无热再生干燥用活性氧化铝吸附器设计

1、广西轻工业GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY化工与材料2008年 10月 第 10期 (总第 119期 随着科学技术进步、 工业现代化的发展 , 对压缩空气的需 求量越来越大 , 质量要求亦越来越高 , 气源净化、 干燥设备在各 行业得到广泛的使用 1, 2。近年来 , 工厂将提高经济效益作为企 业生产、 经营的主要目标 , 为此 , 正确选择、 配套、 使用干燥净化 系统 , 已成为工程管理人员关注的问题。无热再生干燥器以其体积小、 结构简单、 安装使用方便、 气 体干燥度高的优点 , 满足不同地区、 不同行业工艺和露点的要 求 (-40 -50 , 深受广大

2、用户欢迎 , 是目前用量较大的一种 压缩空气干燥净化设备3-6。但无热再生干燥器再生时需损耗15%成品气 , 运行费用较大。 如何减小再生气损耗 , 降低运行费用显得十分重要 7。为此 , 本文基于进气温度和压力参数 , 对无 热再生干燥用活性氧化铝吸附器的时间控制工作周期、结构、 压强转换再生等进行了设计 , 通过以温度、 压力控制的可编程 序控制器的控制 , 达到节能效果和保证干燥的目的。1无热再生干燥工作原理利用变压吸附原理 , 干燥剂在压力下吸附水份 , 在减压下解吸水份。 无热再生干燥器采用双罐式 , 干燥罐 A 工作吸附时 , 干燥罐 B 进行再生 , 干燥罐 A 、 B 交替工作

3、和再生 , 其无热再生 干燥工作原理如图 1中(1 、 (2 、 (3 、 (4 所示。 图 1无热再生干燥工作原理图工 作 程 序 为 时 间 控 制 , 5min 切 换 , 10min 为 一 个 工 作 周 期。工作程序共分为工作、 再生、 充压、 均压、 待再生 5个过程。 干燥罐工作时 , 压力升高 , 空气中的水蒸汽分压亦相应提高 , 当 通过干燥剂 (活性氧化铝 床层时 , 被干燥剂吸附 , 使干燥剂表面 水蒸汽分压逐渐提高 , 达到平衡 , 这就是吸附工作过程 , 使压缩 空气得到干燥。 干燥罐再生时 , 当罐内空气压力突然降低 , 水蒸 汽的分压也同样降低 , 吸附在干燥剂

4、的水蒸汽亦转移到空气 中 , 再生过程就是通过限流孔板 , 控制小部分的干燥气流 (占处 理量的 15% 膨胀到大气压 , 从上而下对干燥剂进行反吹 , 水蒸 汽随反吹气流从消音器排到机外 , 使干燥剂脱附。再生 4min 后 , 排空阀关闭 , 再生塔通过限流孔板进行充压 , 使罐内压力上 升 , 与工作罐平衡 , 再生结束 , 转换到工作吸附。时间控制工作 周期如表 1所示。表 1无热再生干燥的时间控制工作周期2活性氧化铝吸附器结构设计2.1活性氧化铝吸附剂所需容积计算数据 :大气压力 P 1为 0.1033MPa , 空压机的出口压力P 2为 0.9033MPa 进入干燥罐的空气流量为

5、30m 3/min ; 进入干燥罐的空气压力为 0.8MPa ; 进入干燥罐的空气温度为 40 ; 活性氧化铝吸水率为 0.24%; 工作周期为 10min 。(1 进入干燥罐的空气所含水分量 GwGw=V d(1式 中 , V 为 加 工 空 气 量 , m 3/s ; 为 在 大 气 压 下 温 度 为40 时空气密度 , =1.13kg/m 3; d 为空气中所含的饱和水蒸汽量 =0.03kg 水 /kg 干 空 气 (工 作 温 度 为 40 , 工 作 压 强 为0.8MPa 时饱和水蒸汽量 。(2 吸附水分所需的活性氧化铝的量 MwMw=Gw /(2式中 , 为活性氧化铝对水分的吸

6、收率。 (3 工作一个周期所需活性氧化铝的量 MzM z =M w t C(3式中 , t 为工作周期 ; 为备用系数 (本文取 1.4 ; C 为转效【作者简介】张玉东 (1967- , 男 , 河南南阳人 , 硕士研究生 , 讲师 , 从事检测、 优化建模与智能控制研究。 【基金项目】国家 “ 985” 工程 汽车先进设计制造技术创新平台资助 无热再生干燥用活性氧化铝吸附器设计张玉东1, 2, 李 娟 1, 彭 雨 1, 李光明1(1. 湖南大学机械与运载工程学院 , 湖南 长沙 410082; 2. 湖南工程学院机械工程系 , 湖南 湘潭 411104【摘要】为了确保无热再生干燥器再生气

7、损耗 , 提高工作效率 , 对无热再生干燥用活性氧化铝吸附器的时间控制工作周期、 结构、 压强转换再生等进行了设计 , 达到了无热再生干燥器在工况条件变化时保证气体干燥的目的和节能的效果。【关键词】 无热再生干燥器 ; 活性氧化铝 ; 吸附剂 【中图分类号】 TQ051【文献标识码】 A【文章编号】 1003-2673(200810-22-02系数 (本文取 4 。(4 活性氧化铝所需容积V a =M z /a (4 式 中 , a 为 活 性 氧 化 铝 的 堆 比 重 , 本 文 a =750kg/m 3 2.2回洗流量的计算R=V21(5 式中 , V 为流入干燥罐的空气流量 , m 3

8、/s 。2.3吸附器中气孔直径气孔的有效截面积 :S=R2(6 式中 , S 为 mm 2; P 1吸附周期的绝对压强气孔的直径 D 为 :D=2! (7 经计算 , 吸附器中气孔直径 D 为 6.6mm 。3活性氧化铝吸附器压强转换再生设计图 1是装有活性氧化铝吸附剂的两只干燥罐 A 和 B 的工 作原理图。将 A 、 B 罐用输气管串接起来 , 中间设有减压阀和取 气点。 从某个罐的起端送气 , 从另一个罐的末端排气。 送进气体 的 压 强 为 0.8MPa , 水 蒸 汽 含 量 为 0.0076MPa 的 分 压 , 经 减 压 阀后 , 压强减为 1/8倍 , 由道尔顿分压定律得知

9、, 水蒸汽的分压 与混合气体的压强 (总压 成比例的变化 , 所以 , 水蒸汽的分压 相应地也减为 1/8倍。交替改变送气的方向 , 气体中的水蒸汽 就会越来越少。从图 1(1 来看 , 从 a 端送以 0.8MPa 的绝对压 强和 0.0076MPa 水蒸汽的分压气流 , 经过减压阀气流的压强 被减为 0.1MPa , 水蒸汽的分压相应地被减为 0.00095MPa 。经 过一定时间以后 , 干燥罐 A 和 B 内的吸附剂分别与其不同的 水蒸汽分压达到吸附平衡 , 即 A 罐内活性氧化铝吸附水蒸汽为 0.0076MPa 的 分 压 , B 罐 内 活 性 氧 化 铝 解 吸 的 水 蒸 汽

10、为 0.00095MPa 的分压。 然后进行第二次转换如图 1(2 所示。 由 b 端送以同样的压强和水蒸汽分压的气流进入干燥罐 B , 由于 B 中的吸附剂含有 0.00095MPa 的分压 , 所以 B 中的前沿部分 对带有 0.0076MPa 的分压气流呈现吸附状态。随着气流的流 动 , B 中的前沿想流动的方向延伸 , 在前沿没有延伸到 B 的末 端 以 前 从 B 流 出 的 气 流 压 强 为 0.8MPa , 水 蒸 汽 的 分 压 为 0.00095MPa 。该气流经过减压阀流入干燥罐 A 时 , 压强减为 0.1MPa , 水蒸汽的分压为 0.00012MPa 。这时由于 A

11、 中吸附剂 的分压大于气流的水蒸汽分压 , 故呈现解吸状态。一直达到与 水蒸汽分压平衡为止。假如再改变送气的方向如图 1(3 所示 , 由 a 端送气 , 此时 A 中的吸附剂具有 0.000015MPa 的水蒸汽 分压 , 对流入的 0.0076MPa 的水蒸汽分压呈现吸附状态。 从 A 流出的气流在减压后具有 0.0000018MPa 水蒸汽分压 , 故又呈 现解吸状态 , 如此循环下去 , 交替改变送气方向 , 随着转换次数 的增加气流中的水蒸汽分压是按照 8的倍数递减的 , 所以循环 次数越多 , 水蒸汽的含量就越少 , 气体就越干燥。4活性氧化铝吸附器工作过程设计活性氧化铝吸附器最简

12、单形式是由两只填充着活性氧化 铝吸附剂的干燥罐及辅助设备 (两个转换电磁阀、 转换阀、 气孔 等 所组成。其动作过程如图 2所示。图 2活性氧化铝吸附器的动作过程在图 2中 , 由气水分离器出来的压缩湿空气 , 从入口进去 , 经转换电磁阀 1到干燥罐 A , 气体中的水分子被罐 A 内再生好 了的活性氧化铝吸附而成为干燥的气体。 干燥的气体从罐 A 出 来经转换阀由出口送出。与此同时 , 有少部分干燥气体通过气 孔而被减压 , 进一步增加气体的干燥度 , 然后进入干燥罐 B , 对 罐 B 内已完成吸水工作而处于吸湿饱和状态的活性氧化铝进 行吹洗再生。从罐 B 内出来的潮气经转换电磁阀 2排

13、到大气 中。 图 2(2 表示与相反地动作过程。 罐内活性氧化铝的吸水及 再生 , 每隔一定时间转换一次 , 如此交替动作下去 , 不断地将干 燥气体送至储存罐。 两只干燥罐的交替动作通过可编程序控制 器的控制转换电磁阀来实现自动控制的。5结论活性氧化铝吸附器是无热再生干燥空气供给设备的主要 而关键的部件。吸附器循环工作的好坏 , 直接影响到整个设备 的性能和气体的干燥效果。 进行吸附器设计的目的是为了在满 足压缩空气干燥度要求的条件下 , 使活性氧化铝的用量最少 , 其所占地容积最小 , 气体的干燥度最高 , 做到经济合理 , 为整个 设备轻量化和小型化创造条件。参考文献(下转第 25页 (

14、上接第 23页 1曹恒武 , 田振山 . 干燥技术及其工业应用 M. 北京 :中国石化出版社 , 2003.2潘永康 . 现代干燥技术 M. 北京 :化工出版社 ,1998.3马士虎 , 余栋高 . 无热再生高压空气干燥过滤装置研究 J. 船舶工程 , 2000, (3 :38-40.4周俊峰 , 穆传和 . 无热再生压缩空气干燥装置改造 J . 流体机械 ,1994,22 (9 :45-47. 5刘相东 , 余才渊 , 周德仁 . 常用工业干燥设备及应用 M. 北京 :化工工业 出版社 ,2004.6化工机械手册编辑委员会 . 化工机械手册 -蒸发器、 结晶器、 干燥器 M. 北京 :化学工

15、业出版社 ,1991.7于才渊 , 王宝和 , 王喜中 . 干燥装置设计手册 M. 北京 :化工工业出版 社 ,2005.上述检验按照标准规定的技术要求、 试验方法 , 配制符合 燃气灶使用地区华白数、 燃烧势要求的气源 , 就可以进行灶具 检验了。但由于灶具设计及装配原因 , 检验结果可能导致有不 合格的项目 , 甚至会出现整台燃气灶不合格。例如 :烟气中 CO 超标因为属 A 类项目 ( 对使用、 维修或保管产品的人有危 害或不安全、 以及对重要产品的基本功能有致命影响的缺陷为 A 类不合格。 , 仅一项就会使整台燃气灶不合格 , 会影响使用 性能 , 容易造成 CO 中毒等人身安全问题。

16、(2 烟气中一氧化碳浓度与热效率和热流量关系及问题 分析燃气灶在检验中一氧化碳、热效率和热流量存在问题较 多 , 而且彼此影响 , 相互制约。 有关内容列出图表便于对应分析 参考 :从测试结果 (表 1 可以看出一些设计参数的变化对热效 率、 一氧化碳浓度带来的影响。表 1燃气几种参数的变化对燃烧状态的影响的测试4质量改进下面举出设计燃气灶定型改进实验典型实例进行分析 :实例 :某燃具厂设计生产的天然气嵌入灶 , 外环采用旋流 型 条 形 火 孔 铜 火 盖 , 火 孔 深 度 6mm 、 火 孔 宽 度 1mm 、 长 度 22mm 、火孔个数 18, 角 26、 角 12、 角 12、 火

17、 盖 外 经 108mm , 内环采用直火型火盖、 火盖外经 28mm , 火孔 2.5mm 、 火孔个数 14, 下排 8个、 上排 6个 , 额定热流量 3.8kW , 锅架至 火盖距离 D=20mm , 喷嘴头部伸人引射器吸气口 2mm 、无侧 孔 ; 按当地气源配气 W=52.5kW 、 Cp=41, 测试结果 :热流量 3.7kW 、 热 效 率 52.2%、 C0=850×10-6,O 2=8.0%, CO (=1 =0.135%; 改进目标 :热效率 51%、 CO (=1 0.04%、 热流量偏 差 ±6%。改进实验 :分析 :将灶具的实测数据与 燃气设计手

18、册 设计参数比较 ; a 、 若偏差大 , 对灶具中不符合要求的部件参考 表 1进行改进后试验 ; b 、 若偏差符合要求 , 试验顺序按锅架 喷嘴 火盖 燃烧器壳的排序改进试验。 本台灶具实测参数偏 差符合 燃气设计手册 设计参数要求 , 实测 CO 高 , O 2偏低 , 热 效 率 高 出 目 标 1.2%, 按 公 式 2计 算 锅 架 DYT 临 嵌 =24.8mm>D=20mm 因 锅 架 低 , 二 次 空 气 量 较 小 , 参 考 锅 架 DYT 临嵌计算结果和表 1分析的 CO 升高原因 , 锅架高度改为 25mm 。试验 :风门调至较佳位置 , 测试结果为热效率 5

19、2.6%、 C0=385×10-6,O 2=9.0%,CO (=1 =0.067%; 热流量不变。改进试验 :分析 :根据改进实验 1测试结果看出 , 二次空 气有所增加 , CO 比改进前减少了 50%多 , 但还不符合标准要 求 , 对照表 1分析 , 估计一次空气量不够 , 气体混合不均匀 , 喷 嘴 改 为 带 侧 孔 6个 , 孔 径 2.6mm , 喷 孔 不 变 ; 喷 嘴 进 入 吸 气 口 5mm 。 此设计增加了喷孔至喉部距离 , 使一次空气量增大 , 气体 混合均匀。试验 :风门调至较佳位置 , 热流量不变 , CO=150×10-6, O 2=9.1%, CO (=1 =0.026%; 热效率 53.0%, 由于改进了燃 烧器进风量设计 , 达到了改