Устройствадляосушениявоздуха
В ряде цехов и участков производства сухого молока, крахмала, муки, пива, кондитерских изделий, предприятий станкоинструментальной, элект- ронной, фармацевтическойпромышленности, на складах некоторых видов продукции (контрольно-измерительных приборов, инструментов, черных металлов и др.), а также при выполнении научных исследований в области растениеводства и аэродинамики по технологическим условиям, требуется поддерживать относительную влажность 5–40 %.
Низкая относительная влажность может быть достигнута при осушении воздуха в системах кондиционирования. Существует несколько способов уменьшения относительной влажности воздуха: ассимиляция, конденсация, адсорбция и абсорбция влаги.
Ассимиляциявлаги
Метод основан на физической способности теплого воздуха удержи- вать большее количество водяных паров по сравнению с холодным. Схема осушения путем вентиляции и обогрева показана на рисунке 12.32.
Этот метод реализуется средствами вентиляции с предварительным по- догревом свежего воздуха. Данный метод в ряде случаев (бассейны, погреба, складские помещения, гальванические цеха и т. п.) является недостаточно эффективным по двум причинам: способность поглощениявоздухом водяных паров ограничена и непостоянна, будучи зависима от времени года, темпе- ратуры и абсолютной влажности атмосферного воздуха.
1–воздухснаружи2–воздухозаборник;3–вентилятор; 4 – нагревательный элемент; 5 – теплый воздух
Рисунок 12.32 – Схема осушения путем вентиляции и обогрева Рассматриваемыйметодхарактеризуетсяповышеннымэнергопотреб-
лениемвсвязисналичиембезвозвратныхпотерьявного(расходуемогона
подогрев приточного воздуха) и скрытого тепла (содержащегося в удаляемых с воздухом парах воды). Следует отметить, что скрытая часть тепла (энталь- пии), определяемая теплотой испарения воды, составляет значительную долю общих потерь. С каждым килограммом влаги теряется 580 ккал (2,4 мДж)тепла.
Конденсациявлаги
Конденсация влаги – это метод, который основан на принципе конден- сации водяных паров, содержащихся в воздухе, при охлаждении его ниже точки росы. Метод реализуется с использованием принципа теплового удара, создаваемого при работе холодного теплообменника с расположенным непосредственно за ним нагревателем воздуха (см. рисунок 12.33).
1–влажныйвоздух;2 –фильтр;3–охладительиосушительвоздуха;
4–поддондлястеков;5–контейнердлясбораконденсата;6–осушенный и охлажденный воздух; 7 – нагреватель воздуха; 8 – вентилятор;
9–осушенныйинагретыйвоздух
Рисунок12.33–Схемаконденсаторногоосушения
Чаще всего конденсационное осушение воздуха осуществляется с использованием холодильной машины как показано на рисунке 12.34.
Рисунок12.34–Конденсационныйосушитель с использованием холодильной машины
Осушитель состоит из компрессорной холодильной установки и вен- тилятора, подающего воздушные массы через испаритель и конденсатор для обеспечения контакта с ними влажного воздуха. Воздух, прошедший через систему осушения и, следовательно, утративший определенную часть содер- жащейся в нем влаги, вновь подается в помещение и смешивается с находя- щимся в нем воздухом. Таким образом, абсолютная и относительная влаж- ность воздуха в помещении постепенно снижаются. Характерной особен- ностью метода является тот факт, что соответствующие энергетические переходы осуществляются в пределах замкнутого консервативного цикла, формируемого в пределах обслуживаемого помещения. В результате коли- чество тепла, отдаваемого на конденсаторе, превышает количество тепла, отбираемого на испарителе. Вследствие этого, наряду с осушением воздуха, осуществляется его подогрев. При этом разница температур на входе ивыходе из осушителя находится в пределах 3–5 °С.
Обращает на себя внимание тот факт, что у конденсационных осуши- телейсростомтемпературывоздухаимеетместоувеличениевлагосъемана 1 кВт потребляемой энергии. У адсорбционных осушителей указанная зави- симость является обратной и менее выраженной по сравнению с конден- сационными осушителями. Кроме того, эффективность конденсационных осушителейрезкопадаетсуменьшениемотносительнойвлажностивоздуха,в то время как у адсорбционных осушителей эта зависимость значительно слабее. В результате можно четко выделить области преимущественного использования каждого из сопоставляемых типов осушителей. С экономи- ческой точки зрения, конденсационный метод более эффективен по сравне- нию с сорбционным при высоких значениях температуры и относительнойвлажности.
Адсорбциявлаги
Адсорбцией называется поглощение влаги из воздуха твердыми сорбентами. В качестве твердых сорбентов используются пористые вещества с развитой поверхностью тепломассообмена. К ним относятся: силикогель SiO2, алюмогель AL2O3, баксиды, искусственный цеолит, активированный уголь, древесный уголь и др. Поглощение водяного пара из воздуха проис- ходит в следствии более низкого парциального давления водяных паров в порах адсорбентов. Эффективностьпоглощения водяных паров зависит от температуры влажности скорости, давления осушаемого воздуха а так же от массы адсорбента. Кроме водяных паров адсорбенты способны поглощать пары органических соединений.
Осушение воздуха твердыми веществами производится статическим или динамическим методом.
Пристатическомметодециркуляциявоздухапроисходитзасчетестест- венной конвекции. В помещении размещают отдельные порции адсорбента,и воздух, непосредственно соприкасающийся с поверхностью адсорбента, осушается. Водяной пар из отдаленных слоев воздуха диффундирует и переносится конвекцией к поверхности адсорбента.
Динамическаяосушкаадсорбентамипроизводитсяспомощьюаппаратов двухтипов:снеподвижнымслоем адсорбента(рисунок12.35)иснепрерывно вращающимсябарабаном,вкоторомнаходитсяадсорбент(рисунок.12.36).
1–воздушныйфильтр;2–приточныйвентилятор;3–воздухонагреватель;
4–синхроннодействующиевоздушныеклапаны;5–адсорбер;6–воздухоохладитель; 7 – вытяжной вентилятор
Рисунок12.35–Принципиальнаясхемаосушителя с неподвижным слоем адсорбента
Воздухоосушитель с неподвижным слоем адсорбента состоит из двух адсорберов, работающих попеременно, вытяжного вентилятора, приточного вентилятора, воздухонагревателя и воздухоохладителя.
Влажный воздух из помещения вытяжным вентилятором через трех- ходовойвентильподаетсявабсорбер.Проходясквозьслойадсорбента,
воздух осушается. В процессеадсорбции выделяется теплота адсорбции, которая передается воздуху. Таким образом, из АД1 выходит сухой нагретый воздух. Перед подачей в помещение воздух охлаждается в воздухоохладителе до начальной температуры. Одновременно с этим во втором адсорберепроис- ходит реактивация адсорбентов. Для этого приточным вентилятором через воздухонагреватель во второй адсорбер подается горячий атмосферный воз- дух с температурой от 75 до 300оС. В горячем воздухе парциальное давление водяных паров ниже, чем давление водяного пара в порах адсорбента.
1–воздушныефильтры;2–приточныйвентилятор;3–вращающийсявгоризонтальной или вертикальной плоскости барабан, загруженный поглощающим материалом;
4–каналдляподачивоздуханареактивациюматериала;5–воздухонагреватель; 6 – вентилятор, удаляющий горячий воздух после реактивации
Рисунок12.36–Адсорбционныйвоздухоосушительсвращающимся
ротором
Водянойпарвыходитизпорадсорбентаиувлекаетсягорячимвоздухом в атмосферу. С помощью трехходовых вентилей адсорберы периодически переключаются с помощью реле времени (таймера).
Основным элементом осушителя с подвижным слоем адсорбента является барабан, наполненный твердым сорбентом. Барабан разделен на 2 полости. Примерно 75 % барабана соединяется с системой осушения воздуха, 25 % соединяется с системой реактивации воздуха. Скорость вращения бара- бана от 1 до 10 об/мин. Увлажненный или влажный воздух из помещения продувается сквозь слой твердого сорбента. В барабане воздух осушается и нагревается за счет теплоты адсорбции. После барабана воздух охлаждается в воздухоохладителе до требуемой температуры и подается в помещение. Одновременно с этим приточный вентилятор подает атмосферный воздух в воздухонагреватель. В воздухонагревателе воздух нагревается до темпера- туры75–300оСидалеепродуваетсясквозьтвердыйсорбент.Таккакразность температур горячего воздуха и сорбента значительно больше, чем в осушае- мом объеме воздуха, то реактивация происходит значительно эффективнее.
Абсорбциявлаги
Осушение воздуха жидкими сорбентами заключается в том, что при равных температурах давление насыщенного водяного пара над раствором выше, чем давление водяного пара в воздухе помещения. Эта разность давлений называется депрессией.
Важным показателем при осушении воздуха является отношение парциальных давлений водяного пара.
φ=Р'п.в/Р'п.р,
гдеР'п.в–парциальноедавлениеводяногопараввоздухе,Па;
Р'п.р–парциальноедавлениеводяногопаранадраствором,Па.
Кжидкимсорбентам,использующихсявосушителяхвоздухаотносят:
Водные растворы NaCl, WgCl2, CaCl2, LiCl и LiBr. Из них самыми эффективными являются LiCl и LiBr. Однако эти соли являются самыми дорогими. На практике в СКВ чаще всего применяется CaCl2.
Отношение парциальных давлений будет тем больше, чем выше концентрация раствора.
В качестве воздухоосушительных установок с жидким сорбентом могут бытьиспользованылюбыеконтактныеаппараты:форсуночныекамеры,сотовыеувлажнители,камерысорошаемойнасадкой,пенныеаппаратыит.д. Основнымнедостаткомтакихосушителейявляетсядеконцентрация раствора,т.к.частьводяногопараизвоздухаконденсируетсяипоступаетв
раствор.Концентрациярастворапостоянноуменьшается.
Поскольку концентрация раствора уменьшается, еѐ необходимо пос- тоянно восстанавливать до начального значения. Этот процесс называетсяреконцентрацией.
Существуетнесколькометодовреконцентрациираствора.Наиболеечастоиспользуетсяиспарениевлагиизраствора,какпоказанонарисунке12.37.
Рисунок12.37–Системаосушениявоздухаабсорбцией
В состав установки для осушения воздуха входит воздухоосушитель ВО, испаритель (выпариватель) И, охладитель раствора О, насосы раствора Н1 и Н2, регенеративный теплообменник РТ, нагреватель раствора В и воздухонагреватель ВН.
При взаимодействии раствора с воздухом происходит реакция с выделением теплоты. Раствор нагревается на 2-3оС. При этом концентрация снижается на 0,2-0,3 %.