Промышленные осушители воздуха: холодильные и адсорбционные осушители

Что такое осушитель сжатого воздуха?

Осушитель сжатого воздуха — это устройство для удаления влаги, которое в газообразном состоянии находилось в атмосферном воздухе и было вместе с ним впитано компрессором. Влажность воздуха оказывает негативное влияние на состояние оборудования и качество производства. Именно поэтому в промышленных системах осушитель является важной частью пневмосистемы.

Для осушения могут использоваться различные способы удаления воды из сжатого воздуха, включая конденсацию, адсорбцию и мембранные технологии. Осушители могут иметь разные размеры и производительность в зависимости от конкретных потребностей промышленного процесса.

Значение осушителей воздуха для промышленности

Влага внутри пневматической системы вымывает защитную смазку с поверхностей, вызывает коррозию и ржавление деталей, и, как следствие, неправильной работы оборудования и поломок, что выливается в отбраковку продукции и преждевременную остановку на ремонт. Так же влага вредит пневматическим инструментам.

Кроме того, в некоторых производственных процессах сжатый воздух используется не только как носитель энергии, который приводит в движение пневматические механизмы, но и используется непосредственно в технологии. Например, поток воздуха может использоваться для очистки деталей, разрыхления и рыхления сырья, выдувки форм и т.п. Во многих из этих случаев вода в воздухе, как и другие виды загрязнений (твердые частицы и частицы компрессорной смазки), оказывают прямое влияние на качество продукции.

Таким образом, обезвоживание воздуха необходимо с точки зрения обеспечения безопасности производственных процессов и качества продукции.

Основные типы осушителей воздуха: холодильные и адсорбционные

Хотя все осушители воздуха в конечном итоге удаляют влагу из воздуха, существуют разные типы этих устройств, среди которых можно выделить два наиболее распространенных – холодильные и адсорбционные.

Холодильный осушитель (он же рефрижераторный осушитель) используется для охлаждения воздуха до низких температур, чтобы вода в нем превратилась в конденсат, который легче отделить от воздуха. Как и все типы холодильных устройств, этот тип осушителя заполняют фреоном. Влажный воздух пропускают через камеру испарителя, где и происходит понижение его температуры до точки росы, когда вода переходит из газообразного состояния в жидкое, стекает вниз и удаляется как конденсат. Очищенный воздух подается на выход осушителя.

Для работы холодильных осушителей теплота подачи воздуха не должна превышать 40 градусов, а всю капельную влагу нужно удалять. Для создания необходимых условий между компрессором и рефрижераторным осушителем часто достаточно установить только ресивер и сепараторные влагоотделители. Хотя основная функция ресивера - создание запаса воздуха и устранение колебаний давления, но в нем также снижается температура воздуха после компрессора. Только если в пневматической системе слишком большие расходы воздуха и он не успевает охладиться в ресивере, то может потребоваться использование предварительного охладителя-теплообменника, снижающего температуру воздуха перед подачей в холодильник.

Адсорбционный осушитель использует явление адсорбции – содержит материал, поглощающий молекулы воды из сжатого воздуха. Этот тип позволяет более эффективно осушить воздух и обычно используется только в тех производственных процессах, где требуется очень низкий уровень влажности воздуха.

Адсорбционный осушитель устанавливают после холодильного. Это позволяет получить высокую производительность всей системы.

Принцип работы холодильных осушителей

Принцип работы основан на использовании метода холодильного цикла. Он проходит в несколько этапов:

• Сжатый воздух поступает в осушитель, проходит в предварительный фильтр для удаления частиц и пыли, а затем поступает в испаритель, где происходит охлаждение воздуха до температуры ниже точки росы.
• Когда воздух достигает точки росы, чрезмерная влага в нем начинает конденсироваться и превращаться в жидкость. Жидкая вода удаляется из системы, а оставшийся воздух продолжает движение в магистраль.
• Затем охлажденный и осушенный воздух проходит через конденсатор, где он нагревается до комнатной температуры, и выходит из осушителя готовым для использования.
• Параллельно с основным процессом часть воздуха из осушителя используется для охлаждения среды в испарителе и конденсаторе.

Конечная точка росы воздуха, выходящая из холодильного осушителя, зависит от нескольких параметров:

1. Количество воды в воздухе, подаваемое в осушитель.
2. Температура воздуха, подаваемая в осушитель.
3. Температура в окружающей среде.
4. Расход воздуха через осушитель.

Таким образом, основным принципом работы осушителя сжатого воздуха холодильного типа является охлаждение воздуха до точки росы, конденсация избыточной воды и ее удаление из системы. Этот процесс позволяет добиться точек росы до +3°C и ниже, что обеспечивает высокую эффективность осушения воздуха.

Основные компоненты холодильного осушителя:

• Компрессор – устройство, которое сжимает хладагент (обычно фреон) и перекачивает его системой.
• Теплообменник "воздух-воздух" - это теплообменник, где сжатый хладагент охлаждается и конденсируется в жидкость.
• Сепаратор - устройство, в котором капельная вода отделяется от воздуха.
• Испаритель – это теплообменник, где жидкий хладагент испаряется и поглощает тепло из окружающего воздуха.
• Вентилятор и радиатор – снижают температуру хладагента после его сжатия в компрессоре.
• Клапан сброса конденсата служит для отвода конденсата из системы.

Преимущества и недостатки холодильных осушителей

Осушители сжатого воздуха холодильного типа являются одним из наиболее распространенных типов осушителей и используются для удаления воды из сжатого воздуха. Эти устройства используют цикл охлаждения для осушения.

Преимущества холодильного осушителя:

Существует несколько преимуществ у осушителей сжатого воздуха холодильного типа:

• Высокая эффективность . Осушители сжатого воздуха холодильного типа могут удалить до 70% воды из сжатого воздуха, что позволяет добиться низкого уровня влажности.
• Простота эксплуатации . Они не требуют большого количества обслуживания и легко использовать.
• Долговечность. Осушители сжатого воздуха холодильного типа имеют долгий срок службы, поскольку у них нет движущихся частей и они не требуют частой замены расходных материалов.
• Низкие издержки на эксплуатацию. Они не потребляют много энергии и не требуют использования химических веществ или других дополнительных расходных материалов для работы.
• Универсальность. Осушители сжатого воздуха холодильного типа могут использоваться в различных отраслях промышленности, включая производство пищевых продуктов, фармацевтику, электронику, автомобильную промышленность и другие.

Недостатки холодильного осушителя:

• Требуют охлаждения
• Ограниченный диапазон температур
• Необходимость регулярного обслуживания

Применение холодильных осушителей в промышленности

• Осушение воздуха для машин плазменной и лазерной резки.
• Станции технического обслуживания для пневмоинструмента.
• Осушение воздуха в пневмосетях промышленного оборудования с использованием распределителей и пневматических цилиндров.
• Деревообрабатывающее оборудование.
• Мебельная промышленность.
• Подготовка воздуха для транспортировки материалов, которые не должны взаимодействовать с водой.

Адсорбционный осушитель воздуха

Принцип работы адсорбционного осушителя:

Адсорбционный осушитель имеет два цикла работы: непосредственно адсорбцию и регенерацию адсорбента.

Материалом-адсорбентом обычно выступает силикагель, молекулярное сито или другой материал с высокой поглощающей способностью влаги. Когда сжатый воздух проходит через адсорбер, тот улавливает воду из потока воздуха и пропускает воздух. За счет строения адсорбента молекулы воды удерживаются на его поверхности, со временем он насыщается влагой и перестает осуществлять эффективное осушение. Процесс удаления влаги из материала адсорбента называют регенерацией.

Восстановление свойств адсорбента возможно двумя способами. Так называемая "горячая регенерация" использует нагретый воздух, а "холодная" - сухой.

Цикл работы с горячей регенерацией с точкой росы –40 градусов проходит следующим образом:

• Воздух, насыщенный влагой, поступает в осушитель через входной клапан.
• В осушителе вода поглощается сорбентом (силикагель, цеолит или другой материал)
• Когда сорбент достигает предельной насыщенности влагой, происходит автоматическое переключение на процесс восстановления.
• В этот момент, на вход устройства поступает горячий воздух, обычно имеющий температуру около 150—200° C.
• Горячий воздух проходит через осушитель в обратном направлении и выдувает из сорбента накопившуюся влагу.
• Воду вместе с горячим воздухом выводят из осушителя через выходной клапан конденсата.

После регенерации материал возвращается в рабочее состояние и снова пригоден для осушения воздуха.

Процесс восстановления запускается автоматически или вручную в зависимости от модели осушителя. Следует отметить, что горячая регенерация является энергозатратной, так как нагрев воздуха тратит дополнительную электроэнергию. Этот недостаток не присущ холодной регенерации, использующей холодный, но сухой воздух для продувки адсорбента.

Воздух, используемый для холодной регенерации, убирается из основной магистрали после осушки (обычно это ±5% от общего объема воздуха). Этот процесс продолжительнее, но не требует значительного количества энергии. Вот почему холодная регенерация более экономична, чем тепловая. Это особенно полезно для производств, где нет доступа к источнику тепла.

При выборе адсорбционного осушителя учитывайте, какой вариант регенерации наиболее экономически целесообразен: если побочным продуктом производства является тепло – устанавливайте адсорбер с горячей регенерацией; в противном случае – с холодной регенерацией.

Основные компоненты и конструкция адсорбционных осушителей воздуха

Осушитель воздуха с холодной регенерацией

1. V1 – входной клапан колонну А;
2. V2 – входной клапан колонну В;
3. V3 – сбросный клапан из колонны А;
4. V4 – сбросный клапан из колонны;
5. С1 – выходной клапан из колонны А;
6. С2 – выходной клапан из колонны В;
7. RT – дроссель с обратным клапаном подачи воздуха, для регенерации;
8. SF – глушитель для сброса воздуха после регенерации.

Осушитель воздуха с горячей регенерацией

1. V1 – входной клапан в колонну А;
2. V2 – входной клапан в колонну В;
3. V3 – сбросный клапан из колонны А;
4. V4 – сбросный клапан из колонны В;
5. С1 – выходной клапан из колонны А;
6. С2 – выходной клапан из колонны В
7. C3 – обратный клапан для регенерации колонны А
8. С4 – обратный клапан для регенерации колонны.
9. RT – дроссель с обратным клапаном подачи воздуха, для регенерации.
10. SF – глушитель для сброса воздуха после регенерации.

Преимущества и недостатки адсорбционных осушителей

Преимущества использования адсорбционных осушителей сжатого воздуха:

• Большая эффективность при необходимости получения воздуха с низкой температурой точки росы. Позволяют обеспечить точку росы до -40°С.
• Могут работать при высокой температуре и высокой влажности воздуха.
• Долговечность: При правильной эксплуатации адсорбционные осушители имеют длительный срок службы.

Недостатки использования адсорбционных осушителей сжатого воздуха:

• Необходимость регулярной проверки качества абсорбента
• Потребление дополнительной энергии
• Необходимость регулярного обслуживания для обеспечения требуемой влажности воздуха.

Применение адсорбционных осушителей в промышленности

Адсорбционные осушители могут использоваться для подготовки воздуха в пневматических сетях, если оборудование работает при низких температурах и необходимо обеспечить полное удаление влаги, что гарантирует надежную и безотказную работу оборудования в таких условиях.

Также данные осушители используются в пищевой и фармацевтической промышленности при подготовке воздуха перед контактом с продуктами или упаковкой.

Сравнение холодильных и адсорбционных осушителей

Осушители сжатого воздуха играют немаловажную роль в различных промышленных процессах, где требуется использование сжатого воздуха. Рассмотрим некоторые из основных отличий между ними: