吸附干燥器的設(shè)計
嘉美機電技術(shù)部, 《氣體純化》 , 2020年6月第1版
吸附干燥，是工業(yè)氣體達到高度干燥的主要要方法之一。吸附干燥器的結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，常用的吸附干燥劑有硅膠、活性氣化鋁和分子篩等。吸附干燥的方法可分為變壓吸附干燥和變溫吸附干燥兩種類型。
一、變溫吸附干燥器
（一）變溫吸附干燥器的選擇
選擇吸附干燥器，主要根據(jù)：（一）原料氣的含水量和要求氣體的干燥程度；（二）采用間歇或連續(xù)工作的方式；（三）再生加熱方法；以及（四）吸附劑的冷卻方法等而有所不同。
分別介紹如下：
1．根據(jù)原科氣的含水量和要求氣體的干燥程度選擇
如果原料氣體含水量較高氣體干燥程度要求不高時宜用硅膠吸附器；如果原料氣含水量較低(露點低于10℃)，氣體干燥程度要求較高時可用分子篩吸附器；如果原料氣含水量較高，要求氣體干燥程度亦較高時，可用硅膠吸附器作為前級干燥，用分子篩吸附器作為后級干燥也可用冷凝干燥冷凍器作為前級干燥，分子篩吸附器作為后級干燥。
2．根據(jù)間歇工作或連續(xù)工作方式選擇
如果吸附干燥器可以間歇工作，則只需采用一個吸附干燥器，根據(jù)氣體處理量和間歇工作的周期確定吸附劑用量。如果吸附干燥器需要連續(xù)工作，可用二個吸附干燥器交替工作(即一個吸附于燥器工作，另一個再生)。按氣體的處理量、含水量、再生加熱和冷卻所需時間，確定吸附劑用量和切換周期。
3．根據(jù)吸附干燥器再生加熱方法選擇
小型吸附干燥器可用電阻加熱器直接加熱、減壓再生。氣體處理量較大時吸附干燥器大都采用載熱氣體加熱再生。用載熱氣體加熱再生的工藝流程如下：
1)循環(huán)氣體再生 如圖7-19所示，用氣體循環(huán)泵2把循環(huán)氣送入電加熱器5加熱后，進入吸附干燥器進行再生處理。再生氣體通過水冷卻器3冷卻干燥，使氣體能循環(huán)使用。此種再生工藝流程，常用于常壓吸附干燥裝置的再生。由于再生氣含水量較高吸附劑再生的殘余含水量亦較高。
2)部分產(chǎn)品氣再生 如圖7-20所示，用部分干燥的產(chǎn)品氣通過電加熱器送入吸附干燥器進行再生處理。然后，再生氣體返回原料氣罐或放空。此種再生工藝流程適用于壓力吸附干燥器。當再生氣體出口的壓力大于原料氣罐中原料氣體的壓力時，再生氣體才能返回原料氣罐。吸附干燥器處理的氣體量，應(yīng)相當于所需純化干燥的氣體量加上再生氣用量。
3)部分原料氣再生 如圖7-21所示，部分原料氣經(jīng)輔助干燥器5吸附干燥．經(jīng)電加熱器6加熱后，經(jīng)四通閥8送吸附干燥器7進行再生處理。再生氣經(jīng)四通閥4、冷卻器3和氣水分離器2后，與經(jīng)減壓閥1的原料氣重新匯合一起進入吸附干燥器9。此法適用于壓力純化干燥裝置，采用減壓閥1進行調(diào)節(jié)使減壓閥前后壓力差大于再生氣體通過四通閥、輔助干燥器、電加熱器、吸附干燥器和水冷卻器等所產(chǎn)生的壓力降。才能使再生氣與原料氣重新匯合。由于再生時不采用氣體循環(huán)泵，故維護、操作簡單、安全可靠。
4.根據(jù)吸附劑再生后冷卻方法選擇
采用自然冷卻的方法*為簡單，但冷卻時間較長。采用強制氣流冷卻，必須嚴格控制強制氣流的干燥度。否則吸附劑在吹冷過程中會因吸濕而影響吸附干燥器的干燥效果。
（二）變溫吸附干燥器的工藝計算
吸附干燥器的工藝計算可根據(jù)氣體的處理量、初始含水量、氣體要求的干燥程度和所選用的吸附劑的吸附容量進行計算，求出所需吸附劑的用量，再確定吸附干燥器結(jié)構(gòu)尺寸。
1．吸附劑動態(tài)吸附量
吸附劑的吸附容量值，嚴格來說，應(yīng)在動態(tài)條件下試驗測得吸附轉(zhuǎn)效值。
如圖7-22所示采用吸附柱長l000毫米入口氣體溫度為25℃，氣體相對濕度為10%，氣體線速度為0.5m/s。試驗測得5A分子篩吸附轉(zhuǎn)效點的吸附量為15%，氣體干燥度為露點-96℃。硅膠的吸附轉(zhuǎn)效點吸附量為8%，氣體干燥度露點-68℃。活性氧化鋁的吸附轉(zhuǎn)效點吸附量為12%，氣體干燥度據(jù)點-75℃。
吸附劑的動態(tài)吸附量和氣體干燥度，與下列因素有關(guān)：
1)與吸附劑床層高度有關(guān)(更確切地說，應(yīng)和氣體與吸附劑接觸時間或空間、速度有關(guān))。表7-5列出吸附干燥器高度不同時的數(shù)據(jù)，由表可知，隨著吸附柱高度增加，氣體與吸附劑接觸時間增加，吸附容量的變化不大，氣體干燥度有比較明顯的提高。
表7-5所得數(shù)據(jù)的試驗條件是吸附劑柱高16cm，內(nèi)徑2cm，溫度15℃，采用的吸附劑為5A分于篩28g(37.5ml)，氣體速度3.8cm/s。
3)與吸附溫度有關(guān)。表7-7列出吸附溫度不同時的數(shù)據(jù)，其試驗條件是吸附劑柱高16cm，內(nèi)徑2cm，吸附劑采用5A分子篩28g(37.5ml)，入口氣體的露點10℃，氣體速度3.8cm/s。
由表7-7可訊吸附溫度降低有利于吸附容量的增加。
4)與氣體速度有關(guān)。表7-8為氣體速度不同時通過試驗所得的數(shù)據(jù)。試驗的條件是吸附劑拄高14cm，內(nèi)徑3cm，溫度50℃，吸附劑采用分子篩60克(74毫升)，入口氣體露點13℃。
由表7-8可知，氣體速度越小，氣體干燥度高。
5)與吸附劑再生程度有關(guān)。吸附劑的再生程度，主要決定于再生氣體的干燥度和再生溫度。如圖7-23~圖7-25所示。
由圖7-23~圖7-25可見，再生溫度高有利于再生完全但溫度過高，容易給操作帶來困難使吸附劑使用壽命縮短，甚至燒壞。如果再生氣體的露點低，也有利于再生的完全性，并可降低再生溫度。吸附劑再生越完全，殘余水分含量越低。氣體干燥度越高．如分子篩完全再全，殘余水含量達到0%，0℃時，水汽的平衡分壓力1.74×10-5毫米汞拄，氣體的露點可達-96℃。
吸附干燥器在常壓操作情況下，工藝計算的數(shù)據(jù)選擇，可參考表7-9。
（三）變溫吸附干燥器的結(jié)構(gòu)設(shè)討
吸附干燥器的結(jié)構(gòu)與催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)相仿。根據(jù)具體要求應(yīng)考慮下列各點：
1)由于吸附劑顆粒較小塔內(nèi)吸附劑床層的上、下宜裝篩板和襯填不銹鋼絲網(wǎng)；
2)為了防止氣體夾帶吸附劑粉塵，在塔的頂部氣體出口處裝填玻璃球等填料，或設(shè)置過濾器；
3)在塔內(nèi)需設(shè)置測溫管，測定吸附干燥器在工作和再生時的溫度，以制訂合理的操作規(guī)程；
4)由于吸附劑吸附水分時會放出大量吸附熱，故需設(shè)置水冷卻管將熱量帶走，可能保持等溫吸附；
5)塔外壁需有保溫層，以減少再生加熱時散熱損失；
6)吸附干燥器再生加熱元件可以直接安裝在吸附干燥器內(nèi)，也可以另外附設(shè)再生加熱器。
圖10-3表示在常溫下動態(tài)吸附和解吸周期的對稱性。根據(jù)試驗所得在常溫下把含有水分的氣體通過吸附劑，使吸附劑逐漸吸附水分達到飽和狀態(tài)再將干燥氣體通過吸附劑，使吸附劑水分逐漸解吸達到再生。如果氣流速度相等，在循環(huán)過程的初期，吸附和解吸的周期并不相等。但是，經(jīng)過反復(fù)進行吸附和解吸過程，兩者的周期逐漸趨于相等。
為了實現(xiàn)壓縮氣體吸附干燥的無熱再生，還需遵循以下的基本原則：
1)在變壓吸附過程中，再生氣與原料氣的實際體積比等于1時，再生氣的出口**露點等于原料氣的入口露點。因此，為了獲得純產(chǎn)品，必需在每個循環(huán)中，使吸附床內(nèi)各點的實際逆向沖洗氣體積都超過實際原料氣體積，即再生氣與原料氣的實際體積比應(yīng)大于1。此時，再生氣的出口露點就能低于原料氣的入口露點。如果再生氣與原料氣的實際體積比小于1，吸附劑再生就不完全，氣體干燥的效果就差。
根據(jù)此原則，變壓吸附所需再生氣的*小消耗量可由下式計算：
式中 VR——再生氣消耗量(m3/min)；
V ——原料氣處理量(m3/min)；
PR——再生壓力(MPa)；
P ——吸附壓力(MPa)。
由上式可見．吸附壓力越高，解吸壓力越低，再生氣損耗越少。如果降低原料空氣的入口溫度和含水量，也可以減少再生氣損耗率，見圖10-4所示。如要求的所得的干燥氣的露點越低，則所得的再生氣損耗量超高，如圖10-5所示。另外，氣體的流速增高，再生氣損耗率也相應(yīng)提高，如圖10-6所示。在不同操作的條件下，再生氣損耗率的變化情況，列于表10-2。
2)在變壓吸附過程中，循環(huán)周期要短，吸附量要少，盡量使吸附熱能用于脫附過程。因為在吸附過程中放出熱量，在脫附過程中吸收熱量。吸附劑每吸附1公斤水分所放出(或吸收)的熱量為：硅膠760千卡、鋁膠721千卡、分子篩915千卡。為了使吸附劑在吸附時所放出的熱量貯藏在吸附劑上，應(yīng)盡量避免熱量被氣體帶走和通過器壁向周圍散失。所以，必須縮短吸附干燥器的工作時間，當吸附劑稍有溫升時，立即切換投入再生。嚴格控制和適當縮短干燥器的操作周期，有效地利用吸附熱，使吸附床起著高熱容量的熱飛輪作用，是無熱再生的必要條件。否則隨著操作周期延長，氣體帶走的熱量增多，必然會使再生氣體損耗量增加。圖10-7表示吸附床床層溫度與周期時間的關(guān)系。當周期時間在10分鐘以內(nèi)，吸附床溫度差約2℃，周期時間為60分鐘，則溫差約10℃。圖10-8表示再生氣損耗率和周期時間的關(guān)系。
（二）無熱再生干燥工藝
在無熱再生氣體干燥裝置中常用的吸附劑有硅膠、鋁膠和分子篩等。在變壓吸附裝置中，吸附劑由于受到長期頻繁切換所造成的壓力沖擊很易引起破碎，故必須有相當?shù)臋C械強度。因此，在都能達到相同干燥深度的情況下，常選用強度較好的鋁膠作為吸附劑。
四）干燥塔
干燥塔一般可按受壓筒體(圓筒)設(shè)計。筒體應(yīng)盡量減少內(nèi)件和無用空間(如入口均壓室，分配器和出口集合室等)。
干燥塔的進、出口，宜設(shè)計在干燥塔的頂部并應(yīng)安裝有過濾器。干燥塔的上、下位置應(yīng)有吸附劑充填口和卸料口。吸附劑的裝填應(yīng)盡可能緊密壓實，為了減少氣流反復(fù)沖擊所造成的機械磨損，可設(shè)計專門的壓緊裝置。
典型的干燥塔結(jié)構(gòu)，如圖10-17所示。
三、消聲器
因為干燥塔由工作階段切換為再生階段時突然降壓，釋放出大量帶壓氣體。根據(jù)干燥裝置規(guī)模的大小產(chǎn)生不同程度的噪聲，噪聲嚴重時可達125分貝。此外，干燥塔再生時，正常的廢氣排空的噪聲亦約達100分貝。因此，在干燥裝置的排氣口，必須安裝專門的消聲器。
常見的消聲器有阻性消聲器，抵抗性消聲器和阻抗復(fù)合消聲器等。
阻性消聲器是用吸聲材料，以消除高頻噪聲為主。各種吸聲材料的吸聲系數(shù)列于表10-4。
手機：133-8007-8186
地址：廣州市黃埔區(qū)護林路1115號
