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圖文解讀:轉輪除濕技術及應用

作者:CEO 時間:2023-07-15

信息摘要:在工業生產過程中,隨著人們對空氣、水源、食品、醫藥等品質要求的不斷提高,生產環境中濕度的控制成為一個重要指標。目前比較成熟的除濕技術有冷卻式除濕、液體吸收式除濕、固體吸附式除濕、膜法除濕及轉輪除濕。轉輪

圖文解讀:轉輪除濕技術及應用

圖文解讀:轉輪除濕技術及應用

  在工業生產過程中,隨著人們對空氣、水源、食品、醫藥等品質要求的不斷提高,生產環境中濕度的控制成為一個重要指標。目前比較成熟的除濕技術有冷卻式除濕、液體吸收式除濕、固體吸附式除濕、膜法除濕及轉輪除濕

  轉輪除濕原理

  轉輪除濕機的關鍵是位于機組中部的除濕轉輪。除濕轉輪是一個載有吸濕劑的蜂窩狀的特殊紙質轉輪,由于蜂窩狀孔徑僅1.5mm,故1m3的轉輪紙芯吸濕面積達3000m2??諝饬鹘浄涓C狀孔道處于邊界層流狀態,濕交換效果好,所以除濕能力較強。

  除濕轉輪的原理是采用減速電機驅動或同步帶傳動,轉輪以每小時8~14轉的速度緩慢轉動。轉輪圓面的3/4區域是處理區。需要處理的空氣通過處理區時,空氣中的水分被附著在特殊纖維上的吸濕劑吸收,成為低濕干燥空氣,從另一端吹出,由風機經管道送到所需的區域。

  與此同時,再生的空氣經過過濾、加熱到120±10℃,通過相反方向進入轉輪剩下的1/4的區域。將緩慢進入再生區域的附著在特殊纖維上的吸濕劑的溫度升高,使附著在特殊纖維上的吸濕劑所含水分汽化,并被帶出轉輪,使附著在特殊纖維上的吸濕劑恢復吸濕功能,即吸濕劑得到再生。

  轉輪緩慢轉動時,轉輪附著在特殊纖維上的吸濕劑的吸濕和再生過程是同時進行的,故轉輪除濕機能保證連續、穩定地輸出干燥空氣。波紋狀介質中載有吸濕劑,設計結構緊湊,而且可以為濕空氣與吸濕介質提供充分接觸的巨大表面積,提高了除濕機的除濕效率。

  專業基礎

  干球溫度:用普通溫度計測得的濕空氣的正常溫度。用符號t表示。單位:℃(攝氏度)。濕球溫度:溫度計水銀球包裹有含水棉芯,并有一定流速的空氣吹過棉芯時,該溫度計所指示的溫度。用符號ts表示。單位:℃(攝氏度)。露點溫度:空氣濕度達到飽和時的溫度,換言之空氣中的水蒸氣變為露珠時候的溫度叫露點溫度。一般凝結水或露水現象可以用露點溫度形成來解釋。用符號tl表示。單位:℃(攝氏度)。含濕量(絕對含水量)在濕空氣中,與1kg干空氣同時并存的水蒸汽量稱為含濕量。用符號d表示。單位:g/kg(克/千克)。

  絕對濕度:單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質量,即濕空氣中水蒸氣的密度。用符號dq表示。單位:g/m3(克/立方米)。相對濕度:濕空氣的絕對濕度與相同溫度下可能達到的最大絕對濕度之比。也可表示為濕空氣中水蒸氣分壓力與相同溫度下水的飽和壓力之比。用符號φ表示。單位:%(百分比)。焓值:空氣中的焓值是指空氣中含有的總熱量,通常以干空氣的單位質量為基準,稱作比焓。工程中簡稱為焓,是指一千克干空氣的焓和與它相對應的水蒸氣的焓的總和。(空氣的焓值是指空氣所含有的決熱量,通常以干空氣的單位質量為基準。)用符號h表示。單位:kj/kg(千焦/千克)。除濕量:空調系統運行時,單位時間內從密閉空間、房間或區域的空氣中除去的水分。單位:g/h(克/小時)

  加濕量:空調系統運行時,單位時間內向密閉空間、房間或區域的空氣中添加的水分。單位:g/h(克/小時)

  循環風量:空調系統單位時間內向密閉空間、房間或區域送入的風量。用符號Q表示。單位:m3/h(立方米/小時)。

  換氣次數:空調系統單位時間內向密閉空間、房間或區域送入的送風量對該空間的倍數。單位:次/小時。運行功率:亦稱額定功率,用電裝置在正常工況時運行的功率。用符號W表示。單位:kW(千瓦)。單位換算

  卡(cal):熱量單位,又稱卡路里。1千卡=1大卡=1000kcal=4.1868kJ;焦(J):熱量單位。1千焦(kJ)=0.239千卡(kcal),1焦(J)=0.239卡(cal)。1千瓦時(kW?h)=3600千焦(kJ)=860千卡(kcal)。焓濕圖:

  焓濕圖是將濕空氣各種參數之間的關系用圖線表示。從圖上可查知溫度、相對濕度、含濕量、露點溫度、濕球溫度、水蒸氣含量及分壓力、空氣的焓值等空氣狀態參數。為了解空氣狀態及對空氣進行處理提供依據。圖上亦可反映出空氣的處理過程。溫度t、含濕量d和大氣壓力B是空氣的基本參數,它們決定了空氣的狀態,并可以由此計算出該空氣狀態的其余參數。

  注意,每一張焓濕圖都是按規定的大氣壓繪制的,因此在計算工作中,應選用與要求大氣壓相符的(或接近的)焓濕圖。

  圖中:等φ線是曲線,等h線是傾斜直線,等d線是垂直線,等t線接近水平,看似平行,實際互不平行。水蒸氣分壓力(Pq)標尺為水平線。最低的一根等φ線,其值為φ=100%。這條曲線稱為飽和線。狀態在這條線上的空氣處于飽和狀態。在其他φ線上的空氣都是非飽和的。空氣狀態不可能位于飽和線以下的區域中。

  關于焓濕圖,請查看暖通南社相關課件《看懂焓濕圖并學會在設計中的運用》。

  轉輪除濕的吸附介質

  1氯化鋰

  氯化鋰是最早用來作為轉輪除濕機的吸附材料的,它屬于一種高含濕量的吸濕鹽,易再生,具有高度化學穩定性。此外,氯化鋰吸附劑具有強烈的殺菌能力,因此,氯化鋰作為除濕劑被廣泛應用于醫藥、食品等對空氣潔凈度和濕度要求較高的領域。但是氯化鋰在低濕度范圍除濕量小、除濕能力低,而且吸濕時易形成液體從基體逸出,對除濕設備周圍的金屬產生腐蝕,這些不足在很大程度上限制了除濕機中氯化鋰吸附劑的用量,也即限制了除濕機的除濕量。

  2硅膠

  硅膠是繼氯化鋰后研究應用比較多的一種固體吸附劑,其吸濕能力、再生能耗等方面較氯化鋰稍差,但由于在吸附、解吸過程中始終保持固態,有良好的物理化學穩定性,克服了氯化鋰吸附劑容易液化逸出的缺點,即使在高濕度下(100%)也能保持轉輪表面不結露,對周邊設備無腐蝕。同時當轉輪長期使用過程中因灰塵或油污覆蓋表面影響除濕效率時,可采用清水(除灰塵)或清潔劑(除油污)直接清洗掉使之恢復,因此得到了廣泛的應用。

  目前制備硅膠轉輪最有效方法為浸漬法。其工作原理是:在無機纖維基材上讓水玻璃與酸就地反應,使生成的硅膠較為均勻地分散在纖維表面及其空隙中,構成塊體吸附劑。

  硅膠作為吸附材料存在的不足:

  (1)吸附性能有待提高;

 ?。?)耐熱性能需要加強,由于硅膠耐熱性能較弱,除濕轉芯長時間處于80~150℃再生環境中,易出現熔融、塌陷、堵塞孔道等現象,從而使系統吸附效率降低;

 ?。?)機械強度有待增強,由于硅膠與陶瓷纖維作用力較弱,使得轉芯材料機械強度較差,在系統運行過程中,易出現粉化、掉粉現象,從而影響其使用壽命。

  3沸石分子篩

  沸石分子篩是研究及應用比較多的固體吸附劑材料,它在低濕度環境下仍能吸濕的優異性能,使它非常適用于低露點深度除濕;另一方面即使在較高溫度下(如100~120℃)分子篩仍保持13%以上的吸水率,而硅膠的吸水率幾乎為零。因此在電子、精密儀器等一些對濕度要求非常低及環境溫度較高的情況下,分子篩除濕得到廣泛的應用,應用分子篩的轉輪除濕機其出風口空氣露點最低可達到-60℃。

  轉輪除濕機用各種吸附材料的對比

  轉輪除濕器與空調系統的結合

 ?。?)轉輪除濕器與一般空調系統的結合

  對于室內冷負荷和濕負荷都較大的場合,或新風負荷較大,室內要求濕度較低的環境,如果靠常規制冷就要降低蒸發溫度或采用乙二醇溶液,把空氣冷卻到很低的溫度,有時還要加熱以防房間溫度過低。這樣既增加系統能耗,而且冷卻盤管容易結霜,導致COP值下降。如果由轉輪除濕器承擔濕負荷,機械制冷承擔顯熱負荷,就能達到比較滿意的效果。這就是除濕技術與一般空調相結合的基本思路。在這里使用的是氯化鋰轉輪除濕器。

  轉輪除濕器內部共有二路空氣流,分別是處理空氣流,再生空氣流。處理空氣流1匯同從房間出來的一次回風至2,首先經過一級蒸發器至3,在這里空氣被冷卻,溫濕度降低,然后通過處理風入口進入轉輪除濕器至4,其中所含的絕大部分水分被留在轉輪除濕器中,以備再生空氣流帶走,此時再匯同二次回風至5,達到了送風所要求的濕量,然后再經過二級冷卻器至6,處理空氣等濕降溫,達到送風狀態,然后送入房間:再生空氣流經過一個熱交換器,溫度升高,然后在加熱器中形成高溫干燥的再生氣,再進入轉輪除濕器的再生區,將其中的水分帶出,經過換熱器換熱,然后排到大氣。為了達到節能的效果,我們利用了房間回風。

  轉輪除濕器之前設置一級蒸發器的目的是冷卻新風和一次回風,當處理空氣溫度較低時,氯化鋰表面水蒸汽分壓力下降,從而導致除濕效率上升。設置二級蒸發器的目的是冷卻從轉輪除濕器出來的高溫處理空氣,等濕降溫。對氯化鋰轉輪除濕器來說,再生空氣溫度達到90℃,氯化鋰就已完全再生,此時COP最大。如果再生空氣溫度大于或小于90℃,COP均減小。

 ?。?)除濕轉輪與燃氣空調系統的結合

  轉輪除濕方式的主要能耗是在轉輪的再生氣部分,如果不使用電加熱再生而使用廢熱或太陽能再生,那么節能效果將更佳。用燃氣加熱再生空氣,可以輕易地得到較高的再生溫度。

 ?。?)除濕轉輪與蒸發冷卻空調系統的結合:開式通風型空調。

  室外新風1首先進入轉輪除濕器至2,空氣中的水分被吸收或吸附。同時釋放出汽化潛熱,使處理空氣濕度降低,溫度升高。處理后的空氣由風機送至顯熱交換器至3。與此同時,再生空氣進入水直接蒸發冷卻器,直接蒸發冷卻(DEC)使空氣與水直接接觸,水在焓值不變的情況下和空氣進行熱濕交換,蒸發吸熱,該空氣處理過程是絕熱加濕過程,主要其冷卻加濕的作用。再生空氣經過噴淋降溫后送至顯熱交換器。在顯熱交換器里,處理空氣和再生空氣換熱后送入直接蒸發冷卻器至4,經過噴淋降溫后送入室內。同時,再生空氣經加熱器加熱后,送入轉輪除濕器的再生區。

  除濕工藝計算

  單位時間為維持房間恒溫恒濕,需要空調系統向室內提供的冷量稱為冷負荷;相反,為補償房間失熱而需要向室內提供的熱量稱為熱負荷。為了維持室內相對濕度恒定需從房間除去的濕量稱為濕負荷。

  濕負荷是亦指空調房間的濕源向室內的散濕量,濕源包括墻門等圍護滲漏、人體、水槽表面、地面積水、洗滌洗浴、燃燒、工藝過程;另外,濕負荷還應包括空調系統的新風和回風等等。

  濕負荷計算:1房間滲漏濕負荷公式:Mf=Δd×K1×K2×ρ×V式中:Mf:房間滲漏濕負荷,g

  Δd:室內外空氣含濕量差值,g/kgK1:房間密封性好K1=0.1,一般K1=0.2,其次K1=0.3K2:房間體積<400立方米時K2=1;400≤房間體積≤立方米時K2=0.8;房間體積>時K2=0.6。

  ρ空氣密度,kg/m3。一般取1.29kg/m3;V房間體積,m3。2墻體滲透濕負荷公式:Mq=ΔPq×k×A式中:Mq:墻體滲透濕負荷,g;ΔPq:室內外空氣水蒸氣壓力差,Pa;k:滲透系數,一般k=0.2;A:與外界接觸的圍護面積,m23門開關濕負荷公式:Mm=Δd×T×ρ×A×n式中:Mm:門開關濕負荷,g/h;

  Δd:室內外空氣含濕量差值,g/kgT:門單次開啟持續時間,h/次;

  ρ:空氣密度,kg/m3。一般取1.29kg/m3;A:門面積,m2;n:一小時內門的開啟次數,次/h。

  4室內人員濕負荷公式:Mr=q×p式中:Mr:室內人員濕負荷,g/hq:人員散濕量,輕度勞動100g/h·人

  中度勞動150g/h·人;重度勞動200g/h·人(一般取中度勞動)p:室內人數,人除濕一般工藝流程:

  工作流程:轉輪除濕機的工作流程可分幾個部分完成:預冷/預熱(供選件)—轉輪除濕—后冷/后熱(供選件)。

  預冷/預熱:利用冷凍水降低空氣的溫度,空氣在降溫過程中,其相對濕度逐漸接近飽和狀態,在達到要求的溫度時,高于該空氣溫度飽和狀態的多余水份會析出,起到降溫除濕的目的。

  轉輪除濕:除濕轉輪在除濕段內部由密封系統分為處理區域和再生區域,除濕轉輪以8-10轉/小時的速度緩慢旋轉,以保證整個除濕為一個連續的過程。

  當處理空氣通過轉輪的處理區域時,其中的水蒸汽被轉輪中的吸濕介質所吸附,水蒸氣同時發生相變,并釋放出潛熱,轉輪也因吸附了一定的水份而逐漸趨向飽和;這時,處理空氣因自身的水份減少和潛熱釋放而變成干的、熱的空氣。

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