Адсорбционный осушитель сжатого воздуха (desiccant air dryer) удаляет водяной пар не путем охлаждения и конденсации, а с помощью адсорбента. Влага удерживается поверхностью и пористой структурой адсорбционного материала, после чего адсорбент периодически регенерируется.
Главное преимущество этой технологии — возможность получать значительно более низкую точку росы под давлением, чем у обычного холодильного осушителя. Для различных адсорбционных серий Lingyu предусмотрены значения −20 °C, −40 °C или ≤−40 °C в зависимости от конструкции и условий эксплуатации.
При этом заявлять универсальные −70 °C для всех адсорбционных осушителей Lingyu некорректно: такого общего параметра в текущих технических данных нет.
Для обзора доступных решений можно использовать категорию адсорбционных осушителей.
Чем адсорбционный осушитель отличается от холодильного
Холодильный осушитель снижает температуру сжатого воздуха. В результате водяной пар конденсируется, после чего жидкая вода отделяется и выводится из системы.
Для холодильных серий Lingyu типичная заявленная точка росы под давлением составляет 2–10 °C.
Адсорбционная технология работает иначе. Воздух проходит через слой адсорбента, который удерживает водяной пар. Поэтому для получения PDP −20 или −40 °C не требуется охлаждать весь воздушный поток до таких температур.
Именно поэтому адсорбционная осушка применяется там, где положительной точки росы холодильного осушителя недостаточно.
Подробное сравнение двух технологий приведено в материале холодильный или адсорбционный осушитель.
На каком физическом принципе работает адсорбционный осушитель
В основе процесса лежит способность адсорбента удерживать молекулы воды.
Для безнагревного регенеративного осушителя этот процесс можно объяснить через изменение парциального давления водяного пара.
При более высоком парциальном давлении влага адсорбируется из сжатого воздуха.
При снижении парциального давления удержанная вода десорбируется, то есть освобождается из адсорбента. Это позволяет восстановить его способность снова поглощать влагу.
Именно чередование адсорбции и регенерации делает возможной непрерывную работу промышленного осушителя.
Почему обычно используются две колонны
Классический регенеративный адсорбционный осушитель имеет две емкости с адсорбентом.
Пока одна колонна находится в режиме Adsorption и осушает основной поток сжатого воздуха, вторая проходит Regeneration.
После завершения соответствующих стадий система переключает потоки, и колонны меняются ролями.
Таким образом:
колонна A осушает → колонна B регенерируется → выравнивание давления и переключение → колонна B осушает → колонна A регенерируется.
Благодаря такой схеме сухой воздух может подаваться потребителю непрерывно.
Этап 1. Адсорбция влаги
Влажный сжатый воздух поступает в рабочую колонну и проходит через слой адсорбента.
В оборудовании Lingyu в зависимости от серии применяются, в частности:
- активированный оксид алюминия;
- высокоэффективное молекулярное сито;
- комбинации этих материалов.
Во время прохождения воздуха водяной пар удерживается адсорбентом, а более сухой воздух выходит из колонны.
Например, для CH/HH Series Heatless Regenerative Desiccant Air Dryer предусмотрена комбинация активированного оксида алюминия и высокоэффективного молекулярного сита, а заявленная выходная PDP составляет ≤−40 °C.
Этап 2. Регенерация адсорбента
Адсорбент не может удерживать влагу бесконечно.
После определенного рабочего периода его необходимо регенерировать — удалить ранее адсорбированную воду.
Именно способ регенерации является одним из главных различий между типами адсорбционных осушителей.
Безнагревная регенерация
В безнагревном адсорбционном осушителе часть уже осушенного сжатого воздуха используется как продувочный поток.
Этот сухой воздух расширяется до более низкого давления и проходит через регенерируемый адсорбент, создавая условия для десорбции и одновременно унося высвободившуюся влагу наружу.
Для heatless-серий Lingyu указано среднее потребление регенерационного воздуха 8–14%.
Такая конструкция относительно проста, но расход части готового сжатого воздуха необходимо учитывать при расчете общей производительности компрессорной станции.
Регенерация с нагревом
В осушителях с нагревом тепловая энергия используется для более интенсивного удаления влаги из адсорбента.
Это уже другая схема регенерации по сравнению с heatless.
Для соответствующих задач в линейке предусмотрен адсорбционный осушитель с нагревной регенерацией.
При сравнении таких систем необходимо оценивать не только расход продувочного воздуха, но и электрическую или другую энергию, необходимую для нагрева.
Поэтому фраза «heated всегда экономичнее heatless» без расчета конкретной установки была бы некорректной.
Blower-heated: регенерация наружным воздухом
В blower-heated конструкции для регенерации используется отдельный воздуходувный агрегат.
Например, в HRB-E Series наружный воздух засасывается blower, нагревается и проходит через регенерируемую колонну, нагревая адсорбент и удаляя из него влагу.
Во время стадии охлаждения используется небольшое количество сухого продуктового воздуха.
Для HRB-E Series указано общее потребление регенерационного сжатого воздуха 2–3%, а выходная PDP может выбираться между −20 °C и −40 °C.
Это позволяет существенно снизить расход готового сжатого воздуха по сравнению с безнагревной схемой 8–14%, однако необходимо учитывать потребление электроэнергии blower и нагревателя.
Zero-purge blower-heated
В HRB-Z Series применяется другая схема охлаждения.
Во время регенерации blower подает нагретый окружающий воздух через адсорбент, а при последующем охлаждении воздух циркулирует через intercooler и регенерационную колонну в замкнутом контуре.
В результате сухой продуктовый воздух для регенерации не расходуется.
Для такого решения можно рассматривать blower-heated zero-purge desiccant dryer.
Важно правильно понимать термин zero-purge: он означает отсутствие расхода сжатого продуктового воздуха на регенерацию, но не означает отсутствие энергопотребления вообще. Blower, нагреватель и вспомогательное оборудование продолжают потреблять энергию.
Heat of Compression: использование тепла компрессора
Еще один способ регенерации — Heat of Compression, HOC.
В такой системе используется тепловая энергия высокотемпературного сжатого воздуха после воздушного компрессора.
Горячий воздух передает тепло адсорбенту и помогает удалить накопленную влагу.
Для HOC-Z Series температура входящего воздуха при такой схеме составляет 110–180 °C, а регенерационный расход сжатого воздуха указан как 0%.
Выходная точка росы может составлять −20 °C или −40 °C.
Для проектов, где условия компрессорной станции соответствуют требованиям HOC, можно рассматривать Heat-of-Compression regenerative desiccant dryer.
Но HOC нельзя выбирать только по желанию «сэкономить на регенерации»: необходимо проверить температуру воздуха, схему компрессорной станции, охлаждение и остальные рабочие условия.
Этап 3. Переключение колонн
Перед тем как регенерированная колонна снова станет рабочей, давление между емкостями необходимо правильно выровнять.
В heatless-сериях Lingyu предусмотрено автоматическое восстановление и выравнивание давления перед переключением клапанов.
Это уменьшает резкие перепады давления между емкостями и обеспечивает более стабильный переход между стадиями.
Затем клапаны меняют направление потоков:
рабочая колонна переходит в регенерацию, а подготовленная колонна начинает адсорбцию.
Цикл повторяется автоматически под управлением контроллера.
От чего зависит точка росы
Требуемая PDP определяется не только названием адсорбента.
На результат влияют одновременно:
температура входящего воздуха. Чем выше температура, тем меняются условия адсорбции и нагрузка на материал.
рабочее давление. Оно влияет на процесс адсорбции и на производительность осушителя.
влажность поступающего воздуха. Чем больше воды поступает на адсорбционный слой, тем выше его нагрузка.
способ и полнота регенерации. Heatless, heated, blower и HOC имеют разные процессы восстановления адсорбента.
продолжительность рабочего цикла. Адсорбент должен переключаться на регенерацию до того, как его способность удерживать влагу станет недостаточной.
состояние адсорбента. Загрязнение, истирание или неправильные рабочие условия могут ухудшать результат.
Поэтому утверждение «молекулярное сито автоматически дает −70 °C» слишком упрощает реальную работу промышленного осушителя.
Какие точки росы реально предусмотрены в линейке
Для разных конструкций Lingyu значения отличаются.
Heatless CH/HH Series предусматривает PDP ≤−40 °C.
M Series Modular Desiccant Air Dryer имеет стандартную PDP ≤−20 °C, а −40 °C доступна как опция.
Для HRB-E и HRB-Z blower-heated систем предусмотрены варианты −20 °C / −40 °C.
HOC-E и HOC-Z также предусматривают −20 °C / −40 °C.
Следовательно, точку росы следует выбирать по требованиям конкретного процесса и подтверждать по характеристикам конкретной серии.
Почему входная температура особенно важна
Адсорбционный осушитель нельзя выбирать только по расходу воздуха и желаемой PDP.
Например, для стандартной heatless-серии указана:
- номинальная температура входа 10–30 °C;
- максимальная температура ≤40 °C;
- рабочее давление 0,6–1,0 MPa.
HOC, напротив, специально использует высокотемпературный воздух и имеет совершенно другой допустимый диапазон — 110–180 °C.
Это хорошо показывает, почему две адсорбционные технологии нельзя просто заменить друг другом при одинаковом расходе.
Почему фильтрация важна перед адсорбционным осушителем
Адсорбционная ступень является частью общей системы подготовки сжатого воздуха.
Помимо водяного пара, воздух может содержать масло и твердые частицы. Их необходимо учитывать при проектировании фильтрации и защите downstream-оборудования.
Для разных требований могут применяться прецизионные фильтры сжатого воздуха различных классов.
Например, линейка Lingyu включает AO, AA, AX и ACS с разными уровнями фильтрации частиц и остаточного масла.
При этом универсальную одинаковую последовательность фильтров для всех адсорбционных осушителей задавать неправильно: схема зависит от компрессора, типа осушителя и требуемого качества воздуха.
Нужен ли фильтр после адсорбционного осушителя
В системах с адсорбентом необходимо учитывать возможность появления твердых частиц от самого адсорбционного материала.
Поэтому в соответствующих системах может использоваться финишная фильтрация после осушителя.
Например, в комбинированной схеме Lingyu после глубокой адсорбционной ступени предусмотрен высокоэффективный particulate filter для удаления остаточной пыли и частиц адсорбента.
Это еще одна причина рассматривать dryer и filtration как единую систему подготовки воздуха, а не как полностью независимые элементы.
Управление по времени и по точке росы
Простейшая логика заключается в переключении колонн по заданному времени.
В более развитых системах могут использоваться данные точки росы и текущей нагрузки.
Например, для HRB-E Series доступно опциональное управление по точке росы, при котором цикл адсорбции может продлеваться в зависимости от фактической потребности.
Такая логика позволяет избежать преждевременной регенерации при пониженной нагрузке.
Но наличие dew-point control необходимо проверять для конкретной серии: это не универсальная стандартная функция любого адсорбционного осушителя.
Как выбирать тип регенерации
Если требуется простая конструкция и допустим расход части сухого воздуха, логичным вариантом может быть heatless.
Если расход сжатого воздуха на регенерацию необходимо снизить, можно оценить blower-heated схему.
Если требуется исключить использование продуктового сжатого воздуха при регенерации, существуют zero-purge blower решения, однако их blower и нагреватель по-прежнему требуют энергии.
Если в компрессорной доступен высокотемпературный воздух с подходящими параметрами, имеет смысл оценить HOC.
Поэтому выбор основывается не только на PDP, но и на:
- производительности;
- входном давлении;
- температуре воздуха;
- стоимости сжатого воздуха;
- доступной тепловой энергии;
- режиме работы;
- требованиях к управлению;
- допустимом расходе регенерационного воздуха.
Где применяются адсорбционные осушители
Адсорбционная осушка востребована там, где процессу действительно нужен низкий PDP.
Она может использоваться в фармацевтических, электронных, нефтехимических, энергетических и других промышленных системах, однако нужный тип осушителя определяется не названием отрасли, а требованиями конкретной точки потребления.
Например, один участок предприятия может нормально работать с холодильной осушкой 2–10 °C, тогда как другой технологический процесс на том же предприятии может требовать −40 °C.
Поэтому сначала определяется требуемое качество воздуха, а уже затем технология осушки.
Итог
Принцип работы адсорбционного осушителя строится вокруг непрерывного повторения трех основных процессов:
адсорбция влаги → регенерация адсорбента → переключение колонн.
Различные конструкции отличаются прежде всего способом регенерации.
Heatless использует часть сухого продуктового воздуха. Blower-heated применяет нагретый наружный воздух и снижает расход сжатого воздуха. Zero-purge blower исключает расход сухого продуктового воздуха на регенерацию, но по-прежнему использует электроэнергию. HOC использует тепло высокотемпературного воздуха после компрессора.
Для текущей линейки Lingyu технически подтверждены уровни −20 °C, −40 °C и ≤−40 °C PDP в зависимости от серии. Поэтому необходимую точку росы, расход регенерационного воздуха и тип управления нужно определять по условиям конкретной системы, а не по одному общему правилу для всех адсорбционных осушителей.
