壓縮熱再生干燥器活性氧化鋁固體吸附劑的除濕性能

李 維，韓大超，張 紅，馬 超，藍興旺，張雪平

（1 南京工業大學城市建設與安全工程學院，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）

在工業生產過程中設備的運行經常會用到壓縮空氣，在氣源系統中從空氣壓縮機直接排出的空氣中含有很多雜質，如果不對其進行處理而直接使用，空氣中的雜質會對系統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。在工業上，空氣干燥的方法有3 種：化學法、凍結法、吸附 法[1-2]。其中吸附除濕以吸附材料動態吸附空氣中的水分，其處理空氣量大，并且可在低溫、低濕狀態獲得低露點的空氣，其設備旋轉部件少，結構和維護簡單，噪聲低，運行可靠，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行加熱，減少了再生塔活性氧化鋁床層加熱時的氣體和熱能的消耗[4-5]。從國內行業的發展方向看，采用節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行再生吸附除濕實驗[7-8]，旨在為活性氧化鋁在壓縮空氣除濕系統中的運行提供依據。

1 實驗系統

如圖1 所示實驗系統主要包括空壓機、空氣緩沖罐、電加熱器、再生吸附床、排氣系統及測量 儀表。

圖1 實驗臺系統流程圖

實驗分為再生階段和吸附階段兩個部分。再生階段，開啟電加熱器、閥門2、3，關閉閥門1、4，空氣經壓縮進入緩沖罐加熱后由上而下進入吸附床。吸附階段，開啟閥門1、4，關閉電加熱器和閥門2、3，壓縮空氣經緩沖罐由下而上進入吸附床。

實驗時，通過溫濕度傳感器、流量計、溫度傳感器、壓差變送器、壓力表等儀表，對吸附床內壓縮空氣的進出口溫度、流量、壓力、壓降、相對濕度等參數進行測量，并對實驗數據進行實時記錄。為了保證實驗數據的準確性和可靠性，對實驗中所用的儀表都進行了標定。表1 給出的是測量儀表的主要參數。

2 實驗結果與分析

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，不具有吸附除濕性，所以必須先進行吸附劑的解吸再生[9]。

表1 測量儀表的主要技術參數

表2 給出的是再生過程的運行參數，壓縮空氣經電加熱器加熱進入吸附床的溫度為120 ℃，氣體的流量控制在40 m3/h，整個系統的壓力為0.2 MPa，整個再生過程持續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；隨著再生時間的延長，到5000 s 時，A和B 的出口含濕量均達到最大值并維持出口含濕量不變一段時間，此段時間A 出口含濕量為49 g/kg左右，維持時間大概為4000 s，B 出口含濕量為30 g/kg 左右，維持時間在2000 s 左右；之后A 和B的出口含濕量均出現降低，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。活性氧化鋁A 的粒徑為5.5～6.5 mm 相對B 的粒徑要大，其內部的孔隙也較大，這樣在再生的過程中，更有利于吸附劑內部水分的析出，從實驗的結果得到直接的印證。實驗表明，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 再生階段實驗運行參數

圖2 再生階段活性氧化鋁吸附床出口空氣含濕量隨時間的變化

2.2 吸附過程

表3 給出的是吸附過程的運行參數，壓縮空氣經緩沖罐進行水冷降低至35 ℃再進入吸附床，氣體的流量控制在15 m3/h，整個系統的壓力為0.7 MPa，整個再生過程持續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間的變化情況，由圖3 可看出在吸附初始階段到1200 s 時間段內，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比較穩定的數值2 g/kg 左右，并持續到實驗結束，而吸附劑A 的出口空氣含濕量有一個明顯的上升階段。這是由于，再生轉吸附階段，切換門后，壓縮空氣進入吸附床的流程剛好相反，再生的空氣進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 ℃，切換閥門進行吸附過程后，吸附床要經過一個冷卻過程，此時吸附后的空氣經過出口時的溫度較高，抑制了吸附劑的吸附效果，使其空氣中的含濕量有一個增加的過程，隨著整個吸附床溫度的降低，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比較穩定數值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 的穩定性要優于吸附劑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 吸附階段實驗運行參數

圖3 吸附階段活性氧化鋁吸附床出口空氣含濕量隨時間的變化

3 結 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 的再生效果要優于活性氧化鋁B，再生初始和結束階段，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在進入穩定再生過程的持續時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。

[1] 楊婉. 新型轉輪除濕機的應用與分析[J]. 制冷與空調，2003（6）：49-50.

[2] 喬望東，花向陽. 轉輪除濕機在中溫室空調設計中的應用[J]. 暖通空調，2008，38（8）：93-96.

[3] 崔群，陳海軍，姚虎卿. 固體吸附除濕劑的制備及性能研究[J]. 化工時刊，2001（11） ：21-25.

[4] 時海平，王東田，田美玲. 活性氧化鋁的制備及除氟性能研究[J]. 蘇州科技學院學報，2010，23（3）：23-26.

[5] 花能斌，阮玉忠. 熱處理法再生活性氧化鋁的微結構研究[J]. 福州大學學報，2007，35（1）：81-84.

[6] 韓天亮，曹文康，原仲珍. 活性氧化鋁比表面積的研究與控制[J]. 甘肅冶金，2005，27（1）：15-16.

[7] 黨丹，丁文明，霍亞坤. 幾種改性活性氧化鋁顆粒吸附劑除氟實驗研究[J]. 北京化工大學學報：自然科學版，2010，37（4）：113-116.

[8] 張玉東，李娟，彭雨，等. 無熱再生干燥用活性氧化鋁吸附器設計[J]. 廣西輕工業，2008，10：22-25.

[9] 張立志. 除濕技術[M]. 北京：化學工業出版社，2005.