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        吸附式干燥機吸附劑應用分析

          【壓縮機網】吸附式干燥機是一種利用吸附劑(如活性氧化鋁、硅膠、分子篩等)吸附水分來降低壓縮空氣中水分含量的設備。其原理是利用吸附劑的吸附特性,將壓縮空氣通過吸附劑層,水分子被吸附劑吸附,得到干燥的空氣。

          再生型吸附式干燥機可以分為無熱再生吸附式干燥機和有熱再生吸附式干燥機。無熱再生吸附式干燥機利用干燥后的一部分空氣(稱為再生氣)減壓膨脹至大氣壓,使膨脹空氣變得更加干燥,然后讓它流過未接通氣流的需再生的干燥劑層,干燥的再生氣吸出干燥劑里的水分,將其帶出干燥器來達到脫濕的目的。而有熱再生吸附式干燥機則是通過“溫度變化”來達到干燥效果,需要加熱干燥劑以脫去吸附的水分。

          此外,吸附式干燥機還可以根據應用領域和壓縮空氣的質量要求,采用多種類型的吸附劑和工藝流程,以滿足不同的需求。例如,雙塔吸附式干燥機可以同時進行吸附和再生,從而連續提供干燥的壓縮空氣;變壓吸附式干燥機則可以利用壓力變化來控制吸附和再生過程,從而實現高效的空氣干燥。

          一、吸附劑吸附狀態分析

          我們以BASF的F-200活性氧化鋁為例進行系列數據分析。

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          我們通過吸干機的設計計算書,統一按8S接觸時間來填充吸附劑,計算過程如下圖。因涉及計算過程復雜,不同的計算公式及填充方式的選用,會有略微不同的計算結果,這里做出的計算僅供參考可作為設計方向分析依據,不能作為最終設計依據。計算方式在筆者文章《如何設計一臺吸干機(熱再生型)的排氣露點》里有講述,計算了大部分常用條件的數據。

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          1.不同入口壓力及溫度條件下,吸附床層最終溫度:

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          2.不同入口壓力及溫度條件下,吸附床層最終第二相對濕度(吸附狀態下空氣濕度):

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          3.不同入口壓力及溫度條件下,吸附床層理論最大吸附容量(不含再生劣化、殘余等):

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          以上理論吸附容量未減去吸附劑設計壽命內的劣化及再生條件下的水分殘余,不是理論的動態吸附容量。

          以上計算結果,45℃入口條件下,因8S接觸時間的填充量不能滿足4小時單塔循環了,故此溫度下設計周期調整為3小時單塔吸附。

          由上述數據,我們可以看到,無論壓力是多少,過高的吸附溫度都對干燥機的設計不利,會導致在功耗過高、露點差等。建議入口溫度控制到38℃以內,若現場不能滿足,需增加前置冷卻器或預冷機。

          而對于低壓(壓力≤0.5MPaG)系統,只要是壓縮機采用常規的冷卻水或者空冷,熱再生吸干機均建議增加前置冷凍水冷卻器或預冷機組。

          以上數據是基于F-200活性氧化鋁320-360m2/g的比表面積,而國產吸附劑實測數據介于280~300m2/g之間。此數據不僅影響吸附容量,還影響在同樣的接觸時間下,吸附劑的吸附效率,即最終干燥深度。以上數據在實際應用中需要修正,修正數值可參考每個廠家的實測應用數據。

          二、吸附劑加熱再生狀態分析

          本章主要分析吸附劑的加熱再生狀態。再生條件下能到達一個什么樣的露點,其實是四個點的水蒸氣分壓的平衡問題。

          ·吸附床層溫度下飽和水蒸氣分壓P0

          ·吸附出口露點溫度下水蒸氣分壓P

          ·再生氣露點溫度下水蒸氣分壓P1

          ·再生氣加熱溫度下飽和水蒸氣分壓P2

          在再生過程中這四個值需要達到一個平衡狀態,即

          P=P0*P2/P1*E(E為再生系數,在不同的再生溫度下取不同的常數值,E=1為再生經濟與否的分界線)

          若我們轉換下上述公式則為:

          P/P0=P1/P2*E

          P/P0=ФL--吸附狀態下相對濕度(低溫狀態)

          P1/P2=ФH--再生狀態下相對濕度(高溫狀態),所以我們可以認為這是一種吸附與再生狀態的平衡,李大明老師在西安超濾官網也曾做過相關論述。

          而此時我們根據ФH及ФL的意義可以得到另外一種簡易計算方式,根據吸附平衡與水分殘余曲線來直接判斷再生過程所能達到的露點溫度。與文章《壓縮熱設備是否需要加熱器》里面相同的計算方式,我們以德國超濾近二十年前的資料——壓縮熱吸附式干燥機舉例說明,此法最早見于1964年《分子篩》一書。

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          根據實際應用推測,上圖為硅膠吸附劑,冷卻水溫度25℃條件下,四個點(紅色數字),在設計條件下,已知:

          無油螺桿排氣溫度150℃;

          再生氣露點溫度約60℃;

          吸附狀態下,吸附進氣溫度約35℃;

          我們可以用簡易算法推算出此時壓縮熱設備的排氣露點溫度約為-22℃~-25℃。此法的前提還是需要吸附劑廠家提供對應的吸附劑平衡曲線。

          另外,我們可以整理出一個完整的計算公式,再與吸附平衡曲線對比,數據基本一致(有小數點附近的偏差)。E為內插值,作為已有經驗數據修正使用。

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          根據上述表格,我們對三級等比壓縮的離心機有如下結果。下圖為標準工況下,壓縮熱設備再生溫度與排氣露點的關系表(理論推薦值,不代表實際測試值,實際測試值與理論略有偏差)。

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          以上工況為采用三級等比壓縮的離心機,不含無油螺桿機。因為無油螺桿排氣的壓力露點比離心機高出約10℃,含濕量增加較多,不利于普通壓縮熱零氣耗做較低的露點設計,若采用干氣增壓加熱,可做低露點設計。


        來源:本站原創

        標簽: 吸附式干燥機吸附劑  

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