Autorius: Mycond techninis skyrius
Tarp įvairių oro sausininimo technologijų adsorbciniai sausintuvai su Honeycombe® desikantiniais ratais užima ypatingą vietą. Per dešimtmečius trukusią inžinerinę evoliuciją būtent ši konstrukcija išstūmė alternatyvius sprendimus, tokius kaip birios kolonos su granuliuotu silikageliu, horizontalūs besisukantys padėklai ir vertikalūs daugiasluoksniai sluoksniai su reketine pavara. Besisukantis adsorbcinis ratas sujungė geriausias pirmtakų savybes: nepertraukiamą procesą kaip padėklinėse sistemose, žemus rasos taškus kaip birių užpildų kolonose ir energijos efektyvumą dėl mažos adsorbento masės.
Tokie desikantiniai rotoriai, dažnai žymimi santrumpa DEW (Desiccant Wheel), užtikrina stabilią ir energiją taupančią veiklą reikliausiomis sąlygomis, kai būtinas gilus oro sausininimas pasiekiant itin žemą rasos tašką iki minus 68°C. Tai daro Honeycombe technologiją nepakeičiamą daugelyje kritinių sričių – nuo farmacijos iki puslaidininkių gamybos.
Honeycombe® rato konstrukcija: inžineriniai ypatumai
Technologijos pagrindas – pusiau keraminė struktūra, paremta stiklo pluošto matrica, kuri išoriškai primena gofruotą kartoną, suvyniotą į rato formą. Gofruota pusiau keraminė rotoriaus struktūra sukuria daugybę lygiagrečių griovelių (flutes), kurie veikia kaip atskiri oro kanalai. Vidinis šių kanalų paviršius padengtas smulkiai disperguotu adsorbentu — dažniausiai silikageliu sausintuvuose (daugiau kaip 82% tipinėje konstrukcijoje).
Esminis efektyvumo parametras – vidinis silikagelio paviršiaus plotas, siekiantis įspūdingus 21 000–22 700 m² vienai uncijai (228 864–244 121 kv. pėdos vienai uncijai). Tai užtikrina itin žemą vandens garų dalinį slėgį adsorbento paviršiuje, sudarant galingą drėgmės pernašos gradientą.
Fizikinis veikimo principas grindžiamas difuzija: vandens garai juda iš didesnio dalinio slėgio sričių (drėgnas oras) į mažesnio dalinio slėgio sritis (adsorbento paviršius) pagal fundamentalius termodinamikos dėsnius. Rato ypatumas tas, kad dėl tiesių kanalų rate užtikrinama laminarinė srovė, skirtingai nei turbulentinis srautas biriame užpilde. Todėl aerodinaminis pasipriešinimas auga tik proporcingai rato gyliui, o ne kaip greičio kvadratas, kas būdinga birioms sistemoms.
Adsorbcijos–desorbcijos ciklas: kaip veikia adsorbcinis sausintuvas
Desikantinis rotorius suskirstytas į dvi funkcines zonas: sausininimo zoną 270° (trys ketvirtadaliai ploto) ir regeneracijos zoną 90° (vienas ketvirtadalis). Šios zonos hermetiškai atskirtos specialiais sandarikliais. Tipinis rato sukimosi greitis yra 5–30 aps./val., o tai gerokai lėčiau, palyginti su pasyviais entalpijos ratais (20–60 aps./min.).
Adsorbcijos–desorbcijos procesas susideda iš trijų nuoseklių fazių:
- Fazė 1 (taškas 1→2) — šaltas sausas desikantas su žemu paviršiniu garų slėgiu adsorbuoja drėgmę iš procesinio oro, palaipsniui prisotinamas ir įkaista dėl išsiskiriančios sorbcijos šilumos;
- Fazė 2 (taškas 2→3) — prisotintas desikantas patenka į regeneracijos zoną, kur šildomas karštu oru (tipiškai iki reaktivacijos temperatūros 120°C / 248°F iš PTC regeneracijos šildytuvo), paviršinis garų slėgis smarkiai padidėja ir drėgmė išsiskiria į regeneracinę srovę;
- Fazė 3 (taškas 3→1) — karštas sausas desikantas grįžta į sausininimo zoną, atvėsta proceso oro dalimi ir atkuria žemą paviršinį slėgį naujam adsorbcijos ciklui.
Svarbu pažymėti, kad regeneracinio oro srautas paprastai sudaro apie 1/3 procesinio srauto (srautų santykis 3:1) ir juda priešpriešine kryptimi. Pašalinant drėgmę išsiskiria 2500–3050 kJ/kg (1080–1312 BTU svarui) sorbcijos šiluma, dėl kurios procesinis oras įkaista proporcingai pašalintos drėgmės kiekiui.
Pavyzdžiui, oras, kurio parametrai 21°C ir 50% RH, po gilaus sausininimo iki 7°C rasos taško gali įkaisti iki 49°C dėl šilumos pernašos regeneracijos metu ir sorbcijos šilumos, todėl daugelyje taikymų reikalingas papildomas aušinimas.
Desikantų tipai ir jų sorbcinė talpa
Adsorbciniuose sausintuvuose naudojami įvairūs desikantų tipai, kurių kiekvienas turi unikalią adsorbcijos izotermą prie 25°C (77°F). Esant 20% RH, jų sorbcinė talpa reikšmingai skiriasi:
- Silikagelis 5 tipas: 2,5% sausos masės
- Silikagelis 1 tipas: 15% sausos masės
- Molekuliniai sietai: 20% sausos masės
- Ličio chloridas: 35% sausos masės
Praktiškai, norint pašalinti 22,7 kg (50 svarų) vandens garų iš oro esant 20% RH, teoriškai reikia: 907 kg (2000 svarų) 5 tipo silikagelio, arba 151 kg (333 svarai) 1 tipo silikagelio, arba 113 kg (250 svarų) molekulinių sietų, arba 65 kg (143 svarai) ličio chlorido.
Svarbu suprasti desikantų derinimo strategiją. 1 tipo silikagelis užtikrina didelę talpą žemesniuose drėgmės diapazonuose, o 5 tipas efektyviai adsorbuoja didelius vandens kiekius esant daugiau nei 90% RH. Jų derinys leidžia vienu metu pasiekti žemą rasos tašką ir didelį našumą.
Ypatingą dėmesį reikėtų skirti molekuliniams sietams žemiems rasos taškams (žemiau 10% RH arba −40°C rasos taškas), kur jie demonstruoja didžiausią sorbcinę talpą iš visų adsorbentų.
Honeycombe® konstrukcijos pranašumai prieš alternatyvias technologijas
Kodėl besisukantis ratas efektyvesnis už birų sluoksnį? Sisteminiai Honeycombe® desikantinių rotorių pranašumai apima:
- Maža besisukanti masė esant didelei drėgmės šalinimo talpai. Šildymo ir aušinimo energija tiesiogiai proporcinga desikanto masei, todėl lengva konstrukcija užtikrina didesnį energijos efektyvumą.
- Mažas aerodinaminis pasipriešinimas dėl laminarinės srovės per tiesius kanalus, skirtingai nei turbulentinė srovė biriame sluoksnyje.
- Galimybė pasiekti žemą rasos tašką iki minus 68°C (−90°F), naudojant atitinkamus desikantus.
- Paprasta konstrukcija su minimaliu judančių dalių skaičiumi (tik ratas ir pavara), o tai mažina techninės priežiūros sąnaudas.
- Lankstumas įkrovai – tiek kietiems, tiek skystiems desikantams pagal konkrečias paskirtis.
- Nėra „dantyto“ išėjimo drėgmės svyravimo efekto, būdingo periodiškai regeneruojamoms biriosioms kolonomis.
Vienintelis esminis trūkumas – didesnė rato gamybos savikaina, palyginti su sauso desikanto granulėmis, tačiau šį skirtumą kompensuoja eksploataciniai pranašumai per tipinį 15–30 metų tarnavimo laiką.
Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką desikantinio rato našumui
Nuo ko priklauso pasiekiamas rasos taškas ir adsorbcinio sausintuvo efektyvumas? Inžinerinė analizė išskiria kelis kritinius parametrus:
Rato gylis: Didinant gylį didėja desikanto ir oro kontakto plotas bei pašalinamos drėgmės kiekis, tačiau aerodinaminis pasipriešinimas auga proporcingai, didindamas ventiliatoriaus energijos sąnaudas.
Sukimosi greitis 5–30 aps./val.: Greitesnis sukimas padidina desikanto kiekį, cikliškai kontaktuojantį su oru, taip didindamas našumą, bet kartu didina šilumos pernašą iš regeneracijos zonos į sausininimo zoną, o tai dažnai reikalauja papildomo proceso oro aušinimo.
Regeneracijos temperatūra: Aukštesnė temperatūra užtikrina pilnesnę drėgmės desorbciją, bet reikalauja daugiau energijos. Kai kurie gamintojai taiko dvipakopę regeneraciją — 70–80% drėgmės pašalinama žemos potencijos šiluma, o galutinis sausininimas — aukštos temperatūros šildymu.
Sandarumas tarp zonų: Drėgno regeneracinio oro nutekėjimas į sausą procesinę srovę ženkliai blogina našumą ir pasiekiamą rasos tašką.
Oro srauto užterštumas: Dulkės užkemša adsorbento poras, palaipsniui mažindamos rato talpą. Organiniai garai gali polimerizuotis esant aukštoms regeneracijos temperatūroms, o korozinės dujos gali chemiškai ardyti tam tikrus desikantų tipus.
Kas daro įtaką rotoriaus ilgaamžiškumui? Pagrindinė rekomendacija — visada užtikrinti tinkamą oro filtraciją sausintuvo įvade, kad maksimaliai pailgėtų desikantinio rato tarnavimo laikas.
Išvados
Honeycombe® technologija tapo adsorbcinio sausininimo standartu dėl optimalaus balanso tarp našumo, energijos efektyvumo ir patikimumo. Projektuotojams inžinieriams svarbu:
- Parinkti desikanto tipą pagal tikslinį rasos tašką — silikagelis tipinėms taikymams, molekuliniai sietai itin giliam sausininimui;
- Maksimaliai naudoti atliekinę (utilizuojamą) šilumą regeneracijai kaip pagrindinį eksploatacinių sąnaudų mažinimo veiksnį;
- Užtikrinti tinkamą įeinančio oro filtraciją rato apsaugai nuo užterštumo ir tarnavimo trukmės pailginimui.
Honeycombe® desikantiniai ratai yra optimalūs, kai reikalingi rasos taškai žemiau 7–10°C, didelės latentinės apkrovos, žemos eksploatavimo temperatūros arba kai yra pigi regeneracijai reikalinga šiluma. Inžinerinio paprastumo ir išskirtinio našumo derinys pavertė šią technologiją nepakeičiama daugelyje kritiškai svarbių taikymų, kuriuose būtina patikimai kontroliuoti oro drėgmę.
