0、概述
按照工作原理，压缩空气烘干机一般被分为冷冻式和吸附式两类。冷冻式压缩空气烘干机运行费用低，但由于其工作原理和结构所限，出口压力露点不低于2℃，一般在2～10℃之间，这直接限制了冷干机的使用范围。在一些寒冷地区、长距离管道输送以及对压缩空气的压力露点有较高要求的场合，吸附式压缩空气烘干机成为首选设备。本文通过对吸附式压缩空气烘干机的理论和原理分析，对几种吸附式压缩空气烘干机特点进行比较，以求对设计选型和生产使用有所帮助，富通新能源生产销售
滚筒烘干机、
气流式烘干机等干燥烘干机械设备。
1、吸附和再生的机理
吸附是非均相系统中的两相界面上发生的传质与富集过程。当流体与固体颗粒，特别是与某些多孔性颗粒物质接触时，流体中的某些组分（吸附质）便富集在固体颗粒（吸附剂）中。再生是吸附的逆过程，又称脱附或解吸。根据不同的表面作用，吸附过程可以分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附是有分子间作用力和静电作用力引起的，也称范德华吸附；化学吸附则是化学键的形成引起的。化学吸附的作用力强于物理吸附作用力，而且选择性也高。
压缩空气的吸附烘干采用物理吸附的方法。当待烘干的压缩空气与吸附剂充分接触时，空气中的水分子扩散到吸附剂上并因范德华引力而被吸附。与此同时，被吸附的水分子因本身的热运动及外界气态分子碰撞，有一部分离开吸附剂表面返回气相，即发生脱附。当单位时间内水分子的吸附量与脱附量相等时，就达到了一个动态吸附平衡，此时吸附与脱附均在进行，但速度相等。这种动态平衡是在一定的度与压力条件下建立的。当温度和压力改变时，系统原有的平衡关系将被打破建立一个新的平衡关系。图1和图2所示为水在吸附剂上的吸附等温线和等压线，它们共同描述了吸附过程的热力学特性。由图可知，在一定温度下，水（吸附质）在吸附剂上的吸附量随气相中的水汽分压增大而增大，在一定的压力下，水的吸附量随温度的升高而减少，即在低温或高压下水分易被吸附，在高温或低压下水分易被解吸。吸附式烘干机就是利用这一原理来实现“吸附一再生一吸附…”的转换从而达到连续烘干压缩空气的目的。
吸附剂的再生有两种方式：①无热再生；②有热再生。根据吸附剂的再生方式不同，吸附循环又分为3类：①变压吸附。变压吸附就是吸附剂在较高水蒸气分压下（未经烘干的湿压缩空气）进行吸附，在较低分压下（经减压后的烘干空气）被解吸（无热再生），如无热再生压缩空气烘干机。②变温吸附。变温吸附就是吸附剂在常温下吸附，在较高的温度下再生（有热再生），如外加热鼓风再生压缩空气烘干机。③变温变压吸附。变温变压吸附则是变温吸附中也伴随着压力（再生用烘干气）的变化，烘干再生空气压力低于吸附剂吸附时的空气压力，如微热再生压缩空气烘干机。
我们把吸附和脱附动态平衡时，单位质量吸附剂所吸附的水蒸气量称为吸附剂的“静态吸附量”。而在实际生产中，吸附经常在未到达吸附平衡时就已经结束，因而我们把湿空气通过吸附剂床层后，吸干机出口压缩空气的露点温度达到设定值时，吸附塔内吸附剂所实际吸附水蒸气的量称之为吸附剂的“动态吸附量”。很明显，吸附剂的静态吸附量比动态吸附量大。静态吸附量反应了吸附剂的性能，动态吸附量则是吸附式烘干机的基本参数。
2、吸附剂的选择
吸附式压缩空气烘干机常采用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、分子筛。它们都具有以下特点：①具有很大的表面积；②化学稳定性较强，一般不与接触的物质发生化学反应；③具有良好的机械强度和热强度；④容易再生。常用吸附剂的性能见表
1。吸附剂的吸附性能曲线见图3、图4、图5。
图3中显示，3种吸附剂吸附量随着压缩空气相对湿度的增高而上升，随着相对湿度的下降而减少。其中分子筛在低湿度情况下仍然有较强的吸附能力。图4中显示，吸附剂的吸附能力随着水蒸气分压的降低而降低，其中分子筛在分压很低的情况下仍然有吸附能力。
图5中显示，吸附剂吸附量与吸附温度的关系是：吸附温度越低，吸附剂的吸附能力越强。
硅胶杂质少，化学稳定性比较高，耐磨耐热性也比较好，静态吸附量比较高。但是在吸附的水蒸气凝成水滴或遇到液态水时，颗粒容易破碎，特别是有压力存在的时候尤为明显。因此，硅胶在吸附式压缩空气烘干机中较少使用。
活性氧化铝对水有较强的亲合力，再生温度比较低，有很高的表面硬度和抗压强度，在静压力作用下不易破碎，在交变压力下也不易磨损，因而在吸附式压缩空气烘干机中广泛使用。
分子筛有许多优异的特点，它可以按照分子的大小形状来选择性吸附，对极性分子和不饱和分子具有选择吸附性，极性越大，不饱和越高，其选择吸附性越强。它还具有强烈的吸水性，在较高的温度、较大的空气流速和含水量低的情况下仍然有相当高的吸水容量。分子筛也有一些缺点，机械强度有限，抗水滴性能不强，在压力下容易破碎，长期使用堆积比重可增加20%，再生能耗较高。所以，分子筛主要使用在有较高要求的吸附式压缩空气烘干机中。
3、吸附式压缩空气烘干机的工艺结构特点
按照再生方式的不同，吸附式压缩空气烘干机分为无热再生吸附式压缩空气烘干机和有热再生吸附式压缩空气烘干机。有热再生吸附式压缩空气烘干机又分为内加热再生烘干机、外加热再生烘干机（也称微热再生烘干机）、外加热鼓风再生烘干机和压缩热再生烘干机等。
3.1 无热再生吸附式压缩空气烘干机
无热再生烘干机再生时没有外界热量，而是采用了变压吸附PSA(Pressure Swing Adsorption)原理，所需的再生烘干空气占其处理量的12%-16%之间。吸附剂通常为活性氧化铝或分子筛。活性氧化铝适用于压缩空气的进口温度不超过40℃、．压力露点一般不低于-40℃的场合；分子筛允许最高的压缩空气进口温度为55℃，压力露点温度可达-70℃以下。在无热再生烘干机中，通过吸附剂吸附产生的温升相对较少，因为吸附的水蒸气不多。在正常运行中，压缩空气的出口温度比进口温度高2-6℃。无热再生烘干机的结构比较简单，其结构原理见图6。
吸附塔的底部安装了筛网2，出口处安装了圆
柱状的金属丝网3以防止吸附剂被压缩空气吹出吸附塔。两个吸附塔的进出口分别由管道相互连接，为了使两个塔之间进行切换并独立运行，连接处安装了相关阀门。无热再生烘干机下部的压缩空气进口处一般设有4个阀门，其中2个为切换阀，另2个为排放阀，排放阀6控制吸附塔卸压、再生气排放和再生完成后吸附塔的均压；2个切换阀1-A、1-B控制了压缩空气的流动方向，即决定了吸附和再生的切换。在运行时这4个阀门对角动作。在小型吸干机中，采用电磁阀作为切换阀，在大型吸干机中采用气动球阀、气动蝶阀。在吸干机上部出口处，烘干后的压缩空气通过止回阀4进入管网。同时，部分再生用烘干空气通过旁通管进入需要再生的吸附塔，旁通管上安装有孔板或球阀5，孔板孔径或球阀开启度决定于所需的再生气量。
工作流程：烘干机开机后，A塔吸附运行，B塔再生。在预先设定的时序控制下，切换阀1-A打开、l-B关闭，排放阀6-B打开、6-A关闭，湿空气进入A塔，烘干后的空气通过止回阀4-A排入下游管线；部分烘干压缩空气在压差的作用下通过孔板5流向B塔，其压力被降至接近大气压，由于降压后空气体积同比例增大，使再生用空气的相对湿度只有烘干空气的几分之一，这样这种特别烘干的再生空气中的水蒸气分压远远低于B塔内吸附剂床层的水蒸气分压。吸附床层中的水蒸气在压差的作用下释放至再生空气中并被带走，再生空气通过排放阀6-B和消声器7排人大气。再生结束后，A、B塔不能马上切换，而是先关闭排放阀6-B，B塔压力升高至系统压力，即“均压”过程。因为再生时，吸附塔处于大气压状态，与吸附状态有较大的压差，如果直接切换会导致压力冲击，严重时会引起机械故障。当两个吸附塔的压力相同时，控制系统发出信号进行切换，即A塔再生、B塔吸附。无热再生吸干机所需要的阀门较少，这些切换阀常直接或间接由时间继电器或PLC控制。
运行特点：①工作周期短。由于常温再生空气只能脱附吸附剂外表面的湿气，因此只利用了吸附剂外表面的吸附功能，吸附剂的吸附量一般在0.5%以下。在无热再生烘干机中，吸附被近似地认为是等温过程，再生时需要尽量利用储存在吸附床层中的吸附热。吸附时间越长，被烘干空气带走的吸附热越多，影响再生效果，严重时无法再生。基于上述两方面原因，无热再生烘干机的工作周期不能太长，一般为10min。无热再生烘干机的短工作周期决定了相关阀门的高动作频率。如工作周期为10 min的吸干机，吸附／再生每5 min切换一次，切换阀、排气阀等也每5min动作一次，每小时需要动作12次。如果每年按8000 h计，无热再生烘干机的相关阀门在一年中需动作96 000次。因此，在无热再生烘干机中，切换阀是比较容易损坏的部件，切换阀的质量直接影响吸干机的正常运行。②再生气量大。无热再生烘干机以变压吸附原理进行工作，其再生方式是变压再生，即用部分烘干的压缩空气降压后对吸附剂进行解吸，外界并没有热量加入，因此再生气量相对较大。要减少再生气量，只有提高进气压力和降低进口温度。③压力降。无热再生烘干机的压力降包括管道、阀门和吸附床层等压力损失之和。图7是高度为1m的吸附床层，在不同空塔流速和操作压力下的压力损失，单位为HirrlH20(9.8Pa)。
3.2有热再生压缩空气烘干机
有热再生压缩空气烘干机按变温吸附(TSA)原理进行吸附剂再生，再生条件比无热再生烘干机优越。加热能脱附吸附剂内表面的水蒸气，使吸附剂实现深层吸附，因此有热再生烘干机中吸附剂的动态吸附量远远比无热再生烘干机中的吸附剂动态吸附量大。
相对于无热再生烘干机而言，有热再生烘干机的种类就比较多，但其吸附原理是一样的，主要区别在于加热方式、再生气来源等方面。
(1)内加热再生压缩空气烘干机
其特点是加热器安装在吸附塔内，加热器直接对吸附剂加热，使富集在吸附剂上的水蒸气脱离其表面，并用少量烘干的再生气把水蒸气带出吸附塔外。由于吸附剂的导热性较差，因此吸附塔内的吸附剂无法得到均匀加热，导致再生不完全。另外由于加热器安装在吸附塔内，带来了维护困难、不够安全等缺点，因此此类烘干机已基本淘汰。结构原理见图8。
(2)微热再生压缩空气烘干机
微热再生压缩空气烘干机结构布置比无热再生烘干机稍微复杂，主要增加了再生气加热器8，烘干机上部多了两个止回阀9。不同生产厂家对微热再生的理解不尽相同，因而再生温度、工作周期、吸附剂充填量等参数的差别很大（而无热再生烘干机的结构参数比较接近）。
工作流程：烘干机开机后，A塔吸附运行，B塔再生。在预先设定的时序控制下，切换阀1-A打开、1-B关闭，排放阀6-B打开、6-A关闭，湿空气进入A塔，烘干后的空气通过止回阀4-A排人下游管线；部分烘干压缩空气在压差的作用下通过孑L板5流入再生气加热器8，被加热至设定温度并进入B塔内解吸潮湿的吸附剂，使吸附剂再生。潮湿的再生空气通过排放阀6-B和消声器7排人大气。这一再生阶段称为“加热阶段”。加热再生持续一段时间后，出口再生空气温度达到设定值，再生气加热器就停止加热。未加热的再生烘干空气进入B塔内对吸附床层进行冷却，使其恢复至吸附时的温度，这一阶段称为“冷吹阶段”。冷吹结束后，B塔进行“均压”，最后完成整个再生过程。微热再生吸干机的控制系统比无热再生烘干机复杂。除了控制相关阀门外，还需要根据再生温度控制加热器的运行。一般均采用采用PLC和相关的温控装置实现控制。
运行特点：①工作周期相对较长。微热再生烘干机中的吸附剂是深层吸附，其动态吸附量比无热再生烘干机中的大，相同数量吸附剂可处理更多的压缩空气，即吸附时间可以适当延长。由于吸附剂的导热系数较小，因此再生时把吸附剂床层温度加热至所需的再生温度需要较长的时间。从微热再生烘干机的再生过程我们知道，加热再生结束后还需要对吸附床层进行冷却（冷吹），这同样需要较长的时间。由于上述两方面的原因，微热再生烘干机的工作周期相对较长，一般为90-120 min。②再生气量比无热再生小，需要消耗额外的能源。微热再生烘干机的再生气量由加热再生气耗和冷吹气耗两部分组成。加热阶段的再生气量决定于再生所需要的热量，因为该阶段的再生气主要作为再生热带入吸附塔的载体。加热再生阶段所需的热量由以下几部分组成：吸附剂所吸收的热量——吸附热，取决于在操作压力下吸附剂吸附的水量。吸附量大，释放的吸附热就多。在加热再生阶段，再生耗气量约为进气量的5%左右。冷却空气用量取决于在冷吹阶段需要带走的热量。在正常冷吹条件下，冷却空气需要量约为4%~8%。结合这两部分再生气量，再生气耗约为9%～13%。有厂家能做到7%。③加热器功率。微热再生的加热器功率决定于加热阶段所需要的总热量，微热再生烘干机的电加热器功率约为0.5kW/m3。④压力降。与无热再生烘干机基本相同。
(3)外加热鼓风再生压缩空气烘干机
外加热鼓风再生烘干机被认为是有热再生烘干机的经典产品，它的一大特点就是在加热再生阶段用的再生空气是取自环境的空气，只在冷吹阶段使用烘干后的压缩空气，因此其有效供气量比微热再生烘干机高。外加热鼓风再生烘干机的外形如图10所示。其再生部分比微热再生烘干机多1台鼓风机用以抽取环境空气。其吸附原理及过程与微热再生基本相同。在外加热鼓风再生烘干机中的吸附剂动态吸附量较大，有报道最高的可达达到16%-1 8%，几乎接近静态吸附量。吸附时放出的热量也高，出口空气温度比进口空气温度高12-20℃。为了实现连续运行，吸附剂要求再生彻底、完全，因此其再生温度要高。
外加热鼓风再生烘干机的再生阶段也分为：加热一冷吹一均压3部分。加热阶段和部分冷吹阶段所用的再生空气取自大气。冷吹阶段后期，吸附床层温度较低，吸附剂已具有吸附能力。由于环境空气是湿空气，因此如果冷吹后期的再生空气仍然是环境空气的话，吸附剂（尤其是吸附塔上部）会吸附其中的水蒸气。在切换投入吸附的开始阶段，出口压缩空气的露点温度会比较高，并出现露点峰值。为了避免这种现象，冷吹阶段后期（约th）的再生空气必须使用烘干后的压缩空气，用量约为5% -12%，整个再生阶段的平均烘干空气用量在3%以上。外加热鼓风再生烘干机的技术参数如下：工作周期：一般为8h；吸附剂充填量：25-30 kg/m3；加热器功率：0.8～1.0 kW/m3；再生耗气量：3%以上；再生温度：硅胶120-180℃、活性氧化铝150-200℃、分子筛：180～320℃；出口露点温度：-40℃。
(4)压缩热再生压缩空气烘干机
它是利用空压机的压缩热再生的吸干机。这种烘干机的设计思想是：空气在被压缩过程中体积缩小，温度升高。由于气体的焓是温度的单值函数，当空压机的最终排气温度与吸气温度相等时，其焓值是不变的，这意味着空压机所作的压缩功全部变为热量而被冷却水或外界大气带走。这部分压缩热的数量相当可观。1台空气压缩机产生的压缩热完全满足相同流量吸附式烘干器的再生热需求。目前这一类型烘干机有两种形式：①直接利用空压机排出的未经后部冷却器冷却的热压缩空气进行再生。此类烘干机的再生方式与外加热鼓风再生烘干机相似，都用潮湿空气作为再生空气。但再生程度前者比后者差得多。这是因为：根据吸附剂有热再生原则，吸附剂再生彻底与否取决于再生空气的温度和含湿量。压缩热再生烘干机的再生温度取决于空压机的排气温度，一般活塞式空气压缩机的排气温度按规定不超过160℃，实际运行中排气温度很少有达到160℃的情况，有时甚至低至110℃，而螺杆空压机的排气温度更低，用这样低的排气温度用于吸附剂再生效果并不理想。再生气体温度低造成了再生的不完全，而再生不完全的后果就是成品气的露点高。而外加热鼓风烘干机不存在这一情况。空压机的二级缸排气的含湿量与环境空气的相对湿度有关。压力状态下单位体积空气的水蒸气量比常压空气多，这就决定了此类烘干机的再生不可能很彻底，除非环境空气的相对湿度很低。总之，此类烘干机的在再生温度不太高的情况下，出口露点温度受环境的影响很大，根据不同季节、不同地区，该类烘干机的出口露点温度在-10～-40℃之间变化，不适合于要求露点稳定的工艺中。②利用中间加热器。用空压机排出的未经后冷却器冷却的热压缩空气与烘干后的部分空气热交换，提高再生气的温度。这种烘干机的结构与微热再生烘干机相同，只是热源不是电、蒸汽等，而是热空气。由于空压机排气温度不会很高，因此基本属于微热再生烘干机一类。4吸附式压缩空气烘干机经济技术分析比较
吸附式压缩空气烘干机经济技术分析比较见表2。
5、结语
通过对吸附式压缩空气烘干机的对比分析，在工作原理和结构特点及使用特性上对该种烘干机有了比较清晰的了解，期望能在选型和生产使用方面有所帮助，针对不同的使用场合选用相适应的配套设备，在生产中能够使设备尽可能的发挥良好的作用获得高品质的产品，取得较好的社会经济效益，富通新能源生产销售的滚筒烘干机、气流式烘干机等烘干机械设备是用户们选择烘干设备不错的选择。
相关烘干机产品：
1、
滚筒烘干机
2、
气流式烘干机
