Способы осушения сжатого воздуха

В статье «Осушение сжатого воздуха» мы рассказали о необходимости осушения как неотъемлемой части подготовки воздуха для использования потребителями. Также было определено понятие температуры точки росы под давлением (ТРД), или PDP. Теперь необходимо определить, какого типа осушитель необходимо выбрать для получения требуемого значения PDP. Напомним, существует четыре промышленных способа осушения воздуха – охлаждение, адсорбция, чрезмерное сжатие (сверхсжатие) и абсорбция. Рассмотрим их более подробно.

1. Охлаждение сжатого воздуха

Чем холоднее воздух, тем меньшее количество влаги он может содержать. На этом физическом законе основан способ конденсации и отвода влаги путём охлаждения содержащего водяные пары воздуха. Промышленные холодильные (или «рефрижераторные») осушители сжатого воздуха по принципу работы мало отличаются от бытового холодильника, комнатного или автомобильного кондиционера. Хладагент, циркулирующий в замкнутом контуре, через теплообменник охлаждает сжатый воздух. При охлаждении из воздуха выделяется конденсат, который собирается в специальном сборнике в нижней части осушителя. Точно так же мы наблюдаем конденсацию воды на стенках холодильника (и в сборнике конденсата) и капли воды из отводной трубки кондиционера. Затем конденсат из рефрижераторного осушителя удаляется с помощью конденсатоотводчика – механического, электромеханического или электронного. Каждый из типов конденсатоотводчиков имеет свои преимущества и недостатки. О них мы расскажем в отдельной статье.

Рефрижераторные осушители используются только при положительной температуре, поскольку при отрицательной температуре возникает риск замерзания конденсата в резервуаре. Следовательно, после осушителя сжатый воздух попадает в трубопроводы и далее в потребители, имеющие комнатную температуру. Таким образом, исключается возможность дальнейшего охлаждения и последующей конденсации воды.

Рефрижераторный осушитель в состоянии отделять большое количество воды, и способен обеспечивать PDP в диапазоне +2…+10 °С. Другое преимущество рефрижераторных осушителей – малое потребление электроэнергии и отсутствие потерь сжатого воздуха. Благодаря этим особенностям рефрижераторные осушители пользуются наибольшей популярностью в общепромышленных системах подготовки воздуха.

Рефрижераторные осушители в линейке продуктов Ceccato представлены серией CDX (PDP +3°C) и серией COOL (PDP+5°C).

2. Адсорбционное осушение

В основе адсорбционного осушения лежит способность высокопористых веществ поверхностно притягивать молекулы адсорбируемого вещества – в нашем случае, паров воды. Влажный сжатый воздух, проходя через адсорбирующий материал (адсорбент), отдаёт влагу адсорбенту. Количество влаги, которое способен поглотить адсорбент, зависит от его материала. Промышленные адсорбционные осушители способны обеспечивать PDP в диапазоне  -40…-70 °С, в зависимости от материала адсорбента.

Очевидно, что насыщенный влагой адсорбент требует регенерации, т.е. обратного выделения воды и восстановления своих свойств. Эта особенность обусловливает один из главных недостатков адсорбционных осушителей – расход сжатого воздуха на обдув адсорбента, т.е. на его регенерацию. Расход сжатого воздуха лежит в пределах 10-30% пропускной способности осушителя, и зависит от технологии регенерации – горячей или холодной.

Осушители холодной регенерации используют для обдува ненагретый воздух, с естественной температурой после концевого охладителя компрессора. Расход воздуха в таком случае выше, около 18-30% производительности.

Осушители горячей регенерации используют для обдува адсорбента горячий воздух, получаемый путём нагрева компрессором или электронагрева. Регенерация адсорбента происходит быстрее – за счёт способности горячего воздуха удерживать больше влаги и за счёт более активного отделения молекул воды от горячего адсорбента. Расход сжатого воздуха снижается и может составлять 10-20% пропускной способности осушителя.

Адсорбционные осушители холодной регенерации больше подходят для небольшой и средней производительности, поскольку просты в установке и менее дороги. Горячая регенерация требует более существенных затрат на электронагрев воздуха, либо организации более сложных схем рекуперации горячего воздуха от компрессора, и поэтому применима там, где выгода от экономии на сжатом воздухе для обдува превышает расходы по установке и текущим затратам.

Кроме расхода сжатого воздуха, адсорбционные осушители имеют, в сравнении с рефрижераторными, ещё один недостаток: адсорбент до допускает наличия в сжатом воздухе паров масла, поэтому после маслосмазываемого компрессора воздух нужно очищать маслоотделительным фильтром, а после осушителя необходимо очищать воздух от остатков адсорбента пылеулавливающим фильтром.

ADS – адсорбционные осушители Ceccato.

3. Чрезмерное сжатие

Суть этого способа заключается в том, что атмосферный воздух сжимается до большего давления, чем необходимо потребителям. Чем выше давление – тем больше концентрация влаги в сжатом воздухе. Чрезмерно сжатый воздух охлаждается, и из него выделяется больше влаги, чем могло бы выделиться при таком же охлаждении, но меньшем давлении. Затем осушенный воздух расширяется до требуемого давления, а значение PDP оказывается заниженным, как бы с запасом.

По сути, это комбинация способов, поскольку кроме избыточного сжатия используется и охлаждение. Несмотря на кажущуюся простоту метода, его применение на практике редко оправдано, поскольку само по себе сжатие воздуха – процесс энергозатратный, а при большем сжатии и КПД процесса снижается. Избыточное сжатие оказывается дорогим решением. Применить его можно, например, в тех случаях, когда требуемое рабочее давление низкое (3-4 бар), а компрессор – наоборот, эффективен в более высоком диапазоне давления (6-7 бар).

Разумеется также, что применение такого метода возможно только в небольших объёмах потребления.

4.  Абсорбционное осушение

Абсорбцией называется явление поглощения одного вещества другим. Принципиальное отличие от адсорбционного процесса в том, что абсорбция осуществляется всей массой абсорбирующего вещества, а не поверхностным слоем. Кроме того, абсорбция чаще всего – процесс химический, а не физический. Например, смешивание воды с концентрированной серной кислотой – абсорбционный процесс.

Абсорбционное осушение сжатого воздуха используется крайне редко, по следующим причинам:

  • Абсорбция – труднообратимый процесс, поскольку образуются достаточно устойчивые химические связи и недостаточно просто продуть абсорбирующий материал
  • Абсорбционные материалы чаще всего – агрессивные вещества, способные вызвать коррозию
  • Понижение PDP абсорбцией происходит в незначительной степени