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冷凍干燥機原理
冷凍式干燥機工作原理結構圖
時間:2021-11-19 瀏覽次數:1052
1、基本原理壓縮空氣可通過加壓、冷卻、吸附等方法來達到去除水蒸氣的目的。冷凍式干燥機就是應用了冷卻的方法。我們知道,空壓機壓縮的空氣包含各種氣體以及水蒸氣,所以均為濕空氣。濕空氣的含濕量與壓力總體上成反比,即壓力越高,含濕量越少??諝鈮毫μ岣吆?,空氣中超出可能含量的水蒸氣將凝析成水(也就是說壓縮后的空

1、基本原理

壓縮空氣可通過加壓、冷卻、吸附等方法來達到去除水蒸氣的目的。冷凍式干燥機就是應用了冷卻的方法。

我們知道,空壓機壓縮的空氣包含各種氣體以及水蒸氣,所以均為濕空氣。濕空氣的含濕量與壓力總體上成反比,即壓力越高,含濕量越少??諝鈮毫μ岣吆?,空氣中超出可能含量的水蒸氣將凝析成水(也就是說壓縮后的空氣體積變小,不能容納原有的水蒸氣)。

冷凍式干燥機工作原理結構圖

這就相對于原來吸入時的空氣來說,含濕量變小了(這里指的是這部分壓縮空氣恢復到未壓縮狀態相比較而言)。

但空壓機的排氣仍然是壓縮狀態的空氣,其水蒸氣含量處于**可能值,也就是處于一種氣態和液態的臨界狀態。這時的壓縮空氣稱為飽和狀態,所以只要再稍微加壓,馬上就有水蒸氣由氣態變為液態,也就是凝析出水。

PS.幫助理解:假設空氣是一團吸了水的濕海綿,其含濕量就是吸入的水分。如果用力從海綿中擠壓出一些水,那么,這團海綿的含濕量相對就減小了。如果放手讓海綿恢復,自然就比原來的海綿要干燥。這也就達到了通過加壓來除水干燥的目的。

如果在擠壓海綿不斷有水流出的過程中,到達某一個力度后不再加力,則水被擠出將停止,這就是飽和狀態。繼續再加大擠壓的力度,仍然還有水流出。

所以,空壓機本體本身就具有除水的功能,用到的方法就是加壓,只不過,這不是空壓機的目的,而是“討厭”的累贅。

為什么沒有將“加壓”作為壓縮空氣的除水手段呢?這主要是因為經濟性,提高1公斤壓力。消耗7%左右的能耗是相當不劃算的。

而“冷卻”除水則相對比較經濟,冷凍式干燥機是利用如空調除濕相似的原理達到目的。因為,飽和水蒸氣的密度都是有極限的,在氣動壓力(2MPa范圍內),可以認為飽和空氣中水蒸氣的密度只取決于溫度高低,而與空氣壓力無關。

冷凍式干燥機結構原理,冷凍式冷干機結構原理

溫度越高,飽和空氣中的水蒸氣的密度越大,水也就越多,反之,溫度越低水越少(這個從生活常識就能理解到,冬季干冷,夏季濕熱)。

將壓縮空氣冷卻到盡量低的溫度,使其所含水蒸氣的密度變小,形成“結露”,匯聚這些結露形成的小水滴,并且排出去,就達到了去除壓縮空氣中水分的目的。

因為涉及到結露凝析成水這一過程,所以溫度也不能低于“冰點”,否則出現結冰現象將不能有效排水。通常冷凍式干燥機的標稱“壓力露點溫度”大多為2~10℃。

如0.7MPa的10℃的“壓力露點”換算成“常壓露點”為-16℃??梢岳斫鉃?,在不低于-16℃的環境下使用時,壓縮空氣向大氣排氣不會有液態水出現。

壓縮空氣的所有除水方式都只是相對干燥,滿足某一要求的干燥度。**的去除水分是不可能辦到的,超出使用需求的追求干燥度也是非常不經濟的。

2、工作原理與結構圖

壓縮空氣冷凍式干燥機,通過對壓縮空氣冷卻降溫,使壓縮空氣中的水蒸氣凝結成液滴,從而達到減少壓縮空氣含濕量的目的。

凝結出的液滴經過自動排水系統排出機外。只要干燥機出口的下游管路所處的環境溫度不低于蒸發器出口露點溫度,就不會產生二次結露的現象。

冷凍式干燥機工作原理結構圖

3、工作流程

壓縮空氣流程:

壓縮空氣進入空氣熱交換器(預熱器),將高溫的壓縮空氣溫度初步降低,再進入氟利昂/空氣熱交換器(蒸發器),壓縮空氣在其中被極速冷卻,大幅降低溫度至露點溫度,析出的液態水與壓縮空氣在水分離器中進行分離,被分離出來的水份利用自動排水裝置將水份排出機外。

冷凍式干燥機結構原理,冷凍式冷干機結構原理

壓縮空氣與低溫制冷劑在蒸發器中換熱,此時的壓縮空氣溫度是很低的,近似等于露點溫度2~10℃。如果沒有特殊要求(即對壓縮空氣沒有低溫的要求),通常壓縮空氣將再回到空氣熱交換器(預熱器)中,與剛進入冷干機的高溫壓縮空氣進行換熱。這樣做的目的:

① 有效利用干燥后的壓縮空氣的“廢冷”對剛進入冷干機的高溫壓縮空氣進行預冷卻,以降低冷干機的制冷負荷;

② 防止干燥后的低溫壓縮空氣引起后端管道外部出現結露、滴水、生銹等二次問題。

制冷流程:

制冷劑氟利昂進入壓縮機,經過壓縮后壓力升高(溫度也升高),到稍大于冷凝器內的壓力時,高壓制冷劑蒸氣排入冷凝器中。在冷凝器內,溫度和壓力較高的制冷劑蒸氣與溫度較低的空氣(風冷)或冷卻水(水冷)進行熱交換,從而將制冷劑氟利昂冷凝為液態。

這時液態制冷劑再經毛細管/膨脹閥降壓(降溫)后進入氟利昂/空氣熱交換器(蒸發器),在蒸發器內吸收壓縮空氣的熱量而氣化。被冷卻物體-壓縮空氣得到冷卻,而氣化的制冷劑蒸氣又被壓縮機吸走,開始下一個循環。

制冷劑在系統中經過壓縮、冷凝、膨脹(節流)、蒸發四個過程完成了一個循環,通過連續不斷制冷循環,實現了冷凍壓縮空氣的目的。

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