整理压缩空气干燥与净化Word格式.docx
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固体最大粒子尺寸μm
固体粒子最大
浓度mg/m3
最高压力露点℃
最大含油量mg/m3
最大含水量mg/m3
1
0.1
-70
0.01
0.003
2
-40
0.117
3
5
-20
0.88
4
15
8
+3
5.95
40
10
+7
25
7.73
6
—
+10
9.36
7
无要求
3.GB/T1377—1991《一般用压缩空气质量等级》
GB/T1377—1991
3.压缩空气的应用领域等级要求(GB/T1377—1991)
应用领域
压缩空气等级
固体粒子
水
油
空气搅拌
制鞋、制靴机
制砖、玻璃机
零件清洗
颗粒产品输送
粉状产品输送
铸造机械
食品饮料加工
机床
采矿
包装与纺织机械
3~2
摄影胶片生产
土木建筑
凿岩机
5~2
喷砂
喷漆
烘干机
三、压缩空气中的水分问题
理论上用到的完全干空气(DryAir)在自然界中是不存在的,我们生活的环境中或多或少都含有水分,称为湿空气(WetAir)。
含在空气中的水分,大多以水蒸气的形式存在,我们无法看见,感觉空气并不潮湿。
但我们也可观察自然界中的小草上的露水、大地上的霜降、天空中的浮云,这都是空气中的水蒸汽变化形成的:
露水和霜降是由于夜晚温度太低,空气中的水冷凝出来的,温度再低就形成了霜;
云是水蒸气上升后,温度压力都降低了,空气中的水冷凝出来了,聚集在天空便成了云。
而空气中的水进入压缩机后,其变化又是怎样的呢?
下面就来了解一下,空气的相关性质。
1.压缩气体基本理论
波义尔(BOYLES)定律:
对于一定质量的气体,在温度不变的条件下,压力和它的体积成反比。
公式:
P1V1=P2V2。
查理(CHARLES)定律:
在一定压力下,温度每升高1℃,对于一定质量的气体,其体积增加1/273。
基路沙(GAYLUSSAC)定律:
压力不变,气体体积的增加与温度成正比,V1/V2=T1/T2;
在体积不变时,压力和温度成正比,P1/T1=P2/T2。
理想气体状态方程式:
P1V1/T1=P2V2/T2=常数。
伯努利(Bernoulli'
s)方程:
水平流动的流体流过管径不同的管道时,在点1和点2的总能量相同,P1+1/2ρV12=P2+1/2ρV22。
道尔顿分压定律(Dalton’sLawofPartialPressures):
将许多不同且彼此不会起化学反应的气体共置于一密闭容器中,其总压力等于同温度时,各气体单独占有容器时所产生的压力之和。
2.压缩空气性质术语说明
1).干空气(DryAir)基准状态(Normalcondition)0℃,压力760mmHg下标准杆空气成分如下表
成分
N2
O2
Ar
CO2
容积组成%
78.09
20.95
0.93
0.03
重量组成%
75.53
23.14
1.28
0.05
此状态下干空气性质如下:
比重量=1.293kg/Nm3分子量=28.966
2).湿空气(WetAir)
自然界中的大气,除上述空气成分外,还存有或多或少的水分,所谓空气指的是干空气。
根据道尔分压顿定律有:
Po(湿空气压力)=PD(干空气分压)+PW(水蒸气分压)
湿空气是干空气与水蒸气所混合的气体。
其中当湿空气在某一温度时,水蒸气的分压力最高不得超过此温度下饱和压力,即在某一温度下的湿空气,它的水蒸气最高含量已定,饱和压力仅与温度有关,与总压力大小无关。
例如,在1大气压,30℃时,水蒸汽的最高分压力为0.04327kg/cm2,即使在总压力10kg/cm2,30℃时,水蒸气的最高分压力仍为0.04327kg/cm2。
3).绝对湿度(AbsoluteHumidity)或(SpecificHumidity)χ
a.绝对湿度为每1m3湿空气中所含水蒸气的质量,从绝对湿度定义看,绝对湿度即为湿空气中水蒸气的密度ρv。
b.单位质量的干空气中携带水蒸气的质量,单位kg/kg。
(国内称为含湿量)
对于湿空气而言P=PD+Pwχ=Mw/MDMw:
水蒸气品质MD:
干空气质量
χ=0表示完全干空气;
χ=∞表示无空气之蒸汽,完全水蒸气。
4).相对湿度(RelativeHumidity)φ
φ=相对湿度(R.H)=
×
100%
对于湿空气而言:
φ=Pw/Ps×
100%Ps表示在Pw之温度时的饱和蒸气压
相对湿度≒饱和度=
例如:
30℃时1m3的空气中含有30g的水蒸气为饱和时,今有一地方,在1m3的空气中含有12g水蒸气,则其湿度等于12g/30g×
100%=40%,即相对湿度为40%RH。
φ=0表示完全干空气,φ=1表示饱和时空气,表达所处状态的含水能力。
5).饱和湿空气(SaturatedAir)
空气吸收水分的能力与当时该空气的压力与温度有着密切的联系。
在某一温度和压力下,空气由吸收水分的最高限度。
如果实际含有的水分没达到最高限度,只要有水源,空气可以继续吸收水分,若超过限度称为过饱和状态,这种状态不稳定,过多的水分将凝为液态。
若处于此最高限度时,无论空气周围有无水源,其也无法吸收,此时空气称为饱和湿空气,即相对湿度100%RH的湿空气。
6).大气露点温度(Dew-Point)
对于湿空气,其压力不变,保持未饱和湿空气中水蒸气的含量不变,而降低未饱和湿空气温度,则未饱和湿空气的相对湿度φ增加,当未饱和湿空气含量的温度降到使其相对湿度φ=100%时,原来的未饱和湿空气即达到饱和状态,此时若再降低温度,空气中的水蒸气将凝结,此时的温度称为露点温度。
3.压缩空气中的水分问题
空气受到压缩时,温度上升,温度越高,空气的汗水能力越强。
例如,压力为8.0kg/cm2的压缩空气,此时空气已经压缩为原来体积的1/9,但由于压缩后温度很高,使水蒸气仍能隐形存在,此状态下仍为不饱和湿空气;
但是,当压缩空气经由管路输送时,温度渐渐下降,随时会有冷凝水凝出影响系统的正常运行,这些冷凝水就是空气压缩机和用气设备的问题水。
1).湿空气经压缩后湿度的变化
依据道尔顿分压定律:
理想气体状态方程:
PDV=MDRDTPWV=MwRwTR气体常数
可得:
Mw/MD=PwRD/PDRw
Mw/MD=χ绝对湿度,Pw=φPs,Ro=29.27mol/°
KRw=47.06mol/°
K
χ=0.622×
2).压力露点(Pressuredew-point)
经压缩后之湿空气,由于压力升高,体积减小,原来含在其中的水蒸气包容空间减小,随时有显形的可能,刚要显形凝聚的温度,称之为压力露点。
3).压缩空气压力露点之温度计算
水的饱和蒸汽压和露点温度是意一一对应的,知其一就可查到另外一个,查表一,露点温度非排气温度。
吸气压力:
P1吸气温度:
T1相对湿度:
φ1
排气压力:
P2排气温度:
T2相对湿度:
φ2=1
T1时的饱和蒸汽压Ps1T2时的饱和蒸汽压Ps2
=0.622×
Ps2=φ1×
P2/P1×
Ps1
例:
有一台空压机,吸气压力为1kg/cm2,温度30℃,相对湿度80%RH,排气压力8.0kg/cm2,试求所得压缩空气的压力露点。
解:
查表一得30℃时,Ps1=0.04327kg/cm2
Ps1=0.8×
8.0/1.0×
0.04327=0.277kg/cm2
再查表一Ps2==0.277kg/cm2所对应的露点温度约为66.7℃。
也就是说,常压下的饱和或不饱和空气,压缩后当温度低于某一特定温度--压力露点后,压缩空气中就会冷凝出水。
下表所示为8.0kg/cm2的压力露点与常压露点的对应关系。
常压露点℃
-60
-15
压力露点℃
-43
20.2
-4.06
10.92
17.92
4).压缩空气冷凝水计算
例:
有一台空气压缩机,风量10m3/Min,每日运转10小时,吸气压力1.02kg/cm2,温度32℃,相对湿度60%RH,排气压力8.0kg/cm2,试问此压缩空气能却至40℃后,凝结出多少水?
(1)计算基准状态(Normalcondition)下的干空气风量
32℃时,饱和蒸汽压Ps1=0.04849kg/cm2
Vo=8.75Nm3/Min
G(干空气重)=8.75×
1.293×
60×
10=6788.25(kg)
(2)计算吸气状态下之绝对湿度
χ=0.622×
=0.01826(kg/kg)
(3)计算压力状态下之绝对湿度
Ps1=0.6×
8.0/1.02×
0.04849=0.2282kg/cm2,查表一可得此时所对应的露点温度约为62.5℃,故40℃时呈饱和,即RH=100%,40℃时饱和蒸汽压为0.07523kg/cm2。
χ’=0.622×
=0.006(kg/kg)
(4)凝结水量
M=G(χ-χ’)=6788.25×
(0.01826-0.006)=83.22(kg)
即压缩机工作一天,有83.22kg冷凝水产生,如此之多的水若不处理,进入压缩机系统和用气设备中,其后果可想而知。
四、压缩空气中水分的干燥
在我们的生活环境的空气中多少都含有水分,这部分水进入压缩机压缩后,由于温度压力的变化,便会有冷凝水析出,严重影响压缩机机组的运行和其它用气设备的性能寿命,因此去除空气中的水分是十分必要的。
干燥是相对的,也就是在某种需求被视为干燥的空气,在其它用途时仍被视为不够干燥。
因此,压缩空气需要何种程度的干燥,来满足和中需求,是设计或选择干燥机时,首要考虑的因素。
因为选择不需要太低露点的干燥机,将增加采购与运转成本。
根据以上几种不同的理论方法,我们就可以开发出不同的压缩空气干燥机来,除去压缩空气中的水分。
1.吸附干燥法
吸附干燥法利用吸附剂对水分的吸附性能,如硅胶,活性氧化铝和分子筛等,它们对水分都具有很强的吸附能力。
吸附剂的吸湿过程是物理变化,是可再生的,在高压下吸附,低压下解吸,即变压吸附(PSA);
也可在常压吸附,加热时再生,即变温吸附(TSA);
或者高压常温吸附,常压高温解吸(PTC)。
这类吸附干燥的干燥度可以达到常压露点-70℃。
利用此种原理的称为吸附式干燥机图4-1,详细介绍见附录一。
图4-1吸附式干燥机
2.潮解干燥法
潮解式干燥器也是利用吸附剂对水分的吸附特性,只不过潮解式的吸附剂在吸附水分后,变成液态排出,朝节后的吸附剂不能再生,而且会造成环境污染。
这种方法又称为化学法。
这类干燥器可达到-38℃左右的露点。
3.冷冻干燥法
冷冻干燥法是利用制冷压缩机产生的冷量对压缩空气进行冷却,使压缩空气达到其压力所对应的露点温度,从而使压缩空气中的水分析出,达到干燥目的。
这类干燥法的干燥度可以达到常压露点-23℃。
利用此种原理的称为冷冻式干燥机图4-2,详细介绍见附录一。
图4-2冷冻式干燥机
4.膜分离干燥法
利用膜分离技术对压缩空气进行干燥是一种极有前途的干燥方式。
压缩空气经过中空纤维薄膜时,为中物质的渗透压不同,使水从压缩空气中分离出来,从而达到干燥效果。
利用此种原理的称为膜分离干燥机图4-3。
图4-3膜分离干燥机
五、压缩空气的过滤
众所周知,在人们生活的空间,尤其在生产环境中的气体都包含着数以百万计的污物微粒,它们通过压缩机数倍的压缩后进入压缩空气系统,大量的油蒸汽和悬浮微粒将不可避免的在气动管道、仪表组件、控件装置及机械表面形成有害物质的渣质沉积,若不除去,随气流输送必将会造成堵塞和污染设备、管道、阀门、侵蚀气动仪表、气缸、造成操作失灵、使用寿命降低、导致生产效率低下、产品质量不稳定、生产成本上升等严重后果。
压缩空气净化设备中还有一种以除油、除尘、除臭、除气态油蒸汽为主的过滤装置,称为过滤器,见图5-1。
图5-1过滤器
1.过滤方法
压缩空气过滤器采用离心分离、惯性踫撞过滤、吸附吸收,以及静电除尘法达到对压缩空气中的固体颗粒、液滴、油雾的清除。
离心法和惯性踫撞法的过滤精度较低,要获得更高质量的压缩空气,可采用多孔陶瓷组件、烧结金属、泡沫塑料及编织物或孔径在制造时已经设定的聚四氯乙烯、醋酸纤维等高聚物制成的膜,对空气进行过滤。
前者过滤精度为0.1~20um,后者的过滤精度为0.01μm以下。
静电处理法,可处理0.1~0.3μm的杂质。
在食品、医疗和化工行业,采用相应的吸附剂对压缩气体中的其它气体和异味进行吸附,如用煤基吸附剂吸附二氧化硫,用强碱性离子交换纤维吸附二氧化碳等。
一般情况下,为了获得高的过滤效率,单个过滤器都是采用几种原理方法组合使用,在干燥器内部就有几种不同形式的过滤,如图5-2就是一个典型的六及过滤滤芯。
第一级为分离区,通过踫撞、改变方向、膨胀等方式,去除微粒和液滴;
第二级为预过滤,过滤掉各种臓颗粒,是凝聚过滤更有效;
第三级为活性炭过滤;
第四级为凝聚过滤,在吸收了油雾后由白变红;
第五级为后过滤,滤除凝聚过滤器中的颗粒;
第六级为终过滤,保证出口气体质量。
2.过滤器衡量参数和分类
对于过滤器的衡量,常采用以下几种参数:
1).过滤效率:
过滤器过滤某种粒径杂质的能力,用百分比表示。
2).过滤精度:
通过过滤器的最大粒子直径。
3).透气率:
过滤气单位时间内单位面积的气体流通能力。
4).阻力:
压缩气体通过过滤器的压降。
根据过滤器过滤精度和用途图5-2,过滤器分类如下:
1).预过滤器:
过滤精度小于等于5μm;
2).精过滤器:
过滤精度小于等于1μm,残油含量1.0mg/m3
3).高精过滤器:
过滤精度小于等于0.1μm,残油含量0.1mg/m3
4).超级过滤器:
过滤精度小于等于0.01μm,残油含量0.005mg/m3,舆活性炭过滤器串联使用。
5).油过滤器
6).除菌过滤器等
图5-2精密滤芯
粗、精过滤器的过滤组件一般有用多孔陶瓷、微孔玻璃、粉末冶金多孔滤芯、高分子合成纤维、玻璃纤维等材料制成的缠绕式蜂窝状滤芯,称为深层型过滤。
对于过滤精度要求高的场合,采用电解镍粉粉末冶金金属膜过滤芯,或由聚四氯乙烯,聚偏氯乙烯等高分子材料制成的过滤膜,滤芯呈膜状。
3.常用压缩空气过滤器
1).气水分离器(预过滤,C级)
气水分离器(油水分离器)主要用于压缩空气管路的粗过滤,分离器同时采用了直接拦截、惯性碰撞、布朗扩散及凝聚等工作机理,能够有效的清除压缩空气中的液态水、油雾、尘埃以及有机混合物,极大的减轻后部净化设备的负荷,是压缩空气高效过滤器及冷冻式、吸附式压缩空气干燥机必不可少的预处理装置。
它无需更换组件,几乎可以忽略不计的压力损失,通过电磁阀控制自动排污。
2).除菌过滤器
除菌过滤器有效阻挡压缩空气中的细菌和噬菌体并通过高温(200℃)蒸汽除菌,产生无菌压缩空气。
主要应用于制药业、发酵、食品饮料、啤酒酿造、生物制品等行业。
3).高效除油器(精过滤器)
压缩空气高效除油器是近年来迅速发展的净化压缩空气新技术,是各类型空气压缩机的压缩空气系统的后处理装置。
其功能是去除压缩空气中的固态尘埃、油气粒子和液态物质。
高效除油器是以超细纤维为主体滤材,采用旋风分离、预过滤和凝聚式精滤三级过滤净化,具有相当高的除油、除尘能力及一定的脱湿干燥能力。
4).活性炭过滤器(除臭过滤器)
用活性炭纤维为过滤材料,具有很强的吸附性能,可过滤掉压缩空气中残余的油分、异味,适用于食品、饮料、制药等压缩空气净化系统,系统配置时需在其前安装C级、T级、A级或其它过滤器,其滤芯见图5-2。
4.过滤器的选择
种类
过滤精度чm
含油量mg/m3
初始压差Mpa
滤芯更换压差
罐体材质
作用
预过滤器
≤5
0.07
铝合金
有效阻挡污物,保护A级过滤器,使之正常持久地工作
精过滤器
≤0.5
作为B级过滤器及冷冻式干燥机的前置过滤器
微过滤器
≤0.01
作为活性碳过滤器(C级)和吸附式干燥机的前置过滤器
活性碳除臭过滤器
≤0.00
0.02
去除油蒸汽和碳氢化合物的气味
除菌过滤器
不锈钢
有效阻挡压缩空气中的细菌和噬菌体并定时通过200℃蒸汽除菌
上表是各种不同等级的过滤器相互对比与装配关系,我们在选择使用干燥器时,要注意其使用范围,型号。
以自己具体的工作环境来配置过滤器,注意过滤器所能处理的风量。
5.安装说明
✧连接过滤器的管道必须彻底清洗和吹扫;
✧过滤器应垂直安装,下方留有足够的滤芯更换空间;
✧必须按滤头上标明的方向安装过滤器;
✧使用较大的过滤器时,应在管线上设置支架;
✧过滤器上游的阀门不得快速开启;
✧运行中经常检查自动排污阀的工作情况;
✧更换滤芯时注意:
O形圈安装正确;
只允许手持滤芯端盖,不得触摸滤材。
六.压缩空气的其它净化设备
1.储气罐
储气罐(图6-1)储存压缩气体,以备需求峰值超过压缩机流量时之用。
它可以促进压缩空气的冷却和收集可能产生的残留冷凝水及油滴,通过电磁泄水阀排出;
使空气管网中的压力波动趋于平稳,有效遏制压缩机短期频繁的装载和卸载;
保护后空气净化系统的平稳进行,对于压力波动较大的场合可安装一压力维持阀。
储气罐一般配有压力表、安全阀和排气阀。
图6-1储气罐
2.除水接头
图6-3T型除水接头
系统管路中的除水接头要有良好的密封能力,保证不泄漏;
使气体从气源到用气点的压力损失最小;
能够防止水分随空气一起流动,有利于减少长期困扰管路系统的气体带水的问题。
图6-3T型除水接头就是其中一种高效除水接头,空气中的水分被“留住”并从适当的位置排出。
但为了保证T型除水接头的正常功能,关键在于管路安装时该接头必须较水平地安装在系统中,并且出口位置垂直向下。
3.管路系统
空气管路系统中的配管要求保障高质量的空气、更高效率的空气传输、减少压力损失、更高的流量、易挤压成型、方便快捷的安装。
一般采用镀锌钢管或高质量的铝管,安装时注意保持清洁,焊接的要去除焊渣。
图6-3铝管
2.冷凝水净化器
喷油压缩机中的冷凝水是油水乳状液,被归类为残油,一定不能排放到污水系统或环境中。
在全世界,法规对于这种含油废水的处置要求变得越来越严格,冷凝水的排放国际环境质量认证体系ISO14000中有明确的规定,冷凝水需经处理达到标准后方可排放,保证排出物纯度低于10毫克油/升。
图6-4冷凝水净化器
冷凝水净化器原理见图6-4,冷凝水通过消声器进入到机组中,并在膨胀室1中减压。
乳化的油水混合物随后进入塔A,并通过亲油的白色过滤器2渗出。
该过滤器吸收油而不是水。
亲油的过滤器3悬浮在水面上吸收残留的油。
油的额外重量将使得过滤器逐渐下沉,因为它渐趋饱和,这样可以确保清洁的过滤器材料始终与水面接触。
塔A顶部的指示棒显示过滤器的状态;
随着过滤器的消耗,该指示棒会逐渐下沉。
在该指示棒刚刚全部沉入水中时,必须更换过滤器。
更为清洁的冷凝