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空氣吸附干燥原理
概述
常用的壓縮空氣干燥設(shè)備有三種，即冷凍式壓縮空氣干燥機(jī)、吸附式壓縮空氣干燥機(jī)和組合式 低露點(diǎn)壓縮空氣干燥機(jī)。冷干機(jī)由于其工作原理和結(jié)構(gòu)所限，壓縮空氣出口壓力露點(diǎn)不可能低 ℃，一般 在2-10℃之間。在一些場(chǎng)合，對(duì)壓縮空氣的壓力露點(diǎn)要求較高，如要求-40℃的壓力露點(diǎn)，此時(shí)只能選用 吸干機(jī)或組合式低露點(diǎn)干燥機(jī)
吸干機(jī)的工業(yè)應(yīng)用比冷干機(jī)早得多。在上世紀(jì)五、六年代，我國(guó)的一些工業(yè)就開始采用吸干機(jī) 干燥壓縮空氣
吸附分離技術(shù)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，如工業(yè)生產(chǎn)中物質(zhì)的提純、工業(yè)污水的處理、大氣污染的治理 等等，吸附干燥是吸附分離技術(shù)的應(yīng)用之一
吸附工作原理
吸附過(guò)程
當(dāng)流體（包括氣體和液體）與固體顆粒，特別是與某些多孔性顆粒接觸時(shí)，流體中的某些組分 便富集于固體顆粒中，這過(guò)程叫“吸附過(guò)程”。因此，吸附是非均相系統(tǒng)（如氣體—固 體系統(tǒng)）中的兩相界面上發(fā)生的傳質(zhì)與富集過(guò)程
吸附操作的逆過(guò)程，稱為“解吸”或“脫附”，我們通常稱為“再 生”
具有一定選擇性吸附功能的多孔性固體物質(zhì)稱為“吸附劑”，在吸附劑上富集的物 質(zhì)稱為“吸附質(zhì)”。在壓縮空氣干燥中，吸附質(zhì)為水蒸氣
根據(jù)不同的表面作用，吸附過(guò)程可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩類。前者也稱范德華吸附，它是 由分子間作用力和靜電作用力引起的，后者是由化學(xué)鍵的形成引起的。化學(xué)吸附的作用力強(qiáng)于物理吸附 作用力，而且選擇性也高
壓縮空氣的吸附干燥以物理吸附為主。當(dāng)待干燥的壓縮空氣與吸附劑接觸時(shí)，空氣中的水分子 擴(kuò)散到吸附劑上并因范德華引力而被吸附。與此同時(shí)，被吸附的水分子因本身的熱運(yùn)動(dòng)及外界氣態(tài)分子 碰撞，有一部分離開吸附劑表面返回氣相，即發(fā)生脫附。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)水分子的吸附量與脫附量相等時(shí) ，就達(dá)到了一個(gè)動(dòng)態(tài)吸附平衡，雖然吸附與脫附過(guò)程均在進(jìn)行但速度相等。此時(shí)，單位質(zhì)量吸附劑所吸 附的水蒸氣量稱為吸附劑的“靜態(tài)吸附量”，常用g( /kg(吸附 、或%表示
在實(shí)際生產(chǎn)中，吸附經(jīng)常在未到達(dá)吸附平衡時(shí)就結(jié)束，因?yàn)槲覀儾捎梦降哪康牟皇菫榱俗C明 某種吸附劑的“靜態(tài)吸附量”有多大，而是為了達(dá)到流體中兩種物質(zhì)的分離，如把壓縮空氣 中的水蒸氣分離出去從而實(shí)現(xiàn)干燥目的，因此吸附劑的“動(dòng)態(tài)吸附量”才是吸干機(jī)的關(guān)鍵參 數(shù)，當(dāng)然靜態(tài)吸附量與動(dòng)態(tài)吸附量是有密切聯(lián)系的
所謂的“動(dòng)態(tài)吸附量”指當(dāng)濕空氣通過(guò)吸附劑床層后，當(dāng)吸干機(jī)出口壓縮空氣的露 點(diǎn)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，吸附塔內(nèi)吸附劑所吸附水蒸氣的量，單位與靜態(tài)吸附量相同。很明顯，吸附劑的 靜態(tài)吸附量比動(dòng)態(tài)吸附量大。靜態(tài)吸附量反映了吸附劑的性能，而動(dòng)態(tài)吸附量往往是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)靜 態(tài)吸附量、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及設(shè)計(jì)思路選定，它是吸干機(jī)的基本參數(shù)，吸附劑的充填量由它計(jì)算而得
吸附劑吸附吸附質(zhì)時(shí)，伴隨吸附過(guò)程所產(chǎn)生的熱效應(yīng)稱為“吸附熱”，即吸附過(guò)程 為放熱過(guò)程，與之相反，解吸過(guò)程為吸熱過(guò)程。不同吸附劑吸附不同物質(zhì)時(shí)放出的吸附熱是不同的， -1 是三種常用吸附劑吸附水蒸氣時(shí)放出的吸附熱參考值
2- 1 水蒸氣的吸附
吸附 吸附熱kJ/mol
硅膠 53.6
活性氧化鋁 51.9
分子 75.3
前面已經(jīng)提及，吸附過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。如果壓縮空氣與吸附劑有足夠長(zhǎng)的接觸時(shí)間，吸附 將達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，這種動(dòng)態(tài)吸附平衡是在一定溫度與壓力條件下建立的。當(dāng)溫度和壓力改變時(shí)，系 統(tǒng)原有的平衡關(guān)系將會(huì)被打破并建立一個(gè)新的平衡關(guān)系。圖2-21所示為水在吸附劑上的吸附等溫線和等 壓線示意圖，它們共同描述了吸附過(guò)程的熱力學(xué)特性
-21 吸附劑性能曲線
由圖2-21可知，一定溫度下，水（吸附質(zhì)）在吸附劑上的吸附量隨氣相中水蒸氣分壓增大而增 大；一定水蒸氣分壓下，水的吸附量隨溫度升高而減少。這就說(shuō)明在低溫、高壓下水分易被吸附；在高 溫或低壓下水分易被解吸。吸干機(jī)就是利用吸附劑的這一性質(zhì)實(shí)現(xiàn)“吸附—再生—吸附 …”之間的轉(zhuǎn)換從而達(dá)到連續(xù)干燥壓縮空氣的目的
從上述描述可知，吸附劑的再生方式有兩種：
——無(wú)熱再生（heatless regeneration
——有熱再生（heat regeneration
根據(jù)吸附劑再生方式的不同，吸附循環(huán)可分為兩類：變壓吸附（Pressure Swing Adsorption簡(jiǎn) 稱PSA）和變溫吸附（Temperature Swing Adsorption簡(jiǎn)稱TSA）
變壓吸附就是吸附劑在較高水蒸氣分壓下（未經(jīng)干燥的濕壓縮空氣）進(jìn)行吸附，在較低分壓下 （經(jīng)減壓后的干燥空氣）被解吸（無(wú)熱再生）。設(shè)定的吸附循環(huán)的周期比較短（一般在10分鐘以內(nèi)）， 吸附熱來(lái)不及散失就轉(zhuǎn)入再生，吸附床層溫度變化較小，因此可以近似看作等溫過(guò)程（或?yàn)榱嘶颈ＷC 等溫過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，吸附循環(huán)周期不能過(guò)長(zhǎng)）
變溫吸附就是吸附劑在常溫下吸附，在較高的溫度下再生（有熱再生）。典型的有熱再生干燥 機(jī)是外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)。在微熱再生干燥機(jī)中，變溫吸附中也伴隨著壓力（再生用干燥氣）的變化 ，因?yàn)楦稍镌偕諝鈮毫Φ陀谖絼┪綍r(shí)的空氣壓力，所以也稱之為變溫變壓吸附
由于吸附劑的比熱容較大而導(dǎo)熱率較小，加熱和冷卻所需的熱量和冷量均較大而且時(shí)間長(zhǎng)，因 此變溫吸附干燥機(jī)除了結(jié)構(gòu)比變壓吸附干燥機(jī)復(fù)雜——需要有加熱裝置外，工作周期也比變 壓吸附的長(zhǎng)，如外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)一般為6-8小時(shí)
關(guān)于變壓吸附干燥機(jī)和變溫吸附干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行特點(diǎn)等在以后章節(jié)中詳細(xì)描述
分子
分子篩是一類結(jié)晶的硅鋁酸鹽，由于它具有均一的孔徑和極高的比表面積，所以具有許多優(yōu)異 的特點(diǎn)
a)按分子的大小和形狀不同的選擇吸附作用，即只吸附那些小于分子篩孔徑的分子。因?yàn)榉肿?篩具有十分單一的表面孔徑，比孔徑小的分子可以進(jìn)入孔穴內(nèi)，并被吸附于孔穴表面；比孔徑大的分子 則不能進(jìn)入，從而按分子直徑不同而把混合物分離開來(lái)，分子篩由此而得名
b)分子篩對(duì)極性分子和不飽和分子具有選擇吸附性能，極性越大，不飽和度越高，其選擇吸附 性越強(qiáng)
c)具有強(qiáng)烈的吸水性。哪怕在較高的溫度、較大的空氣流速和含水量較低的情況下，仍有相當(dāng) 高的吸水容量
常用的分子篩是結(jié)晶硅鋁酸鹽的多水化合物，其化學(xué)通式為：
Mex/n［（AlO2）x（SiO2）y］·mH2O 式中
Me ——陽(yáng)離子，通常為是鈉、鉀和鈣等金屬離
x/n ——價(jià)數(shù)為n，可交換的金屬陽(yáng)離子Me的數(shù)
m ——結(jié)晶水的數(shù)
分子篩的缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度有限，抗水滴性能不強(qiáng)，在壓力作用下容易破碎，長(zhǎng)期使用堆積比重 可增 0％，另外再生能耗也比氧化鋁高。在具體使用中表現(xiàn)為以分子篩為吸附劑的干燥機(jī)下游管線中的 粉塵較多，因此必須在干燥機(jī)出口處安裝粉塵過(guò)濾器
分子篩的種類比較多，常用的有3A A A 3X分子篩等。其中A表示微孔直徑。壓縮空氣干燥機(jī)中 多 A A， 3X常用在空分設(shè)備中
吸附劑比
在常用的三種吸附劑中，硅膠使用較少，活性氧化鋁最常使用，而分子篩常用在要求較高的場(chǎng) 合
這三種吸附劑的主要性能已列在表2-2中。表2-3列出了三種吸附劑的使用條件。在使用條件欄 中指的是壓縮空氣中含有的某些雜質(zhì)
-3 各種吸附劑使用條
使用環(huán)境 硅膠 活性氧化鋁 分子
堿 不可
酸 不可 不可
活性氧化鋁和分子篩的吸附性能曲線列于 2-22 、圖2-23和圖2-24
-22
- 22 表示了吸附劑在不同相對(duì)濕度下吸附量，常用的三種吸附劑具有共同的一個(gè)性質(zhì)：吸附量 隨著壓縮空氣相對(duì)濕度的增高而上升；與之相對(duì)，三種吸附劑的吸附能力隨著壓縮空氣相對(duì)濕度的降低 而減小。但是我們發(fā)現(xiàn)分子篩在低濕度下仍然具有較強(qiáng)的吸附能力，我們常在吸附劑雙層床中利用分子 篩的這一特點(diǎn)
2-23 不同水蒸氣分壓下吸附容量（等溫線
-23告訴我們，吸附劑的吸附能力隨著水蒸氣分壓的降低而降低，在水蒸氣分壓很低的情況下， 分子篩仍然具有吸附能力
-24 不同吸附溫度下吸附能力（等壓線）
-24說(shuō)明了吸附劑在不同溫度下的吸附能力變化情況：吸附溫度越低，吸附劑吸附能力越強(qiáng)
吸干機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn)
無(wú)熱再生
無(wú)熱再生干燥機(jī)再生時(shí)外界沒有對(duì)其輸送熱量，而是采用了PSA（Pressure Swing Adsorption ）原理。這類干燥機(jī)所需的再生干燥空氣占其處理量 2-16%之間。再生干燥空氣要降至大氣壓，以獲得 更低的相對(duì)濕度
無(wú)熱再生吸干機(jī)的吸附劑通常為活性氧化鋁或分子篩。活性氧化鋁適用于壓縮空氣的進(jìn)口溫度 不超 0℃、壓力露點(diǎn)一般不低于-40℃的場(chǎng)合；分子篩允許最高的壓縮空氣進(jìn)口溫度 5℃，壓力露點(diǎn)溫度 70℃以下
在無(wú)熱再生干燥機(jī)中，通過(guò)吸附劑吸附產(chǎn)生的溫升相對(duì)較少，因?yàn)槲降乃魵獠欢唷Ｔ谡?運(yùn)行中，壓縮空氣的出口溫度比進(jìn)口溫度高約2-6℃
（一）結(jié)構(gòu)布置和工作過(guò)程
無(wú)熱再生干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單（如圖2-28所示）
吸附塔的底部安裝了篩網(wǎng)（2），出口處安裝了圓柱狀的金屬絲網(wǎng) ）以防止吸附劑被壓縮空氣 吹出吸附塔。兩個(gè)吸附塔的進(jìn)出口分別由管道相互連接，為了使兩個(gè)塔之間進(jìn)行切換并獨(dú)立運(yùn)行，連接 處安裝了相關(guān)閥門
無(wú)熱再生干燥機(jī)下部的壓縮空氣進(jìn)口處一般設(shè)有四個(gè)閥門，分別稱為切換閥和排放閥，其中排 放閥 ）控制吸附塔卸壓、再生氣排放和再生完成后吸附塔的“均壓”；兩個(gè)切換閥 ）控制 了壓縮空氣的流動(dòng)方向，即決定了吸附和再生的切換。在運(yùn)行時(shí)這四個(gè)閥門對(duì)角動(dòng)作。在小型吸干機(jī)中 ，采用電磁閥作為切換閥，在大型吸干機(jī)中采用氣動(dòng)球閥、氣動(dòng)蝶閥
28
在吸干機(jī)上部出口處，干燥后的壓縮空氣通過(guò)止回閥 ）進(jìn)入管網(wǎng)。同時(shí)，部分再生用干燥空氣 通過(guò)旁通管進(jìn)入需要再生的吸附塔，旁通管上安裝有孔板或球閥 ），孔板孔徑或球閥開啟度決定于所需 的再生氣量
無(wú)熱再生干燥機(jī)的工作流程
干燥機(jī)開機(jī)后，A塔吸附運(yùn)行，B塔再生。在預(yù)先設(shè)定的時(shí)序控制下，切換閥1-A打開 -B關(guān)閉， 排放閥6-B打開 -A關(guān)閉，濕空氣進(jìn)入A塔，干燥后的空氣通過(guò)止回閥4-A排入下游管線；部分干燥壓縮空 氣在壓差的作用下通過(guò)孔板 ）流向B塔，其壓力被降至接近大氣壓，由于降壓后空氣體積同比例增大， 使再生用空氣的相對(duì)濕度只有干燥空氣的幾分之一，這樣這種特別干燥的再生空氣中的水蒸氣分壓遠(yuǎn)遠(yuǎn) 低于B塔內(nèi)吸附劑床層的水蒸氣分壓。吸附床層中的水蒸氣在壓差的作用下釋放至再生空氣中并被帶走， 再生空氣通過(guò)排放閥6-B和消聲器7排入大氣
再生結(jié)束后，A、B塔切換不能馬上切換，而是先關(guān)閉排放閥6-B，B塔壓力升高至系統(tǒng)壓力，即 “均壓”過(guò)程。因?yàn)樵偕鷷r(shí)，吸附塔處于大氣壓狀態(tài)，與吸附狀態(tài)有較大的壓差，如果直接 切換會(huì)導(dǎo)致壓力沖擊，嚴(yán)重時(shí)引起機(jī)械故障
當(dāng)兩個(gè)吸附塔的壓力相同時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)進(jìn)行切換——A塔再生、B塔吸附
無(wú)熱再生吸干機(jī)所需要的閥門較少。這些切換閥常直接或間接由時(shí)間控制。如為了節(jié)省成本采 用簡(jiǎn)單的幾個(gè)時(shí)間繼電器來(lái)控制切換閥，這種方法雖然成本低廉，但不可靠，因?yàn)闀r(shí)間繼電器會(huì)產(chǎn)生較 大的時(shí)間誤差。我公司采用了成本較高的PLC（可編程控制器）控制
（二）運(yùn)行特
無(wú)熱再生干燥機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：工作周期短、再生氣量大
a)工作周期
在無(wú)熱再生干燥機(jī)中，由于常溫再生空氣只能脫附吸附劑外表面的濕氣，因此只利用了吸附劑 外表面的吸附功能，吸附劑的吸附量一般在0.5%以下
在無(wú)熱再生干燥機(jī)中，吸附被近似地認(rèn)為是等溫過(guò)程，再生時(shí)需要盡量利用儲(chǔ)存在吸附床層中 的吸附熱。吸附時(shí)間越長(zhǎng)，被干燥空氣帶走的吸附熱越多，影響再生效果，嚴(yán)重時(shí)無(wú)法再生
基于上述兩方面原因，無(wú)熱再生干燥機(jī)的工作周期不能太長(zhǎng)，一般為10min。本公司無(wú)熱再生干 燥機(jī)就采用 0min的工作周期，英國(guó)domnick hunter公司PNEUDRI無(wú)熱再生干燥機(jī)的工作周期 min
無(wú)熱再生干燥機(jī)的短工作周期決定了相關(guān)閥門的高動(dòng)作頻率。如工作周期 0min的吸干機(jī)，吸 再生 min切換一次，切換閥、排氣閥等也 min動(dòng)作一次，每小時(shí)需要?jiǎng)?2次。如果每年按8000小時(shí)計(jì)， 無(wú)熱再生干燥機(jī)的相關(guān)閥門在一年中需動(dòng)作96000次。因此，在無(wú)熱再生干燥機(jī)中，切換閥是比較容易損 壞的部件。切換閥的質(zhì)量直接影響吸干機(jī)的正常運(yùn)行
b)再生氣量
無(wú)熱再生干燥機(jī)以變壓吸附原理進(jìn)行工作，其再生方式是變壓再生，即用部分干燥的壓縮空氣 降壓后對(duì)吸附劑進(jìn)行解吸，外界并沒有熱量加入，因此再生氣量相對(duì)較大
如果不考慮吸附時(shí)的熱量損失，同時(shí)假定再生氣排放時(shí)為飽和空氣且為大氣壓、濕空氣和再生 氣的溫度相等，再生氣流量則可按 -1計(jì)算
-1
式中
Vrf — 再生氣流 m 3 /min
V — 干燥機(jī)進(jìn)口流 m 3 /min
di — 進(jìn)口濕空氣含濕量
do — 再生氣排放時(shí)含濕
-1式中，我們假定了再生空氣溫度等于進(jìn)口濕空氣溫度。從第一章有關(guān)內(nèi)容可知，在溫度相等 情況下，兩種壓力不同的飽和空氣中水蒸氣分壓是相等的，其含水量與壓力成反比。因此，無(wú)熱再生干 燥機(jī)的再生氣量也可以用進(jìn)口壓力和再生壓力的比值表示，并表述為進(jìn)口流量的百分?jǐn)?shù)（式2-2）
-2
式中
Vrf — 再生氣流 %
Pi — 進(jìn)口濕空氣壓力（絕壓
Pr — 再生氣壓力（絕壓
需要說(shuō)明的是， -1 -2的計(jì)算結(jié)果是在理想狀況下得到的，是最低的再生耗氣量。實(shí)際上，無(wú) 熱再生干燥機(jī)的再生氣量比按照2-1式或2-2式計(jì)算結(jié)果大，這是因?yàn)椋?/span>
為了克服吸附床阻力（ -29）能使再生氣順利排出吸附塔，再生氣的實(shí)際壓力Pr要稍高于大氣 壓，這會(huì)導(dǎo)致再生耗氣量增加
放空損耗。無(wú)熱再生干燥機(jī)切換頻繁，每次切換時(shí)，塔內(nèi)操作壓力下的壓縮空氣都要放空，這 部分并沒有計(jì)算 -1 -2式中
熱量損耗。無(wú)熱再生干燥機(jī)是建立在等溫吸附基礎(chǔ)上的，假定解吸過(guò)程所需的脫附熱完全由吸 附過(guò)程中積聚在吸附劑床層中的吸附熱提供。吸附劑是不良導(dǎo)熱體，在短周期循環(huán)時(shí)可以認(rèn)為其無(wú)熱量 損耗，但是干燥空氣畢竟會(huì)帶走部分吸附熱，損失的熱量只有用增大再生氣量來(lái)補(bǔ)充
對(duì)無(wú)熱再生干燥機(jī)而言，要減少再生氣量，只有提高進(jìn)氣壓力和降低進(jìn)口溫度這一條路可走
c)壓力
無(wú)熱再生干燥機(jī)的壓力降包括管道、閥門和吸附床層等壓力損失之和。圖2-30是高度為1m的吸 附床層，在不同空塔流速和操作壓力下的壓力損失，單位為mm水柱 0m水柱相當(dāng) .1MPa）。本公司無(wú)熱再 生干燥機(jī)壓力降小于0.02MPa（額定工況下）
-29 不同空塔流速、不同操作壓力下的壓力損
有熱再生
有熱再生干燥機(jī)按“變溫吸附”（TSA）原理進(jìn)行吸附劑再生，再生條件比無(wú)熱再生 干燥機(jī)優(yōu)越。加熱能脫附吸附劑內(nèi)表面的水蒸氣，使吸附劑實(shí)現(xiàn)深層吸附，因此有熱再生干燥機(jī)中吸附 劑的動(dòng)態(tài)吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)比無(wú)熱再生干燥機(jī)中的吸附劑動(dòng)態(tài)吸附量大
相對(duì)于無(wú)熱再生干燥機(jī)而言，有熱再生干燥機(jī)的種類就比較多，但其吸附原理是一樣的，主要 區(qū)別在于加熱方式、再生氣來(lái)源等方面
-30 內(nèi)加熱再生干燥機(jī)
按加熱器的安裝方式分，有熱再生干燥機(jī)可分為內(nèi)加熱再生干燥機(jī)（ -30）、外加熱再生干燥 機(jī)兩類。外加熱再生干燥機(jī)又可按再生氣來(lái)源分為利用干燥空氣再生的微熱再生干燥機(jī)和利用環(huán)境空氣 再生的外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)。在工業(yè)企業(yè)中，外加熱再生干燥機(jī)可作為加熱源的能源比較多，如電、 蒸汽、熱油等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了利用空壓機(jī)的壓縮熱作為再生能源的壓縮熱再生干燥機(jī)。在國(guó)外， 在外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)出了真空再生干燥機(jī)
內(nèi)加熱再生干燥機(jī)的特點(diǎn)是加熱器安裝在吸附塔內(nèi)，加熱器直接對(duì)吸附劑加熱，使富集在吸附 劑上的水蒸氣脫離其表面，并用少量干燥的再生氣把水蒸氣帶出吸附塔外。由于吸附劑的導(dǎo)熱性較差， 因此吸附塔內(nèi)的吸附劑無(wú)法得到均勻加熱，導(dǎo)致再生不完全。另，由于加熱器安裝在吸附塔內(nèi)，帶來(lái)了 維護(hù)困難、不夠安全等缺點(diǎn)，因此此類干燥機(jī)已基本淘汰
微熱再生
顧名思義，微熱再生干燥機(jī)的再生溫度比外加熱再生干燥機(jī)的再生溫度略低。但各干燥機(jī)制造 商對(duì)微熱再生的理解不盡相同。如再生溫度、工作周期、吸附劑充填量等參數(shù)的差別很大（而無(wú)熱再生 干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)比較接近）
（一）結(jié)構(gòu)布置和工作過(guò)程
微熱再生干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)布置比無(wú)熱再生干燥機(jī)稍微復(fù)雜（如 -31所示），主要增加了再生氣加 熱器 ），干燥機(jī)上部多了兩個(gè)止回閥 ）
31
微熱再生干燥機(jī)的工作流程
干燥機(jī)開機(jī)后，A塔吸附運(yùn)行，B塔再生。在預(yù)先設(shè)定的時(shí)序控制下，切換閥1-A打開 -B關(guān)閉， 排放閥6-B打開 -A關(guān)閉，濕空氣進(jìn)入A塔，干燥后的空氣通過(guò)止回閥4-A排入下游管線；部分干燥壓縮空 氣在壓差的作用下通過(guò)孔板 ）流入再生氣加熱器（8），被加熱至設(shè)定溫度并進(jìn)入B塔內(nèi)解吸潮濕的吸附 劑，使吸附劑再生。潮濕的再生空氣通過(guò)排放閥6-B和消聲器7排入大氣。這一再生階段稱為“加熱 階段”
加熱再生持續(xù)一段時(shí)間后，出口再生空氣溫度達(dá)到設(shè)定值，再生氣加熱器就停止加熱。未加熱 的再生干燥空氣進(jìn)入B塔內(nèi)對(duì)吸附床層進(jìn)行冷卻，使其恢復(fù)至吸附時(shí)的溫度，這一階段稱為“冷吹 階段”
冷吹結(jié)束后，B塔進(jìn)行“均壓”，最后完成整個(gè)再生過(guò)程
微熱再生吸干機(jī)的控制系統(tǒng)比無(wú)熱再生干燥機(jī)復(fù)雜。除了控制相關(guān)閥門外，還需要根據(jù)再生溫 度控制加熱器的運(yùn)行。我公司的RSXG型微熱再生干燥機(jī)采用PLC（可編程控制器）和相關(guān)的溫控裝置實(shí)現(xiàn) 控制
（二）運(yùn)行特
微熱再生干燥機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)是工作周期相對(duì)較長(zhǎng)、再生氣量比無(wú)熱再生小（在額定工況下約為 7%）和需要消耗額外的能源等
a)工作周期
微熱再生干燥機(jī)中的吸附劑是深層吸附，其動(dòng)態(tài)吸附量比無(wú)熱再生干燥機(jī)中的大，相同數(shù)量吸 附劑可處理更多的壓縮空氣，即吸附時(shí)間可以適當(dāng)延長(zhǎng)
由于吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)較小，因此再生時(shí)把吸附劑床層溫度加熱至所需的再生溫度需要較長(zhǎng)的 時(shí)間。從微熱再生干燥機(jī)的再生過(guò)程我們知道，加熱再生結(jié)束后還需要對(duì)吸附床層進(jìn)行冷卻（冷吹）， 這同樣需要較長(zhǎng)的時(shí)間
由于上述兩方面的原因，微熱再生干燥機(jī)的工作周期相對(duì)較長(zhǎng)。本公司通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)，總結(jié)出 了不同再生溫度、再生氣流量和工作周期之間的關(guān)系，并確定了RSXJ型微熱再生干燥機(jī)的工作周期為90 -120min
b)再生氣量
微熱再生干燥機(jī)的再生氣量由加熱再生氣耗和冷吹氣耗兩部分組成。加熱階段的再生氣量決定 于再生所需要的熱量，因?yàn)樵撾A段的再生氣主要作為再生熱帶入吸附塔的載體。加熱再生階段所需的熱 量由以下幾部分組成：
——吸附劑所吸收的熱
——吸附熱。取決于在操作壓力下吸附劑吸附的水量。吸附量 釋放的吸附熱就多
——吸附塔等部件需吸收的熱
——熱量損
在加熱再生階段，再生耗氣量約為進(jìn)氣量 %左右
冷卻空氣用量取決于在冷吹階段需要帶走的熱量。在正常冷吹條件下，冷卻空氣需要量約為4- 8%
結(jié)合這兩部分再生氣量，本公司微熱再生干燥機(jī)的再生氣耗約 %
c)加熱器功
微熱再生的加熱器功率決定于加熱階段所需要的總熱量，微熱再生干燥機(jī)的電加熱器功率約為 0.5kw/(1m 3 /min)
d)壓力
參見無(wú)熱再生干燥機(jī)部分
外加熱鼓風(fēng)再
外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)被認(rèn)為是有熱再生干燥機(jī)的經(jīng)典產(chǎn)品，它的一大特點(diǎn)就是在加熱再生階 段用的再生空氣是取自環(huán)境的空氣，只在冷吹階段使用干燥后的壓縮空氣，因此其有效供氣量比微熱再 生干燥機(jī)高
外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)的外形如 -32所示。其再生部分比微熱再生干燥機(jī)多一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)用以抽 取環(huán)境空氣。其吸附原理及過(guò)程與微熱再生基本相同
在外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)中的吸附劑動(dòng)態(tài)吸附量較大，有報(bào)道最高的可達(dá)達(dá)到16%-18%，幾乎接 近靜態(tài)吸附量。吸附時(shí)放出的熱量也高，出口空氣溫度比進(jìn)口空氣溫度高12-20℃。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行， 吸附劑要求再生徹底、完全，因此其再生溫度要高
-32
外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)的再生階段也分為：加熱——冷吹——均壓三部 分
加熱階段和部分冷吹階段所用的再生空氣取自大氣
冷吹階段后期，吸附床層溫度較低，吸附劑已具有吸附能力。由于環(huán)境空氣是濕空氣，因此如 果冷吹后期的再生空氣仍然是環(huán)境空氣的話，吸附劑（尤其是吸附塔上部）會(huì)吸附其中的水蒸氣。在切 換投入吸附的開始階段，出口壓縮空氣的露點(diǎn)溫度會(huì)比較高，并出現(xiàn)露點(diǎn)峰值。為了避免這種現(xiàn)象，冷 吹階段后期（約1小時(shí)）的再生空氣必須使用干燥后的壓縮空氣，用量約 %~12%，整個(gè)再生階段的平均干 燥空氣用量 %以上
外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下：
——工作周期：一般為8小時(shí)
——吸附劑充填量：25-30kg/(1m 3 /min)
——加熱器功率:0.8-1.0kw/(1m 3 /min)
——再生耗氣 3%以上
——再生溫度：硅膠120-180℃、活性氧化鋁150-200℃、分子篩 80-320
——出口露點(diǎn)溫度：-40
壓縮熱再
在壓縮空氣干燥機(jī)中，雖然吸附式干燥機(jī)所能達(dá)到的露點(diǎn)溫度較低，但其能耗太大，在“ 可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略被人們?cè)絹?lái)越認(rèn)同的情況下，降低吸干機(jī)的能耗是業(yè)界一直追求的目標(biāo)。本公司 的RSC型組合式低露點(diǎn)壓縮空氣干燥機(jī)是一種能達(dá)到低露點(diǎn)又節(jié)能的干燥設(shè)備。當(dāng)然在業(yè)界也有人開發(fā)了 相對(duì)節(jié)能的吸干機(jī)——利用空壓機(jī)的壓縮熱再生的吸干機(jī)，我們稱它為“壓縮熱再生干 燥機(jī)”
這種干燥機(jī)的設(shè)計(jì)思想是：空氣在被壓縮過(guò)程中體積縮小，溫度升高。由于氣體的焓是溫度的 單值函數(shù)，當(dāng)空壓機(jī)的最終排氣溫度與吸氣溫度相等時(shí)，其焓值是不變的，這意味著空壓機(jī)所作的壓縮 功全部變?yōu)闊崃慷焕鋮s水或外界大氣帶走。這部分壓縮熱的數(shù)量相當(dāng)可觀。一臺(tái)空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓 縮熱完全滿足相同流量吸附式干燥器的再生熱需求
目前這一類型干燥機(jī)有兩種形式
1）直接利用空壓機(jī)排出的未經(jīng)后部冷卻器冷卻的熱壓縮空氣進(jìn)行再生
此類干燥機(jī)的再生方式與外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)相似——都用潮濕空氣作為再生空 氣。但再生程度前者比后者差得多。這是因?yàn)椋?/span>
根據(jù)吸附劑有熱再生原則，吸附劑再生徹底與否取決于再生空氣的溫度和含濕量。壓縮熱再生 干燥機(jī)的再生溫度取決于空壓機(jī)的排氣溫度，一般活塞式空氣壓縮機(jī)的排氣溫度按規(guī)定不超過(guò)160℃，實(shí) 際運(yùn)行中排氣溫度很少有達(dá)到160℃的情況，有時(shí)甚至低 10℃，而螺桿空壓機(jī)的排氣溫度更低，用這樣 低的排氣溫度用于吸附劑再生是很不利的。再生氣體溫度低造成了再生的不完全，而再生不完全的后果 就是成品氣的露點(diǎn)高。而外加熱鼓風(fēng)干燥機(jī)不存在這一情況
空壓機(jī)的二級(jí)缸排氣的含濕量與環(huán)境空氣的相對(duì)濕度有關(guān)。壓力狀態(tài)下單位體積空氣的水蒸氣 量比常壓空氣多，這就決定了此類干燥機(jī)的再生不可能很徹底，除非環(huán)境空氣的相對(duì)濕度很低
總之，此類干燥機(jī)的在再生溫度不太高的情況下，出口露點(diǎn)溫度受環(huán)境的影響很大，根據(jù)不同 季節(jié)、不同地區(qū)，該類干燥機(jī)的出口露點(diǎn)溫度 10 40℃之間變化，不適合于要求露點(diǎn)穩(wěn)定的工藝中
2）利用中間加熱器，用空壓機(jī)排出的未經(jīng)后部冷卻器冷卻的熱壓縮空氣與干燥后的部分空氣熱 交換，提高再生氣的溫度。這種干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)與微熱再生干燥機(jī)相同，只是熱源不是電、蒸汽等，而是 熱空氣。由于空壓機(jī)排氣溫度不會(huì)很高，因此基本屬于微熱再生干燥機(jī)一類
控制系統(tǒng)
吸附式壓縮空氣的控制方式有兩種
前面我們已提到的PLC控制是本公司吸干機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。根據(jù)事先確定的時(shí)序，PLC輸出信號(hào)控 制切換閥和排放閥的切換，并不會(huì)隨壓縮空氣負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)時(shí)序
另一種就是本公司的露點(diǎn)節(jié)能控制系統(tǒng)
為了保證出口露點(diǎn)溫度，我們根據(jù)壓縮空氣的最大負(fù)荷確定吸干機(jī)的處理量，但是在實(shí)際運(yùn)行 中，壓縮空氣的工況并不始終處于極限工況（最大負(fù)荷）下，有很多時(shí)間處于比極限工況好得多的工況 。例如：壓縮空氣的最高溫度往往發(fā)生在夏季，而春、秋、冬三季的壓縮空氣溫度低于夏季
在時(shí)序控制時(shí)，吸干機(jī)的工作周期是一定的。例如由PLC控制的RSXW無(wú)熱再生干燥機(jī)的吸附/再 生的工作周期為10分鐘，如 -33所示
在小負(fù)荷工況下，吸附塔內(nèi)吸附帶的寬度相對(duì)較小、移動(dòng)速度也較慢。如按固定工作周期切換 ，吸附帶遠(yuǎn)未達(dá)到吸附塔頂部之前（吸附塔還有吸附能力）已被切換而進(jìn)入再生狀態(tài)（此時(shí)吸附塔的吸 附能力是有富余的），并用干燥空氣去“再生”并不潮濕的吸附劑，能源就會(huì)浪費(fèi)
露點(diǎn)控制節(jié)能系統(tǒng)是為了讓吸干機(jī)盡可能地處于滿負(fù)荷狀態(tài)，最大限度的節(jié)省能源
露點(diǎn)節(jié)能控制系統(tǒng)由露點(diǎn)傳感儀和PLC組成。露點(diǎn)傳感儀安裝在干燥機(jī)的出口處。我們把所需要 的露點(diǎn)溫度設(shè)定在露點(diǎn)節(jié)能控制系統(tǒng)上，系統(tǒng)在線對(duì)比露點(diǎn)傳感頭測(cè)到的干燥機(jī)出口露點(diǎn)溫度和設(shè)定值 。當(dāng)實(shí)測(cè)值低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)不發(fā)出吸附/再生切換信號(hào)：吸附繼續(xù)進(jìn)行，而再生已在規(guī)定的時(shí)間里結(jié) 束，即充壓后等待切換（如 -33），此時(shí)沒有消耗再生空氣。當(dāng)吸干機(jī)出口露點(diǎn)溫度等于設(shè)定值時(shí)，系 統(tǒng)發(fā)出吸 再生切換信號(hào)，進(jìn)入下一循環(huán)
-33 XW型無(wú)熱再生干燥器露點(diǎn)節(jié)能控制時(shí)序
各種干燥機(jī)比
從吸 再生原理上講，無(wú)熱再生、微熱再生和外加熱鼓風(fēng)再生干燥機(jī)的綜合能量消耗應(yīng)該基本相 同，即吸 再生需要平衡。但是這三種干燥機(jī)的有效供氣量不同（再生氣量不同），這會(huì)影響空壓機(jī)的選 型。對(duì)于整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)而言，在保證露點(diǎn)溫度滿足要求的前提下，選用不同形式的吸干機(jī)對(duì)總投資 、占地面積、運(yùn)行費(fèi)用等方面有影響。三種吸干機(jī)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比見 -4
-4 吸附式干燥器經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析比
干燥機(jī)類 無(wú)熱再生 微熱再生 有熱再生（外加熱鼓風(fēng)
工作原理 變壓吸附（PSA 變壓、變溫吸 變溫吸附（TSA
出口壓力露點(diǎn) -20 40 -20 -40 -20 40
吸附塔相對(duì)尺 1 1~1.5 1.5~2
再生氣溫 比進(jìn)氣溫度高2-6 120~200 120~320
工作周期 4~10（min 1.5~8h 6~8h
加熱設(shè)備功率 ~0.5KW/(1m 3 /min) ~0.9KW/(1m 3 /min)
再生氣耗量 12~16% 6~8% 3~5%
綜合評(píng)價(jià) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、一次性投資低、占地面積小 再生氣耗量大、 所需空壓機(jī)排氣量大、切換頻 結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜、操作相對(duì)方便、占地面積小 再生氣耗量較小、所需空 壓機(jī)排氣量較大、切換時(shí)間較 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大 再生氣耗量小、所需空壓機(jī)排氣量可稍小、 切換時(shí)間長(zhǎng)
吸干機(jī)應(yīng)
使用條件
本公司吸附式壓縮空氣干燥機(jī)（包括RSXW型和RSXJ型）的額定工況如下：
進(jìn)氣壓力 .7MPa(g)
進(jìn)氣溫度:40℃（飽和濕空氣）
環(huán)境溫度:38
壓力露點(diǎn):-40
再生氣量 4%（無(wú)熱再生） %（微熱再生）
當(dāng)吸干機(jī)在規(guī)定工況下運(yùn)行時(shí)，其效率將會(huì)得到最大程度的發(fā)揮。只要用戶依據(jù)自身的處理氣 量與需求，選擇相適應(yīng)的配套干燥器，就可獲得所需品質(zhì)要求的干燥空氣。但是，如果運(yùn)行條件與額定 工況相差甚遠(yuǎn)而又不采取相應(yīng)措施，將會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，降低工作效率，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法獲得所 需品質(zhì)產(chǎn)品氣，并影響設(shè)備的使用壽命
我們將從以下幾個(gè)方面分析對(duì)吸干機(jī)正常運(yùn)行影響頗大而又易被忽視的因素：
（一）進(jìn)氣溫
進(jìn)入吸干機(jī)的壓縮空氣為具有一定溫度的飽和空氣。從 3.2 中可以看出：同等壓力條件下，溫 度每提 ℃，飽和含水量增 0%左右，也即進(jìn)入吸干機(jī)的濕度負(fù)荷增 0%左右；此外，吸附劑的吸附能力隨 溫度的升高而降 -24 )，因此隨壓縮空氣進(jìn)口溫度的升高，吸干機(jī)的干燥效率下降。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析， 進(jìn)氣溫度每提高5℃，成品氣出口露點(diǎn)將升高8~10℃。所以，盡可能降低進(jìn)氣溫度對(duì)吸干機(jī)有好處
（二）工作壓
工作壓力對(duì)吸干機(jī)的運(yùn)行影響較大，具體表現(xiàn)在以下四方面
1）前面已經(jīng)討論過(guò)壓縮空氣壓力越低，再生氣量越大。我們從 -4還可以看出，壓縮空氣飽和 含水量與壓力成反比，即工作壓力越低，吸干機(jī)的濕度負(fù)荷越大，因此要求的再生氣量也大
2）從干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)我們知道，再生空氣是由孔板或球閥的開啟度和兩側(cè)的壓力差決定的。在流 通面積一定的情況下，流經(jīng)孔板 ）或球閥的再生氣量與壓力成正比，工作壓力的下降會(huì)導(dǎo)致再生氣量的 減小從而使吸干機(jī)再生效率降低，影響吸附效率
3）壓縮空氣的體積與壓力成反比，較低的工作壓力使壓縮空氣空塔流速提高，吸附劑與壓縮空 氣的接觸時(shí)間縮短，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)吸附容量的下降
4）從 -29 可以看出，由于壓力下降、空塔流速提高，導(dǎo)致吸附床層的壓力損失加大
因此工作壓力降低必然引起產(chǎn)品氣出口露點(diǎn)上升、再生氣量加大、壓力降上升。尤其無(wú)熱再生 式干燥機(jī)對(duì)壓力下降十分敏感。因此RSXW型無(wú)熱再生干燥機(jī)都對(duì)工作壓力的下限提出要求即：不低于 0.5MPa（特殊設(shè)計(jì)的干燥機(jī)除外）
除了壓力的下降會(huì)降低干燥機(jī)運(yùn)行效率有影響外外，較大范圍的壓力波動(dòng)亦會(huì)影響設(shè)備的正常 運(yùn)行。尤其與活塞式空壓機(jī)配套時(shí)容易出現(xiàn)這種情況，當(dāng)然在某些場(chǎng)合對(duì)氣量需求變化較大時(shí)也會(huì)出現(xiàn) 壓力波動(dòng)。在這種情況下，應(yīng)在干燥機(jī)前端配置合適的緩沖罐或在系統(tǒng)中設(shè)置壓力維持閥，盡可能保證 干燥機(jī)在穩(wěn)定工況下運(yùn)行
（三）凝結(jié)水
從空壓機(jī)后部冷卻器排出的壓縮空氣是一種過(guò)飽和壓縮空氣，含有一定量的凝結(jié)水。少量的凝 結(jié)水對(duì)吸干機(jī)的影響不大，因?yàn)楸竟靖稍餀C(jī)的吸附塔底部填充了抗水的瓷球或氧化鋁（沒有經(jīng)過(guò)活化 ），但是如果吸干機(jī)前沒有安裝氣水分離器和過(guò)濾器或由于非正常因素大量的凝結(jié)水進(jìn)入吸附塔內(nèi)就會(huì) 導(dǎo)致吸附惡化、露點(diǎn)溫度急劇上升，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致吸附劑破裂成粉（具體表現(xiàn)為：從消聲器內(nèi)噴出粉末、 后置粉塵過(guò)濾器堵塞）而必須更換吸附劑的后果。這是因?yàn)椋?/span>
大量凝結(jié)水進(jìn)入吸附塔后，吸附劑在瞬間吸附大量的水分，同時(shí)放出大量的吸附熱，由于吸附 劑是非導(dǎo)熱體，吸附熱無(wú)法及時(shí)散發(fā)而被吸附劑微孔內(nèi)的液體水吸收，當(dāng)熱量足夠時(shí)，這些水分蒸發(fā)成 氣體后體積急劇膨脹而脹破吸附劑
因此在吸干機(jī)前置配置水分離設(shè)備是完全必要的
（四）油
一般所指的無(wú)油潤(rùn)滑活塞式空壓機(jī)(迷宮式、填料帶正壓保護(hù)以及小功率全無(wú)油機(jī)除 排氣中仍 有一定量的潤(rùn)滑油存在，依其結(jié)構(gòu)和規(guī)格不同約有6~15mg/m 3 。與無(wú)油活塞機(jī)含油量相當(dāng)?shù)膰娪吐輻U空 壓機(jī)，其含油量依油氣分離器效率與排氣溫度的高低，一般可認(rèn)為 ~15 mg/m 3 ，取兩者中值即10mg/m 3 ，并 0m 3 /min排氣量空壓機(jī)為例，運(yùn) 000小時(shí)（一年）后的油霧量：
如此之多的潤(rùn)滑油進(jìn)入吸干機(jī)必然加速吸附劑的老化，導(dǎo)致壽命縮短
解決這一難題的方法是在吸干機(jī)進(jìn)氣口前設(shè)置除油過(guò)濾器
（五）再生氣
前面章節(jié)對(duì)再生氣量的討論已不少，這里要強(qiáng)調(diào)的是在干燥機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不能隨意調(diào)節(jié)再生氣 量。另外，對(duì)加熱再生干燥機(jī)而言，再生氣瞬時(shí)流量不可過(guò)小，否則會(huì)降低作為熱載體的再生氣傳熱效 率，造成局部過(guò)熱而大部無(wú)熱，破壞吸附劑結(jié)構(gòu)與性能，同時(shí)流量過(guò)小會(huì)使流速過(guò)低，易形成因氣流穿 越吸附層短路而形成“遂道效應(yīng)”而導(dǎo)致無(wú)法均勻傳熱與有效解吸
選型
在選擇壓縮空氣干燥機(jī)時(shí)，我們首先考慮的是所需的露點(diǎn)溫度。根據(jù)露點(diǎn)溫度確定選擇冷干機(jī) 、吸干機(jī)還是組合式干燥機(jī)
當(dāng)我們確定使用吸干機(jī)后，可根 2.4.4.4 2.4.5.1 綜合比較，最后確定選用哪一類干燥機(jī)
安裝
吸干機(jī)的安裝具體見《使用維護(hù)手冊(cè)》，但有兩點(diǎn)需要指出：
1）所有吸干機(jī)必須與過(guò)濾器一起使用，吸干機(jī)前置應(yīng)安裝除油過(guò)濾器以除去壓縮空氣中凝結(jié)水 、油滴和固體顆粒，下游的過(guò)濾器可以除去吸干機(jī)產(chǎn)生的粉塵
2）空壓機(jī)與吸干機(jī)之間應(yīng)設(shè)置緩沖罐
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