0、概述
    按照工作原理，壓縮空氣烘干機一般被分為冷凍式和吸附式兩類。冷凍式壓縮空氣烘干機運行費用低，但由于其工作原理和結構所限，出口壓力露點不低于2℃，一般在2～10℃之間，這直接限制了冷干機的使用范圍。在一些寒冷地區、長距離管道輸送以及對壓縮空氣的壓力露點有較高要求的場合，吸附式壓縮空氣烘干機成為首選設備。本文通過對吸附式壓縮空氣烘干機的理論和原理分析，對幾種吸附式壓縮空氣烘干機特點進行比較，以求對設計選型和生產使用有所幫助，富通新能源生產銷售滾筒烘干機、氣流式烘干機等干燥烘干機械設備。
1、吸附和再生的機理
    吸附是非均相系統中的兩相界面上發生的傳質與富集過程。當流體與固體顆粒，特別是與某些多孔性顆粒物質接觸時，流體中的某些組分（吸附質）便富集在固體顆粒（吸附劑）中。再生是吸附的逆過程，又稱脫附或解吸。根據不同的表面作用，吸附過程可以分為物理吸附和化學吸附兩種。物理吸附是有分子間作用力和靜電作用力引起的，也稱范德華吸附；化學吸附則是化學鍵的形成引起的。化學吸附的作用力強于物理吸附作用力，而且選擇性也高。
    壓縮空氣的吸附烘干采用物理吸附的方法。當待烘干的壓縮空氣與吸附劑充分接觸時，空氣中的水分子擴散到吸附劑上并因范德華引力而被吸附。與此同時，被吸附的水分子因本身的熱運動及外界氣態分子碰撞，有一部分離開吸附劑表面返回氣相，即發生脫附。當單位時間內水分子的吸附量與脫附量相等時，就達到了一個動態吸附平衡，此時吸附與脫附均在進行，但速度相等。這種動態平衡是在一定的度與壓力條件下建立的。當溫度和壓力改變時，系統原有的平衡關系將被打破建立一個新的平衡關系。圖1和圖2所示為水在吸附劑上的吸附等溫線和等壓線，它們共同描述了吸附過程的熱力學特性。由圖可知，在一定溫度下，水（吸附質）在吸附劑上的吸附量隨氣相中的水汽分壓增大而增大，在一定的壓力下，水的吸附量隨溫度的升高而減少，即在低溫或高壓下水分易被吸附，在高溫或低壓下水分易被解吸。吸附式烘干機就是利用這一原理來實現“吸附一再生一吸附…”的轉換從而達到連續烘干壓縮空氣的目的。
    吸附劑的再生有兩種方式：①無熱再生；②有熱再生。根據吸附劑的再生方式不同，吸附循環又分為3類：①變壓吸附。變壓吸附就是吸附劑在較高水蒸氣分壓下（未經烘干的濕壓縮空氣）進行吸附，在較低分壓下（經減壓后的烘干空氣）被解吸（無熱再生），如無熱再生壓縮空氣烘干機。②變溫吸附。變溫吸附就是吸附劑在常溫下吸附，在較高的溫度下再生（有熱再生），如外加熱鼓風再生壓縮空氣烘干機。③變溫變壓吸附。變溫變壓吸附則是變溫吸附中也伴隨著壓力（再生用烘干氣）的變化，烘干再生空氣壓力低于吸附劑吸附時的空氣壓力，如微熱再生壓縮空氣烘干機。
    我們把吸附和脫附動態平衡時，單位質量吸附劑所吸附的水蒸氣量稱為吸附劑的“靜態吸附量”。而在實際生產中，吸附經常在未到達吸附平衡時就已經結束，因而我們把濕空氣通過吸附劑床層后，吸干機出口壓縮空氣的露點溫度達到設定值時，吸附塔內吸附劑所實際吸附水蒸氣的量稱之為吸附劑的“動態吸附量”。很明顯，吸附劑的靜態吸附量比動態吸附量大。靜態吸附量反應了吸附劑的性能，動態吸附量則是吸附式烘干機的基本參數。
2、吸附劑的選擇
    吸附式壓縮空氣烘干機常采用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、分子篩。它們都具有以下特點：①具有很大的表面積；②化學穩定性較強，一般不與接觸的物質發生化學反應；③具有良好的機械強度和熱強度；④容易再生。常用吸附劑的性能見表
1。吸附劑的吸附性能曲線見圖3、圖4、圖5。
    圖3中顯示，3種吸附劑吸附量隨著壓縮空氣相對濕度的增高而上升，隨著相對濕度的下降而減少。其中分子篩在低濕度情況下仍然有較強的吸附能力。圖4中顯示，吸附劑的吸附能力隨著水蒸氣分壓的降低而降低，其中分子篩在分壓很低的情況下仍然有吸附能力。
    圖5中顯示，吸附劑吸附量與吸附溫度的關系是：吸附溫度越低，吸附劑的吸附能力越強。
    硅膠雜質少，化學穩定性比較高，耐磨耐熱性也比較好，靜態吸附量比較高。但是在吸附的水蒸氣凝成水滴或遇到液態水時，顆粒容易破碎，特別是有壓力存在的時候尤為明顯。因此，硅膠在吸附式壓縮空氣烘干機中較少使用。
    活性氧化鋁對水有較強的親合力，再生溫度比較低，有很高的表面硬度和抗壓強度，在靜壓力作用下不易破碎，在交變壓力下也不易磨損，因而在吸附式壓縮空氣烘干機中廣泛使用。
    分子篩有許多優異的特點，它可以按照分子的大小形狀來選擇性吸附，對極性分子和不飽和分子具有選擇吸附性，極性越大，不飽和越高，其選擇吸附性越強。它還具有強烈的吸水性，在較高的溫度、較大的空氣流速和含水量低的情況下仍然有相當高的吸水容量。分子篩也有一些缺點，機械強度有限，抗水滴性能不強，在壓力下容易破碎，長期使用堆積比重可增加20%，再生能耗較高。所以，分子篩主要使用在有較高要求的吸附式壓縮空氣烘干機中。
3、吸附式壓縮空氣烘干機的工藝結構特點
    按照再生方式的不同，吸附式壓縮空氣烘干機分為無熱再生吸附式壓縮空氣烘干機和有熱再生吸附式壓縮空氣烘干機。有熱再生吸附式壓縮空氣烘干機又分為內加熱再生烘干機、外加熱再生烘干機（也稱微熱再生烘干機）、外加熱鼓風再生烘干機和壓縮熱再生烘干機等。
3.1  無熱再生吸附式壓縮空氣烘干機
    無熱再生烘干機再生時沒有外界熱量，而是采用了變壓吸附PSA(Pressure Swing Adsorption)原理，所需的再生烘干空氣占其處理量的12%-16%之間。吸附劑通常為活性氧化鋁或分子篩。活性氧化鋁適用于壓縮空氣的進口溫度不超過40℃、．壓力露點一般不低于-40℃的場合；分子篩允許最高的壓縮空氣進口溫度為55℃，壓力露點溫度可達-70℃以下。在無熱再生烘干機中，通過吸附劑吸附產生的溫升相對較少，因為吸附的水蒸氣不多。在正常運行中，壓縮空氣的出口溫度比進口溫度高2-6℃。無熱再生烘干機的結構比較簡單，其結構原理見圖6。
    吸附塔的底部安裝了篩網2，出口處安裝了圓
柱狀的金屬絲網3以防止吸附劑被壓縮空氣吹出吸附塔。兩個吸附塔的進出口分別由管道相互連接，為了使兩個塔之間進行切換并獨立運行，連接處安裝了相關閥門。無熱再生烘干機下部的壓縮空氣進口處一般設有4個閥門，其中2個為切換閥，另2個為排放閥，排放閥6控制吸附塔卸壓、再生氣排放和再生完成后吸附塔的均壓；2個切換閥1-A、1-B控制了壓縮空氣的流動方向，即決定了吸附和再生的切換。在運行時這4個閥門對角動作。在小型吸干機中，采用電磁閥作為切換閥，在大型吸干機中采用氣動球閥、氣動蝶閥。在吸干機上部出口處，烘干后的壓縮空氣通過止回閥4進入管網。同時，部分再生用烘干空氣通過旁通管進入需要再生的吸附塔，旁通管上安裝有孔板或球閥5，孔板孔徑或球閥開啟度決定于所需的再生氣量。
    工作流程：烘干機開機后，A塔吸附運行，B塔再生。在預先設定的時序控制下，切換閥1-A打開、l-B關閉，排放閥6-B打開、6-A關閉，濕空氣進入A塔，烘干后的空氣通過止回閥4-A排入下游管線；部分烘干壓縮空氣在壓差的作用下通過孔板5流向B塔，其壓力被降至接近大氣壓，由于降壓后空氣體積同比例增大，使再生用空氣的相對濕度只有烘干空氣的幾分之一，這樣這種特別烘干的再生空氣中的水蒸氣分壓遠遠低于B塔內吸附劑床層的水蒸氣分壓。吸附床層中的水蒸氣在壓差的作用下釋放至再生空氣中并被帶走，再生空氣通過排放閥6-B和消聲器7排人大氣。再生結束后，A、B塔不能馬上切換，而是先關閉排放閥6-B，B塔壓力升高至系統壓力，即“均壓”過程。因為再生時，吸附塔處于大氣壓狀態，與吸附狀態有較大的壓差，如果直接切換會導致壓力沖擊，嚴重時會引起機械故障。當兩個吸附塔的壓力相同時，控制系統發出信號進行切換，即A塔再生、B塔吸附。無熱再生吸干機所需要的閥門較少，這些切換閥常直接或間接由時間繼電器或PLC控制。
    運行特點：①工作周期短。由于常溫再生空氣只能脫附吸附劑外表面的濕氣，因此只利用了吸附劑外表面的吸附功能，吸附劑的吸附量一般在0.5%以下。在無熱再生烘干機中，吸附被近似地認為是等溫過程，再生時需要盡量利用儲存在吸附床層中的吸附熱。吸附時間越長，被烘干空氣帶走的吸附熱越多，影響再生效果，嚴重時無法再生。基于上述兩方面原因，無熱再生烘干機的工作周期不能太長，一般為10min。無熱再生烘干機的短工作周期決定了相關閥門的高動作頻率。如工作周期為10 min的吸干機，吸附／再生每5 min切換一次，切換閥、排氣閥等也每5min動作一次，每小時需要動作12次。如果每年按8000 h計，無熱再生烘干機的相關閥門在一年中需動作96 000次。因此，在無熱再生烘干機中，切換閥是比較容易損壞的部件，切換閥的質量直接影響吸干機的正常運行。②再生氣量大。無熱再生烘干機以變壓吸附原理進行工作，其再生方式是變壓再生，即用部分烘干的壓縮空氣降壓后對吸附劑進行解吸，外界并沒有熱量加入，因此再生氣量相對較大。要減少再生氣量，只有提高進氣壓力和降低進口溫度。③壓力降。無熱再生烘干機的壓力降包括管道、閥門和吸附床層等壓力損失之和。圖7是高度為1m的吸附床層，在不同空塔流速和操作壓力下的壓力損失，單位為HirrlH20(9.8Pa)。
3.2有熱再生壓縮空氣烘干機
    有熱再生壓縮空氣烘干機按變溫吸附(TSA)原理進行吸附劑再生，再生條件比無熱再生烘干機優越。加熱能脫附吸附劑內表面的水蒸氣，使吸附劑實現深層吸附，因此有熱再生烘干機中吸附劑的動態吸附量遠遠比無熱再生烘干機中的吸附劑動態吸附量大。
    相對于無熱再生烘干機而言，有熱再生烘干機的種類就比較多，但其吸附原理是一樣的，主要區別在于加熱方式、再生氣來源等方面。
    (1)內加熱再生壓縮空氣烘干機
    其特點是加熱器安裝在吸附塔內，加熱器直接對吸附劑加熱，使富集在吸附劑上的水蒸氣脫離其表面，并用少量烘干的再生氣把水蒸氣帶出吸附塔外。由于吸附劑的導熱性較差，因此吸附塔內的吸附劑無法得到均勻加熱，導致再生不完全。另外由于加熱器安裝在吸附塔內，帶來了維護困難、不夠安全等缺點，因此此類烘干機已基本淘汰。結構原理見圖8。
    (2)微熱再生壓縮空氣烘干機
    微熱再生壓縮空氣烘干機結構布置比無熱再生烘干機稍微復雜，主要增加了再生氣加熱器8，烘干機上部多了兩個止回閥9。不同生產廠家對微熱再生的理解不盡相同，因而再生溫度、工作周期、吸附劑充填量等參數的差別很大（而無熱再生烘干機的結構參數比較接近）。
    工作流程：烘干機開機后，A塔吸附運行，B塔再生。在預先設定的時序控制下，切換閥1-A打開、1-B關閉，排放閥6-B打開、6-A關閉，濕空氣進入A塔，烘干后的空氣通過止回閥4-A排人下游管線；部分烘干壓縮空氣在壓差的作用下通過孑L板5流入再生氣加熱器8，被加熱至設定溫度并進入B塔內解吸潮濕的吸附劑，使吸附劑再生。潮濕的再生空氣通過排放閥6-B和消聲器7排人大氣。這一再生階段稱為“加熱階段”。加熱再生持續一段時間后，出口再生空氣溫度達到設定值，再生氣加熱器就停止加熱。未加熱的再生烘干空氣進入B塔內對吸附床層進行冷卻，使其恢復至吸附時的溫度，這一階段稱為“冷吹階段”。冷吹結束后，B塔進行“均壓”，最后完成整個再生過程。微熱再生吸干機的控制系統比無熱再生烘干機復雜。除了控制相關閥門外，還需要根據再生溫度控制加熱器的運行。一般均采用采用PLC和相關的溫控裝置實現控制。
    運行特點：①工作周期相對較長。微熱再生烘干機中的吸附劑是深層吸附，其動態吸附量比無熱再生烘干機中的大，相同數量吸附劑可處理更多的壓縮空氣，即吸附時間可以適當延長。由于吸附劑的導熱系數較小，因此再生時把吸附劑床層溫度加熱至所需的再生溫度需要較長的時間。從微熱再生烘干機的再生過程我們知道，加熱再生結束后還需要對吸附床層進行冷卻（冷吹），這同樣需要較長的時間。由于上述兩方面的原因，微熱再生烘干機的工作周期相對較長，一般為90-120 min。②再生氣量比無熱再生小，需要消耗額外的能源。微熱再生烘干機的再生氣量由加熱再生氣耗和冷吹氣耗兩部分組成。加熱階段的再生氣量決定于再生所需要的熱量，因為該階段的再生氣主要作為再生熱帶入吸附塔的載體。加熱再生階段所需的熱量由以下幾部分組成：吸附劑所吸收的熱量——吸附熱，取決于在操作壓力下吸附劑吸附的水量。吸附量大，釋放的吸附熱就多。在加熱再生階段，再生耗氣量約為進氣量的5%左右。冷卻空氣用量取決于在冷吹階段需要帶走的熱量。在正常冷吹條件下，冷卻空氣需要量約為4%~8%。結合這兩部分再生氣量，再生氣耗約為9%～13%。有廠家能做到7%。③加熱器功率。微熱再生的加熱器功率決定于加熱階段所需要的總熱量，微熱再生烘干機的電加熱器功率約為0.5kW/m3。④壓力降。與無熱再生烘干機基本相同。
    (3)外加熱鼓風再生壓縮空氣烘干機
    外加熱鼓風再生烘干機被認為是有熱再生烘干機的經典產品，它的一大特點就是在加熱再生階段用的再生空氣是取自環境的空氣，只在冷吹階段使用烘干后的壓縮空氣，因此其有效供氣量比微熱再生烘干機高。外加熱鼓風再生烘干機的外形如圖10所示。其再生部分比微熱再生烘干機多1臺鼓風機用以抽取環境空氣。其吸附原理及過程與微熱再生基本相同。在外加熱鼓風再生烘干機中的吸附劑動態吸附量較大，有報道最高的可達達到16%-1 8%，幾乎接近靜態吸附量。吸附時放出的熱量也高，出口空氣溫度比進口空氣溫度高12-20℃。為了實現連續運行，吸附劑要求再生徹底、完全，因此其再生溫度要高。
    外加熱鼓風再生烘干機的再生階段也分為：加熱一冷吹一均壓3部分。加熱階段和部分冷吹階段所用的再生空氣取自大氣。冷吹階段后期，吸附床層溫度較低，吸附劑已具有吸附能力。由于環境空氣是濕空氣，因此如果冷吹后期的再生空氣仍然是環境空氣的話，吸附劑（尤其是吸附塔上部）會吸附其中的水蒸氣。在切換投入吸附的開始階段，出口壓縮空氣的露點溫度會比較高，并出現露點峰值。為了避免這種現象，冷吹階段后期（約th）的再生空氣必須使用烘干后的壓縮空氣，用量約為5% -12%，整個再生階段的平均烘干空氣用量在3%以上。外加熱鼓風再生烘干機的技術參數如下：工作周期：一般為8h；吸附劑充填量：25-30 kg/m3；加熱器功率：0.8～1.0 kW/m3；再生耗氣量：3%以上；再生溫度：硅膠120-180℃、活性氧化鋁150-200℃、分子篩：180～320℃；出口露點溫度：-40℃。
    (4)壓縮熱再生壓縮空氣烘干機
    它是利用空壓機的壓縮熱再生的吸干機。這種烘干機的設計思想是：空氣在被壓縮過程中體積縮小，溫度升高。由于氣體的焓是溫度的單值函數，當空壓機的最終排氣溫度與吸氣溫度相等時，其焓值是不變的，這意味著空壓機所作的壓縮功全部變為熱量而被冷卻水或外界大氣帶走。這部分壓縮熱的數量相當可觀。1臺空氣壓縮機產生的壓縮熱完全滿足相同流量吸附式烘干器的再生熱需求。目前這一類型烘干機有兩種形式：①直接利用空壓機排出的未經后部冷卻器冷卻的熱壓縮空氣進行再生。此類烘干機的再生方式與外加熱鼓風再生烘干機相似，都用潮濕空氣作為再生空氣。但再生程度前者比后者差得多。這是因為：根據吸附劑有熱再生原則，吸附劑再生徹底與否取決于再生空氣的溫度和含濕量。壓縮熱再生烘干機的再生溫度取決于空壓機的排氣溫度，一般活塞式空氣壓縮機的排氣溫度按規定不超過160℃，實際運行中排氣溫度很少有達到160℃的情況，有時甚至低至110℃，而螺桿空壓機的排氣溫度更低，用這樣低的排氣溫度用于吸附劑再生效果并不理想。再生氣體溫度低造成了再生的不完全，而再生不完全的后果就是成品氣的露點高。而外加熱鼓風烘干機不存在這一情況。空壓機的二級缸排氣的含濕量與環境空氣的相對濕度有關。壓力狀態下單位體積空氣的水蒸氣量比常壓空氣多，這就決定了此類烘干機的再生不可能很徹底，除非環境空氣的相對濕度很低。總之，此類烘干機的在再生溫度不太高的情況下，出口露點溫度受環境的影響很大，根據不同季節、不同地區，該類烘干機的出口露點溫度在-10～-40℃之間變化，不適合于要求露點穩定的工藝中。②利用中間加熱器。用空壓機排出的未經后冷卻器冷卻的熱壓縮空氣與烘干后的部分空氣熱交換，提高再生氣的溫度。這種烘干機的結構與微熱再生烘干機相同，只是熱源不是電、蒸汽等，而是熱空氣。由于空壓機排氣溫度不會很高，因此基本屬于微熱再生烘干機一類。4吸附式壓縮空氣烘干機經濟技術分析比較
    吸附式壓縮空氣烘干機經濟技術分析比較見表2。
5、結語
    通過對吸附式壓縮空氣烘干機的對比分析，在工作原理和結構特點及使用特性上對該種烘干機有了比較清晰的了解，期望能在選型和生產使用方面有所幫助，針對不同的使用場合選用相適應的配套設備，在生產中能夠使設備盡可能的發揮良好的作用獲得高品質的產品，取得較好的社會經濟效益，富通新能源生產銷售的滾筒烘干機、氣流式烘干機等烘干機械設備是用戶們選擇烘干設備不錯的選擇。


相關烘干機產品：
1、滾筒烘干機
2、氣流式烘干機