基于單級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)的固體干燥劑性能研究

趙玲玲+于書明+楊默宇+許世龍+張莉

【摘 要】本文主要在單級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)下研究變色硅膠，活性氧化鋁，分子篩三種干燥劑的除濕、再生性能及其遇水的反應(yīng)情況，并選擇最優(yōu)的干燥劑應(yīng)用于固體轉(zhuǎn)輪除濕空調(diào)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。通過先讓干燥劑遇水進(jìn)行吸附反應(yīng)，再用干燥箱將干燥劑再生，觀察反應(yīng)過程各種干燥劑遇水的情況，記錄反應(yīng)前后干燥劑質(zhì)量的變化，并算得各種干燥劑的除濕率和再生率，最終選擇了除濕率為48.7%和再生率為38.5%的變色硅膠干燥劑。而且變色硅膠獨(dú)有的變色性更是為轉(zhuǎn)輪除濕提供了便利。

【關(guān)鍵詞】單級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕；除濕；干燥劑；變色硅膠

0 引言

空氣濕度是影響人體舒適性的重要因素，對(duì)適度的準(zhǔn)位控制是人們所亟待解決的問題，主要包括加濕和除濕方法。加濕主要通過空氣加濕器等實(shí)現(xiàn)，而除濕可以通過固體轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)[1]中固體干燥劑對(duì)水分的吸收來實(shí)現(xiàn)。干燥劑對(duì)除濕過程起著重要作用。本文針對(duì)選用的干燥劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)性能進(jìn)行綜合比較，選擇其各項(xiàng)性能最佳，有利于轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)高效運(yùn)行的干燥劑。

1 系統(tǒng)的選擇

轉(zhuǎn)輪除濕，對(duì)于一個(gè)轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)，主要包括固體除濕轉(zhuǎn)輪、換熱器、蒸發(fā)冷卻器以及加熱器構(gòu)成。見圖1所示。

圖中：DWDW：除濕轉(zhuǎn)輪；TDW：厚轉(zhuǎn)輪；H：加熱器；HE：換熱器；C：蒸發(fā)冷卻器；AA：室外新風(fēng)；EA：排風(fēng)； SA：送風(fēng)。

除濕機(jī)組主要由除濕轉(zhuǎn)輪、傳動(dòng)皮帶、風(fēng)機(jī)、電加熱器及控制器件組成。除濕轉(zhuǎn)輪由很多細(xì)小的蜂窩狀流道組成，在流道壁上布滿了一薄層吸附劑，當(dāng)濕空氣流過這些流道時(shí)，空氣中的水分被固體吸濕劑所吸附，同時(shí)放出汽化潛熱加熱了空氣。隨著轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)，這部分流道的吸濕量達(dá)到飽和，這些達(dá)到飽和的流道轉(zhuǎn)到再生區(qū)，此時(shí)來流空氣為熱空氣，吸附在干燥劑中的水分吸收空氣的熱量而蒸發(fā)為水蒸氣，空氣失掉顯熱，溫度降低，水蒸氣進(jìn)入空氣中，增加了空氣的含濕量和潛熱，因此，空氣比焓基本保持不變，此過程為等焓加濕過程。隨著轉(zhuǎn)輪的吸附和脫附的循環(huán)，除濕過程得以連續(xù)進(jìn)行。

2 干燥劑的種類和物理特性

通常使用吸附[1]的方法進(jìn)行除濕，即一種液體或固體與另一種固體或液體相接觸時(shí)，取走或凝集其所含部分分子（分子，原子或離子）的現(xiàn)象。干燥劑是對(duì)水分特別吸附的物質(zhì)。

轉(zhuǎn)輪除濕對(duì)干燥劑要求[2]：吸濕能力，吸濕速率，吸濕容量，吸熱量，熱傳導(dǎo)性，耐腐蝕性，具有一定的再生能力，尤其要求干燥劑在使用中形變量且不會(huì)變成粉末。

常用的干燥劑包括變色硅膠，分子篩，活性氧化鋁，無水氯化鈣，礦物干燥劑等。但是無水氯化鈣屬于化學(xué)性干燥劑，有微毒性，且遇水之后對(duì)設(shè)備具有一定的腐蝕作用，礦物干燥劑遇水迅速變大，不適合用在轉(zhuǎn)輪除濕中。所以本文選取物理性干燥劑。并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)其吸濕和再生性能進(jìn)行探究。

3 除濕實(shí)驗(yàn)

除濕實(shí)驗(yàn)的目的在于得到各干燥劑的除濕能力，再生能力，和遇水吸濕過程中的變化，如形變量、遇水會(huì)不會(huì)變成粉末狀，對(duì)于變色硅膠而言，還有顏色的變化。

實(shí)驗(yàn)步驟：

1）將三種干燥劑，每種干燥劑分為三份，每份取30g，再將其分為三組，每組包括一份變色硅膠，一份分子篩，一份活性氧化鋁干燥劑。

2）將干燥劑在純凈水中浸泡24h，使其充分吸收水分，達(dá)到可吸收水分的最大值，從而確定每種干燥劑的最大除濕量。

數(shù)據(jù)記錄如下：

通過表1可以看出，第一組、第二組和第三組中干燥劑最大吸收水分質(zhì)量都是變色硅膠干燥劑。

3）計(jì)算干燥劑的除濕性能即除濕率

在干燥劑遇水反應(yīng)的過程中，可以明顯看出，變色硅膠遇水反應(yīng)迅速，顏色迅速由藍(lán)變紅，并發(fā)出“嘶嘶”的響聲，且有小部分晶體裂開變?yōu)樾【w。而活性氧化鋁和分子篩反應(yīng)比較緩慢，且在反應(yīng)過程無明顯變化。且由表2可知，變色硅膠干燥劑的除濕率明顯大于分子篩的除濕率大于活性氧化鋁干燥劑的除濕率。

4 再生實(shí)驗(yàn)

為了對(duì)比干燥劑再生實(shí)驗(yàn)的效果，將三組干燥劑按照不同的方式對(duì)干燥劑進(jìn)行再生，本次設(shè)計(jì)了三種再生干燥劑的方式，分別是將干燥劑置于干燥箱加熱再生、室內(nèi)自然干燥、室外風(fēng)干干燥。實(shí)驗(yàn)過程如下所示：

1）將第一組中的干燥劑用干燥箱進(jìn)行加熱干燥

查文獻(xiàn)得各種干燥劑的再生溫度：活性氧化鋁的干燥溫度在120～180℃為宜，本次試驗(yàn)選取160℃，干燥時(shí)間為2h。分子篩一般需要加熱到500～550℃，保持兩小時(shí)以上，待其溫度降到200℃時(shí)拿出，本次試驗(yàn)選取280，干燥9個(gè)小時(shí)；變色硅膠由于其帶有顏色，而其顏色的失效溫度是120℃，故其再生溫度不能超過120℃，本次試驗(yàn)選取100℃。

實(shí)驗(yàn)步驟：

a.將稱量后的飽和干燥劑活性氧化鋁干燥劑置于瓷盤中，放入干燥箱中，關(guān)閉干燥箱；

b.打開干燥箱開關(guān)，調(diào)節(jié)干燥箱的溫度到160℃，記錄當(dāng)前時(shí)間；

c.干燥箱的溫度上升到160℃，記錄當(dāng)前時(shí)間；

d.等待2小時(shí)，關(guān)閉干燥箱開關(guān)，記錄當(dāng)前時(shí)間；

e.等待干燥箱溫度降到50℃時(shí)，拿出干燥劑，并稱量干燥劑的質(zhì)量。

f.實(shí)驗(yàn)記錄如下表。

2）第二組置于室內(nèi)進(jìn)行自然干燥

將飽和吸水后的干燥劑放置于環(huán)境條件基本穩(wěn)定的室內(nèi)使其自然晾干24h，當(dāng)前環(huán)境條件如下：

干球溫度：21℃，濕球溫度：13.8℃，相對(duì)濕度：21%

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

活性氧化鋁干燥前質(zhì)量為40.8891，干燥后質(zhì)量為32.8738，稱量質(zhì)量為35.2353；分子篩干燥前質(zhì)量為41.8904，干燥后質(zhì)量為33.1015，稱量質(zhì)量為35.4630；

變色硅膠干燥前質(zhì)量為43.7777，干燥后質(zhì)量為38.5934，稱量質(zhì)量為40.9549。

3）第三組置于室外風(fēng)干干燥

將飽和吸水后的干燥劑放置于環(huán)境條件基本穩(wěn)定的室外使其自然風(fēng)干24h，當(dāng)前環(huán)境條件如下：

干球溫度：11.5℃，濕球溫度：5℃，相對(duì)濕度：13%

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

活性氧化鋁干燥前質(zhì)量為40.3803，干燥后質(zhì)量為31.7441，稱量質(zhì)量為34.1056；

分子篩干燥前質(zhì)量為40.7701，干燥后質(zhì)量為32.2160，稱量質(zhì)量為34.5775；

變色硅膠干燥前質(zhì)量為44.0112，干燥后質(zhì)量為38.2845，稱量質(zhì)量40.6460。

4）干燥劑的再生率

通過表3、表4可以看出，變色硅膠與分子篩和活性氧化鋁的再生率相差不大，但是再生后質(zhì)量與遇水反應(yīng)前的質(zhì)量差距最小。

5 結(jié)論

在轉(zhuǎn)輪除濕過程中需要對(duì)硅膠干燥劑的盛放作以技術(shù)改進(jìn)即可有力除濕。分子篩干燥劑和活性氧化鋁干燥劑反應(yīng)較慢，不利于除濕。由上表可知：變色硅膠的除濕率、分子篩的除濕率和活性氧化鋁的除濕率分別為0.487、0.369和0.332，因此變色硅膠干燥劑的除濕率明顯大于分子篩的除濕率大于活性氧化鋁干燥劑的除濕率。由再生率看，三次變色硅膠的再生率平均為0.402，分子篩和活性氧化鋁的再生率分別為0.399和0.395，雖然變色硅膠與分子篩和活性氧化鋁的再生率相差不大，但是再生后質(zhì)量與遇水反應(yīng)前的質(zhì)量差距最小，而且在干燥過程中有顏色的變化，在干燥除濕過程中更有利。經(jīng)過試驗(yàn)分析確定硅膠為我們下續(xù)設(shè)計(jì)用干燥劑。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]