Применение адсорбционных подогревных датчиков влажности

Сорбционные датчики влажности

Принцип действия датчиков основан на явлении сорбции влаги из анализируемой среды. Содержание влаги оценивается по изменению физико-химических или электрофизических параметров чувствительного элемента датчика. В зависимости от механизма сорбции различают адсорбционные, абсорбционные и хемосорбционные датчики влажности.

В адсорбционных датчиках сорбция паров воды происходит на поверхности непористого сорбента или на поверхности пор пористого. В абсорбционных датчиках влага поглощается всем объемом сорбента. В хемосорбционных датчиках сорбированная вода вступает в химическую реакцию с материалом сорбента.

В датчиках адсорбционного и абсорбционного типа поглощение влаги сорбентом сопровождается изменением его массы и электрофизических свойств: электропроводности, диэлектрической проницаемости и др. В соответствии с этим различают датчики гравитационного типа (например, пьезосорбционные, основанные на изменении массы сорбента) и импедансные, действие которых основано на измерении сопротивления или емкости пленки сорбента при поглощении влаги.

Кулонометрические датчики

Кулонометрические датчики влажности (электролитические гигрометры) являются хемосорбционными, их действие основано на непрерывном поглощении влаги сорбентом и одновременном ее электролитическом разложении. Они позволяют определять очень низкое содержание водяного пара в воздухе или других газах. Чувствительный элемент датчика состоит из двух электродов со слоем фосфорного ангидрида Р2О5 между ними. В первых конструкциях электроды из Pt или Rh имели спиралевидную форму и располагались внутри трубки, по которой пропускался анализируемый газ.

В настоящее время используется планарная конструкция чувствительного элемента. Р2О5 имеет высокую гигроскопичность, большое удельное сопротивление в сухом виде и хорошую электропроводность после сорбции влаги. В датчике происходят одновременно два процесса: поглощение влаги фосфорным ангидридом с образованием либо метафосфорной кислоты при низких температурах

либо при более высоких – ортофосфорной

и их электролиз, сопровождающийся регенерацией фосфорного ангидрида и разложением воды с выделением кислорода и водорода:

Для электролиза на электроды подается постоянное напряжение 30 – 70 В. Ток электролиза пропорционален содержанию водяного пара в исследуемом газе (при постоянном расходе газа 20 – 200 см 3 /мин).

Такой гигрометр лучше всего подходит для измерений в газах с очень малым содержанием воды. Порог измерений определяется проблемами сорбции и десорбции воды трубопроводами газов и составляет 10 – 20 ppm. При измерениях малых концентраций менее 10 ppm (соответствует точке росы менее –70 °С) из-за явлений сорбции время установления равновесия составляет более 24 ч. При измерении влажности свыше 1000 – 1500 ppm сильно возрастает ток электролиза, что ведет к разогреву датчика, а при влажностях 10000 ppm (1 %) возникает возможность разрушения датчика. При измерениях высокого влагосодержания используют диффузионную мембрану, пропускающую лишь часть влаги из анализируемого потока.

Постоянная времени τ прибора зависит от направления, в котором изменяется влажность: при повышении влажности (от 10 -2 до 10 -1 %) τ ≤ 30 с, при снижении влажности (от 10 -1 до10 -2 %) τ составляет несколько минут.

Датчик позволяет измерять влажность различных газов: N2, H2, CH4, CO2, хладоагентов (фреона), хлористого водорода HCl, фосгена. Однако такие газы как аммиак, пары спиртов, амины вступают в химическую реакцию с P2O5 и могут разрушить датчик. Конструкция датчика приведена на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Конструкция кулонометрического датчика:

1 – оболочка из тефлона; 2 – трубка для пропускания газа;

3 – электрод; 4 – корпус из нержавеющей стали; 5 – зажимы

Пьезосорбционные датчики

Пьезокварцевые резонаторы позволяют регистрировать величины сорбции 10 -12 – 10 -9 г/см 2 . В датчиках при сорбции влаги изменяется масса сорбента, нанесенного на поверхность пьезокварцевого резонатора, что изменяет частоту его колебаний. Чувствительность датчика определяется сорбционной активностью сорбента, толщина которого составляет 1 – 2 мкм.

В качестве сорбента используются гигроскопические соли лития и кальция: LiCl, LiBr, CaCl2 ; Р2О5; пленки пористого стекла; фториды кальции, магния, натрия, бария; органические полимерные материалы. Диапазон измерения влажности составляет от 0 до 2000 ppm, порог чувствительности может достигать 0,02 ppm. При помещении сорбционного датчика из среды с высокой влажностью в более сухую среду для повышения быстродействия датчика используют принудительную десорбцию влаги путем обдува осушенным газом или за счет повышения температуры.

Импедансные датчики

Гигрометры, основанные на изменении импеданса, имеют чувствительный элемент из гигроскопического вещества, электрические параметры которого (сопротивление или емкость) изменяются в зависимости от влажности окружающей среды. Вода имеет диэлектрическую проницаемость, резко отличную от диэлектрической проницаемости других веществ (ε = 81). Наибольшее распространение получили датчики с органическими полимерными сорбентами и с неорганическими сорбентами на основе оксидов металлов.

Датчики с полимерной чувствительной пленкой. Большинство полимеров под воздействием влаги изменяет свои физико-химические свойства. К органической полимерной пленке могут добавляться неорганические влагочувствительные соединения или негигроскопичные проводящие частицы (углерода, Au, Pd, Ag и др.). Полимерная пленка помещается между двумя электродами: верхний из которых проницаем для влаги либо за счет малой толщины слоя около 10 нм, либо за счет его пористости. Толщина полимерной пленки изменяется от 10 до 500 мкм. Материалом влагочувствительного слоя являются полиимид, полистирол, акриловая и метакриловая смолы, гидроксилцеллюлоза и др.

Диапазон измерения влажности составляет 0 – 100 %. Погрешность измерений не превышает несколько процентов, диапазон рабочих температур от –40 до + 80 °С. Постоянная времени датчиков от 1 до 15 с.

Недостатками большинства полимерных датчиков являются наличие гистерезиса, низкая стабильность и высокая чувствительность к агрессивным средам.

В полимерном датчике влажности фирмы Sharp (Япония) на основе полевого транзистора с индуцированным n-каналом полиимидная пленка расположена под затворным электродом. Подзатворным диэлектриком является композиция SiO2 и Si3N4. Под воздействием влаги пленка изменяет проводимость, что приводит к изменению проводимости канала и тока стока – рис. 7.3.

Рис. 7.3. Датчик на основе МДП-транзистора

Керамические датчики. В этих датчиках пористая керамика одного или нескольких оксидов металлов изменяет свое сопротивление в зависимости от влажности. Реже в керамических датчиках используется зависимость емкости от влажности. По виду проводимости керамические датчики бывают двух типов: с ионной и электронной проводимостью. В ионных датчиках уменьшение полного сопротивления сенсора при увеличении влажности обусловлено физической адсорбцией на поверхности и конденсацией в микрокапиллярах молекул воды. В датчиках с электронной проводимостью адсорбированные молекулы воды действуют как донорные центры, отдающие керамике электроны.

Керамические датчики относятся к толстопленочным, так как толщина влагочувствительного слоя более 10 мкм. Используются керамики из CoO, Fe2O3. Сопротивление таких датчиков при увеличении влажности от 30 до100 % уменьшается на 6 порядков – рис. 7.4. Основным недостатком датчиков является очень высокое сопротивление при влажности ниже 30 % (R ≈ 10 8 – 10 10 Ом).

Рис. 7.4. Зависимость сопротивления керамического датчика со слоем Fe2O3 от влажности: 1 – немодифицированный,

2 – модифицированный FeCl3, 3 – пропитанный

Снизить сопротивление и повысить чувствительность датчиков позволяет использование многокомпонентой керамики. Японские фирмы предложили более 70 составов керамических композиций окислов металлов для датчиков влажности. Датчики имеют высокую чувствительность и стабильность, низкое сопротивление (10 5 – 10 6 Ом) при нулевой влажности. Основной недостаток керамических датчиков — сложность измерения низких уровней влажности (менее 1 %). Общий недостаток всех датчиков влажности резистивного

типа – экспоненциальная зависимость сопротивления от влажности, что требует сложных измерительных схем.

Тонкопленочные полупроводниковые датчики. Принцип действия таких датчиков основан на изменении проводимости тонкого слоя полупроводника под действием зарядов, индуцированных на его поверхности при адсорбции влаги. Наибольшее распространение получили датчики с влагочувствительным слоем из оксида алюминия, полученного анодированием поверхности алюминия. Датчик состоит из алюминиевой подложки , на которой сформирован пористый анодный окисел, вторым электродом служит влагопроницаемый слой металла (Au, Al, Ag, Pt, Pd). Другое решение – второй электрод должен иметь малую площадь, чтобы не закрывать окисел. Толщина пленки оксида определяет чувствительность датчика и его быстродействие. При толщине около нескольких микрометров диапазон измерения влажности – от 20 до 100 %, уменьшение толщины на порядок увеличивает быстродействие датчика и делает его чувствительным к концентрациям влаги менее 1 %.

Технология микроэлектроники позволяет формировать датчик на окисленной кремниевой подложке, на которую напыляется Al, а затем формируется слой Al2O3 толщиной менее 0,25 мкм. Затем наносят верхний золотой электрод толщиной 10 – 50 нм – рис. 7.5. Датчики такого типа, снабженные микропроцессорами, позволяют измерять концентрации от 0,001 до 200 000 ppm, постоянная времени не превышает 1 мин.

Рис. 7.5. Конструкция алюминиево-оксидного датчика

влажности (а) и зависимость его емкости от влажности (б):

1 – кремниевая подложка; 2 – SiO2; 3, 4 – контактные

площадки; 5 – нижний Al электрод; 6 – Al2O3;

7 – влагопроницаемый Au электрод; 8 – дорожка

для соединения с другими датчиками на подложке;

9 –дополнительная металлизация для контактной площадки

Датчики с сорбционным слоем SiO2 позволяют максимально использовать технологию микроэлектроники при создании датчиков. Для получения SiO2 высокой пористости используется электролитическое окисление или метод гидролиза растворов кремнийорганических соединений. Пористость слоя достигает 15 – 40 %. Такой датчик можно изготовить в едином технологическом цикле вместе с БИС и разместить на одном кристалле. Сопротивление датчика изменяется от 170∙10 10 Ом в сухом азоте до 10 10 Ом при влажности 100 %.

Читайте также  Использование стабилитрона и заряда конденсатора

Контрольные вопросы

1. В каких единицах измеряется влажность?

2. Перечислите методы измерения влажности и основные типы датчиков влажности.

3. В чем заключается метод точки росы? Преимущества и недостатки конденсационных датчиков. Области применения.

4. Психрометрические датчики влажности. Достоинства и недостатки. Области применения.

5. Принцип работы каких датчиков основан на явлении сорбции влаги?

6. Принцип работы кулонометрических датчиков и область их применения.

7. Перечислите разновидности импедансных датчиков. На основе каких материалов они сконструированы? В создании каких датчиков используется микроэлектронная технология?

8. Пьезосорбционные датчики влажности. Принцип работы. Области применения.

9. Перечислите основные области применения датчиков влажности.

Работа адсорбционных осушителей для сжатого воздуха

На многих промышленных производствах к влажности воздуха предъявляются повышенные требования. Для качественной работы современного оборудования необходим сжатый воздух без конденсата и с низкой точкой росы. Обеспечить такие условия позволяет адсорбционный осушитель — специальный прибор, предназначенный для поддержания уровня влажности воздуха.

  • 1. Требования к уровню влажности
  • 2. Принцип работы
  • 3. Тип регенерации
  • 4. Адсорбирующее вещество

Влага является неотъемлемой составляющей воздушных масс, но её уровень бывает разным. Есть помещения, в которых высокая влажность очень важна. Например, в теплицах, оранжереях, банях и т. д. Но очень часто лишняя влага оказывает отрицательный эффект. Она негативно действует на здоровье человека, состояние книг и мебели, способствует образованию болезнетворных грибков и плесени.

Работа высокоточной техники также несовместима с высокой влажностью. От её воздействия возникает коррозия материалов, из-за которой выходят из строя соленоидные клапаны, пневматические приборы, используемые в разных сферах.

Пыль и прочие содержащиеся в воздухе вещества попадают внутрь оборудования, что приводит к его поломке, требующей дорогостоящего ремонта. Избежать этих проблем помогут осушители сжатого воздуха адсорбционного типа. Эти приборы, способные эффективно удалять избыточную влагу, присутствующую в воздухе, нашли применение в медицинской сфере, пищевой области и электронной промышленности.

При транспортировке сыпучих гигроскопичных веществ также используется осушительное вещество в виде геля, способное хорошо адсорбировать жидкость. Чтобы сохранить эффективность такого геля, его свойства должны регулярно восстанавливаться.

Делается это с помощью двух контейнеров. В одном происходит регенерация вещества, в другом — сушка.

Влажность связана с таким понятием, как точка росы. Этим термином обозначается уровень, до которого должна снизиться температура воздуха, чтобы имеющийся в ней водяной пар достиг состояния насыщения и началась его конденсация. Точка росы находится в прямо пропорциональной зависимости от относительной влажности воздуха.

В местностях, для которых характерны очень низкие показатели зимней температуры, воздух, транспортирующийся по внешним трубопроводам, быстро остывает. Его эффективная сушка возможна при условии, что точка росы будет ниже, чем температура поступающего воздуха. Обеспечить это условие также помогает адсорбционный осушитель воздуха.

Осушающий прибор представляет собой довольно сложный механизм. Его конструкция состоит из следующих деталей:

  • Ротора. Имеет вид большого барабана, заполненного особым веществом, хорошо впитывающим влагу, газ, эфиры.
  • Приточного канала. Предназначается для отбора воздушных потоков и запуска их движения через ротор.
  • Канала отработанного воздуха. Собирает потоки, прошедшие фильтрацию в роторе.
  • Нагревателя. Выполняется в виде теплового контура, увеличивающего температуру регенерационного потока.
  • Воздуховода. Отводит воздушный поток от ротора.

Собранные в единый механизм элементы обеспечивают осушение воздушной массы. Происходит это в несколько этапов:

  1. 1. Воздух из приточного канала попадает в крутящийся ротор.
  2. 2. Адсорбирующее вещество внутри ротора высушивает поток.
  3. 3. Канал обработанного воздуха собирает сухой поток и передаёт его дальше.
  4. 4. Часть подсушенного воздуха через регенерационное ответвление переходит на нагревательный элемент, увеличивающий температуру среды до 140 градусов.
  5. 5. Разогретый воздух проникает в ротор и высушивает намокший ранее адсорбент.
  6. 6. Регенерационный поток, впитавший в себя влагу из адсорбента, через воздуховод выходит в атмосферу.

По такому принципу осушитель адсорбционного типа обрабатывает воздушные массы практически на уровне молекул. Фильтры успешно задерживают как мелкие аэрозоли и капли, так и крупные частицы. Благодаря этому удаётся достичь почти 100-процентного осушения.

Дополнительно улавливается и удаляется остаточное содержание масла и пыли. Некоторые модели устройств обладают настолько высокой эффективностью, что обнаруживают частицы дыма и пыли размером до 0,01 мкм и концентрацию масла до 0,05 мг/м3.

Адсорбционный прибор имеет несколько разновидностей. Основным отличительным фактором выступает способ регенерации. Он бывает горячим и холодным.

При холодной регенерации прошедший предварительную сушку сжатый воздух продувается через адсорбер, из-под которого удаляется вода. Такой метод отличается простотой, поэтому на его реализацию не потребуется больших затрат. Применение холодной регенерации целесообразно только при малых и средних объёмах воздуха, проходящего через прибор со скоростью 100 м³/мин.

Горячая методика может быть внешней и вакуумной. Первая задействует атмосферные потоки, которые предварительно прогреваются с помощью внешних нагревательных устройств. Нагретый до определённой температуры воздух под действием давления, превышающего атмосферное, переходит в регенерируемый резервуар, для охлаждения которого задействуются осушенные сжатые воздушные потоки. Стоимость устройств для горячей внешней регенерации достаточно высока, именно поэтому их использование оправдано для обработки больших объёмов воздуха. В случае с небольшими объёмами применение такой регенерации нерентабельно.

Вакуумный способ отличается от внешнего лишь уровнем давления (оно не выше, а ниже атмосферного). Адсорберы могут охлаждаться за счёт воздуха из атмосферы, исключая потери сжатых осушенных потоков.

Точка росы тоже влияет на классификацию осушительных приборов. По этому показателю выделяют четыре класса установок:

  • летний вариант;
  • зимний европейский (мягкий климат);
  • для обычной континентальной зимы;
  • для Крайнего Севера.

К недостаткам осушителей относится необходимость регулярного обновления адсорбента. Без этого КПД приборов будет заметно снижаться. Минусом также является высокая цена и затраты на периодическое техническое обслуживание.

Для адсорбционного осушения воздуха следует использовать специальные вещества, впитывающие жидкость. От правильного выбора адсорбента напрямую зависит эффективность осушения.

Для холодного метода регенерации принято использовать молекулярное сито, образованное оксидом алюминия, приведённым в активное состояние. Хорошо подходит для применения в средних широтах, где температура воздушных потоков не опускается ниже -40 градусов.

Горячую сушку осуществляют за счёт твёрдого адсорбента, называемого силикагелем. Его производят из кремниевых кислот сильной концентрации с добавлением щелочных металлов. Такой адсорбент разрушается под действием капельной влаги. Для решения этой проблемы разработаны виды силикагеля, характеризующиеся очень высокой влагостойкостью.

Ещё один вид адсорбирующего вещества — цеолитсоздаётся на основе натрия и кальция. Он имеет свойство отдавать или впитывать воду в зависимости от текущей влажности и температуры и дополнительно активизировать обмен ионами. Эффективен лишь при температуре потока не ниже -25 градусов.

Независимо от разновидности осушительных адсорбционных устройств, они показывают высокую эффективность работы даже при очень низкой температуре без риска замерзания жидкости внутри прибора. Преимущество состоит в том, что затрачивается небольшое количество электроэнергии, а КПД, наоборот, возрастает.

Осушители и адсорбенты для осушки сжатого воздуха

Во всех областях промышленности, практически на любом предприятии применяется сжатый воздух. Для получения сжатого воздуха используется компрессор, который сжимает атмосферный воздух. Как известно, воздух, используемый компрессором, имеет влажность от 30 до 90%. При сжатии его выделяется избыточная влага. Попадание такого количества влаги в оборудование может привести к коррозии отдельных частей установки и поломке работающей системы в целом, что приводит к вынужденному простою предприятия и расходу немалых сумм на ремонт испорченного оборудования. Поэтому очень важным этапом при работе с пневматическим оборудованием является подготовка сжатого воздуха, т.е. его осушка.

Для каждой области промышленности количественное описание допустимого содержания влаги в сжатом воздухе определяет всемирно принятый стандарт DIN ISO 8573-1. Исходя из данных, указанных в ISO, можно сказать, что осушение сжатого воздуха до 4-го класса (точка росы +30°С) гарантирует отсутствие конденсата в воздушной системе до того момента, пока сжатый воздух не охладится до +30°С. Во всех областях промышленности, практически на любом предприятии применяется сжатый воздух. Для получения сжатого воздуха используется компрессор, который сжимает атмосферный воздух. Как известно, воздух, используемый компрессором, имеет влажность от 30 до 90%. При сжатии его выделяется избыточная влага. Попадание такого количества влаги в оборудование может привести к коррозии отдельных частей установки и поломке работающей системы в целом, что приводит к вынужденному простою предприятия и расходу немалых сумм на ремонт испорченного оборудования. Поэтому очень важным этапом при работе с пневматическим оборудованием является подготовка сжатого воздуха, т.е. его осушка. (См.табл. 1)

Читайте также  Быстроразогревающийся пальник своими руками

Табл.1 Классы чистоты по DIN ISO 8573 1: 2001

Содержание твердых примесей, шт/м³, не более

Тоска росы
под давлением,
°C, не выше

Содержание
масла, мг/м³,
не более

Класс 0 зарезервирован под более высокие требования, оговаривается специально

Необходимо отметить, что осушение сжатого воздуха до 3 класса (точка росы -20°С в климатических условиях России не является достаточным для защиты воздушной системы. Этот класс больше подходит для стран с более «мягкими» климатическими условиями, например для стран Западной Европы. Учитывая климат, на промышленно развитой территории России необходимо отметить особую значимость 2-го и 1-го классов. (Точка росы соответственно -40°С и -70°С).

Существует несколько типов осушителей сжатого воздуха. По принципу работы они делятся на два основных вида: рефрижераторные и адсорбционные. Принцип работы осушителей рефрижераторного типа такой же, как в обычном холодильнике или кондиционере. В них используется в качестве хладагента фреон. Содержащаяся в сжатом воздухе влага конденсируется и удаляется. Наиболее распространенная точка росы в таком осушителе +3°С.

Главный недостаток такого осушителя — это ограниченная возможность снижения температуры точки росы.

Для надежной защиты пневматической системы предприятий необходимо применять адсорбционные осушители, которые позволяют получить точку росы сжатого воздуха -20, -40, -70°С и ниже.

Принцип действия адсорбционного осушителя представлен на рисунке.

Осушитель состоит из двух адсорберов (башен), заполненных адсорбентом и закрепленных на станине. Сжатый воздух загрязнен твердыми частицами, конденсатом и каплями масла.

Сначала сжатый воздух проходит через микрофильтр, который удаляет твердые и жидкие частицы размером до 0.01 мкм.

После фильтрации 100% насыщенный сжатый воздух поступает в нижний контрольный блок (1), где он направляется в один из адсорберов (А). Для того чтобы обеспечить правильное распределение по адсорберам, адсорбент удерживается на месте с помощью самоочищающейся сетки. Во время фазы адсорбции, влага, содержащаяся в сжатом воздухе, поглощается адсорбентом. Затем, сухой и чистый воздух подается в верхний контрольный блок (поз. 5/6).

В это время адсорбер В регенерируется. Это достигается пропусканием небольшого потока осушенного воздуха через сопло, где он расширяется до атмосферного и проходит через емкость В сверху вниз (поз. 7). Расширение до атмосферного давления позволяет осушенному воздуху перенести влагу к основанию адсорбера В. Затем воздух проходит через выходной клапан (4) и глушитель (8).

Переход от одного адсорбера к другому обеспечивается контролируемым циклом. Через заданный промежуток времени, выходной клапан 4 закрывается. Это позволяет давлению в адсорбере В сравняться с давлением в адсорбере А. Главный клапан на адсорбере закрывается, после чего воздух поступает в уже регенерированный адсорбер В (поз. 3). В это время выходной клапан на адсорбере А открывается, в результате чего давление снижается и начинается процесс регенерации.

При прохождении обрабатываемого воздуха через адсорбер в него могут попасть твердые частицы адсорбента, которые опасны для конечных пользователей. Для их улавливания на выходе из адсорбера необходимо установить еще один фильтр со степенью фильтрации 1 мкм.

Для восстановления адсорбента на практике используются два способа: холодная и горячая регенерация.

При холодной регенерации часть потока сжатого осушенного воздуха направляется в сосуд с адсорбентом, где он поглощает и выносит влагу. Этот воздух – отработанный, и в систему он больше не возвращается. Поэтому при проектировании пневмосистемы осушитель учитывают в качестве дополнительного потребителя сжатого воздуха. Чередующиеся циклы регенерации длятся от 3 до 10 минут.

Конструкция осушителей с холодной регенерацией надежна и проста, и они могут быть спроектированы для достижения более низких (до 80°С) значений точки росы, чем осушители, использующие для восстановления адсорбента горячий способ. Однако они нуждаются в большом объеме сжатого воздуха, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов. Обычно на регенерацию адсорбента расходуется около 15% от номинальной производительности осушителя с холодной регенерацией, что делает такие установки крайне дорогими в эксплуатации.

При горячей регенерации для осушки адсорбента используется горячий воздух. Адсорбционные осушители с горячей регенерацией, как правило, имеют самостоятельную систему продувки адсорбента специально для того, чтобы исключить потребление сжатого воздуха от компрессора. При этом процессе, в зависимости от типа адсорбента, необходима температура от 150 до 300°С. Верхний предел использования осушителей с горячей регенерацией составляет 40-45°С. Адсорбент может выдержать от 2000 до 4000 циклов регенерации. Промежуток времени между автоматическими циклами регенерации составляет от 4 до 8 часов.

В результате при использовании осушителей с горячей регенерацией за счет отсутствия потерь сжатого воздуха можно подбирать меньший по производительности компрессор и единственными потерями будут потери на нагрев воздуха при регенерации, что делает систему очень дешевой в эксплуатации.

Какой (или какие) из этих сортов адсорбентов используются в конкретном осушителей определенного производителя, зависит в большой степени от объективных факторов (тип регенерации, требуемая температура точки росы, температура и давление и др.), и в меньшей степени от предпочтений и целей производителя. Однако, обычно, в осушителях сжатого воздуха с холодной регенерацией используется или активированный оксид алюминия, или молекулярные сита, с горячей регенерацией  влагостойкий силикагель внизу адсорбента и обычный в верхней части.

Если требуется точка росы выше — 40°С, как правило, используют активированный оксид алюминия. В том случае, когда требуется точка росы ниже — 40°С рекомендуется применять цеолит марки NaA.

Как известно, силикагель быстро разрушается при воздействии капельной влаги, что необходимо учитывать при использовании его в адсорбентах данного типа. Если же выбор все таки падает на применение в адсорбере силикагеля, то в нижнем (лобовом) слое необходимо использовать водостойкий силикагель, а остальную часть адсорбера заполнить обычным силикагелем КСМГ.

Адсорбционные осушители находят свое применение на таких производствах, как : упаковочное производство, выдув ПЭТ, стекла, в том числе бутылочного, энергетические установки, окрасочные производства, стоматология, прочие лаборатории, в том числе медицинские и химические, контрольно-измерительная аппаратура, конвейеры, станки с ЧПУ, фармацевтика, автомобильные производства, производства с применением лазеров, распылительного оборудования, и это — далеко не полный перечень сфер применения.

1. Стандарт качества сжатого воздуха DIN ISO 8573-1:2001.
2. Кельцев Н.В. « Основы адсорбционной техники» 2 изд., М., 1984г.
3. Лысяков Н.Н., Денисенко И.П. «ОСУШКА СЖАТОГО ВОЗДУХА», 1-я Интернет-конференция «Грани науки- 2012г»,г.Балаково, Россия.
4. Н.И. Родина, И.М. Рябинина, Н.С. Шевцова, В.И. Юрьева « Оптимизация технологии осушки воздуха в промышленных блоках УОВ-30, УОВ-100 с использованием природного цеолита», ОАО «Фосфорит», г.Кингисепп.

Адсорбционный осушитель воздуха: особенности и применение

Адсорбционный осушитель воздуха, это некий прибор, который удаляет избыточную влагу, находящуюся в воздухе, основываясь на свойствах некоторых веществ, впитывать большое количество воды. Осушительная установка, работающая по этому принципу, состоит из ротора, который заполнен адсорбентом на стекловолоконном носителе. В качестве адсорбента используется силикагель, но для некоторых типов установок применяется активированный оксид алюминия и цеолит, марки NaA.

Конструкция адсорбционных осушительных установок

Через медленно вращающийся ротор поступает воздушный поток. Водяной пар, находящийся в нем, впитывается силикагелем, после чего опять подается в помещение. Для удаления влаги из самого впитывающего материала, от основного воздушного потока отделяется небольшая его часть, которая называется регенерирующей. Проходя через нагревательный элемент, его температура поднимается до 140С⁰, необходимых для восстановления впитывающих свойств силикагеля. Нагретый воздушный поток проходит через небольшой сегмент ротора, где освобождает от влаги адсорбент и после чего выводится в атмосферу. Таким образом, обеспечивается непрерывность всего процесса.

Конструкция промышленных осушителей адсорбционного типа выглядит несколько иначе. Она состоит из двух колонн, которые заполнены адсорбентом. В то время, когда одна колонна осушает подающийся под давлением воздух, вторая проходит процесс регенерации впитывающего материала.

Виды адсорбционных установок

Выше, мы описали принцип действия осушающей установки, где происходит процесс регенерации адсорбента частью осушенного воздушного потока. По тому, каким способом удаляется влага из осушителя адсорбционного типа, и делятся виды этих устройств:

  1. Осушительные установки с холодной регенерацией.
  2. Осушители с горячей регенерацией впитывающего вещества.

Горячая регенерация адсорбента предполагает отвод небольшой части осушенного воздуха и его нагревание до 140С. В процессе обдувания адсорбента, он отдает влагу в атмосферу и становиться готов для нового цикла.

Холодное восстановление впитывающего вещества производится отводом и продуванием адсорбента частью осушенного воздушного потока, с последующим выводом его в атмосферу. Этот метод используется в случаях экономии электроэнергии, при этом потери составляют 10% – 15% от полного воздушного потока.

Во всех случаях, перед осушением и регенерацией, воздух должен пройти процедуру очистки от механических примесей. Использование фильтров предотвращает загрязнение адсорбента, что значительно продлевает его срок службы.

Читайте также  Самодельное противоугонное устройство на ардуино и датчике отпечатков пальцев

Сферы применения таких осушителей

Адсорбционные осушители воздуха с успехом применяются в различных сферах промышленности, машиностроения и для устранения избыточной влаги в бытовых помещениях. Кроме того, эти устройства наиболее эффективны:

  • В медицине и пищевой промышленности
  • Для непрерывной работы на складах и в холодильных камерах
  • В подвалах, музеях, архивах и т.д.
  • При хранении удобрений в условиях контролируемой влажности
  • При морских перевозках сыпучих грузов
  • На предприятиях по производству микроэлектроники для космического и военно-промышленного комплекса
  • Для трубопроводов, транспортирующих сжатый воздух в районах с низкими температурными показателями

Преимущества и недостатки адсорбционных осушителей

Основными преимуществами адсорбционных устройств является их низкая эненергозатратность, возможность эффективной работы в условиях довольно низких температур, без опасности замерзания влаги в приборе. Кроме того, это устройство способно осушить воздуха без его нагрева.

Недостатком устройств этого типа можно считать необходимость периодической замены адсорбирующего материала, в связи с уменьшением его КПД и загрязнением. Также к недостаткам можно отнести и довольно высокую стоимость устройств, и немалые затраты на их обслуживание. Если у вас нет возможности покупки данного устройства, вы всегда можете изготовить адсорбционный осушитель воздуха своими руками.

Чем осушать сжатый воздух?

Для производства сжатого воздуха, воздушный поток поступает в компрессор, где происходит его сжатие. Но любой воздух содержит влагу в той или иной концентрации. После сжатия компрессором, он поступает по системе трубопровода для дальнейшего распределения. Именно в трубах и происходит конденсация влаги. Если воздушная система не оборудована влагопоглотителем, то за рабочую смену, при влажности воздуха 75% и температуре 20С⁰, происходит конденсация влаги, около 160 л. Конденсат приводит к печальным последствиям: коррозии и преждевременному выходу из строя магистралей и оборудования.

Сжатый воздух применяется для многих процессов производства. Одним из них является покраска продукции, для которой наличие в трубопроводе конденсата просто недопустимо, и приводит к браку выпускаемой продукции.

Для удаления влаги из системы воздухопроводов применяются высокоэффективные адсорбционные осушители сжатого воздуха, которые бывают нескольких типов:

  1. Осушители без нагрева
  2. Устройства осушения воздуха с его нагревом
  3. Установки с внешним нагревом воздуха и принудительной вентиляцией

Существуют влагопоглотители, в которых используется тепло сжатого воздуха. В качестве нагревательного элемента, в осушителях такого типа используется тепло от компрессора, которое необходимо отводить.

Но, как и у бытовых устройств для удаления влаги, каждый тип осушителей сжатого воздуха имеет свои достоинства и недостатки. Для ознакомления мы предоставим краткую информацию по каждому типу такого оборудования.

  • Не использующее нагрев оборудование, имеет преимущества: достижение крайне низкой «точки росы», взрыво – и пожаробезопасность. Недостатки: высокая стоимость и достаточно затратное обслуживание, включающее периодическую замену впитывающего вещества. Использование таких агрегатов повышает стоимость произведенного сжатого воздуха на четверть.
  • Нагревающие, сжатый воздух, устройства, имеют преимущества: уменьшенные потери при регенерации адсорбента, высокая эффективность влагопоглощения. Недостатки оборудования: дополнительные энергозатраты на нагревающий элемент.
  • Установки с внешним нагревом и принудительной вентиляцией имеют преимущества: отсутствие потерь при осушении, достижение низких значений «точки росы». Недостатки устройств: для установки требуется довольно большая площадь, а также высокая начальная стоимость оборудования.
  • Установки, использующие тепло сжатого воздуха также имеют массу достоинств и недостатков. Преимуществами приборов можно считать: малые затраты электроэнергии и минимально требующаяся площадь на установку оборудования. Недостатки: влагопоглотители могут использоваться исключительно с безмасляными компрессорами, а также с устройствами сжатия воздуха, которые выдают постоянно-высокую температуру.

Использование для бытовых и производственных нужд адсорбционных осушителей дает возможность эффективно удалять влагу из воздушного потока, при любых температурных условиях.

Все об адсорбционных осушителях

  1. Виды и принцип работы
  2. Разновидности адсорбентов
  3. Сферы применения
  4. Правила выбора

Знать все об адсорбционных осушителях и их принципе работы очень важно. Осушители воздуха могут работать благодаря холодной и горячей регенерации. Помимо этого момента, необходимо учесть типы адсорбентов, сферы использования и нюансы выбора.

Виды и принцип работы

С технической точки зрения адсорбционный осушитель воздуха — весьма сложное устройство. Его важной составной частью является ротор. Он выглядит как крупный барабан, интенсивно вбирающий влагу из воздуха за счет находящегося внутри специального вещества. Но поступление воздушных струй в сам барабан происходит через канал притока. Когда же фильтрация в роторном узле завершена, массы воздуха сбрасываются через другой канал.

Стоит отметить и наличие нагревательного блока. Специальный тепловой контур повышает температуру, увеличивая интенсивность регенерации. Внутри есть специальный воздуховод, отделяющий ненужный поток от ротора. Основная схема действия такова:

  • воздух поступает внутрь ротора;
  • вещество отбирает из струи воду;
  • по особому каналу воздух уносится дальше;
  • по ответвлению часть воздуха после сушки поступает на нагревательный узел;
  • прогретый таким образом поток подсушивает увлажнившийся адсорбент;
  • потом он уже сбрасывается наружу.

Аппарат холодной регенерации подразумевает продувку предварительно осушенной массы через адсорбер. Вода собирается в нем и вытекает из нижней части, потом удаляется. Холодный вариант прост и дешев. Но он позволяет справиться только со сравнительно небольшими потоками. Скорость движения струй должна составлять 100 куб. м за 60 секунд. Устройства с горячей регенерацией могут работать по внешнему или вакуумному сценарию. В первом случае движущиеся массы заблаговременно разогреваются, для этой цели применяют наружные нагревательные системы.

Специальные датчики отслеживают перегрев. Воздух находится под повышенным (в сравнении с атмосферным) давлением. Расходы на такую горячую регенерацию весьма высоки. Как следствие, использование подобной техники для небольших количеств воздуха нецелесообразно экономически. Вакуумный подход также требует разогрева. Поэтому обязательно включается специальный греющий контур. Правда, давление уступает обычному атмосферному давлению.

Адсорбирующие узлы остывают за счет контакта с атмосферным воздухом. При этом потери осушенного потока гарантированно предотвращаются.

Разновидности адсорбентов

Способностью поглощать воду из воздуха обладают довольно многие вещества. Но именно поэтому правильный подбор их критически важен, иначе не удается обеспечить достаточную эффективность сушки. Холодная методика регенерации подразумевает использование молекулярного сита. Его делают из оксида алюминия, который предварительно приводят в «активное» состояние. Подобный формат неплохо проявляет себя в умеренных широтах; главное, чтобы уличный воздух не остывал более чем до –40 градусов.

Горячие сушилки обычно используют твердый адсорбент. Во многих системах для этой цели применяют силикагель. Его выпускают, применяя насыщенные кремниевые кислоты, смешиваемые со щелочными металлами. Но простой силикагель химически разрушается при контакте с капельной влагой. Устранить проблему помогает использование особых типов силикагеля, которые специально разработаны с учетом его предназначения. Так же активно используют цеолит. Это вещество создают на базе натрия и кальция. Цеолит вбирает или отдает наружу воду. Потому его правильнее было бы называть не адсорбентом, а регулятором влажности. Цеолит активизирует ионный обмен; это вещество сохраняет эффективность при температурах от –25 градусов, и при сильном морозе не приносит результата.

Сферы применения

Осушители адсорбционного типа находят применение в самых различных областях. Их используют и в бытовых условиях для поддержания хорошего микроклимата в домах и квартирах. Но устранение избыточной влаги целесообразно не только там. Подобный вид техники находит применение также:

  • на машиностроительных предприятиях;
  • в медицинских учреждениях;
  • на объектах пищевой индустрии;
  • на складах различного типа;
  • в промышленных холодильных камерах;
  • в музейной, библиотечной и архивной практике;
  • для хранения удобрений и других веществ, требующих лимитированной влажности воздуха;
  • в процессе перевозки сыпучего груза водным транспортом;
  • на производствах микроэлектронных компонентов;
  • на предприятиях ВПК, аэрокосмической отрасли;
  • при эксплуатации трубопроводов, перегоняющих сжатый воздух при низких температурах окружающего воздуха.

Правила выбора

Адсорбционные системы надо выбирать тщательно и на производство, и для использования в домашних условиях. Но если в квартире ошибки оборачиваются только неудобствами, то в промышленности их ценой оказываются существенные материальные потери. Только грамотно подобранная модель позволяет выполнить все поставленные задачи. Ключевое значение имеет «класс осушения». Изделия 4 категории способны высушить сжатый воздух лишь до точки росы +3 градуса – это значит, что при меньшей температуре конденсат будет образовываться обязательно.

Подобная техника пригодна лишь для обогреваемых помещений. Если же защищаемые контуры и предметы выходят за их пределы, и осушение нужно не только в теплый сезон, необходимо более совершенное устройство. Конструкции 3 категории могут стабильно работать при температурах до –20 градусов. Модели 2 группы рассчитаны на эксплуатацию при морозе до –40. Наконец, модификации 1 уровня могут уверенно работать при –70. В некоторых случаях выделяют «нулевой» класс. Он создается с учетом особенно мощных требований. Точка росы в этом случае задается проектировщиками индивидуально.

Холодная регенерация подойдет оптимально при минутном обращении до 35 куб. м воздуха. При более интенсивной эксплуатации подойдет только «горячая» версия.