空气净化装置基础知识文档格式.docx

1、2）干燥度（即 含水量或露点温度）的要求：不同的工艺对压缩空气露点温度要求也不同，如用作仪表方面的压缩空气压力露点一般要求在-40以下，而在半导体芯片厂对压缩 空气的压力露点可能要求在-70，但在多数场合，对压缩空气的露点温度要求在0以上就已足够。压缩空气的露点要求通常由干燥机来实现。3）清洁度的要求（相对比较复杂，包括：固体物、油雾、微生物、有害气体等）：由压缩空气过滤器来解决。1.2 压力、流量与温度 压力、流量与温度是压缩空气的三个基本指标。由于地球引力的作用，地球表面的大气层对地球表面或表面物体所 造成的压力称为“大气压”。由于地球表面的海拔高度不同，所处不同高度的空气密度不同，所以，

2、处在不同高度上的物体受到的大气压力的大小也不同。所谓标准 大气压力是指在摄氏零度（0）条件下，在纬度45度的海平面上，所受到的大气压力（干燥空气），经测量标准大气压力等于760mmHg（汞）/cm2， 即每平方厘米承受760mmHg的压力，我们可以换算为kgf（千克力）：76cm13.6gf/cm3=1033.6gf/cm21.0336kgf/cm2。一个标准大气压力相当于每平方厘米承受1.0336kg，约1公斤压力。压力的法定单位是帕斯卡（Pa）：1Pa=1N/m2（牛顿/平方米）。工程上常用的是兆帕（MPa）：1MPa=106Pa。也有人习惯用kgf/cm2（千克力/平方厘米）作压力单位，

3、而且f经常省略：1kgf/cm20.098Mpa。1个标准大气压力=1.003360.098MPa=0.10108MPa0.1Mpa。国外也有用巴（bar）和psi作为压缩空气压力单位的，这些单位与MPa的关系如下：1bar=0.1MPa 1psi=0.006895Mpa 气 体在容器内的压力，在实际应用中有两种不同的表示方法，一种是直接表示气体施于器壁上的压力大小的实际数值，叫做绝对压力，用符号“P（a）”表示；另一 种是用压力表测量压力值时的显示值，叫做表压力，用符号“P（g）”表示。当绝对压力高于当地大气压时，压力表所指示的数值为正值，这时：P（a） = B + P（g） （B当地大气压

4、力） 压 缩空气的流量用Nm3/min或用Nm3/h来表示，通常表示空气在“空气压缩机吸气状态”下的容积流量。国家标准GB3853对一般容积式空气压缩机的 吸气状态规定为：空气温度t=20，绝对压力P=0.1MPa，相对湿度=0（标准状态）。空压机厂家对其产品宣传资料中空压机的排气量是基于什么 吸气状态下一般都没有表明。为了与空压机配套，压缩空气干燥机和过滤器等后处理设备的处理能力都是以空气标准状态下的流量来标注的，单位中的N就是表示标准状态，不过N常常被省略。在国外，一些国家习惯用cfm（每分钟立方英尺）表示压缩空气的流量，cfm与m3/min的换算关系是：1m3/min=35.315cfm

5、 按照某空压机制造商提供的经验数据，一台排气压力为0.7MPa的空压机，每马力（空压机之电动机的功率，1马力=0.75千瓦）可生产0.1416m3的压缩空气，也就是生产1m3、0.7MPa的压缩空气需要5.3kw的电能。在压缩空气系统中存在压力降，每0.007MPa的压力降，需要损耗0.7%的功率。温度反映了物质分子热运动状况，温度单位有“绝对温度”、“摄氏温度”和“华氏温度”三种。绝对温度：以气体分子停止运动时的最低极限温度为起点的温度，以T表示，单位为“开（开尔文）”，单位符号为K。摄氏温度：以冰的融点为起点的温度，单位为“摄氏度”，单位符号为。华氏温度：一些欧美的习惯用法，单位符号为F。

6、这三种温度单位之间的换算关系：T（K）t（）273.16 t（F）= 1.8t（） 321.3 固体杂质 现在我们周围的空气中含有大量的悬浮物，我国的环境质量空气标准把悬浮物作为衡量空气质量的一项重要指标。该标准把当量直径100m的所有悬浮物称为“总悬浮物”，把当量直径10m的悬浮物称为“可吸入颗粒物”。空气中的悬浮物种类多样，但可按照粒子的大小来细分。在流动的空气中悬浮物不容易沉降，在静止的空气中能缓慢沉降。悬浮物的来源很多，如：烟煤燃烧时排出的烟尘、汽车排出的尾气、建筑工地、工厂等等都可产生悬浮物。人的肉眼能看见的最小的物体为30-40m，人的头发直径为100m左右，而空气中的绝大部分悬浮

7、物人是看不到的。对空气中的悬浮物我们在过滤器中还有描述。1.4 水 1.4.1 与水有关的概念 自然界几乎没有绝对干燥的空气。在雾天，空气中的气体水凝结成了水雾，并形成了气溶胶。 由于空气中水的存在，因此压缩空气中必然也有水。 衡量空气含水量的单位有：水蒸气分压力、绝对湿度、相对湿度、含湿量、露点温度等，下面我们作一一说明： 湿空气是水蒸气与干空气的混合物，在一定体积的湿空气里水蒸气所占的份量（以重量计）通常比干空气要少得多，但按“气体定律”它占有与干空气相同的体积， 也具有相同的温度。湿空气所具有的压力是各组成气体（即干空气与湿空气）分压力的和。湿空气中水蒸气所具有的压力，称为水蒸气分压，记

8、作Pw（注），其值 可反映湿空气中水蒸气含量，饱和空气中水蒸气分压力叫饱和水蒸气分压，记作Pws。其他表示水在压缩空气中含量的参数都是由水蒸气分压计算而得的。 注：符号Pw中的w指水（water），Pws中的S指饱和状态（saturation），下同。 表示空气干湿程度的物理量叫“湿度”。常用的湿度表示方法有“绝对湿度”、“相对湿度”和“含湿量”三种。 绝对湿度是指空气中的水蒸气质量与体积的比率，通常用X表示，单位为kg/m3或g/m3。我们可用气体状态方程计算： kg/m3 F1.4.1 式中：mw水蒸气质量kg V湿空气体积m3 Pw水蒸气压力Pa Rw水蒸气气体常数（426.05J/kg

9、 K） T绝对温度K 绝对湿度只表明单位体积湿空气中含有多少水蒸气，不能表示湿空气的饱和程度。从式1.4.1中可以看出，绝对湿度就是湿空气中水蒸气的密度。 饱和空气的绝对湿度（水蒸气密度）是有极限的。在气动压力（2MPa）范围内，可认为饱和空气中水蒸气的密度只取决于温度的高低而和空气压力大小无关，温 度越高，饱和水蒸气的密度越大（这是因为压缩空气中水蒸气分压的大小取决于温度，而绝对湿度是通过水蒸气分压计算而得）。 相对湿度是空气的绝对湿度与相同压力、温度下的饱和绝对湿度之比值。通常用表示，单位为%。 F1.4.2 相对湿度值在0100之间。在一定压力和温度下：值越小，空气越干燥，吸水能力越强。

10、值越大，空气越潮湿；吸水能力越弱。我们容易得到相对湿度 为100%的空气，不可能得到相对湿度为0%的空气。 “含湿量”可分为“质量含湿量”和“容积含湿量”两种。1kg干空气含有水蒸气的重量叫做“质量含湿量”，常用dm来表示，单位为g/kg（干空气）或 kg/kg（干空气），我们可通过水蒸气分压计算而得： kg/kg（干空气） F1.4.3 1m3干空气中所含有的水蒸气重量叫做“容积含湿量”，可用dv表示，单位为g/m3或kg/m3（干空气）。 kg/m3（干空气） F1.4.4 从式F1.4.3可以看出，质量含湿量dm几乎同水蒸气分压力Pw成正比，而同空气总压力P成反比。dm确切反映了空气中含

11、有的水蒸气量的多少。由于在某 一地区，大气压力基本上是定值，所以空气含湿量仅同水蒸气分压力Pw有关。 质量含湿量常用在压缩空气干燥机的设计计算中，而容积含湿量常用在销售工作中。两者的关系如式1.4.4所示。按ISO8573.1-2001的规定，压 缩空气的标准状态为： 表1-1 标准工况 空气温度 20 空气压力 1bar绝对压力 水蒸气分压 0 *1bar=0.1MPa因此按F4.3计算所得的质量含湿量，再按F4.4乘上标准状态下的空气密度：1.205kg/m3即得压缩空 气的容积含湿量，单位为：kg/m3（标准工况）。 第3章中列出了0.101325MPa（a）压力下不同温度空气中饱和含水

12、量。 一定压力下，未饱和空气在保持水蒸气分压不变（即保持绝对含水量不变）情况下降低温度，使之达到饱和状态时的温度叫“露点温度”。温度降至露点温度时，湿 空气中便有凝结水滴析出（称为“结露”），此时空气的相对湿度为100%。空气压力为1个大气压时称为“大气露点”（也称“常压露点”，按照 ISO8573.1 2.10.1规定大气露点不应用在压缩空气的干燥方面），压缩空气的露点温度称为此压力下的“压力露点”。湿空气的露点温度与湿空气中水分含量的多少有 关。因此压力露点温度是所有压缩空气干燥机的一个关键性能指标。 我们周围空气中的水分含量与环境温度和相对湿度有关，环境温度决定了饱和水蒸气分压的大小，相

13、对湿度表明了空气的饱和程度。每个地区一年四季空气中的含水 量不同地区也不一样。具体参见表1-2。 表1-2 我国主要城市空气湿度参数 地名 大气压力（kPa） 室外温度（） 夏季含量（g/kg干） 冬季含水量（g/kg干） 冬季 夏季 冬季 夏季 拉萨 65.00 65.23 -8.00 22.80 5.90 0.5250 乌鲁木齐 91.99 90.67 -27.00 34.10 6.90 0.2576 西宁 77.51 77.35 -15.00 25.90 7.80 0.4939 兰州 85.14 84.31 -13.00 30.50 10.60 0.7175 呼和浩特 90.09 88.

14、94 -22.00 29.90 11.60 0.2962 昆明 81.15 80.80 1.00 25.80 12.10 2.7982 银川 89.57 88.35 -18.00 30.60 13.20 0.4507 太原 93.29 91.92 -15.00 31.20 14.70 0.5248 贵阳 89.75 88.79 -3.00 30.00 14.70 2.3189 哈尔滨 100.15 98.51 -29.00 30.30 15.30 0.1746 西安 97.87 95.92 -8.00 35.20 15.30 1.2569 长春 99.40 97.79 -26.00 30.50

15、 16.50 0.2421 石家庄 101.69 99.56 -11.00 35.10 18.10 0.7701 沈阳 102.08 100.07 -22.00 31.40 18.10 0.3386 济南 102.02 99.85 -10.00 34.80 18.70 0.8748 北京 102.04 99.86 -12.00 33.20 19.00 0.6093 重庆 99.12 97.32 2.00 36.50 19.20 3.5957 郑州 101.28 99.17 -7.00 35.60 20.20 1.2654 长沙 101.99 99.94 -3.00 35.80 20.20 2.

16、4081 成都 96.32 94.77 1.00 31.60 20.20 3.2920 南宁 101.14 99.60 5.00 34.20 20.40 4.1063 天津 102.66 100.48 -11.00 33.40 20.50 0.7849 福州 101.26 99.64 -4.00 35.20 21.10 2.0209 南昌 101.88 99.91 -3.00 35.60 21.10 2.2000 广州 101.95 100.45 5.00 33.50 21.10 3.8325 合肥 102.23 100.09 -7.00 35.00 21.20 1.5818 南京 102.5

17、2 100.40 -6.00 35.00 21.30 1.6520 武汉 102.33 100.17 -5.00 35.20 21.30 1.9053 海口 101.60 100.24 10.00 34.50 21.30 6.5731 杭州 102.09 100.05 -4.00 35.70 21.60 2.1029 上海 102.51 100.53 -4.00 34.00 21.70 2.04831.4.2 大气露点与压力露点的换算 在实际工作中，常常会碰到压力露点与常压露点的换算，压力露点与常压露点之间的对应关系与“压缩比” （注）有关，一般用图或表来表示。在“压力露点”相同情况下，“压缩

18、比”越大，所对应的常压露点越低。例如：0.7Mpa（g）的压缩空气压力露点为2 时，相当于常压露点为-21.5。当压力提高到1.0Mpa（g）时，同样压力露点为2时，对应的常压露点降到-25。1.4.3 露点温度的测量 压缩空气露点温度用露点仪测量，测量压缩空气露点的仪器常用的有以下两种：1）镜面露点仪，其原理是采用 制冷方式冷却被测气体至一定温度，其中的水蒸气就可结露在镜面上，采用光学等原理测量出结露时的温度。该方法从原理上讲只要有足够的制冷措施，就能测量任 意露点温度。但是这种方法的问题在于：a） 对被测气体要求很高，任何杂质和污染都会导致测量误差，b） 由于采用制冷方式，工作原理相对复杂

19、，而且每测量一次需要一定的时间。因此通常此类露点仪不用在在线检测和现场测试，而常在实验室内等使用。2） 电容/电阻露点仪。这类露点仪具有体积小、携带方便、测量范围大的优点，其传感器通常是氧化铝传感器，最低可测到-100的露点温度（如本公司的MD- 10PP型露点仪的测量范围是0-80），这类露点仪的缺点是一般只能测常压露点温度，露点传感器会产生负偏移，因此需要每年送计量部门鉴定。露点仪制造商比较有名气的有：英国的MISHELL公司、SHAW公司、芬兰Vaisala公司等。1.5 压缩空气的质量标准 现代产业使用压缩空气时都有一整套设备、设施，我们把由生产、处理和储存压缩空气的设备所组成的系统称

20、为气源系统。典型的气源系统由下列几部分组成：空气 压缩机、后部冷却器、缓冲罐、过滤器（包括油水分离器、预过滤器、除油过滤器、除臭过滤器、灭菌过滤器等等）、干燥机（冷冻式或吸附式）、稳压储气罐、自 动排水排污器及输气管道、管路阀件、仪表等。上述设备根据工艺流程的不同需要，组成完整的气源系统。 空压机排出的压缩空气是不干净的，除了含有水（包括水蒸气、凝结水）和悬浮物外，还有油（包括油雾、油蒸气）。这些污染物对提高生产效率、降低运行成本、 提高产品质量是不利的，因此就需要进行干燥净化处理。为了统一标准，国际标准组织（ISO）所属压缩机、气动机械及工具委员会（TC118）在1986年 提出了关于压缩空

21、气干燥净化设备和压缩空气品质的国际标准，其中压缩空气质量等级标准ISO8573.1把压缩空气中的污染物分为固体杂质、水和油三种 （我国等同采用了ISO8573即国家标准GB/T1327791一般用压缩空气质量等级），具体如表1-3。 表1-3 ISO8573.1-1 质量等级 固体颗粒最大直径（m） 水压力露点C 0.7MPa g 油（包括蒸气）mg/m3 1 0.1 -70 0.01 2 1 -40 0.1 3 5 -20 1.0 4 15 +3 5 5 40 +7 25 6 - +10 -除了上述标准外其他标准名称如下： ISO7183 压缩空气干燥器 规范与试验 ISO8573-1 一般

22、用压缩空气 第一部分：污染物和质量等级 ISO8573-2 一般用压缩空气 第二部分：悬浮油粒的测试方法 ISO8573-3 一般用压缩空气 第三部分：湿度测量 ISO8573-4 一般用压缩空气 第四部分：固体粒子的测量 ISO8573-5 一般用压缩空气 第五部分：油蒸汽的测量 ISO8573-6 一般用压缩空气 第六部分：气体污染物的测量 ISO8573-7 一般用压缩空气 第七部分：微生物的测量 ISO标准组织已着手对ISO8573.1进行修改，其主要变化表现在对固体颗粒的要求上。新标准对固体颗粒的数量进行了规定，这一变化是结合了纤维过滤 器的实际性能，而且比较容易检测。具体内容见IS

23、O8573.1-2001。 表1-4 ISO8573.1 : 2001 QUALITYCLASS SOLID PARTICLESmaximum number of particles per m3 WATER Pressure Dewpoint C （ppm. vol.）at 7 bar g OIL（Including vapour）mg/m3 0.1-0.5 micron 0.5-1.0 micron 1.0-5.0 micron 1 100 1 0 -70 （0.3） 0.01 2 100,000 1,000 10 -40 （16） 0.1 3 - 10,000 500 -20 （128）

24、 1.0 4 - - 1,000 +3 （940） 5 5 - - 20,000 +7 （1240） - 6 - - - +10 （1500） -2.1.1 前言 在压缩空气的用途越来越广泛的情况下，对压缩空气的品质要求也越来越高。为此ISO（国际标准组织）也制定了关于压缩空气质量的标准ISO8573，并在2001年进行了修订（具体内容见ISO8573-2001简介）。压缩空气中的污染物比较广泛，有固体颗粒、水分、油，也有微生物和有害气体。为了使压缩空气的品质达到不同的要求，人们开发了多种专用设备，通常被分为干燥设备和净化设备两大类。我们用干燥设备去除压缩空气中的水分，用过滤净化设备去除压缩空

25、气中的其他污染物。2.1.2 压缩空气的干燥、净化原理简述 在本行业，压缩空气的干燥通常指去除空气中水分的过程，而压缩空气的净化常指去除压缩空气中除水以外的其他污染物。压 缩空气干燥的工作原理虽不尽相同，但是均以分离出压缩空气中的气体水为目的。常用的干燥原理分为吸附和冷冻两种。吸附干燥采用气相或液相分子吸附在固体 （即吸附剂）表面的方法来分离出压缩空气中的水分，而冷冻干燥通过制冷循环冷却压缩空气以分离出气体水。相应地压缩空气干燥设备也分为吸附式干燥器和冷冻 式干燥机两种基本类型。压缩空气净化的工作原理虽然随其净化机理的不同而不同，但基本以过滤的形式去除压缩空气中存在的游离状态的灰尘、微粒、以及

26、气溶胶状态的烟和雾。对于气态状的污染物，如有害气体，常用化学过滤的方式净化。压缩空气过滤器按过滤机理的不同可分为：表面（surface）过滤器：如滤芯为过滤纸或过滤布的过滤器；因为滤材的空隙直径较大，此类过滤器过滤效率不稳定，可以再生。典型的有布袋除尘器。深层（depth）过滤器：如纤维过滤器，过滤器效率高，不可再生。如domnick hunter公司的OIL-XPLUS的压缩空气过滤器。压缩空气中常用的过滤器按过滤材质的不同可分为：纤维（fibre）过滤器 微孔（pore）过滤器：如膜过滤器，此类过滤器通常为绝对过滤器，常用在过滤器微生物上。粒子过滤器：如活性炭过滤器，其滤芯由活性炭颗粒组成

27、。2.1.3 干燥净化设备的分类 由于压缩空气中不可避免地含有固体、液体、气体等杂质，而且各有其特性，无法用单纯的某一种设备就能达到目的，因此压缩空气干燥净化就成为一个系统，一个完整的压缩空气干燥净化系统包括：1）气液分离器；2）过滤器；3）干燥设备等设施。（1） 气水分离器 气液分离器的作用是对压缩空气进行预处理，把压缩空气中的凝结液尽可能100%地分离。气液分离器常安装在压缩空气系统的前部。根据气液分离的机理，常有旋风分离器、百叶窗式分离器、涡旋式分离器等几种。（2） 过滤器 过滤器在压缩空气干燥净化系统中具有关键作用。采用不同的过滤器可去除压缩空气中的油（包括液体、气体）、固体杂质、微生

28、物、有害气体等污染物。在压缩空气干燥净化系统中，过滤器到处存在。在工业生产中，压缩空气系统使用的过滤器常按其用途分为：除油过滤器、除尘过滤器、除菌过滤器及专用过滤器等几类。除油过滤器是应用最广泛的过滤器，其主要作用是去除压缩空气中的油雾（胶体）。如英国domnick hunter公司的OIL-X系列过滤器。这一类过滤器也称凝聚式过滤器（Coalescing filter），按其过滤精度（能有效拦截的最大颗粒直径）可分为：1）初/粗过滤器：过滤精度小于等于25m；2）精过滤器：过滤精度小于等于1m；残余油含量为1.0PPm；3）高精过滤器：过滤精度小于等于0.1m，残余油含量为0.1ppm；4）

29、超级过滤器：过滤精度小于等于 0.01m，与活性炭过滤器串联使用残油含量0.03ppm。需要指出的是此类过滤器的性能指标中，残余油份指液体油，并不包括气体油。除尘过滤器，严格的说，除尘过滤器与除油过滤器是同一类型，其区别在于除尘过滤器常用在吸附干燥器的出口处（具体参见有关资料）。除菌过滤器，是一种卫生级过滤器，主要去除压缩空气中的微生物，需要指出的是除菌过滤器前必须先经过除油过滤器处理。专用过滤器，最典型的专用过滤器是活性炭过滤器，可把压缩空气中的某些有害气体和异味过滤掉，属于化学过滤器。（3） 干燥设备 干燥设备是去除水分的设备，常用的有以下几种：1）吸附干燥设备 2）冷冻干燥设备 3）冷冻和吸附组合的干燥设备 4）其他干燥设备，如膜干燥、化学吸收干燥等。前三种我们将在以后的章节中讨论。膜干燥设备的特点是消耗电能，由于膜原料的限制，目前无法制造出较大处理量的干燥器（最大的也就是1m3/min左右），另膜干燥器的气损较大，一般会在15%以上。2.1.4 压缩空气干燥净化工艺选择原则 压缩空气干燥净化工艺因供气气源、用户使用特点、干燥装置的形式、净化方法及其设备配置方式的不同而有较大的差异，其中干燥装置、净化单体的选