空調(diào)制冷研究

空調(diào)制冷研究第4章計(jì)算雙塔干燥器兩塔吸附、再生轉(zhuǎn)換的時(shí)間由前文可知吸附式干燥器，一塔進(jìn)行吸附，另一塔進(jìn)行再生。依再生方式不同可分為無熱再生式干燥器，有熱再生式干燥器和微熱再生式干燥器。再生式干燥器的實(shí)際工作過程分吸附、再生兩個(gè)階段構(gòu)成一個(gè)循環(huán)。工作時(shí)，壓縮空氣交替流經(jīng)AB兩個(gè)充滿吸附劑的塔式容器，一塔在工作壓力狀態(tài)下吸附時(shí)，另一塔則在接近大氣壓狀態(tài)下再生，然后按所設(shè)定的程序切換兩塔交替工作。當(dāng)沒有干燥器吸附時(shí)，主風(fēng)缸充氣需要的最快時(shí)間為：(4-1)考慮到系統(tǒng)的誤差及設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間，故吸附的時(shí)間設(shè)定的原則為：□干燥；●再生；T工作周期圖3-1干燥器工作周期圖干燥劑由于其分子結(jié)構(gòu)決定了它具有特別大的，獨(dú)特的內(nèi)表面，因此可以從通過的空氣中吸收水分。干燥劑具有極小的分子孔徑，因而可以吸收水分子，同時(shí)過濾較大的油分子。干燥器的工作周期設(shè)定應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則：干燥時(shí)間要充分，使空氣的水分得到足夠吸附，排出的干燥空氣符合設(shè)計(jì)要求；干燥時(shí)間不宜過長，否則影響壓縮機(jī)向總風(fēng)缸的充風(fēng)，影響機(jī)車的制動性能；與控制時(shí)間的繼電器及電磁閥相適應(yīng)，所設(shè)定的時(shí)間能夠得到良好的響應(yīng)。為了能夠充分干燥壓縮空氣，使制動系統(tǒng)及其設(shè)備得到較好的性能及運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)設(shè)定干燥和再生的時(shí)間分別為30s和30s。即：第5章機(jī)車空氣干燥單元總體方案設(shè)計(jì)5.1機(jī)車空氣干燥器介紹5.1.1機(jī)車空氣干燥器的分類和介紹空氣干燥裝置有三種基本型式:（1）致冷劑式:用機(jī)械冷卻來進(jìn)行干燥，這種型式費(fèi)用高，并且時(shí)常出故障。它主要用于工廠定置式干燥系統(tǒng)。(2)吸濕式:利用吸濕材料，當(dāng)水份通過吸濕材料時(shí)就被吸收掉。但當(dāng)吸濕材料水份達(dá)到飽和時(shí)，水份還可能進(jìn)入制動系統(tǒng)。這種裝置需要經(jīng)常更換吸濕介質(zhì)。(3)再生式:利用干燥劑吸收水份并周期地將干燥劑中的水份除掉。這種除水方法較經(jīng)濟(jì)，因此適于用來干燥機(jī)車上的壓縮空氣。根據(jù)目前科技發(fā)展水平，利用吸附的方法，既可使機(jī)車空氣系統(tǒng)的空氣達(dá)到所需的干燥程度，又可避免空氣系統(tǒng)中產(chǎn)生冷凝水。吸附法的原理主要是利用蒸汽在固態(tài)吸附劑孔隙中有毛細(xì)管凝結(jié)的現(xiàn)象。常用的吸附劑有:硅膠、硬鋁膠、分子篩一沸石、活性氧化鋁等。吸附式空氣干燥裝置的優(yōu)點(diǎn)是干燥程度高(其露點(diǎn)溫度可達(dá)-50℃~-70℃)，干燥過程中吸附劑不消耗，不更換，吸附劑能將所吸收的水份排入大氣，恢復(fù)其吸水能力。5.1.2再生式干燥裝置單塔式干燥器：機(jī)車上采用的再生式干燥裝置基本上有兩種:第一種是單塔式，用以吸收集中起來的水份，它需要安裝一個(gè)輔助主風(fēng)缸，以容納除水空氣。當(dāng)然，還需要相應(yīng)的附屬裝置。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖5-1。當(dāng)壓縮機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從調(diào)壓器來的控制空氣打開控制閥，使壓縮空氣(輸出空氣)通過干燥床，同時(shí)關(guān)閉排氣口。正常情況下，空氣經(jīng)過除水空氣風(fēng)缸送往第二個(gè)主風(fēng)缸。當(dāng)壓縮機(jī)無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，控制閥的作用是截?cái)嗤ㄍ稍锎驳目諝饬鳎瑫r(shí)迅速使干燥床中的空氣經(jīng)控制閥的排氣口排入大氣。這時(shí)除水空氣風(fēng)缸中的空氣經(jīng)除水空氣止回閥塞門排出。這種較干燥的空氣經(jīng)過止回閥中塞門膨脹，再經(jīng)干燥床，將前一個(gè)負(fù)荷循環(huán)收集的水份帶走，并經(jīng)控制閥的排氣口將它排到大氣中去。當(dāng)壓縮機(jī)無負(fù)荷時(shí)，排氣口始終啟開。除水空氣風(fēng)缸和第二個(gè)主風(fēng)缸之間的止回閥在無負(fù)荷循環(huán)時(shí)關(guān)閉，使制動系統(tǒng)空氣與除水空氣隔開。a干燥床；b控制閥；c除水空氣止回閥和塞門；d除水空氣風(fēng)缸；e制動系統(tǒng)分隔止回閥。1從壓氣機(jī)來的空氣；2排氣口；3從調(diào)壓器來的控制用空氣；4通往機(jī)車第二個(gè)主風(fēng)缸。圖5-1單塔式再生干燥裝置雙塔式干燥器：第二種雙塔式干燥裝置采用串聯(lián)干燥床，它不需加除水空氣風(fēng)缸。通過一個(gè)控制系統(tǒng)(包括一個(gè)作用可靠的定時(shí)器和一個(gè)電磁閥)操縱每個(gè)干燥床的控制閥起作用。在此系統(tǒng)中，一個(gè)干燥床提供干燥空氣(輸出空氣)，而另一個(gè)干燥床則進(jìn)行除水。經(jīng)一定時(shí)間間隔，兩個(gè)干燥床的作用相互置換。因此，一個(gè)干燥床總是提供干燥空氣，而另一個(gè)則進(jìn)行除水。它的結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。這個(gè)系統(tǒng)是獨(dú)立的，與其它任何空氣系統(tǒng)都不發(fā)生關(guān)系。a干燥床；b控制閥；c排水閥；d除水空氣止回閥和塞門。1通往機(jī)車的第二主風(fēng)缸；2從壓縮機(jī)來的空氣；3控制系統(tǒng)。圖5-2雙塔式干燥器示意圖圖5-3空氣壓縮機(jī)和空氣干燥器工作原理圖1網(wǎng)狀濾清器；2進(jìn)氣閥；3再生閥；4露點(diǎn)傳感器；5排氣閥；6風(fēng)機(jī)；7風(fēng)動驅(qū)動裝置；8再生空氣出口；9溫度傳感器；10內(nèi)置加熱器；11干燥空氣出口；12潮濕空氣入口。圖5-4雙塔式工作原理圖工作原理：當(dāng)一個(gè)吸收器在吸收水分時(shí)，另一個(gè)吸收器用吹熱空氣來再生二氧化硅凝膠。這一過程一直進(jìn)行到溫度繼電器關(guān)斷加熱器為止。然后，干燥的壓縮空氣用來冷卻吸收劑。再生后，吸收器的功能就自動轉(zhuǎn)換。當(dāng)需要使用壓縮空氣的部件所消耗的壓縮空氣量小于干燥系統(tǒng)所能保證的壓縮空氣量時(shí)，其中一個(gè)吸收器就處于/待機(jī)狀態(tài)。在供氣管路中的剩余壓力為0174~0195MPa(714~915kg/cm2)時(shí)，空氣可以干燥到露點(diǎn)-32~34℃。5.2機(jī)車空氣干燥器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壓縮機(jī)的飽和空氣通過進(jìn)氣閥進(jìn)入干燥劑塔，通過干燥芯下部的過濾芯除去較大的水滴、油滴、塵埃等雜質(zhì)，經(jīng)過過濾的空氣流入干燥芯干燥，進(jìn)行進(jìn)一步的干燥處理。處理后空氣的含油量應(yīng)小于10ppm，空氣中塵埃的顆粒大小應(yīng)小于20μm，空氣相對濕度小于35%。處理后的空氣，經(jīng)過空氣止回閥，達(dá)到所需要求的流入主風(fēng)缸供風(fēng)。為滿足高效的性能要求，本文采用雙塔式空氣干燥器，干燥原理與一般干燥器相同，主要是通過控制電路，控制兩個(gè)空氣干燥塔，使他們在不同時(shí)間內(nèi)交替工作，周期定為30s。同時(shí)干燥塔互相利用干燥空氣，通過空氣止回閥之間相連的小孔，在周期內(nèi)未工作的空氣干燥塔可利用干燥空氣同時(shí)除去吸收的水滴、液體和塵埃等雜質(zhì)通過排泄閥排出空氣干燥塔，進(jìn)行再生。這樣的工作方式有利于提高工作效率，同時(shí)對設(shè)備起著維護(hù)作用，同時(shí)兼顧了提高工作效率和設(shè)備使用壽命?？諝飧稍锲髦饕?個(gè)個(gè)組成部分，如圖5-5所示，即干燥筒、進(jìn)氣閥、空氣止回閥、排泄閥、控制電路箱以及安裝板?？諝飧稍锲靼惭b在壓縮機(jī)后冷卻器和第一總風(fēng)缸之前。1干燥筒2排泄閥3出去雙止回閥4電氣控制箱5安裝架板6進(jìn)氣閥圖5-5干燥器總體結(jié)構(gòu)5.2.1干燥筒的設(shè)計(jì)干燥筒左右對稱配置主要由干燥芯、過濾芯、干燥芯支架及干燥筒上下體組成。干燥筒是實(shí)現(xiàn)壓縮空氣干燥凈化的核心部件。本文中干燥筒外部采用上下圓筒的結(jié)構(gòu)，通過螺栓緊密的連接在一起，為保證氣密性，連接面精度要求較高，防止空氣泄露和外界空氣的污染。干燥筒內(nèi)部通過干燥芯架將干燥筒內(nèi)部分為兩部分，下半部分為過濾芯，起著過濾大水滴、油滴和體積較大雜質(zhì)顆粒，即一次空氣處理。上班部分為干燥芯，將從過濾芯處理后的空氣進(jìn)行再次處理干燥來滿足設(shè)計(jì)要求，極二次處理。由于二次處理要求較高，所以吊架不采用平均分割干燥同內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，本文將過濾芯和干燥芯所占體積以1:2的比例設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)尺寸如下：筒的外徑為250mm，壁厚為25mm，筒中可用部分高度為450mm，過濾芯所占高度為150mm，干燥芯所占高度為300mm，由于要布置氣路，所以干燥筒兩端和干燥芯部位中部分別布置了孔，其與排泄閥，空氣止回閥相連的孔徑均設(shè)計(jì)為40mm，兩干燥筒相連部位的小孔直徑設(shè)計(jì)為8mm，使用于再生的干燥空氣的流通。結(jié)構(gòu)如圖5-6所示，零件名稱和數(shù)量如表5-1所示。1干燥筒上體2干燥芯3干燥芯4干燥芯支架5干燥筒下體圖5-6干燥筒結(jié)構(gòu)圖表5-1干燥筒零件數(shù)目表零件塔O-形環(huán)端蓋墊圈機(jī)器螺釘螺紋嵌入件數(shù)目22224248干燥筒左右對稱配置，主要由干燥芯、過濾芯、干燥芯支架及干燥筒上下體組成。干燥筒是實(shí)現(xiàn)壓縮空氣干燥凈化的核心部件。干燥筒工作原理干燥：如圖5-7，從空氣壓縮機(jī)過來的未干燥的空氣，經(jīng)過干燥器上方的進(jìn)氣口進(jìn)入干燥筒與閥體之間的空腔，向下方流動，到達(dá)干燥筒底部后，空氣中的雜質(zhì)，油污、顆粒等較大雜質(zhì)經(jīng)過下方的排污口流向排泄閥；同時(shí)，剩下的帶有水汽的空氣，通過下方的筒口進(jìn)入干燥筒進(jìn)行干燥，在干燥筒內(nèi)，空氣從下往上流動，經(jīng)過干燥劑分別進(jìn)行兩級干燥，干燥完全之后的空氣經(jīng)過上方的排氣口排向出氣止回閥，完成干燥作用。圖5-7干燥過程再生：再生的作用與干燥相反，已經(jīng)干燥的空氣，一部分通過出氣止回閥通往總風(fēng)缸，另一部分，通過一個(gè)小孔，流向需要再生的干燥筒，如圖5-8所示，干燥空氣經(jīng)過上方的閥口進(jìn)入干燥筒，由于本身已經(jīng)干燥，所以具有吸水功能，在從干燥筒上方流下下方的過程中，會帶走兩級干燥劑中含有的水分，使干燥劑得到再生，帶有水分的空氣經(jīng)過下方的閥口，排向排泄閥，完成再生作用。圖5-8再生過程5.2.2出氣雙止回閥設(shè)計(jì)出氣止回閥設(shè)計(jì)為三部分組成。包括止回閥體，止回彈簧，止回閥體和止回閥蓋四部分組成。它與左右干燥筒相連，根據(jù)左右干燥筒的工作狀態(tài)由壓差打開或關(guān)閉相應(yīng)的止回閥。左右進(jìn)風(fēng)口由一小孔相連以便干燥空氣進(jìn)入再生干燥筒進(jìn)行再生。根據(jù)止回閥選型手冊，止回閥類型代號為H、傳動方式為氣動（代號為6）、，連接形式選擇焊接（代號為6），以保證良好的密封性、結(jié)構(gòu)形式選擇升降直通式結(jié)構(gòu)（代號為1）、閥座密封面和襯里材料選擇滲氮鋼（代號為D），以提高接觸面硬度和耐磨性，有利于止回閥密封。因?yàn)檫B接采用焊接所以閥體不采用鑄鐵，選用碳鋼（代號為C），即止回閥型號為H661-DC。止回閥各部分材料如表5-2。表5-2出氣止回閥材料表零件名稱閥體、閥蓋、閥瓣密封面搖桿銷軸墊片零件材料碳鋼滲碳鋼碳鋼鉻不銹鋼柔性石墨+304止回閥尺寸均按GB12221-1989選取，尺寸設(shè)計(jì)如圖5-9所示，結(jié)果示意圖如圖5-10所示。圖5-9出氣止回閥尺寸設(shè)計(jì)圖1止回閥蓋2止回閥3止回閥彈簧4閥體圖5-10出氣止回閥結(jié)構(gòu)示意圖出氣止回閥原理當(dāng)右邊的經(jīng)干燥筒干燥的空氣從右下方進(jìn)入閥體，閥體左右兩邊通有一小孔，有一部分干燥空氣通過小孔流向左邊，進(jìn)入再生筒進(jìn)行干燥作用，另一部分干燥空氣借助壓力向上頂開止回閥。止回閥彈簧的參數(shù)根據(jù)壓力值來確定，具體的彈簧設(shè)計(jì)由于能力有限，不予展開討論。壓力值確定：由之前的壓縮機(jī)可知，壓縮機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，開始對總風(fēng)缸沖風(fēng)，當(dāng)總風(fēng)缸壓力達(dá)到定壓900kPa時(shí)空壓機(jī)自動停機(jī)，當(dāng)總風(fēng)缸壓力達(dá)到700kPa時(shí)，空壓機(jī)又自動啟動對總風(fēng)缸充風(fēng)。為了保證總風(fēng)缸有足夠的時(shí)間充風(fēng)，可以設(shè)定當(dāng)總風(fēng)缸壓力達(dá)到300kPa左右時(shí)，其中的一個(gè)干燥筒下的排泄閥排出再生空氣。故彈簧的壓力設(shè)定為300kPa。干燥空氣達(dá)到300kPa時(shí)頂開止回閥流向總風(fēng)缸，同時(shí)再生筒的干燥劑得到再生，再生干燥筒下的排泄閥有再生空氣排出。5.2.3進(jìn)氣閥的設(shè)計(jì)所需處理空氣通過進(jìn)氣閥進(jìn)入干燥塔，氣壓達(dá)到一定值，通過回動彈簧關(guān)閉進(jìn)氣閥。進(jìn)氣閥閥蓋、回動彈簧、轉(zhuǎn)換活塞、轉(zhuǎn)換閥和閥體構(gòu)成。進(jìn)氣閥座中裝有濾塵網(wǎng)，能除去空氣中較大雜質(zhì)。受電氣控制箱的兩個(gè)電磁閥發(fā)出的壓縮空氣指令開放或關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥。左右干燥筒均有進(jìn)氣閥，通過進(jìn)氣閥座與進(jìn)氣口相連。進(jìn)氣閥結(jié)構(gòu)圖見圖5-11，主要結(jié)構(gòu)尺寸5-13如圖所示1閥蓋2彈簧3轉(zhuǎn)換活塞4轉(zhuǎn)換閥5閥體圖5-11進(jìn)氣閥進(jìn)氣閥工作原理：干燥過程中，如圖5-12所示。來自空氣壓縮機(jī)的空氣從下方流入右邊進(jìn)氣閥閥體，由于電器柜中電磁閥的控制作用，閥體向右運(yùn)動，進(jìn)氣閥處于開放狀態(tài)，空氣進(jìn)入左邊的干燥筒進(jìn)行干燥，而同時(shí)左邊的進(jìn)氣閥由于電磁閥控制作用處于關(guān)閉狀態(tài)，壓縮機(jī)的空氣不能通過進(jìn)氣閥進(jìn)入左邊干燥筒，只有當(dāng)30s的時(shí)間過后，電磁閥的勵(lì)磁狀態(tài)改變，左右兩邊的進(jìn)氣閥才交替改變開斷狀態(tài)。圖5-12進(jìn)氣閥工作原理圖5-13進(jìn)氣閥尺寸設(shè)計(jì)圖5.2.4排泄閥的設(shè)計(jì)排泄閥安裝在干燥筒的下面。主要由上蓋、閥體，活塞桿、排風(fēng)閥、活塞彈簧、防塵罩及加熱管組成。閥口根據(jù)電氣控制箱的兩個(gè)電磁閥所發(fā)出的壓縮空氣指令來控制開閉。防塵罩用于防止外部灰塵進(jìn)入閥內(nèi)。加熱管用于防止冬季運(yùn)用時(shí)排泄閥凍結(jié)。溫度感應(yīng)器控制加熱管工作。1活塞彈簧2閥體3活塞桿4排風(fēng)閥5防塵罩圖5-14排泄閥圖5-15排泄閥尺寸圖排泄閥安裝在干燥筒的下面。主要由上蓋、閥體，活塞桿、排風(fēng)閥、活塞彈簧、防塵罩及加熱管組成。閥口根據(jù)電氣控制箱的兩個(gè)電磁閥所發(fā)出的壓縮空氣指令來控制開閉。防塵罩用于防止外部灰塵進(jìn)入閥內(nèi)。加熱管用于防止冬季運(yùn)用時(shí)排泄閥凍結(jié)。排泄閥工作原理：排泄閥和進(jìn)氣閥都的開關(guān)都是通過電氣控制箱的兩個(gè)電磁閥來進(jìn)行控制，但排泄閥的開關(guān)是與進(jìn)氣閥的開關(guān)相反的，當(dāng)右邊的進(jìn)氣閥開啟的同時(shí)，排泄閥要處于關(guān)斷狀態(tài)，相應(yīng)的，左邊的進(jìn)氣閥關(guān)斷，排泄閥打開。這是因?yàn)椋筮吀稍锿哺稍镞^程中，下邊的排泄閥如果打開，會釋放壓力，使空氣從排泄閥排出，總風(fēng)缸得不到干燥空氣。而左邊再生筒下方的排泄閥處于打開狀態(tài)，能使再生空氣帶著水，油污等雜質(zhì)一起順利排出。排泄閥活塞彈簧壓力設(shè)定值不能太高，太高了油污排不出去，形成堵塞，太低了會泄漏空氣，無法保證干燥筒維持一定的壓力，故初步預(yù)設(shè)為300kPa左右。電氣控制箱主要由箱體、時(shí)間繼電器、中間繼電器及兩個(gè)電磁閥組成。中間繼電器按時(shí)間繼電器給定的時(shí)間間隔控制兩個(gè)電磁閥的勵(lì)、退磁，進(jìn)而向進(jìn)氣閥和排泄閥發(fā)出周期性的壓縮空氣信號。電氣控制原理如圖5-16所示，電路如圖5-17所示。電氣控制過程：電氣控制過程如圖5-16的箭頭所示，當(dāng)電磁閥勵(lì)磁時(shí)，左邊進(jìn)氣閥得到壓力空氣，閥口處于關(guān)閉狀態(tài)，根據(jù)空氣壓縮機(jī)的最大排氣壓力約為900kPa，可設(shè)定電磁閥控制左邊進(jìn)氣閥的壓力空氣壓力為1Mpa，使左邊進(jìn)氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)，1Mpa遠(yuǎn)大于排泄閥的彈簧壓力，左邊排泄閥打開。與此同時(shí)，右邊的進(jìn)氣閥控制空氣壓力減小，彈簧回復(fù)，轉(zhuǎn)換活塞和轉(zhuǎn)換閥分離，使從壓縮機(jī)的來空氣進(jìn)入干燥筒進(jìn)行干燥。5.2.空氣干燥器上部有吊板，以利于吊掛在車下。后面有安裝干燥筒及電氣箱的安裝板。左右干燥筒下面的外側(cè)備有支撐架，以利裝卸時(shí)支撐用。圖5-16干燥氣路圖圖5-17電氣接線圖5.3干燥器功能此干燥器可以實(shí)現(xiàn)以下功能：1時(shí)間繼電器應(yīng)與空壓機(jī)同步工作。2空壓機(jī)啟動后，時(shí)間繼電器應(yīng)按設(shè)定的時(shí)間（30s）進(jìn)行循環(huán)顯示。3兩干燥筒應(yīng)周期性進(jìn)行干燥與再生。5.4工作原理空氣干燥器是左右兩干燥筒交替工作的無熱再生式除濕凈化裝置。其工作原理參見圖5-16。干燥器是左右兩干燥筒交替工作的無熱再生式除濕凈化裝置。電磁閥勵(lì)磁，進(jìn)氣閥A和排泄閥A沒有接受到壓力空氣指令而進(jìn)氣閥B和排泄閥B接受到壓力空氣指令。此時(shí)，進(jìn)氣閥A和排泄閥B處于開放狀態(tài)，而進(jìn)氣閥B和排泄閥A處于關(guān)閉狀態(tài)。飽和濕空氣由空壓機(jī)出氣口經(jīng)后冷卻器進(jìn)入進(jìn)氣閥座，再經(jīng)開放的進(jìn)氣閥A進(jìn)入右邊干燥筒，并順著箭頭方向流下，經(jīng)過干燥芯下部過濾芯時(shí)，先除去較大的水滴、油滴及灰塵然后送到干燥芯，經(jīng)干燥芯后的干燥空氣借助壓力打開右出氣止回閥，將干燥空氣送向總風(fēng)缸。出氣止回閥的左右進(jìn)氣口有一小孔連通，經(jīng)右干燥筒處理的凈化空氣有一部分經(jīng)過小孔流向干燥筒B，從干燥芯上面流經(jīng)干燥芯，吸收干燥芯內(nèi)的水分（再生作用）并帶著過濾芯下面的水滴、油滴及塵埃流到排泄閥排空。電氣控制箱內(nèi)的時(shí)間繼電器每隔30s改變電磁閥A和B的勵(lì)退磁狀態(tài)，從而每隔30s改變左右干燥筒的干燥與再生。這樣，左右干燥筒輪流反復(fù)地進(jìn)行干燥和再生。5.5主要參數(shù)空氣處理量：2.4m3/min工作壓力：約1MPa吸附劑：分子篩再生方式：無熱、常壓再生耗氣率：<12%處理空氣的相對濕度：≤35%干燥塔轉(zhuǎn)換周期：30s外型尺寸（長X寬X高）：860×575×740第6章干燥劑的選擇干燥劑也叫吸咐劑，是一種從大氣中吸收潮氣的除水劑，用在防潮，防霉方面，起干燥作用，按吸附方式及反應(yīng)產(chǎn)物不同為分物理吸附干燥劑和化學(xué)吸附干燥劑。物理吸附的干燥劑有硅膠、氧化鋁凝膠、分子篩、活性炭、骨炭、木炭、礦物干燥劑，或活性白土等，它的干燥原理就是通過物理方式將水分子吸附在自身的結(jié)構(gòu)中?；瘜W(xué)吸附的常用干燥劑有生石灰干燥劑、氯化鎂、氯化鈣、堿石灰或五氧化二磷、硅酸等，它們是通過化學(xué)方式吸收水分子并改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)，變成另外一種物質(zhì)。6.1靜態(tài)干燥與動態(tài)干燥6.1.1靜態(tài)干燥靜態(tài)干燥定義：定量的吸附劑和定量的溶液經(jīng)過長時(shí)間的充分接觸而達(dá)到平衡。（被處理液或氣體與吸附劑攪拌混合，而被處理液或氣體沒有自上而下流過吸附劑的流動，這種吸附操作叫靜態(tài)吸附。）應(yīng)用：1、防濕包裝：照相機(jī)及感光材料、精密儀器/電器、食品、藥品、鞋、衣服、皮革、武器、電訊器材等。2、空氣脫濕：家庭內(nèi)壁櫥、柜子、地板、樂器等。6.1.2動態(tài)干燥定義：把一定重量的吸附劑填充于吸附柱中，令濃度一定的溶液在恒溫下以恒速流過，從而測得透過吸附容量和平衡吸附容量。（被處理液或氣體通過吸附劑自上向下流動的吸附叫動態(tài)。）應(yīng)用：1、空氣干燥：倉庫、船倉、制藥廠、精密機(jī)械、電子器材制造廠、壓縮空氣、儀表空氣干燥。2、工業(yè)氣體脫水精制：氫、氧、氮、氯、CO2、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丙烷、SO3、SO2、天然氣本文設(shè)計(jì)的機(jī)械空氣干燥單元干燥過程屬于動態(tài)干燥。6.2常用幾種干燥劑6.2.1硅膠硅膠是一種高活性吸附材料，主要成分是二氧化硅，是一種高活性吸附材料。通常是用硅酸鈉和硫酸反應(yīng)，并經(jīng)老化、酸泡等一系列后處理過程而制得。硅膠屬非晶態(tài)物質(zhì)，其形狀透明不規(guī)側(cè)球體，其化學(xué)分子式為mSiO2．nH2O。硅膠的化學(xué)組份和物理結(jié)構(gòu)，決定了它具有許多其它同類材料難以取代的特點(diǎn)：吸附性能高、熱穩(wěn)定性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、有較高的機(jī)械強(qiáng)度等。硅膠干燥劑的內(nèi)部為極細(xì)的毛孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這些毛細(xì)孔能夠吸收水分，并通過其物理吸引力將水份保留住，作為干燥劑被廣泛應(yīng)用到航空部件、計(jì)算機(jī)器件、電子產(chǎn)品、皮革制品、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的干燥防潮。即使將硅膠干燥劑全部浸入水中，它也不會軟化或液化。它具有無毒、無味、無腐蝕、無污染的特性，故可以與任何物品直接接觸。硅膠干燥劑最適合的吸濕環(huán)境為室溫（20~32℃）、高溫（60~90℃），它能使環(huán)境的相對濕度降低至40%左右，因此干燥劑應(yīng)用范圍非常廣泛。硅膠的安全性能：硅膠能對人的皮膚能產(chǎn)生干燥作用，因此，操作時(shí)應(yīng)穿戴好工作服。若硅膠進(jìn)入眼中，需用大量的水沖洗，并盡快找醫(yī)生治療。硅膠干燥劑是唯一通過美國FDA認(rèn)證，可直接與食品、藥品接觸使用的干燥劑。發(fā)生誤食后，不會對人體造成傷害，也不會被人體吸收，可自然的隨糞便排出體外。6.2.2蒙脫石粘土干燥劑，外觀形狀為灰色小球，最適宜在50℃以下的環(huán)境中吸濕。當(dāng)溫度高于50℃，粘土的"放水"程度便大于"吸水"程度。但粘土的優(yōu)勢在于價(jià)格便宜。蒙脫石干燥劑自上世紀(jì)八十年代由德國南方化學(xué)公司發(fā)現(xiàn)并使用在干燥劑領(lǐng)域后，因其低廉的價(jià)格，良好的吸附效果逐漸成為國際主流的礦物干燥劑原料之一。蒙脫石干燥劑也稱膨潤土干燥劑、陶土干燥劑。蒙脫石干燥劑顏色有：紫色、灰色、紫紅特點(diǎn)：①環(huán)保性：以純天然蒙脫石干燥劑為原料，干燥活化制成，不含任何添加劑和易溶物，是一種無腐蝕、無毒、無公害的綠色環(huán)保產(chǎn)品；使用后可作為一般廢棄物處理，不會污染環(huán)境，可自然降解。②適應(yīng)性：在各種溫度的環(huán)境下，吸濕性能都能保持穩(wěn)定；③防潮性：吸濕性能良好，飽和吸濕率為自身重的50%以上，是傳統(tǒng)干燥劑的1.5倍。6.2.3礦物礦物干燥劑根據(jù)其礦物成分的不同往往表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，比如說天然的干燥劑和通過化學(xué)工藝加工而成的干燥劑，其效果是一樣的，但是在制造過程和使用過程中其產(chǎn)生的影響是大相徑庭的。就拿所謂的活性礦物干燥劑來說，它主要是利用天然的資源進(jìn)過加工處理而得來的，由于其天然礦物本身就具有干燥的特性，所以說起處理過程也是盡量保持其純天然的特性，故是一種綠色環(huán)保，無毒無害的干燥劑。而且其應(yīng)用范圍也是比較廣泛的，可以在潮濕的環(huán)境中或酸堿性環(huán)境中使用。另外就是要注意其存儲環(huán)境的控制。礦物干燥劑特點(diǎn)：①高濕下吸濕能力好；②高溫下吸濕能力比蒙脫石優(yōu)秀。6.2.4分子篩分子篩是一種極性分子化學(xué)鍵構(gòu)成，對水是有很強(qiáng)的吸附性，分子篩干燥劑就是根據(jù)這個(gè)性質(zhì)制成的。另外分子篩干燥劑是一種具有分子數(shù)量級性質(zhì)的干燥劑，也就是說并不是對于所有的分子都可以被其吸附，而是只有讓比它本身的分子直徑小的分子進(jìn)入，這樣一來就可以將混合物中的分子進(jìn)行篩選，根據(jù)不同直徑的分子制備不同功能的干燥劑，來吸附不同的氣體或水分。分子篩干燥劑特點(diǎn)：即使在濕度已經(jīng)很低的環(huán)境中，分子篩分干燥劑還是能夠吸附水分子的，可以將環(huán)境中的濕度保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。極性較強(qiáng)，對水分子的反應(yīng)速率較快。本機(jī)車空氣干燥單元設(shè)計(jì)選擇分子篩作為干燥劑。6.3吸附的原理吸附是一種介質(zhì)與另一種介質(zhì)之間的一種反應(yīng)現(xiàn)象，可以是通過物理反應(yīng)產(chǎn)生作用，也可以是化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生作用，這主要決定于所接觸的兩種介質(zhì)的性質(zhì)和外界條件影響，比如說分子干燥劑就是一種利用物理反應(yīng)的原理來產(chǎn)生作用；而礦物干燥劑就是利用介質(zhì)與礦物成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而起作用。另外也可以這樣理解吸附，就是說吸附是兩種介質(zhì)分子之間的距離趨于無窮小。在發(fā)生吸附現(xiàn)象的過程中是滿足能量界的能量守恒和動量守恒的，有的時(shí)候兩種介質(zhì)之間的吸附反而會使其中一種介質(zhì)具有更大的速度，發(fā)生碰撞后與介質(zhì)脫離。但是這樣的能量守恒和動量守恒是有條件的，即發(fā)生反應(yīng)的溫度、壓力、濕度是恒定的。圖中所示為水在吸附劑上的吸附等溫線與等壓線，它描述了吸附過程的熱力學(xué)特性。由圖可知，在溫度恒定條件下，水分子的吸附量是與大氣中的水分子運(yùn)動量成正比的；在壓力恒定的條件下，水分子的吸附量是與壓力成反比的；所以說要控制好其條件，在低溫或高壓條件下，水分子更容易被吸附，相反其效果是不佳的。圖6-1吸附原理圖6.4分子篩工作上面已經(jīng)提到分子篩干燥劑是一種利用物理反應(yīng)來發(fā)揮作用的，分子間的通道主要是通過結(jié)晶態(tài)的鹽類形成的，一般為硅酸鹽、鋁酸鹽。分子進(jìn)行篩選分子時(shí)是根據(jù)分子的尺寸大小來發(fā)生作用的，分子篩所形成的孔道直徑一般為0.3~2.0nm，所以說只有小于這個(gè)級別的分子才能被其吸附。為了使分子篩具有更廣泛的適用性，有關(guān)機(jī)構(gòu)或?qū)W者對其化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，覺得可以將其中的硅酸鹽、鋁酸鹽中的硅和鋁進(jìn)行替代，比如說Mn、Zn等元素。當(dāng)然所形成的分子篩的孔道直徑也可以達(dá)到2.0nm左右，所以說現(xiàn)在分子篩可以根據(jù)其構(gòu)成鹽類的金屬元素不同可以將分子篩分為不同的種類。隨著大孔徑分子篩的研究，分子篩又可以根據(jù)其孔道的大小將分子篩分為微孔的、中孔的和大孔的分子篩。但是其在使用過程中還是會遇到很多問題，比如說其組成材料的不同導(dǎo)致分子的篩選效果。另外考慮到分子篩所吸附的水分子的狀態(tài)不同以及組成分子篩的化學(xué)元素不同，所形成的分子篩的孔道和結(jié)構(gòu)是不一樣的，比如說所吸附水分子是處于自由態(tài)還是化合態(tài)，在外界條件發(fā)生變化時(shí)，所吸附水分子的狀態(tài)也會發(fā)生變化，比如說溫度的升高會導(dǎo)致化合態(tài)的水分子轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂蓱B(tài)的水分子，使原本吸附的成為脫離狀態(tài)?？紤]到金屬元素的化學(xué)鍵高低，對極性分子的吸附也是不一樣的，比如說化學(xué)鍵較高的Mn元素與化學(xué)鍵較低的K元素，其吸附效果是不同的，故產(chǎn)生不同級別和名稱的分子篩。分子篩的吸濕性也是比較好的，故被制作為干燥劑，就是考慮餓吸濕性，并且其在濕度較大的環(huán)境中依舊具有很強(qiáng)的吸濕性，保持其濕度穩(wěn)定性。另外可以利用這個(gè)性質(zhì)將其運(yùn)用于吸濕空氣，讓大氣凈化，尤其是在工業(yè)廠房中，因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)會產(chǎn)生很多有毒有害的氣體，如果能夠及時(shí)的將其處理，那么這樣的生產(chǎn)就是可持續(xù)的發(fā)展生產(chǎn)。分子篩一般都是通過硅元素和氧化鋁的化學(xué)反應(yīng)而生成的一種微型晶體結(jié)構(gòu)。利用靜電屏蔽的原理，