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吸附干燥器要义浅谈
吸附干燥器要义浅谈
来源:中制冷设备网    2009-6-1
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一、吸附剂

1.吸附剂所吸附的是压缩空气中的水蒸气,而不是混在空气中的液态水。

2.活性氧化铝与分子筛对水蒸气都具有很大的吸附能力。分子筛在极干燥(露点低于-60℃)环境下对微量水蒸气仍有吸附能力,但它与氧化铝相比有如下缺点:机械强度小、容易破碎,抗水滴性能差,再生能耗高及价格昂贵。

3.吸附剂的重要热力学特性是热容量较大(几乎与空气热容相等),导热系数小。前者决定了“有热再生”耗气较大;后者有利于吸附热保存,为“无热再生”提供了条件。

4.吸附剂的吸附特性:低温环境有利于吸附但不利于再生;高温环境有利于再生而不利于吸附。

5.吸附剂的“动吸附量”越小,再生越容易进行,成品气露点期望值也越好。

6.吸附剂被液态水或油分沾污后会永久失去吸附活性。


二、吸附过程

1.水蒸气与吸附剂表面一经接触,吸附作用便立即发生。吸附过程之所以不需外加能量的参与,其原因是吸附过程是吸附机“表面自由能”下降的过程。

2.吸附剂吸附水分的过程是水蒸气的凝聚过程,在此过程中由于发生了水的相变(即由气态的水蒸气变成液态的凝聚水)而放出热量(即吸附热)。

3.吸附过程持续时间越长,吸附的水分就越多,放出的吸附热也越多。

4.吸附持续时间较短时(如无热再生干燥器的吸附时间只有5min)吸附热可以在吸附床中得到保存。吸附持续时间长,吸附热就要向周围环境散失和随成品气流失,这是能量的浪费。

5.吸附柱内各处吸水量是不同的,越接近进气口的吸附剂水分越多,放出的吸附热也越多,但由于热量随气流的扩散作用,吸附柱中段温升要高于两端。


三、再生过程

1.吸附剂再生是吸附作用的逆过程,是耗能过程,再生过程要复杂得多。

2.再生过程首要将凝聚在吸附剂表面微孔里的液态水赶出吸附剂(即“解吸”或“脱附”),这是液态凝聚水重新汽化的过程,需要一定量“汽化潜热”的支持。

3.必须将解吸出来的水汽及时驱除塔外,这需要一定量的非饱和空气(即“再生气”)的支持,所以再生过程有气耗损失。再生气的相对湿度越低或温度越高,携带水汽的能力就越强,气耗液越少。一般都用于干燥器本省提供的低露点空气经节流降压后作再生气源——这是最经济、最方便的举措。

4.再生结束前,吸附剂温度应降到吸附循环开始时的温度,无热再生这方面问题。对加热再生来说,就需要用干燥的常(低)温空气对吸附剂进行吹冷,这要增加气耗损失。

5.吸附剂再生有两种方法,即无热再生和有热再生。无热再生是在低水分环境下(由本机提供干燥空气),用预先储存的吸附热来支付吸附剂脱附所需的“汽化潜热”,因而不需要从外界随取热量。干燥空气同时充当了水蒸汽的排除载体。消耗量约为被处理气量的“压力分之一”。

6.有热再生完全利用外热提升吸附温度使其脱附,潮湿的环境空气充当了热量载体,虽然气体耗量很大,但由于未经压缩,一般不计入再生能耗。由于要把吸附剂加热到250℃以上,所以电热功率消耗很大。

7.微热再生干燥器无论在加热阶段还是在吹冷阶段都耗用了本机提供的干燥空气其综合能耗鱼油热再生干燥器相当,而气耗量通常不会低于无热再生干燥器。以干燥空气为载体的外部热量,大部分要用来支付脱附所需的“汽化潜热”,所以微热再生的电耗也很大。

8.影响微热再生干燥气耗量的因素很多,应由生产厂家提供(如加热时间、冷却时间、加热温度、再生排气温度、吸附时间等),再经“能量衡算”予以确定。

9.吸附过程持续时间长,吸附热散失多,是一切加热型干燥器再生能耗巨大的主要原因。而且吸附时间持续越长,露点质量就越得不到保证。无热再生干燥器采用短时间吸附循环,一举解决了上述两大问题,所以各方面性能都比较优秀。


四、节能运行

1.吸附干燥器是在额定条件下设计的。所谓额定调解是指空气处理量、进气温度、进气压力以及空压机吸气环境下的相对湿度。但在很多时候,干燥器的实际工况经常低于额定条件。所以在负载很轻时,吸附干燥器有节能运行的要求。

2.节能运行一般是通过改变干燥器吸附半周期与再生半周期的持续时间比来实现的。固定再生时间,延长吸附时间;或固定吸附时间,缩短再生时间均可使再生耗能降低。

3.节能运行的关键是准确探知干燥器的实际负载。由于吸附热集中反映了干燥器的即时负载,所以用吸附床温度来控制再生时间是实现无热再生干燥器节能运行的可行办法。

4.露点控制是通过延长吸附时间来实现节能运行的,在实施时要防止过长的吸附持续时间使吸附热大量散失(再生时间不得不从外界大量补充热量,是得不偿失的)。另外,对露点仪的测试精度、控制技术的可行性及价格等也应预先有所考虑。

5.节能运行需控制器配合,这就对控制技术提出了很高的要求。控制技术要求越高,控制器的价格也越贵。在现代技术条件下,控制器价格(包括软件开发、外围设备配套及维修保养费用)往往成了高级控制技术能否推广的重要原因。


五、露点

1.吸附干燥器的最大优势在于能获得冰点以下压力露点的干燥压缩空气,这是其他干燥器所不能达到的。因此成品气“露点”是吸附干燥器最重要的技术指标,离开露点指标而研讨吸附干燥器的其他技术问题是没有多大意义的。

2.吸附干燥器的低露点特性是依靠高耗能得到的,因此露点与能耗是一对矛盾。成品气露点越低,干燥器运行耗能越大——而且几乎全部用在吸附剂再生上。

3.在负载工况相同情况下,成品气露点决定于多种因素,主要是:湿空气与吸附剂的接触时间(与“空塔流速”有关),吸附剂的“动吸附量”(与吸附过程的持续时间有关)以及再生完善度(与再生能耗有关)。

4.湿空气与吸附剂接触时间越长,干燥效果越好。当成品气露点在-40℃以下时,无热再生要求“空塔流速”不大于0.2m/s。在保证“空塔流度”前提下,塔体长径比越大,露点越低。

5.吸附持续时间越短,吸附剂“动吸附量”就越小,干燥效果越好。“动吸附量”的厂家推荐值:氧化铝上限值是6%,分子筛为15%。超过这个值,吸附剂脱附困难,成品气露点上升。

6.再生能耗的供给量不能小于再生过程全部耗费能量的总合,要通过“能量衡算”来确定。再生能耗必须顾及“气耗”与“电耗”,因为用户最终都已电费形式列支成本。

7.在一般情况下,吸附干燥气使用活性氧化铝足以胜任的。获取极低露点干燥空气,应使用在微水分条件下仍有吸附活性的分子筛作吸附剂。

8.在冷冻干燥机就能满足压缩空气露点要求的多数应用场合,应当首选冷冻干燥机,使用吸附干燥器是一种资源浪费。通过简单计算就可以发现,即使能耗最低的吸附干燥器一年内(按5000h计算)所发生的运行费(主要是以电费形式列支的再生能耗费)也要大大超过设备的购置费。服役期内(5~7年)所发生的再生能耗费甚至超过包括空压机在内的空压系统全部设置初投资费用的总和。


六、运行工况辩证

1.成品气排气温度

无热再生干燥器的排气温度略高于进气温度。

加热型干燥器(包括微热再生干燥器——下同)则要更高一些。

排气温度越高,表示排气的相对湿度越低,但同时也提示吸附热损失越大。

2.吸附塔外壁温度

无热干燥器——吸附塔的外壁温度与环境温度基本相等。

加热型干燥器——吸附塔的外壁温度要高于环境温度(与设计加热温度相当)。

吸附塔外壁温度高,提示吸附热损失大。

3.再生塔外壁温度
 
    无热干燥器——正常工作时,再生塔外壁温度应等于略低于环境温度。

加热型干燥器——正常工作时,再生塔外壁温度要大大高于环境温度。

再生塔外壁温度过低,甚至出现外壁“挂露”现象,则提示再生能量严重不足。

4.再生气排出温度

无热干燥器——再生尾气排出温度等于或略低于湿空气进气温度。

加热型干燥器——正常应高于湿空气进气温度而接近设计时选定的派出温度。

无论哪种干燥器再生尾气排出温度过低,都提示再生能耗不足。

5.尾气状态

无论哪种干燥器再生尾气排出时的正常状态应为气体(或带有微量水雾)。若其中携带大量液态水,则提示再生能量(只要是再生气耗)不足或吸附剂性能严重劣化。

 

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