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吸附式干燥机的优化分析

作者:未知

  摘  要:目前压缩空气已成为工业社会的重要动力能源之一,应用广泛,但是空气压缩后产生大量凝结水会影响设备运行,因此必须要对压缩空气进行干燥处理。吸附式干燥机因其具有体积较小、安装方便、干燥程度高等优势在市场上占有较大比例,但是设备运行时工艺复杂,容易增加能耗,为了提高吸附式干燥机的使用效率,降低损耗,减少运行成本,该文从再生汽的流程、再生汽量的调节以及干燥机的参数配置等方面进行优化,保障干燥机的运行稳定,最主要的是维护吸附式干燥机的质量和性能。
  关键词:吸附式干燥机;压缩空气;再生汽
  中图分类号:TQ051                文献标志码:A
  吸附式干燥机属于一类工业产品,适用于压缩空气行业,主要是利用变压变温吸附原理。吸附式干燥机工作的过程中容易出现设备磨损、低效率等问题,增加了干燥机故障的发生概率。该文根据吸附式干燥机的实际情况落实优化措施,完善干燥机的具体应用。
  1 工作原理
  无热再生吸附式干燥机和微热再生吸附式干燥机是压缩空气后处理设备常用的,无热吸附式干燥机的工作原理是:在常温下吸附时,根据变压吸附原理(PSA),利用干燥剂表面与空气中水蒸气分压取得平衡的特性,将空气中的水分吸附,从而达到去除压缩空气中水分的目的。当空气流经一个塔被干燥时,另一个塔则须通以微量干燥压缩空气,采用降压、吹洗的方法,使已经吸附了水分的干燥剂进行解吸再生,即干燥剂解吸并将水分排出机外。根据变温原理,对吸附剂进行再生之前,把这部分干燥压缩空气加热到一定的温度,会使吸附剂的吸附能力大大降低,有助于大幅提高吸附剂的再生效率,节约再生气耗量,这就是微热再生吸附式干燥机。
  2 优化措施
  该文结合吸附式干燥机在压缩空气中的实际应用,列举几点可行的优化措施,具体分析如下。
  2.1 优化再生气的流程
  从以上工作原理可以看出无论是无热再生吸附式干燥机还是微热再生吸附式干燥机,都必须消耗大量的成品气,无热再生吸附式干燥机再生耗气达到压力分值一(工作压力0.8 MPa时达到再生耗气量约为12.5%),造成很大的浪费。微热再生吸附式干燥机能量消耗虽然减少到7%,但必须耗费大量的电功率。因为微热再生吸附式干燥机已经是在无热再生吸附式干燥机基础上进行改进后的机组,所以要进行更加节能的产品设计,必须从节约再生耗气着手,这就衍生出了鼓风热再生吸附式干燥机(在对吸附剂进行再生的阶段,分为加热再生和冷吹2个阶段,鼓风热再生吸附式干燥机就是在加热再生阶段时使用的再生气利用鼓风机从环境空气中抽取,而不是利用本设备的纯净压缩空气)。为了进一步节约冷吹阶段的再生气,研发出了零气耗鼓风热再生吸附式干燥机。
  把设备运行时产生的多余能量通过合理的管道连接利用起来达到提高设备综合质量的目的,象冷冻式干燥机是根据冷冻除湿的原理,把高温高湿的压缩气体和由蒸发器、压缩机和冷凝器等部件组成的制冷系统进行热交换而降温来得到理想成品气的,在制冷系统中,低温低压的制冷剂在蒸发器中和压缩空气热交换而蒸发,经过压缩机压缩成高温高压的制冷剂气体,再经过冷凝器冷凝,带走热量,成低温高压的制冷剂液体,为下一次在蒸发器中进行的热交换提供理想的制冷剂做准备,实现蒸发—压缩—冷凝—蒸发的封闭循环。余热式组合低露点干燥机主要是解决现有技术所存在的吸附式干燥机能耗高、再生气损耗大和冷冻式干燥机冷凝器负荷大等的技术问题,提供一种利用冷冻式干燥机的制冷剂在蒸发器中和压缩气体热交换得到的热量以及压缩机的压缩功转变而来的热量来加热吸附式干燥机的再生气来提高再生质量,降低能耗,而且通过吸附式干燥机的再生气带走了冷冻式干燥机制冷系统的一部分余热,减轻了冷凝器的负担,使冷冻式压缩空气干燥机和吸附式压缩空气干燥机2个原本互不干涉的个体形成一个效益互补的整体的余热式组合低露点干燥机。
  空压机排出的高温压缩空气具有高热量、高不饱和度这2个性质,压缩热再生吸附式干燥机就是有效利用这种原始压缩空气对吸附剂进行加热再生,既节约了微热再生吸附式干燥机所需要的电加热器电耗,又消除了这阶段的气耗,加热再生结束后原始压缩空气直接进入水冷却器冷却后进入吸附塔吸附得到干燥成品气体,同时我们取微量的成品气对已经被加热的吸附剂进行冷吹再生,冷吹结束双塔切换。
  在压缩热再生吸附式干燥机中,仍然有很大一部分热能被后部冷却器带走,所以在后部冷却器之前再设置一个换热器,把热量保存起来,可以提供生活用水。为了最大程度地减少压缩气体的损耗,研发出了零气耗压缩热再生吸附式干燥机。
  2.2 优化再生气量的调节
  再生气量调节优化指:在最大程度地减少吸附式干燥机的耗气量的基础上,最大程度地延长吸附式干燥机的吸附时间,实现干燥机的节能降耗。
  2.3 优化干燥机的参数配置
  该文以双塔结构的无热再生吸附式干燥机为例分析干燥机参数配置的优化措施。双塔结构的无热再生吸附式干燥机,在干燥压缩空气中具有吸附、再生交替循环的功能,干燥机吸附功能运行一段时间后处于饱和平衡的状态,必须有干燥气体才能重新进行吸附。案例中根据干燥机的运行提出参数配置优化的措施,以便提高干燥机的工作效率。
  2.3.1 进出口管径配置优化
  无热再生吸附式干燥机进出口管径配置中,以管道中压缩空气的流速设计出管径,该案例中管径数据的计算公式是:
  D=18.81Q00.5u-0.5,
  公式中,D表示管道内径,单位mm,Q0是管内压缩空气体积的流量,单位m?·h-1,u表示管内压缩空气的平均流速,单位是m/s。公式中Q表示的是标准大气压数据,温度条件是0 ℃,理想状态下计算出进出口管径的配置数值。
  2.3.2 干燥剂用量配置优化
  无热再生吸附式干燥機干燥剂用量的配置优化中,需要在低于露点温度-40 ℃的条件下选择干燥剂。该案例中干燥机使用了活性氧化铝,此类氧化剂经济效益高,在露点处选用分子筛,经过优化改进之后,干燥剂选用了直径范围在5 mm~7 mm的颗粒状活性氧化铝。干燥剂在无热再生吸附式干燥机中一个循环周期的计算公式如下
  m'=100m/m0'
  上述公式中,m'是指一个循环周期中干燥剂的使用量,单位kg,m是周期中压缩空气的实际含水量,单位kg,m0,是指100 kg中干燥剂吸收后的水量,单位kg。
  2.3.3 塔内长度配置优化
  无热再生吸附式干燥机塔内长度需进行优化改进,该案例中干燥剂选用的是活性氧化铝,塔内空气流速是0.1 m/s~0.4 m/s,塔内的工况速度是0.25 m/s,塔内径优化配置时取整数内径,计算公式如下
  L=V'/A
  式中,L表示塔的长度,单位m,V '表示循环周期中干燥剂的体积,单位m?,A表示塔的截面积,单位是m?。该案例中计算后塔的长度是1.79 m,取整数值是1.8 m。
  3 结语
  吸附式干燥机优化之后可明显提高其运行效率,在应用方面降低了能耗、提升了干燥程度,表明优化措施对吸附式干燥机的作用。随着科技、经济发展,工业社会对压缩空气的品质要求逐步提高,因此对吸附式干燥机的质量也提出了更高要求,需要我们在实际生产使用过程中不断总结经验,不断对设备进行优化设计,保障吸附式干燥机的稳定运行以及较高的经济效益。
  参考文献
  [1]蓝小棚,温雪媛.浅谈模块化无热再生吸附式干燥机DDS技术改造[J].压缩机技术,2018(1):48-49,34.
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