲線。見(jiàn)圖中a等溫吸附曲線;b等壓吸附曲線;c等量吸附曲線。
1.等溫吸附曲線(圖a):溫度T是常數(shù)時(shí),壓力越大,吸附量越大;反之,壓力越小,解析量越大。
如無(wú)熱再生式吸干機(jī),吸附塔內(nèi)壓力高,在吸附時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量大。而再生塔的壓力低,再生時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量小。通常我們稱(chēng)為變壓吸附。
2.等壓吸附曲線(圖b):壓力P是常數(shù)時(shí),溫度越低,吸附量越大;反之,溫度越高,解析量越大。
如微熱再生式吸干機(jī),吸附塔內(nèi)溫度低,在吸附時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量大。而再生塔的溫度高,再生時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量小。通常我們稱(chēng)為變溫吸附。
3.等量吸附曲線(圖c):吸附或再生量是常數(shù)時(shí),溫度越高,水分壓越大;反之,溫度越低,水分壓越小。
如鼓風(fēng)加熱再生式吸干機(jī),吸附塔內(nèi)壓力高、溫度低,在吸附時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量大。而再生塔的壓力低、溫度高,再生時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量小。通常我們?yōu)榱俗屢欢康奈絼┰诠ぷ鲿r(shí),既能達(dá)到我們需要的壓縮空氣露點(diǎn),又能通過(guò)提高解析條件達(dá)到徹底再生,此時(shí)我們需要等量吸附。
圖解六:等溫吸附曲線是什么類(lèi)型吸干機(jī)的理論基礎(chǔ)?
無(wú)熱再生式吸干機(jī)的設(shè)計(jì)原理主要參考“等溫吸附曲線”理論。由于無(wú)熱再生式吸干機(jī)工作時(shí)(吸附和再生)均沒(méi)有外界能量輸入,吸附時(shí)主要是通過(guò)提高進(jìn)氣相對(duì)濕度來(lái)提高吸附劑的吸附能力;同時(shí)再生時(shí)利用一部分相對(duì)濕度低的成品氣體降壓來(lái)降低吸附劑的水分壓,并且利用儲(chǔ)存在吸附劑內(nèi)的吸附熱的方式,對(duì)吸附劑進(jìn)行解析。
我們先看圖解六左圖的圖a,工作壓力增加,吸附劑的吸附量也增加(各種吸附劑的吸附量及增加率有大有小),這就是在吸附過(guò)程希望得到的結(jié)果。反之,工作壓力下降,吸附劑的吸附量也減少(各種吸附劑的吸附量及減少率有大有小),這就是利用這樣的特性達(dá)到解析的目的。
我們?cè)倏磮D解六左圖的圖b,在相同壓力下,溫度越低,吸附量越高;同一個(gè)溫度下,壓力越高,吸附量越高。反之,溫度越高,吸附量越低,解析越容易。
這就是為什么無(wú)熱再生式吸干機(jī)的工作周期短的原因,因?yàn)闊o(wú)熱再生式吸干機(jī)在吸附時(shí)放熱,熱量堆積會(huì)使吸附劑床身溫度上升,影響吸附效果。同時(shí),解析時(shí)吸熱,由于無(wú)熱再生式吸干機(jī)沒(méi)有外在能量介入,吸附時(shí)堆積的吸附熱對(duì)于吸附劑解析來(lái)說(shuō)又是難能可貴的,因此,工作周期設(shè)置為10分鐘。
由于無(wú)熱再生式吸干機(jī)的再生需要消耗一定量成品氣,因此,再生氣體多了,壓縮空氣系統(tǒng)耗能增加;如果再生氣體量不夠,又會(huì)影響露點(diǎn)溫度。
我們?cè)倏磮D解六右圖,在不同工作壓力下,理論計(jì)算所需的再生耗氣量差別。
1.工作壓力在6bar(a)時(shí):通過(guò)理論計(jì)算,所需耗氣量在25%。
2.工作壓力在15bar(a)時(shí):通過(guò)理論計(jì)算,所需耗氣量在10%。
因此吸附塔與再生塔的壓力差越大,所需的耗氣量越小!
圖解七:等壓吸附曲線是什么類(lèi)型吸干機(jī)的理論基礎(chǔ)?
微熱再生式吸干機(jī)主要參考“等壓吸附線”理論,吸附劑的解析時(shí)有一定的外界輸入能量(電加熱)可以降低一定的再生氣量,主要是通過(guò)提高再生氣溫度和降低水分壓的方式進(jìn)行解析。
我們先看圖解七左圖,相同壓力下,吸附劑吸附量與溫度的關(guān)系。
前面我們說(shuō)過(guò),吸附與解析是同時(shí)進(jìn)行的,就看他們的工作速率誰(shuí)大,誰(shuí)就主導(dǎo)過(guò)程。當(dāng)再生塔工作時(shí),我們需要解析的速率越大越好。因此在圖上我們可以看到,隨著溫度升高,吸附量逐步減少,也就是再生量增大。因此相對(duì)于無(wú)熱再生式吸干機(jī)來(lái)說(shuō),微熱再生式吸干機(jī)再生壓力沒(méi)有變化,而再生溫度卻提高了很多,通過(guò)消耗電(加熱),可以減少再生氣體的耗氣量。
我們?cè)倏磮D解七右圖,在8bar(a)工作壓力下,理論計(jì)算所需的再生耗氣量。
通過(guò)理論計(jì)算,所需耗氣量在9.8%。
因此通過(guò)對(duì)再生塔的加溫,可以使再生量增加,微熱再生式吸干機(jī)所需的耗氣量比無(wú)熱再生式吸干機(jī)要小!
圖解八:等量吸附曲線是什么類(lèi)型吸干機(jī)的理論基礎(chǔ)?
鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)主要參考“等量吸附線”理論,吸附劑的解析利用鼓風(fēng)機(jī)抽取環(huán)境空氣代替昂貴的成品氣,并通過(guò)外界輸入能量(電加熱),提高再生氣溫度和降低再生水分壓的方式進(jìn)行解析,少量成品氣經(jīng)節(jié)流后利用再生塔吸附劑床層余熱二次再生并吹冷,使吸附劑恢復(fù)活性。
我們先看圖解八左圖的等量吸附曲線,揭示了吸附量、壓力及溫度的關(guān)系。
相同吸附量下:
1)溫度越低,水分壓力越低(獲得露點(diǎn)低)(吹冷過(guò)程);
2)相同溫度下,壓力越高,吸附量越高。(吸附過(guò)程);
3)相同壓力下,要想再生量大,溫度需要越高。(再生過(guò)程)。
鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)通常工作周期為8小時(shí),吸附過(guò)程與無(wú)熱再生式和微熱再生式吸干機(jī)原理是一樣的,但再生方式不一樣。
我們?cè)倏磮D解八右圖,鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)由于再生氣來(lái)自大氣環(huán)境,這就大大減少對(duì)成品氣的需要。通過(guò)對(duì)大氣進(jìn)行加熱,可以降低再生氣體的濕度,使得再生塔內(nèi)的吸附速率降低,而再生速率提高,只要達(dá)到一定的高溫,再生塔內(nèi)的吸附劑可以徹底再生。但是在塔體切換前必須要吹冷。這時(shí)需要消耗成品氣來(lái)吹冷和深度再生。
在8bar(a)工作壓力下,通過(guò)理論計(jì)算,鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)所需耗氣量在3.8%。
零氣耗鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)的吸附和再生流程沒(méi)有變化,不同的是吹冷過(guò)程,利用冷卻器把吹冷氣(從大氣取)進(jìn)行冷卻,降低吹冷氣體相對(duì)濕度和溫度達(dá)到對(duì)再生塔吸附劑吹冷,從而節(jié)省了成品壓縮空氣。零氣耗鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)并非完全不用成品氣,在吹冷結(jié)束前還是需要一點(diǎn)成品氣(1%左右)對(duì)再生塔進(jìn)行吹掃,使吸附劑能再生完全。但不到1%耗氣量可以忽略不記,因此稱(chēng)為零耗氣。
圖解九:怎樣知道吸干機(jī)是不是copy?
前面圖一講過(guò):無(wú)論什么形式的吸干機(jī),其吸附機(jī)理都是一樣的,只是再生方式不同而已。
我們?cè)谠O(shè)計(jì)吸干機(jī)的時(shí)候一定需要計(jì)算接觸時(shí)間,如果設(shè)計(jì)人員沒(méi)有經(jīng)過(guò)對(duì)接觸時(shí)間的計(jì)算,吸干機(jī)肯定是copy的。
接觸時(shí)間就是壓縮空氣與吸附劑接觸的時(shí)間,它決定了工作塔內(nèi)吸附劑床層高度及壓縮空氣在工作塔的流速,接觸的時(shí)間越長(zhǎng),壓縮空氣的干燥度越高。
圖解九上圖是吸干機(jī)進(jìn)氣含水量、出口露點(diǎn)與接觸時(shí)間的關(guān)系圖。可以看出:
1)相同的進(jìn)氣含水量(假設(shè)20g/m3),看紅線,接觸時(shí)間越長(zhǎng),壓縮空氣露點(diǎn)越低;
2)相同的出口露點(diǎn)(假設(shè)-64℃),看黃線,進(jìn)氣含水量越高,需要的接觸時(shí)間越長(zhǎng);
3)相同的接觸時(shí)間(假設(shè)4.55s),看最上面的曲線,進(jìn)氣含水量越高,出口露點(diǎn)越高。
通常在吸干機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),接觸時(shí)間一般選擇4~8s,分子篩選擇3~5s,氧化鋁選擇6~8s。
作為吸干機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),先計(jì)算接觸時(shí)間,再校核其他參數(shù),再計(jì)算,再校核,不斷接近最佳參數(shù),才能得到理想的吸干機(jī)。
沒(méi)有經(jīng)過(guò)對(duì)接觸時(shí)間的計(jì)算造出來(lái)的吸干機(jī),肯定是COPY的。
圖解十:對(duì)于吸干機(jī)節(jié)能,為什么說(shuō)再生能用電就不用氣?
壓縮空氣的品質(zhì)要求越高,付出的代價(jià)就越高。這不僅是指設(shè)備的采購(gòu)成本,而且包括設(shè)備的使用成本更高。
前面我們說(shuō)過(guò),吸附過(guò)程不需要外界能量輸入,而再生過(guò)程和吹冷過(guò)程則需要消耗氣或熱。因此吸干機(jī)耗能主要在再生過(guò)程和吹冷過(guò)程。
我們先看圖解十左圖,有三條能耗曲線分別代表了在市場(chǎng)上用量最多的三種吸干機(jī)單位成品氣電耗。其中能耗最高的為無(wú)熱再生式吸干機(jī)、其次為微熱再生式吸干機(jī),最低為鼓風(fēng)加熱再生式吸干機(jī)。
大氣變成壓縮空氣需要耗電能且電能的利用率不到20%,如果再生或吹冷時(shí)使用了壓縮空氣成品氣,成品氣的成本不僅需要耗電壓縮,也需要耗電加熱,此時(shí)使用成品氣再生越多,越耗能。這就是在空壓機(jī)站設(shè)計(jì)手冊(cè)中提出了當(dāng)需要吸干機(jī)時(shí),單臺(tái)無(wú)熱再生式吸干機(jī)處理量大于20m3/min時(shí)不建議選用。
我們?cè)倏磮D解十右圖,是市場(chǎng)上用量常見(jiàn)的四種吸干機(jī)再生能耗比較:依次是無(wú)熱再生式吸干機(jī)、微熱再生式吸干機(jī)、鼓風(fēng)加熱再生式吸干機(jī)(氣耗)、鼓風(fēng)加熱再生式吸干機(jī)(零氣耗)。黃色部分代表消耗成品壓縮空氣,藍(lán)色部分代表消耗電(加熱)。
整體耗能(看柱子的高度)是:無(wú)熱再生>微加熱再生>鼓風(fēng)熱再生(氣耗)>鼓風(fēng)熱再生(零氣耗);由于無(wú)熱和微熱再生時(shí)都使用了成品壓縮空氣,耗氣量分別是15~25%和8~12%,把壓縮空氣折算為電耗的話,無(wú)熱再生式吸干機(jī)整體耗能比微熱再生式吸干機(jī)高。
鼓風(fēng)熱再生時(shí)不需要成品氣,只需要耗電鼓風(fēng)和加熱。如果使用零氣耗鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)把吹冷耗成品氣也省掉的話,耗能最低。
所以從吸干機(jī)的再生能耗來(lái)看,用電就不用氣(如微熱再生式吸干機(jī)比無(wú)熱再生式吸干機(jī)節(jié)能),能用大氣就不用成品氣是空壓系統(tǒng)節(jié)能的最有效的方法之一(如鼓風(fēng)熱再生式干燥器)。
作者注:“吸干機(jī)技術(shù)圖解”是上善氣體工作室最新課題“壓縮空氣應(yīng)用百圖百解”中的一部分內(nèi)容。更多壓縮空氣吸干機(jī)技術(shù)知識(shí),可以看看專(zhuān)業(yè)書(shū)籍《干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用》。
來(lái)源:本站原創(chuàng)
【壓縮機(jī)網(wǎng)】用戶使用端的壓縮空氣含水量的多少應(yīng)根據(jù)用戶對(duì)壓縮空氣的品質(zhì)需求來(lái)確定。由于大氣經(jīng)過(guò)空壓機(jī)壓縮為壓縮空氣,空壓機(jī)出口溫度一般為:環(huán)境溫度+10~20℃(風(fēng)冷),環(huán)境溫度+8~15℃(水冷),一般來(lái)說(shuō)其壓力露點(diǎn)溫度都會(huì)在40~50℃,但在氣體輸送過(guò)程中(特別是管道較長(zhǎng)或環(huán)境溫度較低)會(huì)降溫向環(huán)境溫度靠攏,此時(shí)就會(huì)不斷有水析出,影響客戶的使用。
用戶對(duì)壓縮空氣含水量要求:壓力露點(diǎn)≤0℃時(shí),則干燥器選用吸干機(jī)。見(jiàn)下表中壓縮空氣質(zhì)量等級(jí)在Class3以下。
下面我們通過(guò)十圖十解來(lái)了解市場(chǎng)上最常見(jiàn)和最實(shí)用的吸干機(jī)知識(shí)。
圖解一:吸干機(jī)為什么叫XX熱再生吸干機(jī)?
吸干機(jī)的原理:當(dāng)壓縮空氣通過(guò)吸干機(jī)時(shí),工作塔內(nèi)的吸附劑將壓縮空氣中的水蒸氣吸附,除去壓縮空氣中的水分,從而達(dá)到壓縮空氣干燥的目的。同時(shí),再生塔內(nèi)的吸附劑需要脫附(再生),從而實(shí)現(xiàn)切換時(shí)可以繼續(xù)吸附(工作)。
吸干劑在吸附時(shí)是內(nèi)能減少的過(guò)程,不但不需要外界能量,而且還以放熱的形式向外輸送能量。因此,任何形式的吸干機(jī)吸附過(guò)程均無(wú)需氣或熱介入。
吸干劑在再生時(shí)是內(nèi)能增加的過(guò)程,因此,需要外界能量補(bǔ)充,通常需要提高溫度或降低水分壓力進(jìn)行再生。因此,無(wú)熱再生需要消耗成品氣來(lái)再生吸附劑,微熱再生耗電耗氣來(lái)再生吸附劑,鼓風(fēng)熱再生耗電來(lái)再生吸附劑,壓縮熱再生耗熱來(lái)再生吸附劑。
無(wú)論是無(wú)熱、微熱、鼓風(fēng)熱還是壓縮熱再生式吸干機(jī)(見(jiàn)圖解一),區(qū)別在于再生方式不同,而吸附過(guò)程類(lèi)似。(見(jiàn)圖解一右上):當(dāng)工作塔出口區(qū)域吸附劑的吸附量與壓縮空氣出口含水量達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡后,吸附劑對(duì)壓縮空氣失去了干燥能力,此時(shí)需要再生了。
吸干機(jī)的露點(diǎn)深度取決于再生,就像挖坑種樹(shù)一樣,(見(jiàn)圖解一左上),坑挖得越深(消耗再生能量越多),樹(shù)長(zhǎng)得越大(露點(diǎn)越低)。所以工作流程和周期是關(guān)鍵,吸干機(jī)的干燥能力在理論上取決于再生能力, 所以,吸干機(jī)根據(jù)再生原理和流程,僅消耗一定量成品氣再生吸附劑的吸干機(jī)叫無(wú)熱再生式吸干機(jī),消耗一定量成品氣及電量來(lái)再生吸附劑叫微熱再生式吸干機(jī),消耗一定量環(huán)境氣體氣及電量來(lái)再生吸附劑叫鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī),利用壓縮機(jī)余熱來(lái)再生吸附劑叫壓縮熱再生式吸干機(jī)。
圖解二:吸干機(jī)是如何工作的?
吸干機(jī)通常需要兩個(gè)塔體或空間:當(dāng)一個(gè)塔體吸附的時(shí)候,另一個(gè)塔體再生;(見(jiàn)圖解二下)
吸附劑工作的時(shí)候,吸附和解析不是絕對(duì)的,而是同時(shí)在進(jìn)行(并不是吸附時(shí)不解析,也不是解析時(shí)不吸附),只是他們工作時(shí)的速率不一樣。(見(jiàn)圖解二上)
根據(jù)吸附劑這樣的特性,吸干機(jī)工作主要有三個(gè)步驟:吸附、再生和吹冷切換。
吸附過(guò)程:(見(jiàn)a)由于壓縮空氣相對(duì)濕度高,而吸附劑相對(duì)濕度低,此時(shí),吸附速率>解析速率。吸附劑不斷吸附壓縮空氣水分,使得壓縮空氣獲得干燥。
解析過(guò)程:(見(jiàn)b)吸附劑相對(duì)濕度高,通過(guò)對(duì)再生氣體加熱、降壓等方式使吸附劑濕度不斷降低,此時(shí),解析速率>吸附速率。達(dá)到吸附劑再生目的。
吹冷切換過(guò)程:(見(jiàn)c)當(dāng)解析速率=吸附速率時(shí),吸附劑的相對(duì)濕度達(dá)到飽和(既不能吸附,也不能再生),工作塔準(zhǔn)備切換了,切換前先把再生塔體溫度降低到室溫,這是吹冷的過(guò)程。
圖解三:什么情況下用分子篩比氧化鋁效果好?
吸干機(jī)的干燥效果(露點(diǎn))需要通過(guò)吸附劑吸附壓縮空氣中的水分來(lái)實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于一定量的吸附劑,其吸附容量越大,吸附效果就越好。
很多朋友認(rèn)為,分子篩吸附效果一定比活性氧化鋁好!是不是這樣呢?
我們看看圖解三,在相對(duì)濕度60%以上時(shí),活性氧化鋁的吸附能力強(qiáng)于分子篩,在相對(duì)濕度低于50%,分子篩的吸附能力強(qiáng)于活性氧化鋁。
由于壓縮空氣進(jìn)入吸干機(jī)的相對(duì)濕度基本在100%,因此工作塔進(jìn)口位置使用活性氧化鋁可以提高吸附劑的吸附效率;
壓縮空氣進(jìn)入工作塔中段后,由于壓縮空氣的相對(duì)濕度不斷降低,活性氧化鋁的吸附能力也在不斷下降。
當(dāng)相對(duì)濕度低于50%的時(shí)候,如果使用分子篩吸附,既能保障吸附效果,又可以減少填充量。
因此,在低露點(diǎn)要求的吸干機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),往往是氧化鋁和分子篩一起使用,即2/3的氧化鋁填充在塔體的進(jìn)氣口處,1/3的分子篩填充在塔體的排氣口。
圖解四:為什么高溫加熱再生吸干機(jī)需要分子篩?
我們經(jīng)常提到壓縮空氣品質(zhì)與節(jié)能是客戶的需求,高品質(zhì)的壓縮空氣是需要付出代價(jià)的。
前面我們講到:吸干機(jī)的吸附是一個(gè)放熱的過(guò)程,不需要消耗能量;而再生則是吸熱過(guò)程,需要耗氣或耗熱。同時(shí)再生程度越好,吸干機(jī)的露點(diǎn)才能越低。因此對(duì)于大流量、低露點(diǎn)壓縮空氣的需求,無(wú)論是耗氣的無(wú)熱再生還是耗電耗氣的微熱再生吸干機(jī)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)能,需要高溫加熱再生吸干機(jī)。
再生時(shí),加熱溫度越高,再生就越徹底。
從圖解四上看,硅膠、活性氧化鋁、分子篩這三種吸附劑。分子篩耐熱溫度是最高的,非常有利于吸干機(jī)追求低露點(diǎn)時(shí)的高溫再生流程。
在相同進(jìn)氣條件下,分子篩具有以下三點(diǎn)優(yōu)勢(shì):
1.分子篩是唯一高溫可用的吸附劑,在1.3% 相對(duì)濕度時(shí)比相同條件下的氧化鋁吸附能力大10倍,比硅膠大20倍。
2.分子篩在深度吸附時(shí)可以使壓縮空氣中的殘留水分做到只有1~3ppm。
3.再生溫度越高,再生效果越好(種樹(shù)的坑挖得越深)。分子篩的再生溫度200-250℃;氧化鋁的再生溫度160-190℃;硅鋁膠的再生溫度120-130℃。
因此,再生塔需要250℃高溫加熱時(shí),吸干機(jī)需要分子篩。
圖解五:吸干機(jī)設(shè)計(jì)理論的依據(jù)是什么?
吸干機(jī)通常比冷干機(jī)貴,不僅是因?yàn)楦稍餁怏w后的含水量更少、制造成本更高,同時(shí)也是因?yàn)槲蓹C(jī)的設(shè)計(jì)更難。
吸干機(jī)的干燥原理與冷干機(jī)完全不同。吸干機(jī)是利用吸附劑吸附水的物理特性來(lái)干燥壓縮空氣,而冷干機(jī)是通過(guò)降低壓縮空氣的溫度可以使空氣含濕量降低而獲得干燥。
吸干機(jī)干燥效果與吸附劑的吸附量有關(guān),而吸附量的大小與吸附劑及吸附質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓力等因素有關(guān)。
對(duì)于特定的吸附劑與吸附質(zhì),吸附量X與壓力p、溫度T可用圖上公式來(lái)表示:
X=f(T,p)
上式中有三個(gè)變量(X、T、p),固定一個(gè)變量,研究其它兩個(gè)變量之間的關(guān)系所得到的曲線稱(chēng)為吸附熱力學(xué)曲線。
吸干機(jī)設(shè)計(jì)理論依據(jù)來(lái)自于三條吸附熱力學(xué)曲線。見(jiàn)圖中a等溫吸附曲線;b等壓吸附曲線;c等量吸附曲線。
1.等溫吸附曲線(圖a):溫度T是常數(shù)時(shí),壓力越大,吸附量越大;反之,壓力越小,解析量越大。
如無(wú)熱再生式吸干機(jī),吸附塔內(nèi)壓力高,在吸附時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量大。而再生塔的壓力低,再生時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量小。通常我們稱(chēng)為變壓吸附。
2.等壓吸附曲線(圖b):壓力P是常數(shù)時(shí),溫度越低,吸附量越大;反之,溫度越高,解析量越大。
如微熱再生式吸干機(jī),吸附塔內(nèi)溫度低,在吸附時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量大。而再生塔的溫度高,再生時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量小。通常我們稱(chēng)為變溫吸附。
3.等量吸附曲線(圖c):吸附或再生量是常數(shù)時(shí),溫度越高,水分壓越大;反之,溫度越低,水分壓越小。
如鼓風(fēng)加熱再生式吸干機(jī),吸附塔內(nèi)壓力高、溫度低,在吸附時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量大。而再生塔的壓力低、溫度高,再生時(shí),吸附劑吸附量(吸附壓縮空氣中水的量)要比解析量小。通常我們?yōu)榱俗屢欢康奈絼┰诠ぷ鲿r(shí),既能達(dá)到我們需要的壓縮空氣露點(diǎn),又能通過(guò)提高解析條件達(dá)到徹底再生,此時(shí)我們需要等量吸附。
圖解六:等溫吸附曲線是什么類(lèi)型吸干機(jī)的理論基礎(chǔ)?
無(wú)熱再生式吸干機(jī)的設(shè)計(jì)原理主要參考“等溫吸附曲線”理論。由于無(wú)熱再生式吸干機(jī)工作時(shí)(吸附和再生)均沒(méi)有外界能量輸入,吸附時(shí)主要是通過(guò)提高進(jìn)氣相對(duì)濕度來(lái)提高吸附劑的吸附能力;同時(shí)再生時(shí)利用一部分相對(duì)濕度低的成品氣體降壓來(lái)降低吸附劑的水分壓,并且利用儲(chǔ)存在吸附劑內(nèi)的吸附熱的方式,對(duì)吸附劑進(jìn)行解析。
我們先看圖解六左圖的圖a,工作壓力增加,吸附劑的吸附量也增加(各種吸附劑的吸附量及增加率有大有小),這就是在吸附過(guò)程希望得到的結(jié)果。反之,工作壓力下降,吸附劑的吸附量也減少(各種吸附劑的吸附量及減少率有大有小),這就是利用這樣的特性達(dá)到解析的目的。
我們?cè)倏磮D解六左圖的圖b,在相同壓力下,溫度越低,吸附量越高;同一個(gè)溫度下,壓力越高,吸附量越高。反之,溫度越高,吸附量越低,解析越容易。
這就是為什么無(wú)熱再生式吸干機(jī)的工作周期短的原因,因?yàn)闊o(wú)熱再生式吸干機(jī)在吸附時(shí)放熱,熱量堆積會(huì)使吸附劑床身溫度上升,影響吸附效果。同時(shí),解析時(shí)吸熱,由于無(wú)熱再生式吸干機(jī)沒(méi)有外在能量介入,吸附時(shí)堆積的吸附熱對(duì)于吸附劑解析來(lái)說(shuō)又是難能可貴的,因此,工作周期設(shè)置為10分鐘。
由于無(wú)熱再生式吸干機(jī)的再生需要消耗一定量成品氣,因此,再生氣體多了,壓縮空氣系統(tǒng)耗能增加;如果再生氣體量不夠,又會(huì)影響露點(diǎn)溫度。
我們?cè)倏磮D解六右圖,在不同工作壓力下,理論計(jì)算所需的再生耗氣量差別。
1.工作壓力在6bar(a)時(shí):通過(guò)理論計(jì)算,所需耗氣量在25%。
2.工作壓力在15bar(a)時(shí):通過(guò)理論計(jì)算,所需耗氣量在10%。
因此吸附塔與再生塔的壓力差越大,所需的耗氣量越小!
圖解七:等壓吸附曲線是什么類(lèi)型吸干機(jī)的理論基礎(chǔ)?
微熱再生式吸干機(jī)主要參考“等壓吸附線”理論,吸附劑的解析時(shí)有一定的外界輸入能量(電加熱)可以降低一定的再生氣量,主要是通過(guò)提高再生氣溫度和降低水分壓的方式進(jìn)行解析。
我們先看圖解七左圖,相同壓力下,吸附劑吸附量與溫度的關(guān)系。
前面我們說(shuō)過(guò),吸附與解析是同時(shí)進(jìn)行的,就看他們的工作速率誰(shuí)大,誰(shuí)就主導(dǎo)過(guò)程。當(dāng)再生塔工作時(shí),我們需要解析的速率越大越好。因此在圖上我們可以看到,隨著溫度升高,吸附量逐步減少,也就是再生量增大。因此相對(duì)于無(wú)熱再生式吸干機(jī)來(lái)說(shuō),微熱再生式吸干機(jī)再生壓力沒(méi)有變化,而再生溫度卻提高了很多,通過(guò)消耗電(加熱),可以減少再生氣體的耗氣量。
我們?cè)倏磮D解七右圖,在8bar(a)工作壓力下,理論計(jì)算所需的再生耗氣量。
通過(guò)理論計(jì)算,所需耗氣量在9.8%。
因此通過(guò)對(duì)再生塔的加溫,可以使再生量增加,微熱再生式吸干機(jī)所需的耗氣量比無(wú)熱再生式吸干機(jī)要小!
圖解八:等量吸附曲線是什么類(lèi)型吸干機(jī)的理論基礎(chǔ)?
鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)主要參考“等量吸附線”理論,吸附劑的解析利用鼓風(fēng)機(jī)抽取環(huán)境空氣代替昂貴的成品氣,并通過(guò)外界輸入能量(電加熱),提高再生氣溫度和降低再生水分壓的方式進(jìn)行解析,少量成品氣經(jīng)節(jié)流后利用再生塔吸附劑床層余熱二次再生并吹冷,使吸附劑恢復(fù)活性。
我們先看圖解八左圖的等量吸附曲線,揭示了吸附量、壓力及溫度的關(guān)系。
相同吸附量下:
1)溫度越低,水分壓力越低(獲得露點(diǎn)低)(吹冷過(guò)程);
2)相同溫度下,壓力越高,吸附量越高。(吸附過(guò)程);
3)相同壓力下,要想再生量大,溫度需要越高。(再生過(guò)程)。
鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)通常工作周期為8小時(shí),吸附過(guò)程與無(wú)熱再生式和微熱再生式吸干機(jī)原理是一樣的,但再生方式不一樣。
我們?cè)倏磮D解八右圖,鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)由于再生氣來(lái)自大氣環(huán)境,這就大大減少對(duì)成品氣的需要。通過(guò)對(duì)大氣進(jìn)行加熱,可以降低再生氣體的濕度,使得再生塔內(nèi)的吸附速率降低,而再生速率提高,只要達(dá)到一定的高溫,再生塔內(nèi)的吸附劑可以徹底再生。但是在塔體切換前必須要吹冷。這時(shí)需要消耗成品氣來(lái)吹冷和深度再生。
在8bar(a)工作壓力下,通過(guò)理論計(jì)算,鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)所需耗氣量在3.8%。
零氣耗鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)的吸附和再生流程沒(méi)有變化,不同的是吹冷過(guò)程,利用冷卻器把吹冷氣(從大氣取)進(jìn)行冷卻,降低吹冷氣體相對(duì)濕度和溫度達(dá)到對(duì)再生塔吸附劑吹冷,從而節(jié)省了成品壓縮空氣。零氣耗鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)并非完全不用成品氣,在吹冷結(jié)束前還是需要一點(diǎn)成品氣(1%左右)對(duì)再生塔進(jìn)行吹掃,使吸附劑能再生完全。但不到1%耗氣量可以忽略不記,因此稱(chēng)為零耗氣。
圖解九:怎樣知道吸干機(jī)是不是copy?
前面圖一講過(guò):無(wú)論什么形式的吸干機(jī),其吸附機(jī)理都是一樣的,只是再生方式不同而已。
我們?cè)谠O(shè)計(jì)吸干機(jī)的時(shí)候一定需要計(jì)算接觸時(shí)間,如果設(shè)計(jì)人員沒(méi)有經(jīng)過(guò)對(duì)接觸時(shí)間的計(jì)算,吸干機(jī)肯定是copy的。
接觸時(shí)間就是壓縮空氣與吸附劑接觸的時(shí)間,它決定了工作塔內(nèi)吸附劑床層高度及壓縮空氣在工作塔的流速,接觸的時(shí)間越長(zhǎng),壓縮空氣的干燥度越高。
圖解九上圖是吸干機(jī)進(jìn)氣含水量、出口露點(diǎn)與接觸時(shí)間的關(guān)系圖。可以看出:
1)相同的進(jìn)氣含水量(假設(shè)20g/m3),看紅線,接觸時(shí)間越長(zhǎng),壓縮空氣露點(diǎn)越低;
2)相同的出口露點(diǎn)(假設(shè)-64℃),看黃線,進(jìn)氣含水量越高,需要的接觸時(shí)間越長(zhǎng);
3)相同的接觸時(shí)間(假設(shè)4.55s),看最上面的曲線,進(jìn)氣含水量越高,出口露點(diǎn)越高。
通常在吸干機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),接觸時(shí)間一般選擇4~8s,分子篩選擇3~5s,氧化鋁選擇6~8s。
作為吸干機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),先計(jì)算接觸時(shí)間,再校核其他參數(shù),再計(jì)算,再校核,不斷接近最佳參數(shù),才能得到理想的吸干機(jī)。
沒(méi)有經(jīng)過(guò)對(duì)接觸時(shí)間的計(jì)算造出來(lái)的吸干機(jī),肯定是COPY的。
圖解十:對(duì)于吸干機(jī)節(jié)能,為什么說(shuō)再生能用電就不用氣?
壓縮空氣的品質(zhì)要求越高,付出的代價(jià)就越高。這不僅是指設(shè)備的采購(gòu)成本,而且包括設(shè)備的使用成本更高。
前面我們說(shuō)過(guò),吸附過(guò)程不需要外界能量輸入,而再生過(guò)程和吹冷過(guò)程則需要消耗氣或熱。因此吸干機(jī)耗能主要在再生過(guò)程和吹冷過(guò)程。
我們先看圖解十左圖,有三條能耗曲線分別代表了在市場(chǎng)上用量最多的三種吸干機(jī)單位成品氣電耗。其中能耗最高的為無(wú)熱再生式吸干機(jī)、其次為微熱再生式吸干機(jī),最低為鼓風(fēng)加熱再生式吸干機(jī)。
大氣變成壓縮空氣需要耗電能且電能的利用率不到20%,如果再生或吹冷時(shí)使用了壓縮空氣成品氣,成品氣的成本不僅需要耗電壓縮,也需要耗電加熱,此時(shí)使用成品氣再生越多,越耗能。這就是在空壓機(jī)站設(shè)計(jì)手冊(cè)中提出了當(dāng)需要吸干機(jī)時(shí),單臺(tái)無(wú)熱再生式吸干機(jī)處理量大于20m3/min時(shí)不建議選用。
我們?cè)倏磮D解十右圖,是市場(chǎng)上用量常見(jiàn)的四種吸干機(jī)再生能耗比較:依次是無(wú)熱再生式吸干機(jī)、微熱再生式吸干機(jī)、鼓風(fēng)加熱再生式吸干機(jī)(氣耗)、鼓風(fēng)加熱再生式吸干機(jī)(零氣耗)。黃色部分代表消耗成品壓縮空氣,藍(lán)色部分代表消耗電(加熱)。
整體耗能(看柱子的高度)是:無(wú)熱再生>微加熱再生>鼓風(fēng)熱再生(氣耗)>鼓風(fēng)熱再生(零氣耗);由于無(wú)熱和微熱再生時(shí)都使用了成品壓縮空氣,耗氣量分別是15~25%和8~12%,把壓縮空氣折算為電耗的話,無(wú)熱再生式吸干機(jī)整體耗能比微熱再生式吸干機(jī)高。
鼓風(fēng)熱再生時(shí)不需要成品氣,只需要耗電鼓風(fēng)和加熱。如果使用零氣耗鼓風(fēng)熱再生式吸干機(jī)把吹冷耗成品氣也省掉的話,耗能最低。
所以從吸干機(jī)的再生能耗來(lái)看,用電就不用氣(如微熱再生式吸干機(jī)比無(wú)熱再生式吸干機(jī)節(jié)能),能用大氣就不用成品氣是空壓系統(tǒng)節(jié)能的最有效的方法之一(如鼓風(fēng)熱再生式干燥器)。
作者注:“吸干機(jī)技術(shù)圖解”是上善氣體工作室最新課題“壓縮空氣應(yīng)用百圖百解”中的一部分內(nèi)容。更多壓縮空氣吸干機(jī)技術(shù)知識(shí),可以看看專(zhuān)業(yè)書(shū)籍《干燥技術(shù)在壓縮空氣中的應(yīng)用》。
來(lái)源:本站原創(chuàng)
網(wǎng)友評(píng)論
條評(píng)論
最新評(píng)論