壓縮空氣凈化與壓縮空氣凈化器

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　摘要： 本文詳細介紹了壓縮空氣中塵埃、油、水、細菌的由來，壓縮空氣的除水原理，壓縮空氣凈化系統(tǒng)流程，WLKJ-2型 自冷組合式壓縮空氣凈化器結(jié)構與凈化機理，WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器的主要特點，WLKJ-2系列 壓縮空氣凈化器的規(guī)格型號及應用范圍等。

　　關鍵詞： 壓縮空氣 凈化 絕熱膨脹 環(huán)保節(jié)能

　　一 壓縮空氣中塵埃、油、水、細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菌更是不計其數(shù)。

　　在空壓機的作用下，如果不考慮與外界的熱交換，依據(jù)相關公式的計算，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，又帶入了空壓機的潤滑油和機械性磨屑。根據(jù)空氣熱力學原理，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值慕^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穸?phi;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。空氣的露點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；

　?。校?mdash;—空氣中的水汽分壓，Pa；

　?。校?mdash;—與空氣中同溫度的水的飽和蒸汽壓，Pa；

　?。?mdash;—空氣的總壓強，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，%；

　?。校?，ＰＳ2——分別為原始空氣和壓縮空氣溫度下的飽和蒸汽壓，Pa；

　?。?，Ｐ2 ——分別為原始空氣和壓縮空氣的壓強，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Ｐ2有關外，也和壓縮后的溫度t2（決定ＰＳ2的值）有關。若將壓縮后的空氣冷卻至原始氣溫，即t2= t1，ＰＳ2= ＰＳ1 時，壓縮空氣的相對濕度ρ2僅隨壓縮后的壓強Ｐ2有關，如壓縮比（Ｐ2 /Ｐ1）增大多少倍，相對濕度比（φ2/φ1）也增大多少倍。空氣在壓縮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%，雖然有除油水設備，但該設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例舉了應用于不同領域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（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，使后置設備更好的發(fā)揮各自的功效。經(jīng)貯氣罐排出的氣體進入第一冷卻器（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）是進一步使空壓氣體降溫，進一步排出油水。接下來，排除油水的壓縮空氣進入除霧器（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，使細小的顆粒，重新團聚變大，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，最后進入除菌精濾器（10）。除菌精濾器內(nèi)置有超細玻璃纖維過濾介質(zhì)＞0.03μ的塵埃粒子的去除率高達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備，其原理大至相同，每臺設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)和科學實驗的需要，除必需的空壓機及貯氣罐外，還要安裝 5～7臺單體設備，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)構與凈化機理北京微菱互信機械設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，在壓縮空氣凈化領域，首先采用絕熱膨脹制冷技術，達到清除油水的目的，大大減化了壓縮空氣的流程，并且在單臺設備上即可完成壓縮空氣凈化的目的，無論空壓機出口含油水多少，均可達到制藥和食品企業(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)構示意圖）：

　　由空壓機排出的壓縮空氣，經(jīng)貯氣罐，首先送至該凈化器進氣口（4）。進氣口（4），是經(jīng)特殊設計的絕熱膨脹閥，高速氣流經(jīng)此流過，利用流體體力學和熱力學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℃（低于冷干機或冷水機），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)設備0.5～2m/s的氣速，此時以擴散效應為主，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)進氣溫度，設定溫度梯度，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，在設定的時 間間隔內(nèi)，定時排放油水，完全不用人工干預，是一種極人性化的設計。