压缩空气干燥与净化

压缩空气的干燥与净化一、压缩空气及其生产净化压缩空气因具有易储存、易控制、流动性好及安全、环保等特点，是仅次于电力的第二动力能源，被广泛应用于食品、电力、化工、制药、采矿及机械制造等很多领域。应用的领域不同，对压缩空气的质量要求也不同，但始终离不开高效、节能、环保的主题。空气经压缩机压缩压缩后，就可得到具有较高压力的压缩空气，但是由压缩机产生的压缩空气并不是纯净的，这是因为空气压缩机本身含有润滑油，在进行压缩工作时，必然有部分润滑油混入到压缩空气中去，另外自然界的空气本身含有一些固体颗粒及水份等，在气动回路中直接使用这种未经净化处理的气体，会给气动回路带来一些故障，损坏气动组件，降低组件使用寿命，生产效率下降，甚至造成事故。据统计，气动系统的故障停机85%以上是由于使用不洁净、不干燥的压缩气体引起的。究其原因，压缩空气中的水分会造成部件锈蚀，冬季会冷凝结冰，造成堵塞；油气冷凝沉淀形成油污常常造成密封件老化、失效；粉尘则加快了运动机件的磨损，沉积造成堵塞，造成无谓的压力损失等。因此，净化这些压缩气体以获得纯净的压缩气体是气压系统中必不可少的一个重要环节。图1-1压缩机机组及基本的后置净化系统为了保证了各种用气设备的高效、可靠的运行，以及用气产品的质量，向客户提供高质量的压缩空气，主要有两种途径：一是改善压缩机及其机组的性能，提高原始动力气源的质量；二是根据利用领域的不同，为空压机组提供后置净化设备，组装成新的复合机组，以满足新的需求。目前，这两部份通常分开来做，压缩机的专业生产和压缩空气的专业净化分开来做。图1-1就是一个简单的压缩空气系统配置：压缩机机组提供了初始压缩空气，进行了最初的压缩空气冷却净化过滤处理；其它的是后置输送和净化设备，其中空气桶的作用是减少气流脉动和存储压缩气体，安全阀的作用是安全保护压力过高时泄放压力，干燥机去除压缩空气中的水分，泄水阀泄放冷凝水，用气端接气动系统，压力表指示当前压缩空气压力。针对不同的用气领域，我们可以采用不同的系统配置图1-2。图1-2净化系统配置图二、压力露点与压缩空气质量等级什么是，高质量的压缩空气呢？队压缩空气的后处理净化要达到何种程度呢？ISO8573和GB/T1377—1991《一般用压缩空气质量等级》都对压缩空气的质量等级做出规定，一般设计制造配置压缩系统都按此标准执行。1．衡量压缩空气质量的几个指针（1）．最高压力露点：饱和湿空气中的水蒸气凝结的临界温度。最高压力露点越低，对应的饱和湿空气的饱和蒸汽压越低，饱和时空气的绝对湿度就越低，压缩空气空的水分含量自然越少；湿空气的饱和蒸汽压仅与温度有关，与总压力大小无关。（2）．最大含水量：压缩空气中的水分含量，越低空气越干燥。（3）．最大含油量：压缩空中的含油量。（4）．固体最大粒子尺寸（5）．固体粒子最大浓度（6）．灭菌等级2．ISO8573-1压缩空气质量的规定ISO8573-1等级固体最大粒子尺寸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/m310.10.1-700.010.003211-400.10.117355-2010.884158+355.9554010+7257.736——+10—9.367——无要求—无要求3．GB/T1377—1991《一般用压缩空气质量等级》GB/T1377—1991等级固体最大粒子尺寸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/m310.10.1-700.010.003211-400.10.117355-2010.8844010+355.955——+7257.736——+10—9.363．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353制鞋、制靴机465制砖、玻璃机565零件清洗464颗粒产品输送363粉状产品输送232铸造机械465食品饮料加工261机床435采矿455包装与纺织机械433~2摄影胶片生产111土木建筑455凿岩机45~25喷砂33喷漆33~21烘干机465三、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N2O2ArCO2容积组成%78.0920.950.930.03重量组成%75.5323.141.280.05此状态下干空气性质如下：比重量=1.293kg/Nm3分子量=28.9662）．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）χa.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）φφ=相对湿度（R.H）=壓力同一溫度下飽和水蒸氣力某一溫度下之水蒸氣壓×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=最大含量立方米空氣中水蒸汽的當時溫下量立方米空氣的水蒸氣質當時11×100%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：Po(湿空气压力)=PD(干空气分压)+PW（水蒸气分压）理想气体状态方程：PDV=MDRDTPWV=MwRwTR气体常数可得：Mw/MD=PwRD/PDRwMw/MD=χ绝对湿度，Pw=φPs,Ro=29.27mol/°KRw=47.06mol/°K可得：χ=0.622×PsPPs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。公式：χ=0.622×PsPPs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=1T1时的饱和蒸汽压Ps1T2时的饱和蒸汽压Ps2χ=0.622×11111PsPPs=0.622×22222PsPPs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/cm2Ps2=φ1×P2/P1×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℃-60-40-20-150压力露点℃-4320.2-4.0610.9217.924）．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？解：（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/cm2­­­3227310)04849.06.002.1(273033.1VoVo=8.75Nm3/MinG（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×PsPPs=0.622×04849.06.002.10.048496.0=0.01826(kg/kg)(3)计算压力状态下之绝对湿度Ps2=φ1×P2/P1×Ps1=0.6×8.0/1.02×0.04849=0.2282kg/cm2­­，查表一可得此时所对