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三、干燥技術(shù)在壓縮空氣品質(zhì)的應(yīng)用
在第一章有說到：空壓機(jī)排出的壓縮空氣是不干凈的，含有水的壓縮空氣對提高生產(chǎn)效率、降低運(yùn)行成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量都是不利的，因此就需要進(jìn)行干燥凈化處理。
壓縮空氣的含水量多少通常用露點(diǎn)來表示，露點(diǎn)溫度就是當(dāng)未飽和的濕空氣通過降低溫度，使其相對濕度達(dá)到100%時的溫度。通常分常壓露點(diǎn)和壓力露點(diǎn)，之間的關(guān)系見圖14。
3.1 壓縮空氣品質(zhì)（含水量）評判標(biāo)準(zhǔn)：
?、侔碔SO8573-1，表10的0～6級為壓縮空氣干燥器的評定,是考核供需合同約定或機(jī)器銘牌標(biāo)注露點(diǎn)溫度標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。
②為了更直觀地了解Class4～1級壓縮空氣飽和含水量，從表11做了一個對比。
?、墼诒?中可以看到，在7bar時，壓縮空氣含水量的去除量從Class6～1級越來越少，但是難度卻越來越大。見圖15。
?、軌嚎s空氣品質(zhì)要求最低含水量，為避免像圖1那樣腐蝕管道，建議客戶確保壓縮空氣相對濕度在50%以下。如圖16(綠色區(qū)域)。
3.2 壓縮空氣干燥器選型推薦(見表12)。
3.3 壓縮空氣干燥器影響壓縮空氣品質(zhì)的因數(shù)：
①產(chǎn)品質(zhì)量
②壓縮空氣系統(tǒng)配置
?、凼褂霉r
④維護(hù)保養(yǎng)
3.3.1 產(chǎn)品質(zhì)量
?、?a href="http://ytcaac.cn" target="_blank" class="keylink">冷干機(jī)生產(chǎn)只要按JB/T 10526-2017 《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》規(guī)定工況進(jìn)行生產(chǎn)和規(guī)范。由于制冷技術(shù)成熟及壓縮空氣壓力露點(diǎn)要求均在0℃以上，只要產(chǎn)品的制冷系統(tǒng)熱負(fù)荷足夠和熱交換徹底，冷干機(jī)的壓力露點(diǎn)保障應(yīng)該不是件難事。
②吸干機(jī)生產(chǎn)是否按JB/T 10532-2017 《一般用吸附式壓縮空氣干燥器》進(jìn)行生產(chǎn)和規(guī)范。然而選用吸干機(jī)對應(yīng)的壓縮空氣品質(zhì)等級相對較高，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)吸干機(jī)相對于冷干機(jī)要困難得多，因而采購成本也高得多。特別是要求氣體品質(zhì)為Class0級，吸干機(jī)的采購成本是空壓系統(tǒng)設(shè)備中最貴的也不足為奇。設(shè)計(jì)和生產(chǎn)對于產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要：
◆吸附劑的選用
吸附劑是吸干機(jī)中成本占比最大的零部件之一，如果想要追求壓縮空氣品質(zhì)為Class0級，那么吸附劑說了算。如果吸干機(jī)使用氧化鋁或分子篩的質(zhì)量有差異，再好的吸干機(jī)也無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。好馬配好鞍，好的吸附干燥器一定有好的吸附劑。壓縮空氣的品質(zhì)離不開好的吸附劑，見圖17。在筆者的《吸附在空壓系統(tǒng)的應(yīng)用》課程中對吸附劑要求及使用有詳細(xì)解讀。
◆流程設(shè)計(jì)
吸干機(jī)流程設(shè)計(jì)是保障壓縮空氣品質(zhì)的基礎(chǔ)，無論是無熱、微熱還是外加熱，區(qū)別在于再生方式不同，而吸附過程類似。（見圖18），當(dāng)工作塔出口區(qū)域吸附劑達(dá)到飽和狀態(tài)時，吸附劑對壓縮空氣失去了干燥能力，此時需要再生了。吸干機(jī)的露點(diǎn)深度取決于再生，就像種樹一樣，再生的坑挖得越深，吸附的露點(diǎn)可以越低，所以工作流程和周期是關(guān)鍵。2.2.2.2中有不同再生方式吸干機(jī)的流程和周期詳細(xì)介紹，偏離理論計(jì)算流程或周期都會影響吸干機(jī)的性能。
◆空塔流速
是吸干機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，一是保障壓縮空氣與吸附劑有充分的接觸，二來控制壓縮空氣通過塔體的壓降。通常選擇0.1～0.5m/s。無熱再生取下限，有熱再生取上限。
◆接觸時間
就是壓縮空氣與吸附劑接觸的時間。它決定了工作塔內(nèi)吸附劑床層高度及壓縮空氣在工作塔的流速，時間越長，干燥度越高。一般選擇4～8s，分子篩選擇3～5s，氧化鋁選擇6～8s。從圖19中看出，接觸時間越長，露點(diǎn)越低。
◆吸附劑的填充量
也是保證壓縮空氣露點(diǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)，通常用以下公式計(jì)算：
吸附劑填充量M(kg/h)=壓縮空氣含水量G(kg/h)/吸附劑動態(tài)吸附量
余量系數(shù)一般取1.3。
一般來說，既要填充量少，又想吸附能力好，采用氧化鋁+分子篩的填充方式最為合理。從圖20看出，氧化鋁在相對濕度高時吸附能力強(qiáng)，可以用于工作塔進(jìn)口位置；分子篩則在相對濕度低的區(qū)域吸附能量好，可以用于工作塔的出口位置。既能保障吸附效果，又可以減少填充量。
◆工作塔吸附劑床層溫度
根據(jù)熱力學(xué)理論，吸干機(jī)工作塔內(nèi)吸附劑吸附時是放熱過程，因此工作塔內(nèi)吸附劑床層溫度因吸附作用會上升，其床層溫度=成品氣溫度=進(jìn)氣溫度+溫升。床層溫度上升對于吸附過程是不利的，如能規(guī)避盡量規(guī)避。
圖21表示了床層溫度與進(jìn)氣溫度和工作壓力有關(guān)：工作壓力越高，床層溫度越低；進(jìn)氣溫度越高，床層溫度越高；當(dāng)工作壓力0.8MPa；進(jìn)氣溫度38℃，床層溫度50℃。
◆再生溫度
再生溫度是吸干機(jī)的再生是否徹底的關(guān)鍵指標(biāo)，它與吸附劑種類及再生方式有關(guān)：
a) 對于有熱再生式吸干機(jī)來說，再生塔吸附劑的平均溫度應(yīng)不低于最低要求再生溫度，見表13；
b) 無熱再生吸干機(jī)再生溫度=成品氣溫度（工作塔吸附劑床溫）；
c) 微熱再生吸干機(jī)再生溫度=190～200℃。
◆工作壓力
通常吸干機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)及樣本(或銘牌)處理量均按JB/T 10532-2017《一般用吸附式壓縮空氣干燥器》規(guī)定工況：0.7MPa。當(dāng)實(shí)際工作壓力高于規(guī)定工況，對吸附干燥過程有利的。但實(shí)際工作壓力低于規(guī)定工況，由于飽和含水量增加，空塔流速增加，接觸時間減少，再生耗氣量增大，露點(diǎn)溫度升高，對吸附干燥過程是不利的。
◆再生能耗
是吸干機(jī)為了能持續(xù)提供穩(wěn)定可靠的低露點(diǎn)壓縮空氣必要的手段。吸干機(jī)的再生過程是吸熱過程，根據(jù)熱力學(xué)理論，必須要有外部能量補(bǔ)充才能完成吸附劑的再生。無熱再生雖然沒有外部熱量補(bǔ)充，但是有需要成品氣再生。表14列舉了常規(guī)吸干機(jī)的再生能耗比較。
<注：未完待續(xù)，更多精彩見下期……>
參考資料
JB_T 10526-2017 《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》；
JB_T 10526-2017 《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》；
ISO 8573-1 2010 《壓縮空氣 第1部分：污染物和純度等級》；
T/CGMA033001-2018《壓縮空氣站能效分級指南》;
T/CGMA ××××—××××《一般用壓縮空氣干燥器選型指南》征求意見稿；
《壓縮空氣干燥與凈化設(shè)備》；
《壓縮空氣應(yīng)用指南》；
《容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊 化工、動力、制冷》。
作者簡介
第一作者：梁柳生，廣西柳州，大學(xué)本科。高級工程師，1990開始從事空壓機(jī)行業(yè)工作；有在國企、合資及外企工作經(jīng)歷，其中22年在AC集團(tuán)工作。先后從事過空壓機(jī)及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國銷售總監(jiān)，并有在歐洲學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng)辦上善氣體工作室，專業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究，精益生產(chǎn)管理及銷售的培訓(xùn)工作。國家標(biāo)準(zhǔn)JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人，全國壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會副主任委員。
第二作者：梁翰林，上善氣體工作室講師助理。
來源：本站原創(chuàng)
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三、干燥技術(shù)在壓縮空氣品質(zhì)的應(yīng)用
在第一章有說到：空壓機(jī)排出的壓縮空氣是不干凈的，含有水的壓縮空氣對提高生產(chǎn)效率、降低運(yùn)行成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量都是不利的，因此就需要進(jìn)行干燥凈化處理。
壓縮空氣的含水量多少通常用露點(diǎn)來表示，露點(diǎn)溫度就是當(dāng)未飽和的濕空氣通過降低溫度，使其相對濕度達(dá)到100%時的溫度。通常分常壓露點(diǎn)和壓力露點(diǎn)，之間的關(guān)系見圖14。
3.1 壓縮空氣品質(zhì)（含水量）評判標(biāo)準(zhǔn)：
?、侔碔SO8573-1，表10的0～6級為壓縮空氣干燥器的評定,是考核供需合同約定或機(jī)器銘牌標(biāo)注露點(diǎn)溫度標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。
②為了更直觀地了解Class4～1級壓縮空氣飽和含水量，從表11做了一個對比。
?、墼诒?中可以看到，在7bar時，壓縮空氣含水量的去除量從Class6～1級越來越少，但是難度卻越來越大。見圖15。
?、軌嚎s空氣品質(zhì)要求最低含水量，為避免像圖1那樣腐蝕管道，建議客戶確保壓縮空氣相對濕度在50%以下。如圖16(綠色區(qū)域)。
3.2 壓縮空氣干燥器選型推薦(見表12)。
3.3 壓縮空氣干燥器影響壓縮空氣品質(zhì)的因數(shù)：
①產(chǎn)品質(zhì)量
②壓縮空氣系統(tǒng)配置
?、凼褂霉r
④維護(hù)保養(yǎng)
3.3.1 產(chǎn)品質(zhì)量
?、?a href="http://ytcaac.cn" target="_blank" class="keylink">冷干機(jī)生產(chǎn)只要按JB/T 10526-2017 《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》規(guī)定工況進(jìn)行生產(chǎn)和規(guī)范。由于制冷技術(shù)成熟及壓縮空氣壓力露點(diǎn)要求均在0℃以上，只要產(chǎn)品的制冷系統(tǒng)熱負(fù)荷足夠和熱交換徹底，冷干機(jī)的壓力露點(diǎn)保障應(yīng)該不是件難事。
②吸干機(jī)生產(chǎn)是否按JB/T 10532-2017 《一般用吸附式壓縮空氣干燥器》進(jìn)行生產(chǎn)和規(guī)范。然而選用吸干機(jī)對應(yīng)的壓縮空氣品質(zhì)等級相對較高，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)吸干機(jī)相對于冷干機(jī)要困難得多，因而采購成本也高得多。特別是要求氣體品質(zhì)為Class0級，吸干機(jī)的采購成本是空壓系統(tǒng)設(shè)備中最貴的也不足為奇。設(shè)計(jì)和生產(chǎn)對于產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要：
◆吸附劑的選用
吸附劑是吸干機(jī)中成本占比最大的零部件之一，如果想要追求壓縮空氣品質(zhì)為Class0級，那么吸附劑說了算。如果吸干機(jī)使用氧化鋁或分子篩的質(zhì)量有差異，再好的吸干機(jī)也無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。好馬配好鞍，好的吸附干燥器一定有好的吸附劑。壓縮空氣的品質(zhì)離不開好的吸附劑，見圖17。在筆者的《吸附在空壓系統(tǒng)的應(yīng)用》課程中對吸附劑要求及使用有詳細(xì)解讀。
◆流程設(shè)計(jì)
吸干機(jī)流程設(shè)計(jì)是保障壓縮空氣品質(zhì)的基礎(chǔ)，無論是無熱、微熱還是外加熱，區(qū)別在于再生方式不同，而吸附過程類似。（見圖18），當(dāng)工作塔出口區(qū)域吸附劑達(dá)到飽和狀態(tài)時，吸附劑對壓縮空氣失去了干燥能力，此時需要再生了。吸干機(jī)的露點(diǎn)深度取決于再生，就像種樹一樣，再生的坑挖得越深，吸附的露點(diǎn)可以越低，所以工作流程和周期是關(guān)鍵。2.2.2.2中有不同再生方式吸干機(jī)的流程和周期詳細(xì)介紹，偏離理論計(jì)算流程或周期都會影響吸干機(jī)的性能。
◆空塔流速
是吸干機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，一是保障壓縮空氣與吸附劑有充分的接觸，二來控制壓縮空氣通過塔體的壓降。通常選擇0.1～0.5m/s。無熱再生取下限，有熱再生取上限。
◆接觸時間
就是壓縮空氣與吸附劑接觸的時間。它決定了工作塔內(nèi)吸附劑床層高度及壓縮空氣在工作塔的流速，時間越長，干燥度越高。一般選擇4～8s，分子篩選擇3～5s，氧化鋁選擇6～8s。從圖19中看出，接觸時間越長，露點(diǎn)越低。
◆吸附劑的填充量
也是保證壓縮空氣露點(diǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)，通常用以下公式計(jì)算：
吸附劑填充量M(kg/h)=壓縮空氣含水量G(kg/h)/吸附劑動態(tài)吸附量
余量系數(shù)一般取1.3。
一般來說，既要填充量少，又想吸附能力好，采用氧化鋁+分子篩的填充方式最為合理。從圖20看出，氧化鋁在相對濕度高時吸附能力強(qiáng)，可以用于工作塔進(jìn)口位置；分子篩則在相對濕度低的區(qū)域吸附能量好，可以用于工作塔的出口位置。既能保障吸附效果，又可以減少填充量。
◆工作塔吸附劑床層溫度
根據(jù)熱力學(xué)理論，吸干機(jī)工作塔內(nèi)吸附劑吸附時是放熱過程，因此工作塔內(nèi)吸附劑床層溫度因吸附作用會上升，其床層溫度=成品氣溫度=進(jìn)氣溫度+溫升。床層溫度上升對于吸附過程是不利的，如能規(guī)避盡量規(guī)避。
圖21表示了床層溫度與進(jìn)氣溫度和工作壓力有關(guān)：工作壓力越高，床層溫度越低；進(jìn)氣溫度越高，床層溫度越高；當(dāng)工作壓力0.8MPa；進(jìn)氣溫度38℃，床層溫度50℃。
◆再生溫度
再生溫度是吸干機(jī)的再生是否徹底的關(guān)鍵指標(biāo)，它與吸附劑種類及再生方式有關(guān)：
a) 對于有熱再生式吸干機(jī)來說，再生塔吸附劑的平均溫度應(yīng)不低于最低要求再生溫度，見表13；
b) 無熱再生吸干機(jī)再生溫度=成品氣溫度（工作塔吸附劑床溫）；
c) 微熱再生吸干機(jī)再生溫度=190～200℃。
◆工作壓力
通常吸干機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)及樣本(或銘牌)處理量均按JB/T 10532-2017《一般用吸附式壓縮空氣干燥器》規(guī)定工況：0.7MPa。當(dāng)實(shí)際工作壓力高于規(guī)定工況，對吸附干燥過程有利的。但實(shí)際工作壓力低于規(guī)定工況，由于飽和含水量增加，空塔流速增加，接觸時間減少，再生耗氣量增大，露點(diǎn)溫度升高，對吸附干燥過程是不利的。
◆再生能耗
是吸干機(jī)為了能持續(xù)提供穩(wěn)定可靠的低露點(diǎn)壓縮空氣必要的手段。吸干機(jī)的再生過程是吸熱過程，根據(jù)熱力學(xué)理論，必須要有外部能量補(bǔ)充才能完成吸附劑的再生。無熱再生雖然沒有外部熱量補(bǔ)充，但是有需要成品氣再生。表14列舉了常規(guī)吸干機(jī)的再生能耗比較。
<注：未完待續(xù)，更多精彩見下期……>
參考資料
JB_T 10526-2017 《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》；
JB_T 10526-2017 《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》；
ISO 8573-1 2010 《壓縮空氣 第1部分：污染物和純度等級》；
T/CGMA033001-2018《壓縮空氣站能效分級指南》;
T/CGMA ××××—××××《一般用壓縮空氣干燥器選型指南》征求意見稿；
《壓縮空氣干燥與凈化設(shè)備》；
《壓縮空氣應(yīng)用指南》；
《容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊 化工、動力、制冷》。
作者簡介
第一作者：梁柳生，廣西柳州，大學(xué)本科。高級工程師，1990開始從事空壓機(jī)行業(yè)工作；有在國企、合資及外企工作經(jīng)歷，其中22年在AC集團(tuán)工作。先后從事過空壓機(jī)及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國銷售總監(jiān)，并有在歐洲學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng)辦上善氣體工作室，專業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究，精益生產(chǎn)管理及銷售的培訓(xùn)工作。國家標(biāo)準(zhǔn)JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人，全國壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會副主任委員。
第二作者：梁翰林，上善氣體工作室講師助理。
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