压缩空气净化与压缩空气净化器

　　摘要： 本文详细介绍了压缩空气中尘埃、油、水、细菌的由来，压缩空气的除水原理，压缩空气净化系统流程，WLKJ-2型 自冷组合式压缩空气净化器结构与净化机理，WLKJ-2 系列自冷组合式压缩空气净化器的主要特点，WLKJ-2系列 压缩空气净化器的规格型号及应用范围等。
　　关键词： 压缩空气 净化 绝热膨胀 环保节能
　　一 压缩空气中尘埃、油、水、细菌的由来我们知道大气的主要成份是氦气，约占78%，其次是氧气，约占21%，二氧化碳占0.25%，其余为其他气体和杂质等。
　　其它气体包含人们常说的氦、氖、氩、氙、氪等微量气体以及水蒸气。其它杂质指飘浮于空气中的灰尘、细菌、气溶剂等。
　　在通常情况下，空气是无色透明的，我们用肉眼在不经意中很难看到空气中的杂质。如果一缕阳光照射到屋内，此时你可以看到原本透明的空气，在阳光的照射下，尘埃经光线折射、反射等作用，明显地飘浮于空气中，大大小小、密密麻麻。经科学统计，在室内环境下，每立方米的空气中，大于0.5μ以上的尘埃粒子数大约为4000万～5000万个。而依附于尘埃粒子中的细菌更是不计其数。
　　在空压机的作用下，如果不考虑与外界的热交换，依据相关公式的计算，原本常压状态下的4.8米3的空气，经压缩至0.8Mpa（表压）时，其体积最终被压缩成1米3.仅此过程即可得知，经压缩后的0 .8Mpa压力的气体，每立方米将会有19200万～24000万个大于0.5μ以上的尘埃粒子。
　　除此之外，大气在被压缩的过程中，又带入了空压机的润滑油和机械性磨屑。根据空气热力学原理，经压缩后的空气将会有大量的过饱和的水蒸气重新还原成水滴被排出。
　　二 压缩空气的除水原理压缩空气中的水分来自大气。大气中一般总含有一定量的以汽态存在的水分，当空气中的水汽过多，超过其饱和度（即相对湿度大于100％时，或当空气冷却至露点温度以下时，空气中的水汽才会凝结成水滴析出。空气中的水分的绝对含量可用湿含量x表示，其单位是公斤水气／公斤干空气，即每公斤干空气中所含有的公斤水汽数。空气的相对湿度φ是以空气中所含的水汽量与同温度下空气的最大（即饱和）含水汽量之比，或空气中水汽的分压与同温度下水的饱和蒸汽压之比，以％表示。空气的露点是使含有一定量水汽的空气冷却至相对湿度为100％，即开始有水滴析出时的温度。
　　下列诸式可以用来表示空气中水分的含量：
　　式中 φ——空气的相对湿度，%；
　　X——空气的湿含量公斤水汽/公斤干空气；
　　ＰＷ——空气中的水汽分压，Pa；
　　ＰＳ——与空气中同温度的水的饱和蒸汽压，Pa；
　　Ｐ——空气的总压强，Pa.
　　从式（1）看，若空气中绝对含量，即湿含量x不变，也即空气中水汽分压ＰＷ不变，温度愈高，ＰＳ值愈大，φ值就愈小。反之温度愈低，ＰＳ愈小，φ值就愈大；而当φ值为1（100%）时，此时的温度即为该空气的露点。
　　从式（3）可以看出，若空气的湿含量x及温度t（也即ＰＳ值）不变，空气的压强P愈大，则相对温度φ也愈大。也可以根据式（3）在空气湿含量不变，即x2=x1的条件下，导出下列公式：
　　式中 ρ1，ρ2——分别为原始空气和压缩空气的相对湿度，%；
　　ＰＳ1，ＰＳ2——分别为原始空气和压缩空气温度下的饱和蒸汽压，Pa；
　　Ｐ1，Ｐ2 ——分别为原始空气和压缩空气的压强，Pa.
　　从式（5）看，压缩后空气的相对湿度φ2除了与原始空气中的相对湿度φ1，温度t1（决定ＰＳ1的值）及压强Ｐ2有关外，也和压缩后的温度t2（决定ＰＳ2的值）有关。若将压缩后的空气冷却至原始气温，即t2= t1，ＰＳ2= ＰＳ1 时，压缩空气的相对湿度ρ2仅随压缩后的压强Ｐ2有关，如压缩比（Ｐ2 /Ｐ1）增大多少倍，相对湿度比（φ2/φ1）也增大多少倍。空气在压缩后的湿含量即绝对含量不变，在其未经冷却时，由于温度很高，所以相对湿度很小，但当其冷却时，相对湿度就急剧增大。大约每降低10℃，其饱和含水量将下降50%，即有二分之一的水蒸气转化为液态水滴（见表1）。
　　表1 纯水蒸气的饱和蒸气压及湿含量 温度 （℃）1009080706050403020水蒸气分压（Pa）1013.2701.2473.7311.8199.3123.473.8142.4623.39水蒸气含量（g/M3）597.5423.4293.4198.2130.383.0851.2130.4017.31温度 （℃）100-10-20-30-40-50-60-70水蒸气分压（Pa）12.286.1082.5971.0320.37980.12830.03940.01080.0026水蒸气含量（g/M3） 9.4054.4872.1390.33850.33850.11920.03820.01010.0028由此可知，要去除压缩空气中的水分，首先要对压缩空气进行冷却，经冷却处理后，降低了露点，此时会有大量多余的水分析出。尽管如此，压缩空气经冷却后，此时压缩空气相对湿度仍为100%，虽然有除油水设备，但该设备并不能将水滴全部除净，此时将压缩空气直接送入过滤器等，极易使过滤介质受潮，降低过滤效率，导致过滤失败。正因如此，对已经析出水的压缩空气重新加热，即显得十分必要。重新加热后的压缩空气，在工况条件下相对湿度可达到60%左右，此时对后面的过滤介质，即安全可靠了。
　　下面介绍具体的净化流程。
　　三 压缩空气净化系统流程为了满足各生产和科研部门对压缩空气洁净等级的高端要求，通常对压缩空气进行净化处理。图1例举了一般用途的压缩空气净化流程，图2例举了应用于不同领域WLKJ-2系列自冷组合式压缩空气净化器传统式压缩空气净化工艺流程对照。
　　以下就图1发酵工业传统模式压缩空气净化流程为列，简述如下。
　　空压机（1）采集自然界的大气，经压缩后高温高湿的压缩空气首先送至贮气罐（2），贮气罐的作用一是降低流速，使部分油水、尘埃沉降，并经罐底阀排出；二是消除减缓供气系统内气流的脉冲，使后置设备更好的发挥各自的功效。经贮气罐排出的气体进入第一冷却器（3），降低气体温度，使压缩空气中过饱和的水汽冷凝析出，并经油水分离器（4）分离后排出。同理，第二冷却器（5）及第二油水分离器（6）是进一步使空压气体降温，进一步排出油水。接下来，排除油水的压缩空气进入除雾器（7），除雾器的作用是将压缩空气中油水分离器（4）（6）分离不掉的微细的液态雾滴，在除雾器（7）除雾丝网的作用下，拦截并重新聚集，使细小的颗粒，重新团聚变大，并在重力的作用下，沉降排除。经过除油水的压缩空气，虽然已去除了液态的油水，但此时的空气湿度仍处于饱和状态，即空气湿度为100％，此时压缩空气直接进入过滤层，如遇温度下降，仍有可能重新析出水滴，使过滤层受潮，影响净化效果。经过除油水的压缩空气，首先进入加热器（8），经电热或蒸汽加热（二者取其一），在压力不变单位体积内含湿量不变的前提下，使空气温度升高，此时相对湿度降低，即不会重新出现雾滴或水滴，使空气在完全干燥的情况下，进入高效过滤器（9）。高效过滤器的作用是，通过填充在高效过滤器中的纤维性滤材、活性碳等，可滤除空气中的尘埃、杂质、异味等，其过滤原理有：拦截、碰撞、吸附、静电吸附等。99％以上几何尺寸较大的＞0.5μ尘埃粒子均在此被截获。经粗滤器净化后的压缩空气，最后进入除菌精滤器（10）。除菌精滤器内置有超细玻璃纤维过滤介质＞0.03μ的尘埃粒子的去除率高达99.999％。即可去除压缩空气中的尘埃粒子及杂菌。
　　目前市场上出售的成套压缩空气净化设备，其原理大至相同，每台设备均有不同的作用和功能，依据用气单位对压缩空气质量的不同要求，配置与之相应的净化装置换。为获取清洁的压缩空气以满足生产和科学实验的需要，除必需的空压机及贮气罐外，还要安装 5～7台单体设备，方能完成压缩空气净化过程 （详见图2 WLKJ-2 型自冷组合式压缩空气净化器与一般用途压缩空气净化流程对照）。显然，这种工艺流程设备多，占地面积大，能耗高，故障多。
　　四 WLKJ-2型 自冷组合式压缩空气净化器结构与净化机理北京微菱互信机械设备有限公司针对目前市场上出售的一般用途压缩空气净化器，存在的各种弊端。最新开发的WLKJ-2 系列自冷组合式压缩空气净化器，在压缩空气净化领域，首先采用绝热膨胀制冷技术，达到清除油水的目的，大大减化了压缩空气的流程，并且在单台设备上即可完成压缩空气净化的目的，无论空压机出口含油水多少，均可达到制药和食品企业GMP对空气质量的最高要求，大于0.01um的杂质被完全清除，含油量<0.003mg/m3，压缩空气中无油、无尘、无菌，同时也可满足对压缩空气有高洁净度要求的不同用气岗位使用。
　　以下对WLKJ-2 系列自冷组合式压缩空气净化器结构及功能具体说明如下（见图3 WLKJ-2 系列自冷组合式压缩空气净化器结构示意图）：
　　由空压机排出的压缩空气，经贮气罐，首先送至该净化器进气口（4）。进气口（4），是经特殊设计的绝热膨胀阀，高速气流经此流过，利用流体体力学和热力学原理压缩空气绝热膨胀，因压差的变化促使压缩空气温度下降至2～5℃（低于冷干机或冷水机），过饱和的水气冷凝成液滴，与油和尘埃等混合后，与内桶壁撞击并分离。此后进入油雾分离段（3），气流受网状滤芯的阻拦，在附着、浸润、重力等作用下微小的液滴逐渐凝聚扩大，再次得到分离。分离后的油水最终沉降至过滤器底层，经排污管（1）排出。清除油水后的冷却气体继续上升。此时的压缩空气，显然已清除掉油水，但其湿度，工况条件下仍为100%.如果温度继续下降，还会有雾滴出现，将会浸润过滤层，严重时会增加阻力，最终使过滤失效。气体流经加热段（5）时，空气被加热。此时，工况条件下，相对湿度下降，空气变得干燥。加热段（5）的作用，十分重要，是一般净化流程中不具备的，加热段（5）的另一个重要作用，是可以保持上层的超高效除油、除臭过滤段（6）和更上层的除菌过滤段（7）在干燥条件下，长期稳定运行。超高效除油、除臭过滤段（6）内填充有天然纤维、人造纤维和其它吸附材料，气流速度低于0.15～0.3m/s，之间，大大低于传统设备0.5～2m/s的气速，此时以扩散效应为主，并伴有碰撞、拦截、布朗运动等作用，经深层过滤，<0.05以上的油水及尘埃粒子被完全扑捉。＞0.01um的粒子最后被除菌过滤器（7）滤除。加热后干燥的压缩空气，经过超高效除油、除臭过滤段（6）和除菌过滤器（7）后，大于0.01um的杂质被完全清除，含油量<0.003mg/m3，出口（8）排出的压缩空气，无油、无尘、无菌，可满足高洁净度要求的用气岗位使用。
　　此外，该净化器还设有过滤层再生系统，通过调节再生温度和时 间，并打开再生阀门，可对过滤层进行再生处理，清除过滤层内的污染物，保证过滤层长期有效正常运行。
　　WLKJ-2 系列自冷组合式压缩空气净化器，带有全自动智能监控系统（9）。可依据进气温度，设定温度梯度，控制排气温度和加热温度，使该净化装置在最佳状况下安全、节能运行。自控系统还安装了定时排污装置，在设定的时 间间隔内，定时排放油水，完全不用人工干预，是一种极人性化的设计。