淺析吸附式壓縮空氣干燥器的原理及應(yīng)用

1、 PAGE PAGE 18摘 要2060領(lǐng)域中從事關(guān)心傳動(dòng)，如運(yùn)用到礦山，鋼鐵，機(jī)床和汽車(chē) 等制造行業(yè)，以后逐步向自動(dòng)裝配，包裝、檢測(cè)等輕松、 周密行業(yè)進(jìn)展。隨著電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng) 應(yīng)用。氣動(dòng)機(jī)械手和柔性自動(dòng)技術(shù)的進(jìn)展，對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提 出了更多更高的要求，氣動(dòng)技術(shù)與微電子技術(shù)，現(xiàn)代把握 ，從而使把握精度有了質(zhì)的提高。氣動(dòng)技術(shù)及空氣的凈 化設(shè)備已經(jīng)成為現(xiàn)代周密傳動(dòng)把握的關(guān)鍵技術(shù)之一。關(guān)鍵詞：氣動(dòng);壓縮空氣;吸附枯燥技術(shù)Abstract:In the 1960s,pneumatic technology engaged inauxiliary transmission mainly i

2、n areas of relativelyheavy operations, such as appling to mines,steelindustry,machinetoolsandautomobilemanufacturing industry, later gradually developedto automated assemble, package, testing and otherlightweight, sophisticated industry developments.With the rapid progress of electronic technology,p

3、neumatic technology applications are rapidlyexpanding and be made full use of in varieties ofautomated production lines. The development ofpneumatic manipulators and flexible automatedtechnologie project more and higher demands topneumatictechnology,thecombinationofpneumatictechnology,microelectroni

4、ctechnologyandmoderncontrol theory makes pneumatic technology changefrom the open-loop proportional control access tothe closed-loop servo control, the result is the qualitative improvement of accuracy. Pneumatictechnology and air purification equipment havebecome one of the key technologies ofmoder

5、nprecisionmotioncontrolKeywords: pneumatic; compressed air; adsorptiondryingtechnology淺析吸附式壓縮空氣枯燥器的原理及應(yīng)用1在工業(yè)上，吸附過(guò)程是指流淌相氣體與液體與多 孔顆粒固定相接觸，使流淌相中一種或多種組分有選 擇的取出或者保存在固定相顆粒內(nèi)的過(guò)程。多孔固體 顆粒外表微孔的大小既可以是均勻的，也可能是單一的。 中的溶質(zhì)或某一組分被吸入顆粒內(nèi)，從而使物質(zhì)得以分 離、提純。依據(jù)其傳質(zhì)機(jī)理的不同，吸附操作大致可分為 吸附、離子交換和色譜分別過(guò)程等集中，它們的作用機(jī)理 是比較簡(jiǎn)單的。2 章 吸附式壓縮空氣枯燥機(jī)的

6、根本構(gòu)造及其原理參數(shù)吸附的根本概述吸附體系吸附現(xiàn)象是發(fā)生在兩相交界面上物質(zhì)分子濃度自動(dòng) 遷移的自然現(xiàn)象。爭(zhēng)辯說(shuō)明，吸附現(xiàn)象不僅發(fā)生在氣 -固界因此吸附作用是自然界中的普遍現(xiàn)象。技術(shù)上將能發(fā)生明顯吸附現(xiàn)象的體系叫做“吸附體流程中，常用的吸附劑有硅膠、活性氧化鋁和分子篩等， 中硅膠等固體吸附劑與壓縮空氣中的水蒸氣共同組成了了承載吸附質(zhì)的作用，其本身并不參與吸附過(guò)程。外表張力外表張力產(chǎn)生的緣由自然界存在著種類(lèi)繁這些興旺的微孔構(gòu)造使吸附劑外表具有過(guò)剩的能量稱(chēng)作“外表自由能”，由力場(chǎng)”或“外表引力場(chǎng) 圖 1-1 中以 x-y 為液氣分界面，A 為液體內(nèi)部的某一個(gè)分子，B可以看出 A向上受力一樣，因此合力

7、為零。而B(niǎo) 分子則不然，他一方體外部氣體分子的吸引。由于氣體密度比液體密度小的多，它對(duì)B 分子的吸引力可無(wú)視不計(jì)，因此可認(rèn)為外表層位能的趨勢(shì)。這一趨勢(shì)之所以不能始終進(jìn)展下去，是由于 切點(diǎn)的平面上。常用吸附劑及吸附原理：吸附條件及常用吸附劑吸附條件雖然一切固體物質(zhì)的外表對(duì)氣體都具有肯定的吸 附作用，但作為深度脫水用的、性能良好的吸附劑應(yīng)滿(mǎn)足 一下要求：1、比外表積大，要求吸附顆粒內(nèi)部要有興旺的網(wǎng)格構(gòu)造的微孔通道 2、動(dòng)態(tài)吸附量大，對(duì)減小吸附裝置體 量，節(jié)約生產(chǎn)本錢(qián)，是有利的，3、吸附力小，一般講來(lái)， 水蒸氣剩余量也較小， 4、吸附熱小，可降低吸附劑再生 的能耗本錢(qián)， 5、與吸附物之間無(wú)破壞作用，

8、即吸附劑與吸附質(zhì)接觸后，吸附劑本身不應(yīng)消滅強(qiáng)度降低，晶格破壞及顆粒解體等現(xiàn)象， 6、吸附速度快，較易到達(dá)吸附的動(dòng) 態(tài)平衡，7、比熱容小，熱傳導(dǎo)性好，可以加速吸附、脫附過(guò)程的進(jìn)展，并降低再生能耗， 8、耐壓、耐磨使用中 不產(chǎn)生碎屑粉末，與水接觸后不裂開(kāi)，不分解， 9、顆粒外形以球形為好，要求有足夠的氣流通道，以降低氣流阻力，10、能再生和屢次使用。此外工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用的吸附劑必需來(lái)源充分、價(jià)格廉價(jià)等。氣體吸附過(guò)程是純物理吸附過(guò)程，即所謂的“范德1個(gè)到幾體量格外少，因此作為工業(yè)上使用的吸附劑，必需要有足 夠大的比外表積來(lái)彌補(bǔ)這一缺乏，表 1-1 附常用吸附劑的比外表積常用的吸附劑1、活性氧化鋁形態(tài)

9、的活性氧化鋁，其活化溫度低于 600。活性氧化鋁對(duì)于水居于較強(qiáng)的親和力，在肯定的操作條件下，它的枯燥效果可 以到達(dá)露點(diǎn)-60一下，其再生溫度比分子篩要低?；钚圆灰琢验_(kāi)，在交變壓力作用下不易磨損脫落。由于它的吸 附容量大，在高濕度氣體的枯燥流程中，其吸附再生周 作。2、分子篩分子篩是一大類(lèi)具有均一微孔且能有選擇性地吸附直徑 小于其孔徑的吸附劑的泛稱(chēng)。沸石分子篩是一種合成的沸石型硅鋁酸鹽的多水化合物晶體。其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性比較高，而且還同時(shí)具有 篩分性能、離子交換性能、選擇單一性和吸附性能良好等 特點(diǎn)。從吸附性質(zhì)上說(shuō)，和其他吸附劑比較其特點(diǎn)是： 小的氣體分子，分子篩孔道窄縫中，相對(duì)面的孔壁會(huì)產(chǎn)

10、 生力場(chǎng)疊加現(xiàn)象，使其吸附勢(shì)有明顯提高。這一特點(diǎn)導(dǎo)致 相當(dāng)大的吸附容量，沸石分子篩屬極性吸附劑，對(duì)極性 分子，特別對(duì)水有很大的親和力，還能選擇吸附不飽和和 有機(jī)化合物。吸附劑的解析原理 附作用。為了使吸附劑重獲得吸附的活性，必需將已經(jīng)被吸附的吸附質(zhì)分子從吸附劑外表的微孔中去除，這個(gè)過(guò)程。從圖 1-2ab所示的附量x 隨吸附質(zhì)的分壓力p而增加，在同一吸附質(zhì)分壓力 x 隨吸附溫度上升而減小。也就利于吸附過(guò)程的逆過(guò)程即解吸分壓力成正比的原理，可將吸附操作分為兩類(lèi)：變溫吸附TSA和變壓吸附PSA。圖 1-3 所示為平衡吸附量與溫度、壓力的關(guān)系曲線。圖中 A-B-CAB 而由B 到A 時(shí)，系統(tǒng)溫度不變，

11、壓力降低，吸附量削減， 即減壓解吸。所以 AB過(guò)程。同理由B 到 C 時(shí)，溫度上升后，壓力不變，吸附量減小，即升溫解吸；而由 C 到B 時(shí)，壓力不變，溫度降低，B、C化過(guò)程又稱(chēng)為“變溫吸附”過(guò)程。大多數(shù)吸附劑都具有比熱容較大而導(dǎo)熱率微小的特 點(diǎn)，因此升溫或降溫所需的時(shí)間較長(zhǎng)，消耗熱能也較多， 除水枯燥技術(shù)中，普遍使用的是變壓吸附技術(shù)。吸附枯燥機(jī)的構(gòu)造參數(shù)及構(gòu)造特征吸附式空氣枯燥器的儲(chǔ)氣塔應(yīng)符合GB150-2022鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)。在吸附塔的管道連接中， 接收應(yīng)符合GB3087-2022國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)視局 公布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在吸附塔的端口法蘭連接中，法蘭應(yīng)符合HG20592-97 鋼制管法蘭型式、參

12、數(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。吸附塔的制作過(guò)程中使用的封頭應(yīng)符合 JB/T4746-2022 鋼制壓力容器用封頭的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在壓力容器的制造及使用過(guò)程中 應(yīng)符合國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)視檢驗(yàn)檢疫總局 頒發(fā)的 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程的相關(guān)規(guī)定。吸附式枯燥器概述壓縮空氣吸附式枯燥器通常分為加熱再生和無(wú)熱再 生兩種形式。解吸并重返氣相。該工藝由外熱源供給解吸所需要的熱量，并利用鼓風(fēng)機(jī)吸取環(huán)境空氣作為熱量的載體。在加熱 分力量的，所以必需用常溫枯燥空氣對(duì)吸附劑進(jìn)展冷卻， 直到溫度降低至起始值時(shí)，才能完全恢復(fù)原有的吸附活性。所以說(shuō)加熱再生枯燥器的再生工序要分兩步進(jìn)展，即 先加熱解吸后冷卻再生；解吸只是吸附劑再生的一個(gè)步驟。

13、水蒸氣高分壓時(shí)吸附劑吸附水分，而在低分壓環(huán)境中，吸 附枯燥器帶來(lái)很大的便利，使其構(gòu)造變得格外簡(jiǎn)潔，操作 過(guò)程也很便利。在無(wú)熱再生工藝中，解吸氣不僅是再生所 必需的能源，而且還兼做水蒸氣排出的載體。由于變壓吸 吸附枯燥器工作流程無(wú)熱式再生枯燥器工作流程圖1-4 所示為目前用的比較廣泛的四閥構(gòu)造無(wú)熱再生吸附枯燥器的工作原理圖。A 塔隨機(jī)做吸附運(yùn)行，B 塔則做再生運(yùn)行。在預(yù)先設(shè)定的時(shí)序把握下，進(jìn)氣截止閥F1量的壓縮空氣進(jìn)入 A塔，在向上的流淌中，混合組分中的水蒸氣被A附劑所吸附，失去水分的枯燥壓縮空氣在本身壓力作用下，推開(kāi)設(shè)置在頂端的單向閥 a，通過(guò)排氣管道進(jìn)入用氣管網(wǎng)。在進(jìn)氣閥 F1 開(kāi)啟后的幾秒

14、鐘，BF2A 塔的一局部枯燥空氣由節(jié)流閥 c 及與之并聯(lián)的微調(diào)閥 c從上部進(jìn)入 B 塔做自上而下的逆向流淌，在上一個(gè)周期中已被B 塔吸附劑所吸附的水分在低水分壓下得以解吸，解吸出來(lái)的水蒸氣以再生氣為載體，通過(guò)已開(kāi) 啟的截止閥F2和消聲器EB塔內(nèi)的吸附劑由于脫水而獲得再生。在 F1，F(xiàn)2B 塔有足F1F3,F4 相繼開(kāi)啟，枯燥器進(jìn)入 B 塔吸附，A 塔再生的下半個(gè)周期。上述工作時(shí)間準(zhǔn)時(shí)序安排均由程序把握器預(yù)先設(shè)定，器的半周期一般設(shè)定為 25min,均壓時(shí)間一般為 2030s。加熱式再生枯燥器工作流程。床。在大多數(shù)狀況下，熱量由電熱器供給，解吸風(fēng)量由鼓 風(fēng)機(jī)供給 常承受風(fēng)壓較高的羅茨風(fēng)機(jī)。加熱再生

15、枯燥器的程序把握器不僅要對(duì)各個(gè)閥門(mén)的 動(dòng)作次序進(jìn)展有序切換，而且對(duì)加熱溫度也要把握，溫度 太低，不能使吸附劑解吸脫附，溫度太高，吸附劑簡(jiǎn)潔劣 差異。再生過(guò)程分析無(wú)熱再生過(guò)程分析設(shè)吸附枯燥器的循環(huán)周期為 T，可將其分為吸附操作TT兩個(gè)半周期，假設(shè)不考慮雙塔均壓時(shí)間，則明顯有 T=T+T；為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)供氣，應(yīng)當(dāng)有TT。程中連續(xù)被枯燥的再生氣體帶出，解吸完畢，吸附劑即同 步獲得再生，因此再生過(guò)程是一步到位的。在實(shí)際過(guò)程中再生時(shí)間 T由消耗再生氣體的解吸tztj兩局部組成。即T=t+t ，t T。這樣在保持 T不變前提下，zjz調(diào)整均壓時(shí)間 t，就可轉(zhuǎn)變解吸時(shí)間 tjtz的長(zhǎng)短直接z濕負(fù)荷變化時(shí)調(diào)整

16、tz生能耗的目的。加熱再生過(guò)程分析加熱再生枯燥器的再生時(shí)間 T除了上述 tt 外zj還要加上吸附劑的冷卻時(shí)間 T=t+tzj+t ，即加熱再生l過(guò)程分為兩段進(jìn)展，前半段是加熱解吸過(guò)程，外界供給的高溫再生氣體使水分重返氣相并隨相對(duì)濕度很小的高溫 氣體流出，從而完成解吸任務(wù)；后半段是吸附劑的冷卻過(guò)程，由于高溫下吸附劑不具備吸附活性，必需將其冷卻至 不能使用常溫下濕度較高的環(huán)境供氣，最經(jīng)濟(jì)、便利的方法就是利用本機(jī)輸出的枯燥空氣對(duì)吸附劑“吹冷”，這就要消耗一局部成品氣。吸附劑的物理性質(zhì)熱容量大，導(dǎo)熱系數(shù)小打算了 器的再生操作時(shí)間 T要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無(wú)熱再生。這迫使加熱再生枯燥器的吸附操作時(shí)間 T也要相應(yīng)延長(zhǎng)

17、，一個(gè)循環(huán)周期可長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)小時(shí)甚至十幾個(gè)小時(shí)。構(gòu)造特征及構(gòu)造參數(shù)構(gòu)造特征式能實(shí)現(xiàn)連續(xù)供氣的實(shí)際需要，而且在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝 及日常維護(hù)上都有獨(dú)到的便利之處。A、B 流程上他們表現(xiàn)如下特點(diǎn)：獨(dú)立性雙塔在流程上既不是上下游關(guān)系，也 的并立個(gè)體。對(duì)稱(chēng)性表現(xiàn)在A、B 雙塔在程序把握器的統(tǒng)一 任務(wù)；相對(duì)依靠性A、B 雙塔相互供給再生氣僅在于取之便利而已，并非是工藝之必需，例如加熱再生枯燥器 的解吸用氣就來(lái)自環(huán)境空氣。 供氣任務(wù)，甚至能取得更好的結(jié)果。構(gòu)造參數(shù)吸附式枯燥器的根本功能是最大限度地除去濕空氣 中水分以獲得深度枯燥的壓縮空氣。在吸附枯燥器構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，將進(jìn)氣狀態(tài)壓力p 、溫1tt1、空壓機(jī)吸氣環(huán)境相

18、對(duì)濕度td的基準(zhǔn)值可取為：1進(jìn)氣溫度：t1進(jìn)氣壓力：p1=38；=0.7MPa表壓；3進(jìn)氣相對(duì)濕度：=100%4=-40常壓；d尺寸和核算吸附劑填充量?？菰锼缀纬叽缈菰锼o(wú)疑是吸附枯燥器最重要的構(gòu)造部件，其幾何尺寸由以下因素確定：空氣處理量、空塔流速、吸附劑動(dòng) 吸附量、氣固兩相接觸時(shí)間及再生方法。上述因素既相對(duì) 獨(dú)立而相互之間又有所牽制。C0及塔體幾何尺寸充物質(zhì)及充填量確定的條件下，C0又打算了流體在塔內(nèi)的實(shí)際流淌速度、流體與充填物之間的接觸時(shí)間及流通阻力。露點(diǎn)，空塔流速可做如下選擇：活性氧化鋁：0.10.3m/s ;沸石分子篩：0.050.2m/s無(wú)熱再生時(shí)，C0取高值，加熱再生時(shí)，取低值

19、?？账魉俅_定后，枯燥塔直徑按下公式計(jì)算：式中C0空塔流速，m/s;m3/sQv通過(guò)枯燥器的壓縮空氣在壓力下的有壓流量，有壓流量與額定狀態(tài)下自由流量之間的換算可按狀態(tài)方程計(jì)算，在吸附枯燥器計(jì)算時(shí)，由于溫度差異不大，狀態(tài)方程式中溫度工程可以無(wú)視不計(jì)。因此 qv=qv(p0/60p1) (m3/s)式中 p0進(jìn)氣狀態(tài)下空氣確實(shí)定壓力，一般取p0=0.1MPaP1MPa?？账魉龠x定后，塔體高度 H 打算了壓縮空氣與吸附床的接觸時(shí)間，兩次接觸時(shí)間越長(zhǎng)，成品氣露點(diǎn)質(zhì)量越 好，對(duì)壓縮空氣枯燥器而言，接觸時(shí)間至少要大于 4sH=45C0m也可按吸附塔直徑的 2.54 倍選取塔高，即H=(2.54)D m1

20、2塔體名義體積：12 PAGE PAGE 19動(dòng)吸附量 的選取。脫除精度時(shí)，吸附床中吸附劑所吸附的氣體的重量百分比。明顯，枯燥器的動(dòng)吸附量是指排氣口空氣到達(dá)規(guī)定露 值，即：式中 動(dòng)吸附量，%Gskg；Gx吸附劑單塔充填量，kg動(dòng)吸附量 行費(fèi)用，也關(guān)系到排氣露點(diǎn)的質(zhì)量。 大，固然可節(jié)約吸求，同時(shí)會(huì)增加吸附劑的再生能耗并使吸附劑提前劣化， 小，不僅要增加吸附劑充填量，而且使塔幾何尺寸變得格外浩大。每一種吸附劑的動(dòng)吸附量廠家在使用說(shuō)明書(shū)上均標(biāo) 應(yīng)按以下文獻(xiàn)推舉值選?。?%84%6核算吸附劑充填量按吸附劑充填量公式，Gx 可用下式計(jì)算：式中Gsmin里，吸附床吸附的水量kg式中 qv單位時(shí)間通過(guò)枯燥器

21、的有壓流量，m3/min p1t1度， kg/m3假設(shè)吸附持續(xù)時(shí)間為T(mén)min，則單塔充填量為： 充填余量，取 =1.21.32.4.4.2 系。1一般吸附式枯燥器下管系包括壓縮空氣進(jìn)氣閥， 再生氣排出閥，依據(jù)使用閥的數(shù)量，下管系和以是四閥構(gòu)造，也可以是三閥構(gòu)造。1-4閥構(gòu)造下管系。F1、F3 分別是A、B 兩塔的進(jìn)氣閥，F(xiàn)4、F2 分別是AB1-4 中的F1、F3 用一只雙向閥來(lái)代替，則1-5 則示出了一個(gè)兩閥構(gòu)造枯燥器的流程，其中進(jìn)氣閥、再生氣排出閥分別用一只兩位五通閥和兩位三通閥來(lái)?yè)?dān)任，它的工作原理和四閥構(gòu)造枯燥器是完全一樣的。簡(jiǎn)潔堵塞，一旦堵塞會(huì)造成再生塔內(nèi)壓力降不下來(lái)，再生 尾氣也排不出去，這會(huì)嚴(yán)峻干擾枯燥器的正常吸附循環(huán)。吸附枯燥器上管系包括壓縮空氣成品氣排出閥和再生通道閥兩種，一般都用單向閥擔(dān)當(dāng)