【正文】 料加工 2 6 1 機(jī)床 4 3 5 采礦 4 5 5 包裝與紡織機(jī)械 4 3 3~2 攝影膠片生產(chǎn) 1 1 1 土木建筑 4 5 5 鑿巖機(jī) 4 5~2 5 噴砂 3 3 噴漆 3 3~2 1 烘干機(jī) 4 6 5 三、壓縮空氣中的水分問題 理論上用到的完全干空氣（ Dry Air）在自然界中是不存在的，我們生活的環(huán)境中或多或少都含有水分，稱為濕空氣（ Wet Air）。含在空氣中的水分，大多以水蒸氣的形式存在，我 們無法看見，感覺空氣并不潮濕。但我們也可觀察自然界中的小草上的露水、大地上的霜降、天空中的浮云，這都是空氣中的水蒸汽變化形成的：露水和霜降是由于夜晚溫度太低，空氣中的水冷凝出來的，溫度再低就形成了霜；云是水蒸氣上升后，溫度壓力都降低了，空氣中的水冷凝出來了，聚集在天空便成了云。而空氣中的水進(jìn)入壓縮機(jī)后，其變化又是怎樣的呢？下面就來了解一下，空氣的相關(guān)性質(zhì)。 1． 壓縮氣體基本理論 波義爾（ BOYLES）定律：對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，壓力和它的體積成反比。公式： P1V1 = P2V2。 查理（ CHARLES）定律：在一定壓力下，溫度每升高 1℃，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，其體積增加 1/273。 基路沙（ GAY LUSSAC）定律：壓力不變，氣體體積的增加與溫度成正比，V1 / V2 = T1 / T2；在體積不變時(shí)，壓力和溫度成正比， P1 / T1 = P2 / T2。 理想氣體狀態(tài)方程式： P1V1 / T1 = P2V2 / T2 = 常數(shù)。 伯努利（ Bernoulli39。s）方程：水平流動(dòng)的流體流過管徑不同的管道時(shí)，在點(diǎn) 1和點(diǎn) 2 的總能量相同， P1 + 1/2 ρV1 2 = P2 + 1/2 ρV22。 道爾頓分壓定律（ Dalton’s Law of Partial Pressures）：將許多不同且彼此不會(huì)起化學(xué)反應(yīng)的氣體共置于一密閉容器中，其總壓力等于同溫度時(shí)，各氣體單獨(dú)占有容器時(shí)所產(chǎn)生的壓力之和。 2．壓縮空氣性質(zhì)術(shù)語說明 1）．干空氣（ Dry Air） 基準(zhǔn)狀態(tài) (Normal condition )0℃ ，壓力 760mmHg 下標(biāo)準(zhǔn)桿空氣成分如下表 成分 N2 O2 Ar CO2 容積組成 % 重量組成 % 此狀態(tài)下干空氣性質(zhì)如下：比重量 = kg/Nm3 分子量 = 2）．濕空氣（ Wet Air ） 自然界中的大氣，除上述空氣成分外，還存有或多或少的水分，所謂空氣指的是干空氣。根據(jù)道爾分壓頓定律有： Po(濕空氣壓力 )=PD(干空氣分壓 )+PW（水蒸氣分壓） 濕空氣是干空氣與水蒸氣所混合的氣體。其中當(dāng)濕空氣在某一溫度時(shí)，水蒸氣的分壓力最高不得超過此溫度下飽和壓力，即在某一溫度下的濕空氣，它的水蒸氣最高含量已定，飽和壓力僅與溫度有關(guān)，與總 壓力大小無關(guān)。例如，在 1大氣壓， 30℃ 時(shí)，水蒸汽的最高分壓力為 ，即使在總壓力 10 kg/cm2 ， 30℃ 時(shí)，水蒸氣的最高分壓力仍為 。 3）．絕對(duì)濕度（ Absolute Humidity）或（ Specific Humidity） χ 1m3濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量 ,從絕對(duì)濕度定義看，絕對(duì)濕度即為濕空氣中水蒸氣的密度 ρv 。 b. 單位質(zhì)量的干空氣中攜帶水蒸氣的質(zhì)量 ,單位 kg/kg。 （國內(nèi)稱為含濕量） 對(duì)于濕 空氣而言 P=PD+Pw χ =Mw/MD Mw:水蒸氣品質(zhì) MD：干空氣質(zhì)量 χ =0 表示完全干空氣 ；χ =∞ 表示無空氣之蒸汽，完全水蒸氣。 4）．相對(duì)濕度（ Relative Humidity）φ φ =相對(duì)濕度（ ） =壓力同一溫度下飽和水蒸氣 力某一溫度下之水蒸氣壓 100% 對(duì)于濕空氣而言： φ =Pw/Ps 100% Ps 表示在 Pw之溫度時(shí)的飽和蒸氣壓 相對(duì)濕度 ≒ 飽和度 =最大含量立方米空氣中水蒸汽的當(dāng)時(shí)溫下 量立方米空氣的水蒸氣質(zhì)當(dāng)時(shí) 1 1 100% 例如： 30℃ 時(shí) 1m3的空氣中含有 30g 的水蒸氣為飽和時(shí)，今有一地方， 在1m3173。 的空氣中含有 12g 水蒸氣，則其濕度等于 12g/30g 100%=40%,即相對(duì)濕度為40%RH。φ =0表示完全干空氣，φ =1表示飽和時(shí)空氣，表達(dá)所處狀態(tài)的含水能力。 5）．飽和濕空氣（ Saturated Air） 空氣吸收水分的能力與當(dāng)時(shí)該空氣的壓力與溫度有著密切的聯(lián)系。在某一溫度和壓力下，空氣由吸收水分的最高限度。如果實(shí)際含有的水分沒達(dá)到最高限度，只要有水源，空氣可以繼續(xù)吸收水分，若超過限度稱為過飽和狀態(tài)，這種狀態(tài)不穩(wěn)定，過多的水分將凝為液態(tài)。若處于此最高限度時(shí)，無論空氣周圍有無水源，其也無法 吸收，此時(shí)空氣稱為飽和濕空氣，即相對(duì)濕度 100%RH 的濕空氣。 6）．大氣露點(diǎn)溫度（ DewPoint） 對(duì)于濕空氣，其壓力不變，保持未飽和濕空氣中水蒸氣的含量不變，而降低未飽和濕空氣溫度，則未飽和濕空氣的相對(duì)濕度 φ 增加，當(dāng)未飽和濕空氣含量的溫度降到使其相對(duì)濕度 φ=100% 時(shí)，原來的未飽和濕空氣即達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)若再降低溫度，空氣中的水蒸氣將凝結(jié)，此時(shí)的溫度稱為露點(diǎn)溫度。 3．壓縮空氣中的水分問題 空氣受到壓縮時(shí)，溫度上升，溫度越高，空氣的汗水能力越強(qiáng)。例如，壓力為 kg/cm2 的壓縮空氣，此時(shí)空氣已經(jīng)壓縮為原來體積的 1/9，但由于壓縮后溫度很高，使水蒸氣仍能隱形存在，此狀態(tài)下仍為不飽和濕空氣；但是，當(dāng)壓縮空氣經(jīng)由管路輸送時(shí)，溫度漸漸下降，隨時(shí)會(huì)有冷凝水凝出影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這些冷凝水就是空氣壓縮機(jī)和用氣設(shè)備的問題水。 1）．濕空氣經(jīng)壓縮后濕度的變化 依據(jù)道爾頓分壓定律： Po(濕空氣壓力 )=PD(干空氣分壓 )+PW（水蒸氣分壓） 理想氣體狀態(tài)方程： PDV=MDRDT PWV=MwRwT R 氣體常數(shù) 可得： Mw/MD=PwRD/PDRw Mw/MD =χ 絕對(duì)濕度 ， Pw=φ Ps,Ro= mol/176。 K Rw= mol/176。 K 可得：χ =PsPPs??? 2）．壓力露點(diǎn)（ Pressure dewpoint） 經(jīng)壓縮后之濕空氣，由于壓力升高，體積減小，原來含在其中的水蒸氣包容空間減小，隨時(shí)有顯形的可能，剛要顯形凝聚的溫度，稱之為壓力露點(diǎn)。 3）．壓縮空氣壓力露點(diǎn)之溫度計(jì)算 水的飽和蒸汽壓和露點(diǎn)溫度是意一一對(duì)應(yīng)的，知其一就可查到另外一個(gè)，查表一，露點(diǎn)溫度非 排氣溫度 。 公式： χ =PsPPs??? 吸氣壓力： P1 吸氣溫度： T1 相對(duì)濕度： φ 1 排氣壓力： P2 排氣溫度： T2 相對(duì)濕度： φ 2=1 T1時(shí)的飽和蒸汽壓 Ps1 T2時(shí)的飽和蒸汽壓 Ps2 χ =11111 PsP Ps??? =22222 PsP Ps??? Ps2=φ 1 P2 /P1 Ps1 例：有一臺(tái)空壓機(jī)，吸氣壓力為 1kg/cm2，溫度 30℃ ，相對(duì)濕度 80%RH，排氣壓力 kg/cm2，試求所得壓縮空氣的壓力露點(diǎn)。 解：查表一得 30℃ 時(shí)， Ps1=Ps2=φ 1 P2 /P1 Ps1= = kg/cm2 再查表一 Ps2== kg/cm2173。173。所對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度約為 ℃。 也就是說，常壓下的飽和或不飽和空氣，壓縮后當(dāng)溫度低于某一特定溫度 壓力露點(diǎn)后，壓縮空氣中就會(huì)冷凝出水。 下表所示為 。 常壓露點(diǎn) ℃ 60 40 20 15 0 壓力露點(diǎn) ℃ 43 4）．壓縮空氣冷凝水計(jì)算 例：有一臺(tái)空氣壓縮機(jī)，風(fēng)量 10 m3/Min，每日運(yùn)轉(zhuǎn) 10 小時(shí)，吸氣壓力 ，溫度 32℃ ，相對(duì)濕度 60%RH,排氣壓力 kg/cm2，試問此壓縮空氣能卻至 40℃后，凝結(jié)出多少水？ 解：（ 1）計(jì)算基準(zhǔn)狀態(tài)（ Normal condition）下的干空氣風(fēng)量 32℃ 時(shí)，飽和蒸汽壓 Ps1=173。173。173。 32273 10)( ? ????? Vo Vo= Nm3/Min G（干空氣重） = 60 10= (kg) (2)計(jì)算吸氣狀態(tài)下之絕對(duì)濕度 χ =PsPPs???= 48 ?? ? =(kg/kg) (3)計(jì)算壓力狀態(tài)下之絕對(duì)濕度 Ps2=φ 1 P2 /P1 Ps1= = kg/cm2173。173。， 查表一可得此時(shí)所對(duì)應(yīng)的露 點(diǎn)溫度約為 ℃，故 40℃ 時(shí)呈飽和 , 即 RH=100%， 40℃ 時(shí)飽和蒸汽壓為 kg/cm2。 χ ’= PsPPs???= 0752 75231 ??? =(kg/kg) (4)凝結(jié)水量 M= G（ χ χ ’ ） =（ ） =(kg) 即壓縮機(jī)工作一天，有 冷凝水產(chǎn)生，如此之多的水若不處理，進(jìn)入壓縮機(jī)系統(tǒng)和用氣設(shè)備中，其后果可想而知。 四、壓縮空氣中水分的 干燥 在我們的生活環(huán)境的空氣中多少都含有水分，這部分水進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮后，由于溫度壓力的變化，便會(huì)有冷凝水析出，嚴(yán)重影響壓縮機(jī)機(jī)組的運(yùn)行和其它用氣設(shè)備的性能壽命，因此去除空氣中的水分是十分必要的 。 干燥是相對(duì)的，也就是在某種需求被視為干燥的空氣，在其它用途時(shí)仍被視為不夠干燥。因此，壓縮空氣需要何種程度的干燥，來滿足和中需求，是設(shè)計(jì)或選擇干燥機(jī)時(shí)，首要考慮的因素。因?yàn)檫x擇不需要太低露點(diǎn)的干燥機(jī)，將增加采購與運(yùn)轉(zhuǎn)成本。根據(jù)以上幾種不同的理論方法，我們就可以開發(fā)出不同的壓縮空氣干燥機(jī)來 ，除去壓縮空氣中的水分 。 1．吸附干燥法 吸附干燥法利用吸附劑對(duì)水分的吸附性能，如硅膠，活性氧化鋁和分子篩等，它們對(duì)水分都具有很強(qiáng)的吸附能力。吸附劑的吸濕過程是物理變化，是可再生的，在高壓下吸附，低壓下解吸，即變壓吸附（ PSA）；也可在常壓吸附，加熱時(shí)再生，即變溫吸附（ TSA）；或者高壓常溫吸附，常壓高溫解吸（ PTC）。這類吸附干燥的干燥度可以達(dá)到常壓露點(diǎn) 70℃。 利用此種原理的稱為吸附式干燥機(jī)圖41，詳細(xì)介紹見附錄一。 圖 41 吸附式干燥機(jī) 2．潮解干燥法 潮解式干燥器也是利用吸附劑對(duì)水分的吸附特性，只不過潮解式的吸附劑在吸附水分后，變成液態(tài)排出，朝節(jié)后的吸附劑不能再生，而且會(huì)造成環(huán)境污染。這種方法又稱為化學(xué)法。這類干燥器可達(dá)到 38℃ 左右的露點(diǎn)。 3．冷凍干燥法 冷凍干燥法是利用制冷壓縮機(jī)產(chǎn)生的冷量對(duì)壓縮空氣進(jìn)行冷卻，使壓縮空氣達(dá)到其壓 力所對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度，從而使壓縮空氣中的水分析出，達(dá)到干燥目的。這類干燥法的干燥度可以達(dá)到常壓露點(diǎn) 23℃。 利用此種原理的稱為冷凍式干燥機(jī)圖 42，詳細(xì)介紹見附錄一。 圖 42 冷凍式干燥機(jī) 4．膜分離干燥法 利用膜分離技術(shù)對(duì)壓縮空氣進(jìn)行干燥是 一種極有前途的干燥方式。壓縮空氣經(jīng)過中空纖維薄膜時(shí)，為中物質(zhì)的滲透壓不同，使水從壓縮空氣中分離出來，從而達(dá)到干燥效果。 利用此種原理的稱為膜分離干燥機(jī)圖 43。 圖 43 膜分離干燥機(jī) 五、壓縮空氣的過濾 眾所周知，在人們生活的空間，尤其在生產(chǎn)環(huán)境中的氣體都包含著數(shù)以百萬計(jì)的污物微粒，它們通過壓縮 機(jī)數(shù)倍的壓縮后進(jìn)入壓縮空氣系統(tǒng)，大量的油蒸汽和懸浮微粒將不可避免的在氣動(dòng)管道、儀表組件、控件裝置及機(jī)械表面形成有害物質(zhì)的渣質(zhì)沉積，若不除去，隨氣流輸送必將會(huì)造成堵塞和污染設(shè)備、管道、閥門、侵蝕氣動(dòng)儀表、氣缸、造成操作失靈、使用壽命降低、導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)成本上升等嚴(yán)重后果。 壓縮空氣凈化設(shè)備中還有一種以除油、除塵、除臭、除氣態(tài)油蒸汽為主的過濾裝置，稱為過濾器，見圖 51。 圖 51 過濾器 1．過濾方法 壓縮空氣過濾器 采用離心分離、慣性踫撞過濾、吸附吸收，以及靜 電除塵法達(dá)到對(duì)壓縮空氣中的固體顆粒、液滴、油霧的清除。離心法和慣性踫撞法的過濾精度較低，要獲得更高質(zhì)量的壓縮空氣，可采用多孔陶瓷組件、燒結(jié)金屬、泡沫塑料及編織物或孔徑在制造時(shí)已經(jīng)設(shè)定的聚四氯乙烯、醋酸纖維等高聚物制成的膜，對(duì)空氣進(jìn)行過濾。前者過濾精度為 ~20um,后者的過濾精度為 m以下。靜電處理法，可處理 ~ m的雜質(zhì)。在食品、醫(yī)療和化工行業(yè)，采用相應(yīng)的吸附劑對(duì)壓縮氣體中的其它氣體和異味進(jìn)行吸附，如用煤基吸附劑吸附二氧化硫，用強(qiáng)堿性離子交換纖維吸附二氧化碳等。 一般情況下，為了獲得 高的過濾效率，單個(gè)過濾器都是采用幾種原理方法組合使用，在干燥器內(nèi)部就有幾種不同形式的過濾，如圖 52 就是一個(gè)典型的六及過濾濾芯。 第一級(jí)為分離區(qū)，通過踫撞、改變方向、膨脹等方式，去除微粒和液滴；第二級(jí)為預(yù)過濾，過濾掉各種臓顆粒，是凝聚過濾更有效；第三級(jí)為活性炭過濾；第四級(jí)為凝聚過濾，在吸收了油霧后由白變紅；第五級(jí)為后過濾，濾除凝聚過濾器中的顆粒；第六級(jí)為終過濾，保證出口氣體質(zhì)量。 2．過濾器衡量參數(shù)和分類 對(duì)于過濾 器 的衡量，常采用以下幾種參數(shù)： 1）．過濾效率：過濾器過濾某種粒徑雜質(zhì)的能力，用百分比表示。 2）．過濾精度：通過過濾器的最大粒子直徑。 3）．透氣率：過濾氣單位時(shí)間內(nèi)單位面積的氣體流通能力。 4）．阻力：壓縮氣體通過過濾器的壓降。 根據(jù)過濾器過濾精度和用途 圖 52，過濾器分類如下： 1）．預(yù)過濾器：過濾精度小于等于 5μ m； 2）．精過濾器：過濾精度小于等于 1μ m，殘油含量 3）．高精過濾器：過濾精度小于等于 m，殘油含量 4）．超級(jí)過濾器：過濾精度小