壓縮空氣凈化與壓縮空氣凈化器

 

　　一 壓縮空氣中塵埃、油、水、細(xì)菌的由來我們知道大氣的主要成份是氦氣，約占78%，其次是氧氣，約占21%，二氧化碳占0.25%，其余為其他氣體和雜質(zhì)等。

　　其它氣體包含人們常說的氦、氖、氬、氙、氪等微量氣體以及水蒸氣。其它雜質(zhì)指飄浮于空氣中的灰塵、細(xì)菌、氣溶劑等。

　　在通常情況下，空氣是無色透明的，我們用肉眼在不經(jīng)意中很難看到空氣中的雜質(zhì)。如果一縷陽光照射到屋內(nèi)，此時你可以看到原本透明的空氣，在陽光的照射下，塵埃經(jīng)光線折射、反射等作用，明顯地飄浮于空氣中，大大小小、密密麻麻。經(jīng)科學(xué)統(tǒng)計，在室內(nèi)環(huán)境下，每立方米的空氣中，大于0.5μ以上的塵埃粒子數(shù)大約為4000萬～5000萬個。而依附于塵埃粒子中的細(xì)菌更是不計其數(shù)。

　　在空壓機(jī)的作用下，如果不考慮與外界的熱交換，依據(jù)相關(guān)公式的計算，原本常壓狀態(tài)下的4.8米3的空氣，經(jīng)壓縮至0.8Mpa（表壓）時，其體積最終被壓縮成1米3.僅此過程即可得知，經(jīng)壓縮后的0 .8Mpa壓力的氣體，每立方米將會有19200萬～24000萬個大于0.5μ以上的塵埃粒子。

　　除此之外，大氣在被壓縮的過程中，又帶入了空壓機(jī)的潤滑油和機(jī)械性磨屑。根據(jù)空氣熱力學(xué)原理，經(jīng)壓縮后的空氣將會有大量的過飽和的水蒸氣重新還原成水滴被排出。

　　二 壓縮空氣的除水原理壓縮空氣中的水分來自大氣。大氣中一般總含有一定量的以汽態(tài)存在的水分，當(dāng)空氣中的水汽過多，超過其飽和度（即相對濕度大于100％時，或當(dāng)空氣冷卻至露點溫度以下時，空氣中的水汽才會凝結(jié)成水滴析出�？諝庵械乃�分的絕對含量可用濕含量x表示，其單位是公斤水氣／公斤干空氣，即每公斤干空氣中所含有的公斤水汽數(shù)�？諝獾南鄬�濕度φ是以空氣中所含的水汽量與同溫度下空氣的最大（即飽和）含水汽量之比，或空氣中水汽的分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓之比，以％表示�？諝獾穆饵c是使含有一定量水汽的空氣冷卻至相對濕度為100％，即開始有水滴析出時的溫度。

　　下列諸式可以用來表示空氣中水分的含量：

　　式中 φ——空氣的相對濕度，%；

　　X——空氣的濕含量公斤水汽/公斤干空氣；

　　ＰＷ——空氣中的水汽分壓，Pa；

　�。校�——與空氣中同溫度的水的飽和蒸汽壓，Pa；

　　Ｐ——空氣的總壓強(qiáng)，Pa.

　　從式（1）看，若空氣中絕對含量，即濕含量x不變，也即空氣中水汽分壓ＰＷ不變，溫度愈高，ＰＳ值愈大，φ值就愈小。反之溫度愈低，ＰＳ愈小，φ值就愈大；而當(dāng)φ值為1（100%）時，此時的溫度即為該空氣的露點。

　　從式（3）可以看出，若空氣的濕含量x及溫度t（也即ＰＳ值）不變，空氣的壓強(qiáng)P愈大，則相對溫度φ也愈大。也可以根據(jù)式（3）在空氣濕含量不變，即x2=x1的條件下，導(dǎo)出下列公式：

　　式中 ρ1，ρ2——分別為原始空氣和壓縮空氣的相對濕度，%；

　　ＰＳ1，ＰＳ2——分別為原始空氣和壓縮空氣溫度下的飽和蒸汽壓，Pa；

　　Ｐ1，Ｐ2 ——分別為原始空氣和壓縮空氣的壓強(qiáng)，Pa.

　　從式（5）看，壓縮后空氣的相對濕度φ2除了與原始空氣中的相對濕度φ1，溫度t1（決定ＰＳ1的值）及壓強(qiáng)Ｐ2有關(guān)外，也和壓縮后的溫度t2（決定ＰＳ2的值）有關(guān)。若將壓縮后的空氣冷卻至原始?xì)鉁兀�即t2= t1，ＰＳ2= ＰＳ1 時，壓縮空氣的相對濕度ρ2僅隨壓縮后的壓強(qiáng)Ｐ2有關(guān)，如壓縮比（Ｐ2 /Ｐ1）增大多少倍，相對濕度比（φ2/φ1）也增大多少倍�？諝庠趬嚎s后的濕含量即絕對含量不變，在其未經(jīng)冷卻時，由于溫度很高，所以相對濕度很小，但當(dāng)其冷卻時，相對濕度就急劇增大。大約每降低10℃，其飽和含水量將下降50%，即有二分之一的水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水滴（見表1）。

　　表1 純水蒸氣的飽和蒸氣壓及濕含量 溫度 （℃）1009080706050403020水蒸氣分壓（Pa）1013.2701.2473.7311.8199.3123.473.8142.4623.39水蒸氣含量（g/M3）597.5423.4293.4198.2130.383.0851.2130.4017.31溫度 （℃）100-10-20-30-40-50-60-70水蒸氣分壓（Pa）12.286.1082.5971.0320.37980.12830.03940.01080.0026水蒸氣含量（g/M3） 9.4054.4872.1390.33850.33850.11920.03820.01010.0028由此可知，要去除壓縮空氣中的水分，首先要對壓縮空氣進(jìn)行冷卻，經(jīng)冷卻處理后，降低了露點，此時會有大量多余的水分析出。盡管如此，壓縮空氣經(jīng)冷卻后，此時壓縮空氣相對濕度仍為100%，雖然有除油水設(shè)備，但該設(shè)備并不能將水滴全部除凈，此時將壓縮空氣直接送入過濾器等，極易使過濾介質(zhì)受潮，降低過濾效率，導(dǎo)致過濾失敗。正因如此，對已經(jīng)析出水的壓縮空氣重新加熱，即顯得十分必要。重新加熱后的壓縮空氣，在工況條件下相對濕度可達(dá)到60%左右，此時對后面的過濾介質(zhì)，即安全可靠了。

　　下面介紹具體的凈化流程。

　　三 壓縮空氣凈化系統(tǒng)流程為了滿足各生產(chǎn)和科研部門對壓縮空氣潔凈等級的高端要求，通常對壓縮空氣進(jìn)行凈化處理。圖1例舉了一般用途的壓縮空氣凈化流程，圖2例舉了應(yīng)用于不同領(lǐng)域WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器傳統(tǒng)式壓縮空氣凈化工藝流程對照。

　　以下就圖1發(fā)酵工業(yè)傳統(tǒng)模式壓縮空氣凈化流程為列，簡述如下。

　　空壓機(jī)（1）采集自然界的大氣，經(jīng)壓縮后高溫高濕的壓縮空氣首先送至貯氣罐（2），貯氣罐的作用一是降低流速，使部分油水、塵埃沉降，并經(jīng)罐底閥排出；二是消除減緩供氣系統(tǒng)內(nèi)氣流的脈沖，使后置設(shè)備更好的發(fā)揮各自的功效。經(jīng)貯氣罐排出的氣體進(jìn)入第一冷卻器（3），降低氣體溫度，使壓縮空氣中過飽和的水汽冷凝析出，并經(jīng)油水分離器（4）分離后排出。同理，第二冷卻器（5）及第二油水分離器（6）是進(jìn)一步使空壓氣體降溫，進(jìn)一步排出油水。接下來，排除油水的壓縮空氣進(jìn)入除霧器（7），除霧器的作用是將壓縮空氣中油水分離器（4）（6）分離不掉的微細(xì)的液態(tài)霧滴，在除霧器（7）除霧絲網(wǎng)的作用下，攔截并重新聚集，使細(xì)小的顆粒，重新團(tuán)聚變大，并在重力的作用下，沉降排除。經(jīng)過除油水的壓縮空氣，雖然已去除了液態(tài)的油水，但此時的空氣濕度仍處于飽和狀態(tài)，即空氣濕度為100％，此時壓縮空氣直接進(jìn)入過濾層，如遇溫度下降，仍有可能重新析出水滴，使過濾層受潮，影響凈化效果。經(jīng)過除油水的壓縮空氣，首先進(jìn)入加熱器（8），經(jīng)電熱或蒸汽加熱（二者取其一），在壓力不變單位體積內(nèi)含濕量不變的前提下，使空氣溫度升高，此時相對濕度降低，即不會重新出現(xiàn)霧滴或水滴，使空氣在完全干燥的情況下，進(jìn)入高效過濾器（9）。高效過濾器的作用是，通過填充在高效過濾器中的纖維性濾材、活性碳等，可濾除空氣中的塵埃、雜質(zhì)、異味等，其過濾原理有：攔截、碰撞、吸附、靜電吸附等。99％以上幾何尺寸較大的＞0.5μ塵埃粒子均在此被截獲。經(jīng)粗濾器凈化后的壓縮空氣，最后進(jìn)入除菌精濾器（10）。除菌精濾器內(nèi)置有超細(xì)玻璃纖維過濾介質(zhì)＞0.03μ的塵埃粒子的去除率高達(dá)99.999％。即可去除壓縮空氣中的塵埃粒子及雜菌。

　　目前市場上出售的成套壓縮空氣凈化設(shè)備，其原理大至相同，每臺設(shè)備均有不同的作用和功能，依據(jù)用氣單位對壓縮空氣質(zhì)量的不同要求，配置與之相應(yīng)的凈化裝置換。為獲取清潔的壓縮空氣以滿足生產(chǎn)和科學(xué)實驗的需要，除必需的空壓機(jī)及貯氣罐外，還要安裝 5～7臺單體設(shè)備，方能完成壓縮空氣凈化過程 （詳見圖2 WLKJ-2 型自冷組合式壓縮空氣凈化器與一般用途壓縮空氣凈化流程對照）。顯然，這種工藝流程設(shè)備多，占地面積大，能耗高，故障多。

　　四 WLKJ-2型 自冷組合式壓縮空氣凈化器結(jié)構(gòu)與凈化機(jī)理北京微菱互信機(jī)械設(shè)備有限公司針對目前市場上出售的一般用途壓縮空氣凈化器，存在的各種弊端。最新開發(fā)的WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，在壓縮空氣凈化領(lǐng)域，首先采用絕熱膨脹制冷技術(shù)，達(dá)到清除油水的目的，大大減化了壓縮空氣的流程，并且在單臺設(shè)備上即可完成壓縮空氣凈化的目的，無論空壓機(jī)出口含油水多少，均可達(dá)到制藥和食品企業(yè)GMP對空氣質(zhì)量的最高要求，大于0.01um的雜質(zhì)被完全清除，含油量<0.003mg/m3，壓縮空氣中無油、無塵、無菌，同時也可滿足對壓縮空氣有高潔凈度要求的不同用氣崗位使用。

　　以下對WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器結(jié)構(gòu)及功能具體說明如下（見圖3 WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器結(jié)構(gòu)示意圖）：

　　由空壓機(jī)排出的壓縮空氣，經(jīng)貯氣罐，首先送至該凈化器進(jìn)氣口（4）。進(jìn)氣口（4），是經(jīng)特殊設(shè)計的絕熱膨脹閥，高速氣流經(jīng)此流過，利用流體體力學(xué)和熱力學(xué)原理壓縮空氣絕熱膨脹，因壓差的變化促使壓縮空氣溫度下降至2～5℃（低于冷干機(jī)或冷水機(jī)），過飽和的水氣冷凝成液滴，與油和塵埃等混合后，與內(nèi)桶壁撞擊并分離。此后進(jìn)入油霧分離段（3），氣流受網(wǎng)狀濾芯的阻攔，在附著、浸潤、重力等作用下微小的液滴逐漸凝聚擴(kuò)大，再次得到分離。分離后的油水最終沉降至過濾器底層，經(jīng)排污管（1）排出。清除油水后的冷卻氣體繼續(xù)上升。此時的壓縮空氣，顯然已清除掉油水，但其濕度，工況條件下仍為100%.如果溫度繼續(xù)下降，還會有霧滴出現(xiàn)，將會浸潤過濾層，嚴(yán)重時會增加阻力，最終使過濾失效。氣體流經(jīng)加熱段（5）時，空氣被加熱。此時，工況條件下，相對濕度下降，空氣變得干燥。加熱段（5）的作用，十分重要，是一般凈化流程中不具備的，加熱段（5）的另一個重要作用，是可以保持上層的超高效除油、除臭過濾段（6）和更上層的除菌過濾段（7）在干燥條件下，長期穩(wěn)定運行。超高效除油、除臭過濾段（6）內(nèi)填充有天然纖維、人造纖維和其它吸附材料，氣流速度低于0.15～0.3m/s，之間，大大低于傳統(tǒng)設(shè)備0.5～2m/s的氣速，此時以擴(kuò)散效應(yīng)為主，并伴有碰撞、攔截、布朗運動等作用，經(jīng)深層過濾，<0.05以上的油水及塵埃粒子被完全撲捉。＞0.01um的粒子最后被除菌過濾器（7）濾除。加熱后干燥的壓縮空氣，經(jīng)過超高效除油、除臭過濾段（6）和除菌過濾器（7）后，大于0.01um的雜質(zhì)被完全清除，含油量<0.003mg/m3，出口（8）排出的壓縮空氣，無油、無塵、無菌，可滿足高潔凈度要求的用氣崗位使用。

　　此外，該凈化器還設(shè)有過濾層再生系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)再生溫度和時 間，并打開再生閥門，可對過濾層進(jìn)行再生處理，清除過濾層內(nèi)的污染物，保證過濾層長期有效正常運行。

　　WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，帶有全自動智能監(jiān)控系統(tǒng)（9）�？梢罁�(jù)進(jìn)氣溫度，設(shè)定溫度梯度，控制排氣溫度和加熱溫度，使該凈化裝置在最佳狀況下安全、節(jié)能運行。自控系統(tǒng)還安裝了定時排污裝置，在設(shè)定的時 間間隔內(nèi)，定時排放油水，完全不用人工干預(yù)，是一種極人性化的設(shè)計。