無熱再生干燥機再生時外界沒有對其輸送熱量,而是采用了PSA(Pressure Swing Adsorption)原理。這類干燥機所需的再生干燥空氣占其處理量的12-16%之間。再生干燥空氣要降至大氣壓,以獲得更低的相對濕度。
無熱再生吸干機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口溫度不超過40℃、壓力露點一般不低于-40℃的場合;分子篩允許*高的壓縮空氣進口溫度為55℃,壓力露點溫度可-70℃以下。
在無熱再生干燥機中,通過吸附劑吸附產生的溫升相對較少,因為吸附的水蒸氣不多。在正常運行中,壓縮空氣的出口溫度比進口溫度高約2-6℃。
(一)結構布置和工作過程
無熱再生干燥機的結構比較簡單(如圖2-28所示)。
吸附塔的底部安裝了篩網(2),出口處安裝了圓柱狀的金屬絲網(3)以防止吸附劑被壓縮空氣吹出吸附塔。兩個吸附塔的進出口分別由管道相互連接,為了使兩個塔之間進行切換并獨立運行,連接處安裝了相關閥門。
無熱再生干燥機下部的壓縮空氣進口處一般設有四個閥門,分別稱為切換閥和排放閥,其中排放閥(6)控制吸附塔卸壓、再生氣排放和再生完成后吸附塔的“均壓”;兩個切換閥(1)控制了壓縮空氣的流動方向,即決定了吸附和再生的切換。在運行時這四個閥門對角動作。在小型吸干機中,采用電磁閥作為切換閥,在大型吸干機中采用氣動球閥、氣動蝶閥。
圖2-28
在吸干機上部出口處,干燥后的壓縮空氣通過止回閥(4)進入管網。同時,部分再生用干燥空氣通過旁通管進入需要再生的吸附塔,旁通管上安裝有孔板或球閥(5),孔板孔徑或球閥開啟度決定于所需的再生氣量。
無熱再生干燥機的工作流程:
干燥機開機后,A塔吸附運行,B塔再生。在預先設定的時序控制下,切換閥1-A打開、1-B關閉,排放閥6-B打開、6-A關閉,濕空氣進入A塔,干燥后的空氣通過止回閥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孔板(5)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遠低于B塔內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,再生空氣通過排放閥6-B和消聲器7排入大氣。
再生結束后,A、B塔切換不能馬上切換,而是先關閉排放閥6-B,B塔壓力升高至系統壓力,即“均壓”過程。因為再生時,吸附塔處于大氣壓狀態,與吸附狀態有較大的壓差,如果直接切換會導致壓力沖擊,嚴重時引起機械故障。
當兩個吸附塔的壓力相同時,控制系統發出信號進行切換——A塔再生、B塔吸附。
無熱再生吸干機所需要的閥門較少。這些切換閥常直接或間接由時間控制。如為了節省成本采用簡單的幾個時間繼電器來控制切換閥,這種方法雖然成本低廉,但不可靠,因為時間繼電器會產生較大的時間誤差。我公司采用了成本較高的PLC(可編程控制器)控制。
(二)運行特點
無熱再生干燥機的運行特點主要表現為兩個方面:工作周期短、再生氣量大。
a)工作周期
在無熱再生干燥機中,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。
在無熱再生干燥機中,吸附被近似地認為是等溫過程,再生時需要盡量利用儲存在吸附床層中的吸附熱。吸附時間越長,被干燥空氣帶走的吸附熱越多,影響再生效果,嚴重時無法再生。
基于上述兩方面原因,無熱再生干燥機的工作周期不能太長,一般為10min。本公司無熱再生干燥機就采用了10min的工作周期,英國domnick hunter公司PNEUDRI無熱再生干燥機的工作周期為4min。
無熱再生干燥機的短工作周期決定了相關閥門的高動作頻率。如工作周期為10min的吸干機,吸附/再生每5min切換一次,切換閥、排氣閥等也每5min動作一次,每小時需要動作12次。如果每年按8000小時計,無熱再生干燥機的相關閥門在一年中需動作96000次。因此,在無熱再生干燥機中,切換閥是比較容易損壞的部件。切換閥的質量直接影響吸干機的正常運行。
b)再生氣量
無熱再生干燥機以變壓吸附原理進行工作,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吸附劑進行解吸,外界并沒有熱量加入,因此再生氣量相對較大。
如果不考慮吸附時的熱量損失,同時假定再生氣排放時為飽和空氣且為大氣壓、濕空氣和再生氣的溫度相等,再生氣流量則可按式2-1計算。
(2-1)
式中:
Vrf —— 再生氣流量m3/min
V —— 干燥機進口流量m3/min
di —— 進口濕空氣含濕量
do —— 再生氣排放時含濕量
在2-1式中,我們假定了再生空氣溫度等于進口濕空氣溫度。從有關內容可知,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,無熱再生干燥機的再生氣量也可以用進口壓力和再生壓力的比值表示,并表述為進口流量的百分數(式2-2)。
(2-2)
式中:
Vrf —— 再生氣流量%
Pi —— 進口濕空氣壓力(絕壓)
Pr —— 再生氣壓力(絕壓)
需要說明的是,式2-1和2-2的計算結果是在理想狀況下得到的,是*低的再生耗氣量。實際上,無熱再生干燥機的再生氣量比按照2-1式或2-2式計算結果大,這是因為:
為了克服吸附床阻力(圖2-29)能使再生氣順利排出吸附塔,再生氣的實際壓力Pr要稍高于大氣壓,這會導致再生耗氣量增加。
放空損耗。無熱再生干燥機切換頻繁,每次切換時,塔內操作壓力下的壓縮空氣都要放空,這部分并沒有計算在2-1和2-2式中。
熱量損耗。無熱再生干燥機是建立在等溫吸附基礎上的,假定解吸過程所需的脫附熱完全由吸附過程中積聚在吸附劑床層中的吸附熱提供。吸附劑是不良導熱體,在短周期循環時可以認為其無熱量損耗,但是干燥空氣畢竟會帶走部分吸附熱,損失的熱量只有用增大再生氣量來補充。
對無熱再生干燥機而言,要減少再生氣量,只有提高進氣壓力和降低進口溫度這一條路可走。
c)壓力降
無熱再生干燥機的壓力降包括管道、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(10m水柱相當于0.1MPa)。本公司無熱再生干燥機壓力降小于0.02MPa(額定工況下)。