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(huì)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(huì)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(dòng)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(huì)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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