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        壓縮熱再生干燥器活性氧化鋁固體吸附劑的除濕性能

        2013-08-02 08:17:38韓大超藍(lán)興旺張雪平
        化工進(jìn)展 2013年10期
        關(guān)鍵詞:含濕量壓縮空氣氧化鋁

        李 維,韓大超,張 紅,馬 超,藍(lán)興旺,張雪平

        (1 南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與安全工程學(xué)院,江蘇 南京 210009;2 中國石化儀征化纖股份有限公司, 江蘇 儀征 211400)

        在工業(yè)生產(chǎn)過程中設(shè)備的運(yùn)行經(jīng)常會用到壓縮空氣,在氣源系統(tǒng)中從空氣壓縮機(jī)直接排出的空氣中含有很多雜質(zhì),如果不對其進(jìn)行處理而直接使用,空氣中的雜質(zhì)會對系統(tǒng)中的元件造成很大的危害,因此,壓縮空氣除濕工作顯得尤為必要。在工業(yè)上,空氣干燥的方法有3 種:化學(xué)法、凍結(jié)法、吸附 法[1-2]。其中吸附除濕以吸附材料動態(tài)吸附空氣中的水分,其處理空氣量大,并且可在低溫、低濕狀態(tài)獲得低露點(diǎn)的空氣,其設(shè)備旋轉(zhuǎn)部件少,結(jié)構(gòu)和維護(hù)簡單,噪聲低,運(yùn)行可靠,因而受到廣泛重視[3]。壓縮熱再生干燥器原理是利用壓縮機(jī)末級出口壓縮空氣所帶出的熱量對再生塔的活性氧化鋁床層進(jìn)行加熱,減少了再生塔活性氧化鋁床層加熱時(shí)的氣體和熱能的消耗[4-5]。從國內(nèi)行業(yè)的發(fā)展方向看,采用節(jié)能型壓縮熱再生干燥器已成趨勢[6]。作者以活性氧化鋁為吸附材料,對兩種粒徑(A:5.5~6.6 mm;B:4~5 mm)活性氧化鋁在同種工況條件下進(jìn)行再生吸附除濕實(shí)驗(yàn)[7-8],旨在為活性氧化鋁在壓縮空氣除濕系統(tǒng)中的運(yùn)行提供依據(jù)。

        1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

        如圖1 所示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括空壓機(jī)、空氣緩沖罐、電加熱器、再生吸附床、排氣系統(tǒng)及測量 儀表。

        圖1 實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)流程圖

        實(shí)驗(yàn)分為再生階段和吸附階段兩個(gè)部分。再生階段,開啟電加熱器、閥門2、3,關(guān)閉閥門1、4,空氣經(jīng)壓縮進(jìn)入緩沖罐加熱后由上而下進(jìn)入吸附床。吸附階段,開啟閥門1、4,關(guān)閉電加熱器和閥門2、3,壓縮空氣經(jīng)緩沖罐由下而上進(jìn)入吸附床。

        實(shí)驗(yàn)時(shí),通過溫濕度傳感器、流量計(jì)、溫度傳感器、壓差變送器、壓力表等儀表,對吸附床內(nèi)壓縮空氣的進(jìn)出口溫度、流量、壓力、壓降、相對濕度等參數(shù)進(jìn)行測量,并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性,對實(shí)驗(yàn)中所用的儀表都進(jìn)行了標(biāo)定。表1 給出的是測量儀表的主要參數(shù)。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 再生過程

        固體吸附除濕依靠的是吸附劑對水蒸氣分子的吸附作用,吸附劑吸附水分后就會失去吸附能力,由于吸附材料一開始呈飽和狀態(tài),不具有吸附除濕性,所以必須先進(jìn)行吸附劑的解吸再生[9]。

        表1 測量儀表的主要技術(shù)參數(shù)

        表2 給出的是再生過程的運(yùn)行參數(shù),壓縮空氣經(jīng)電加熱器加熱進(jìn)入吸附床的溫度為120 ℃,氣體的流量控制在40 m3/h,整個(gè)系統(tǒng)的壓力為0.2 MPa,整個(gè)再生過程持續(xù)10800 s 左右。

        圖2 為再生階段活性氧化鋁吸附床出口空氣含濕量隨時(shí)間的變化情況,由圖2 可看出在再生初始階段,活性氧化鋁A 的解吸速率比B 的快,A 約為B 的2 倍;隨著再生時(shí)間的延長,到5000 s 時(shí),A和B 的出口含濕量均達(dá)到最大值并維持出口含濕量不變一段時(shí)間,此段時(shí)間A 出口含濕量為49 g/kg左右,維持時(shí)間大概為4000 s,B 出口含濕量為30 g/kg 左右,維持時(shí)間在2000 s 左右;之后A 和B的出口含濕量均出現(xiàn)降低,A 的降低速率較B 的快,約為B 降低速率的1.25 倍;在整個(gè)過程中活性氧化鋁A 出口空氣含濕量的變化率比B 的快,且A 的出口空氣含濕量比B 的要高?;钚匝趸XA 的粒徑為5.5~6.5 mm 相對B 的粒徑要大,其內(nèi)部的孔隙也較大,這樣在再生的過程中,更有利于吸附劑內(nèi)部水分的析出,從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果得到直接的印證。實(shí)驗(yàn)表明,在溫度為120 ℃,流量為40 m3/h,壓力為0.2 MPa 的條件下,活性氧化鋁A 在該吸附床內(nèi)的解析量比B 的大,且A 的變化率比B 的快。所以,在次工況下,活性氧化鋁A 的再生性能要優(yōu)于B 的再生性能。說明制作材料和粒徑的大小對活性氧化鋁的再生性能有直接的影響。

        表2 再生階段實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)

        圖2 再生階段活性氧化鋁吸附床出口空氣含濕量隨時(shí)間的變化

        2.2 吸附過程

        表3 給出的是吸附過程的運(yùn)行參數(shù),壓縮空氣經(jīng)緩沖罐進(jìn)行水冷降低至35 ℃再進(jìn)入吸附床,氣體的流量控制在15 m3/h,整個(gè)系統(tǒng)的壓力為0.7 MPa,整個(gè)再生過程持續(xù)10800 s 左右。

        圖3 為吸附階段活性氧化鋁吸附床出口空氣含濕量隨時(shí)間的變化情況,由圖3 可看出在吸附初始階段到1200 s 時(shí)間段內(nèi),兩種吸附劑的吸附效果最好,出口空氣的含濕量迅速下降,且吸附劑A 的吸附效率要明顯好于吸附劑B;隨后,吸附劑B 的出口空氣含濕量維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)值2 g/kg 左右,并持續(xù)到實(shí)驗(yàn)結(jié)束,而吸附劑A 的出口空氣含濕量有一個(gè)明顯的上升階段。這是由于,再生轉(zhuǎn)吸附階段,切換門后,壓縮空氣進(jìn)入吸附床的流程剛好相反,再生的空氣進(jìn)口變成吸附空氣的出口,而再生空氣的出口變成吸附空氣的入口,再生階段的入口溫度在120 ℃,切換閥門進(jìn)行吸附過程后,吸附床要經(jīng)過一個(gè)冷卻過程,此時(shí)吸附后的空氣經(jīng)過出口時(shí)的溫度較高,抑制了吸附劑的吸附效果,使其空氣中的含濕量有一個(gè)增加的過程,隨著整個(gè)吸附床溫度的降低,吸附劑A 的吸附效率迅速提高,之后在6000 s 左右,吸附劑A 出口空氣含濕量也在一個(gè)比較穩(wěn)定數(shù)值3.5 g/kg 左右;最后在11000 s后兩種吸附材料出口空氣的含濕量開始緩慢的上升;在整個(gè)吸附過程中,初始階段吸附劑A 的吸附效率要高于吸附劑B,之后吸附劑B 的穩(wěn)定性要優(yōu)于吸附劑A,且吸附劑B 的出口空氣含濕量要略低于吸附劑A 出口空氣的含濕量。

        表3 吸附階段實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)

        圖3 吸附階段活性氧化鋁吸附床出口空氣含濕量隨時(shí)間的變化

        3 結(jié) 論

        (1)在工作溫度為120 ℃,壓力0.2 MPa,空氣流量為40 m3/h 的條件下,活性氧化鋁A 的再生效果要優(yōu)于活性氧化鋁B,再生初始和結(jié)束階段,活性氧化鋁A 的再生效率也高于活性氧化鋁B,活性氧化鋁A在進(jìn)入穩(wěn)定再生過程的持續(xù)時(shí)間也長于活性氧化鋁。說明活性氧化鋁的制作材料和粒徑大小對其再生性能有直接影響。

        (2)在溫度為35 ℃,壓力為0.7 MPa,流量為15 m3/h 的工況條件下,初始階段兩種吸附劑的吸附效果都很好,吸附劑A 的吸附效率要高于吸附劑B,之后吸附劑B 的吸附穩(wěn)定性要好于吸附劑A,且吸附劑B 空氣出口的含濕量要低于吸附劑A的出口空氣含濕量。說明活性氧化鋁的制作材料和粒徑大小對其吸附性能有直接影響。

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