Промислові осушувачі повітря: холодильні та адсорбційні осушувачі

Що таке осушувач стисненого повітря?

Осушувач стисненого повітря — це пристрій для видалення вологи, яка у газоподібному стані перебувала у атмосферному повітрі і була разом з ним всмоктана компресором. Вологість повітря негативно впливає на стан обладнання та якість виробництва. Саме тому, у промислових системах осушувач є важливою частиною пневмосистеми.

Для осушення можуть використовуватись різні методи видалення води з стисненого повітря, включаючи конденсацію, адсорбцію і мембранні технології. Осушувачі можуть мати різні розміри та продуктивність залежно від конкретних потреб промислового процесу.

Значення осушувачів повітря для промисловості

Волога всередині пневматичної системи вимиває захисне змащення з поверхонь, викликає корозію та іржавіння деталей, і, як наслідок, неправильної роботи обладнання й поломок, що виливається у відбракування продукції та передчасну зупинку на ремонт. Так само волога шкодить пневматичним інструментам.

Окрім цього у деяких виробничих процесах стиснене повітря використовується не лише як носій енергії, який приводить в рух пневматичні механізми, а й використовується безпосередньо у технології. Наприклад, потік повітря може використовуватись для очищення деталей, розпушування та рихлення сировини, видувки форм й тощо. В багатьох із цих випадків вода у повітрі, як й інші види забруднень (тверді частки і частки компресорного мастила), прямо впливають на якість продукції.

Таким чином, зневоднення повітря є необхідним з точки зору забезпечення безпеки виробничих процесів і якості продукції.

Основні типи осушувачів повітря: холодильні та адсорбційні

Хоча всі осушувачі повітря в кінцевому результаті видаляють вологу із повітря, існують різні типи цих пристроїв, серед яких можна виділити два найпоширеніших – холодильні та адсорбційні.

Холодильний осушувач (він же рефрижераторний осушувач) використовують для охолодження повітря до низьких температур, щоб вода в ньому перетворилась на конденсат, який легше відділити від повітря. Як і усі типи холодильних приладів, цей тип осушувача заповнюють фреоном. Вологе повітря пропускають через камеру випарника, де й відбувається зниження його температури до точки роси, коли вода переходить з газоподібного стану в рідкий, стікає униз й видаляється як конденсат. Очищене повітря подається на вихід осушувача.

Для роботи холодильних осушувачів теплота подачі повітря не повинна перевищувати 40 градусів, а всю краплинну вологу треба видаляти. Для створення необхідних умов між компресором та рефрижераторним осушувачем часто достатньо встановити лише ресивер та сепараторні вологовідділювачі. Хоча основною функцією ресивера є створення запасу повітря та усунення коливань тиску, але в ньому також знижується температура повітря після компресора. Лише якщо в пневматичній системі занадто великі витрати повітря і воно не встигає охолонути в ресивері, то може знадобитись використання попереднього охолоджувача-теплообмінника, який знижуватиме температуру повітря перед подачею в холодильник.

Адсорбційний осушувач використовує явище адсорбції – він містить матеріал, що поглинає молекули води із стисненого повітря. Цей тип дозволяє більш ефективно осушити повітря і зазвичай використовується лише у тих виробничих процесах, де вимагається дуже низький рівень вологості повітря.

Адсорбційний осушувач встановлюють після холодильного. Це дозволяє отримати високу продуктивність всієї системи.

Принцип роботи холодильних осушувачів

Принцип роботи ґрунтується на використанні методу холодильного циклу. Він відбувається у кілька етапів:

• Стиснене повітря надходить у осушувач, проходить у попередній фільтр для видалення частинок і пилу, а потім надходить у випарник, де відбувається охолодження повітря до температури нижче точки роси.
• Коли повітря досягає точки роси, надмірна волога в ньому починає конденсуватися і перетворюватися на рідину. Рідка вода видаляється з системи, а повітря, що залишилося, продовжує рух у магістраль.
• Потім охолоджене і осушене повітря проходить через конденсатор, де він нагрівається до кімнатної температури, і виходить з осушувача готовим для використання.
• Паралельно з основним процесом, частина повітря з осушувача використовується для охолодження середовища у випарнику та конденсаторі.

Кінцева точка роси повітря, що виходить з холодильного осушувача, залежить від декількох параметрів:

1. Кількість води у повітрі, що подається в осушувач.
2. Температура повітря, що подається в осушувач.
3. Температура в навколишньому середовищі.
4. Витрата повітря через осушувач.

Таким чином, основним принципом роботи осушувача стисненого повітря холодильного типу є охолодження повітря до точки роси, конденсація надлишкової води та її видалення із системи. Цей процес дозволяє досягти точок роси до +3° C і нижче, що забезпечує високу ефективність осушення повітря.

Основні компоненти холодильного осушувача:

• Компресор - пристрій, який стискає холодоагент (зазвичай фреон) та перекачує його системою.
• Теплообмінник "повітря-повітря" - це теплообмінник, де стиснутий холодоагент охолоджується і конденсується в рідину.
• Сепаратор - пристрій у якому крапельна вода відокремлюється від повітря.
• Випарник - це теплообмінник, де рідкий холодоагент випаровується та поглинає тепло з навколишнього повітря.
• Вентилятор та радіатор - знижують температуру холодоагенту після його стиснення в компресорі.
• Клапана скидання конденсату служить для відведення конденсату із системи.

Переваги та недоліки холодильних осушувачів

Осушувачі стисненого повітря холодильного типу є одним з найбільш поширених типів осушувачів і використовуються для видалення води зі стисненого повітря. Ці пристрої використовують цикл охолодження для осушення.

Переваги холодильного осушувача:

Існує кілька переваг у осушувачів стисненого повітря холодильного типу:

• Висока ефективність. Осушувачі стисненого повітря холодильного типу можуть видалити до 70% води зі стисненого повітря, що дозволяє досягти низького рівня вологості.
• Простота експлуатації. Вони не вимагають великої кількості обслуговування та легкі у використанні.
• Довговічність. Осушувачі стисненого повітря холодильного типу мають довгий термін служби, оскільки у них немає частин, що рухаються, і вони не вимагають частої заміни витратних матеріалів.
• Низькі витрати на експлуатацію. Вони не споживають багато енергії та не вимагають використання хімічних речовин або інших додаткових витратних матеріалів для роботи.
• Універсальність. Осушувачі стисненого повітря холодильного типу можуть бути використані у різних галузях промисловості, включаючи виробництво харчових продуктів, фармацевтику, електроніку, автомобільну промисловість та інші.

Недоліки холодильного осушувача:

• Вимагають охолодження
• Обмежений діапазон температур
• Необхідність регулярного обслуговування

Застосування холодильних осушувачів у промисловості:

• Осушення повітря для машин плазмового та лазерного різання.
• Станції технічного обслуговування для пневмоінструменту.
• Осушення повітря в пневмомережах промислового обладнання з використанням розподільників та пневматичних циліндрів.
• Деревообробне обладнання.
• Меблева промисловість.
• Підготовка повітря для транспортування ним матеріалів, які не повинні взаємодіяти з водою.

Адсорбційний осушувач повітря

Принцип роботи адсорбційного осушувача:

Адсорбційний осушувач має два цикли роботи: безпосередньо адсорбції та регенерації адсорбенту.

Матеріалом-адсорбентом зазвичай виступає силікагель, молекулярне сито або інший матеріал з високою здатністю до поглинання вологи. Коли стиснене повітря проходить через адсорбер, той уловлює воду з потоку повітря й пропускає повітря. За рахунок будови адсорбенту молекули води утримуються на його поверхні, тож з часом він насичується вологою і перестає здійснювати ефективне осушення. Процес видалення вологи з матеріалу адсорбенту називають регенерацією.

Відновлення властивостей адсорбенту можливе двома способами. Так звана "гаряча регенерація" використовує нагріте повітря, а "холодна" — сухе.

Цикл роботи з гарячою регенерацією з точкою роси −40 градусів проходить наступним чином:

• Повітря, насичене вологою, надходить у осушувач через вхідний клапан.
• В осушувачі вода поглинається сорбентом (силікагель, цеоліт або інший матеріал)
• Коли сорбент досягає граничної насиченості вологою, відбувається автоматичне перемикання на процес відновлення.
• У цей момент, на вхід пристрою надходить гаряче повітря, яке зазвичай має температуру близько 150—200° C.
• Гаряче повітря проходить через осушувач у зворотному напрямку й видуває з сорбенту вологу, що накопичилася.
• Воду разом із гарячим повітрям виводять з осушувача через вихідний клапан конденсату.

Після регенерації матеріал повертається в робочий стан і знову придатний для осушення повітря.

Процес відновлення запускається автоматично або вручну залежно від конкретної моделі осушувача. Варто відзначити, що гаряча регенерація є енерговитратною, бо нагрівання повітря витрачає додаткову електроенергію. Цей недолік не притаманний холодній регенерації, що використовує холодне, але сухе повітря для продування адсорбенту.

Повітря, яке використовується для холодної регенерації, забирається з основної магістралі після осушення (зазвичай це ±5% від загального обсягу повітря). Цей процес триваліше, зате не вимагає значної кількості енергії. Ось чому холодна регенерація більш економічна, ніж теплова. Це особливо корисно для виробництв, де немає доступу до джерела тепла.

При виборі адсорбційного осушувача враховуйте, який варіант регенерації найбільш економічно доцільний: якщо побічним продуктом виробництва є тепло — встановлюйте адсорбер з гарячою регенерацією; в протилежному випадку — з холодною регенерацією.

Основні компоненти та конструкція адсорбційних осушувачів повітря

Осушувач повітря з холодною регенерацією

1. V1 - вхідний клапан колону А;
2. V2 - вхідний клапан колону В;
3. V3 - скидний клапан із колони А;
4. V4 - скидний клапан з колони;
5. С1 – вихідний клапан з колони А;
6. С2 - вихідний клапан із колони В;
7. RT - дросель із зворотним клапаном подачі повітря, для регенерації;
8. SF – глушник для скидання повітря після регенерації.

Осушувач повітря з гарячою регенерацією

1. V1 - вхідний клапан в колону А;
2. V2 - вхідний клапан в колону В;
3. V3 - скидний клапан із колони А;
4. V4 - скидний клапан з колони В;
5. С1 – вихідний клапан з колони А;
6. С2 - вихідний клапан із колони В
7. C3 - зворотний клапан для регенерації колони А
8. С4 - зворотний клапан для регенерації колони.
9. RT - дросель із зворотним клапаном подачі повітря, для регенерації.
10. SF – глушник для скидання повітря після регенерації.

Переваги та недоліки адсорбційних осушувачів

Переваги використання адсорбційних осушувачів стисненого повітря:

• Велика ефективність при необхідності одержання повітря з низькою температурою точки роси. Дозволяють забезпечити точку роси до −40° С.
• Можуть працювати при високих температурах та високій вологості повітря.
• Довговічність: При правильній експлуатації адсорбційні осушувачі мають тривалий термін служби.

Недоліки використання адсорбційних осушувачів стисненого повітря:

• Необхідність регулярної перевірки якості абсорбенту
• Споживання додаткової енергії
• Необхідність регулярного обслуговування для забезпечення необхідної вологості повітря.

Застосування адсорбційних осушувачів у промисловості

Адсорбційні осушувачі можуть використовуватися для підготовки повітря в пневматичних мережах, якщо обладнання працює за низьких температур і необхідно забезпечити повне видалення вологи, що гарантує надійну та безвідмовну роботу обладнання за таких умов.

Також дані осушувачі використовуються у харчовій та фармацевтичній промисловості при підготовці повітря перед його контактом з продуктами чи упаковкою.

Порівняння холодильних та адсорбційних осушувачів

Осушувачі стиснутого повітря відіграють важливу роль у різних промислових процесах, де потрібне використання стисненого повітря. Розглянемо деякі з основних відмінностей між ними: