Осушувачі та адсорбенти для осушення стисненого повітря
У всіх галузях промисловості, практично на будь-якому підприємстві застосовується стиснене повітря. Для отримання стисненого повітря використовується компресор, який стискає повітря. Як відомо, повітря, яке використовується компресором, має вологість від 30 до 90%. При стисканні його виділяється надмірна волога. Попадання такої кількості вологи в обладнання може призвести до корозії окремих частин установки та поломки працюючої системи в цілому, що призводить до вимушеного простою підприємства та витрати чималих сум на ремонт зіпсованого обладнання. Тому дуже важливим етапом під час роботи з пневматичним обладнанням є підготовка стиснутого повітря, тобто. його осушка.
Для кожної галузі промисловості кількісний опис допустимого вмісту вологи у стислому повітрі визначає всесвітньо прийнятий стандарт DIN ISO 8573-1. Виходячи з даних, зазначених у ISO, можна сказати, що осушення стисненого повітря до 4-го класу (точка роси +30°С) гарантує відсутність конденсату в повітряній системі доти, доки стиснене повітря не охолоне до +30°С. У всіх галузях промисловості, практично на будь-якому підприємстві застосовується стиснене повітря. Для отримання стисненого повітря використовується компресор, який стискає повітря. Як відомо, повітря, яке використовується компресором, має вологість від 30 до 90%. При стисканні його виділяється надмірна волога. Попадання такої кількості вологи в обладнання може призвести до корозії окремих частин установки та поломки працюючої системи в цілому, що призводить до вимушеного простою підприємства та витрати чималих сум на ремонт зіпсованого обладнання. Тому дуже важливим етапом під час роботи з пневматичним обладнанням є підготовка стиснутого повітря, тобто. його осушка. (Див.табл. 1)
Табл.1 Класи чистоти поDIN ISO 8573 1: 2001
Вміст твердих домішок, шт/м³, не більше
Туга роси під тиском, °C, не вище
Вміст олії, мг/м³, не більше
Клас 0 зарезервований під вищі вимоги, обговорюється спеціально
Необхідно відзначити, що осушення стисненого повітря до 3 класу (точка роси -20°С у кліматичних умовах України не є достатнім для захисту повітряної системи. Цей клас більше підходить для країн з більш «м'якими» кліматичними умовами, наприклад для країн Західної Європи. Враховуючи клімат, на промислово розвиненій території України необхідно відзначити особливу значущість 2-го та 1-го класів (точка роси відповідно -40°С та -70°С).
Існує кілька типів осушувачів стисненого повітря. За принципом роботи вони поділяються на два основні види: рефрижераторні та адсорбційні. Принцип роботи осушувачів рефрижераторного типу такий самий, як у звичайному холодильнику або кондиціонері. У них використовується як холодоагент фреон. Волога, що міститься в стислому повітрі, конденсується і видаляється. Найбільш поширена точка роси у такому осушувачі +3°С.
Головний недолік такого осушувача – це обмежена можливість зниження температури точки роси.
Для надійного захисту пневматичної системи підприємств необхідно застосовувати адсорбційні осушувачі, які дозволяють одержати точку роси стисненого повітря -20, -40, -70°С та нижче.
Принцип дії адсорбційного осушувача представлений малюнку.
 |  |
Осушувач складається з двох адсорберів (веж), заповнених адсорбентом і закріплених на станині. Стиснене повітря забруднене твердими частинками, конденсатом і краплями олії.
Спочатку стиснене повітря проходить через мікрофільтр, якийвидаляє тверді та рідкі частинки розміром до 0.01 мкм.
Після фільтрації 100% насичене стиснене повітря надходить у нижній контрольний блок (1), де він прямує в один з адсорберів (А). Для того щоб забезпечити правильний розподіл по адсорберам, адсорбент утримується на місці за допомогою сітки, що самоочищається. Під час фази адсорбції, волога, що міститься у стислому повітрі, поглинається адсорбентом. Потім сухе та чисте повітря подається у верхній контрольний блок (поз. 5/6).
У цей час адсорбер регенерується. Це досягається пропусканням невеликого потоку осушеного повітря через сопло, де він розширюється до атмосферного і проходить через ємність зверху вниз (поз. 7). Розширення до атмосферного тиску дозволяє осушеному повітрі перенести вологу до основи адсорбера. Потім повітря проходить через вихідний клапан (4) і глушник (8).
Перехід від одного адсорбера до іншого забезпечується контрольованим циклом. Через заданий проміжок часу вихідний клапан 4 закривається. Це дозволяє тиску в адсорбері зрівнятися з тиском в адсорбері А. Головний клапан на адсорбері закривається, після чого повітря надходить у вже регенерований адсорбер (поз. 3). У цей час вихідний клапан на адсорбері А відкривається, у результаті тиск знижується і починається процес регенерації.
При проходженні повітря, що обробляється, через адсорбер в нього можуть потрапити тверді частинки адсорбенту, які небезпечні для кінцевих користувачів. Для їхнього уловлювання на виході з адсорбера необхідно встановити ще один фільтр зі ступенем фільтрації 1 мкм.
Для відновлення адсорбенту на практиці використовуються два способи: холодна та гаряча регенерація.
При холодній регенерації частина потоку стисненого осушеного повітря прямує всудина з адсорбентом, де він поглинає та виносить вологу. Це повітря – відпрацьоване, і в систему воно більше не повертається. Тому при проектуванні пневмосистеми осушувач враховують як додатковий споживач стисненого повітря. Чергові цикли регенерації тривають від 3 до 10 хвилин.
Конструкція осушувачів з холодною регенерацією надійна і проста, і вони можуть бути спроектовані для досягнення нижчих (до 80°С) значень точки роси, ніж осушувачі, що використовують для відновлення адсорбенту гарячий спосіб. Однак вони потребують великого обсягу стисненого повітря, що призводить до збільшення експлуатаційних витрат. Зазвичай на регенерацію адсорбенту витрачається близько 15% номінальної продуктивності осушувача з холодною регенерацією, що робить такі установки вкрай дорогими в експлуатації.
При гарячій регенерації для осушення адсорбенту використовується гаряче повітря. Адсорбційні осушувачі з гарячою регенерацією, як правило, мають самостійну систему продувки адсорбенту спеціально для того, щоб унеможливити споживання стисненого повітря від компресора. При цьому процесі залежно від типу адсорбенту необхідна температура від 150 до 300°С. Верхня межа використання осушувачів із гарячою регенерацією становить 40-45°С. Адсорбент може витримати від 2000 до 4000 регенераційних циклів. Проміжок між автоматичними циклами регенерації становить від 4 до 8 годин.
В результаті при використанні осушувачів з гарячою регенерацією за рахунок відсутності втрат стисненого повітря можна підбирати менший за продуктивністю компресор і єдиними втратами будуть втрати на нагрівання повітря при регенерації, що робить систему дуже дешевою в експлуатації.
Який (або які) із цих сортів адсорбентів використовуються в конкретномуосушувачів певного виробника, залежить великою мірою від об'єктивних факторів (тип регенерації, необхідна температура точки роси, температура і тиск та ін), і меншою мірою від переваг і цілей виробника. Однак, зазвичай, в осушувачах стисненого повітря з холодною регенерацією використовується або активований оксид алюмінію, або молекулярні сита, з гарячою регенерацією вологостійкий силікагель внизу адсорбенту і звичайний у верхній частині.
Якщо потрібна точка роси вище - 40°С, зазвичай використовують активований оксид алюмінію. У разі, коли потрібна точка роси нижче - 40°С рекомендується застосовувати цеоліт марки NaA.
Як відомо, силікагель швидко руйнується при впливі краплинної вологи, що необхідно враховувати при використанні його в адсорбентах цього типу. Якщо ж вибір все ж таки падає на застосування в адсорбері силікагелю, то в нижньому (лобовому) шарі необхідно використовувати водостійкий силікагель, а решту адсорбера заповнити звичайним силікагелем КСМГ.
Адсорбційні осушувачі знаходять своє застосування на таких виробництвах, як: пакувальне виробництво, видування ПЕТ, скла, у тому числі пляшкового, енергетичні установки, фарбувальні виробництва, стоматологія, інші лабораторії, у тому числі медичні та хімічні, контрольно-вимірювальна апаратура, конвеєри, верстати з ЧПУ, фармацевтика, автомобільні виробництва, виробництва із застосуванням лазерів, розпилювального обладнання, і це далеко не повний перелік сфер застосування.
1. Стандарт якості стисненого повітря DIN ISO 8573-1:2001. 2. Кельцев Н.В. «Основи адсорбційної техніки» 2 видавництва, М., 1984р. 3. Лисяков Н.М., Денисенко І.П. «ОСУШКА СТИСНЕНОГО ПОВІТРЯ», 1-а Інтернет-конференція «Грані науки-2012р», м.Балаково, Україна. 4.Н.І. Батьківщина, І.М. Рябініна, Н.С. Шевцова, В.І. Юр'єва "Оптимізація технології осушення повітря в промислових блоках УОВ-30, УОВ-100 з використанням природного цеоліту", ВАТ "Фосфорит", м.Кінгісепп.