基于單級轉輪除濕系統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】本文主要在單級轉輪除濕系統下研究變色硅膠，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情況，并選擇最優的干燥劑應用于固體轉輪除濕空調系統，進一步提高系統性能。通過先讓干燥劑遇水進行吸附反應，再用干燥箱將干燥劑再生，觀察反應過程各種干燥劑遇水的情況，記錄反應前后干燥劑質量的變化，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。而且變色硅膠獨有的變色性更是為轉輪除濕提供了便利。

【關鍵詞】單級轉輪除濕；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，對適度的準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現，而除濕可以通過固體轉輪除濕系統[1]中固體干燥劑對水分的吸收來實現。干燥劑對除濕過程起著重要作用。本文針對選用的干燥劑進行實驗，對性能進行綜合比較，選擇其各項性能最佳，有利于轉輪除濕系統高效運行的干燥劑。

1 系統的選擇

轉輪除濕，對于一個轉輪除濕系統，主要包括固體除濕轉輪、換熱器、蒸發冷卻器以及加熱器構成。見圖1所示。

圖中：DWDW：除濕轉輪；TDW：厚轉輪；H：加熱器；HE：換熱器；C：蒸發冷卻器；AA：室外新風；EA：排風； SA：送風。

除濕機組主要由除濕轉輪、傳動皮帶、風機、電加熱器及控制器件組成。除濕轉輪由很多細小的蜂窩狀流道組成，在流道壁上布滿了一薄層吸附劑，當濕空氣流過這些流道時，空氣中的水分被固體吸濕劑所吸附，同時放出汽化潛熱加熱了空氣。隨著轉輪運轉，這部分流道的吸濕量達到飽和，這些達到飽和的流道轉到再生區，此時來流空氣為熱空氣，吸附在干燥劑中的水分吸收空氣的熱量而蒸發為水蒸氣，空氣失掉顯熱，溫度降低，水蒸氣進入空氣中，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。隨著轉輪的吸附和脫附的循環，除濕過程得以連續進行。

2 干燥劑的種類和物理特性

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

轉輪除濕對干燥劑要求[2]：吸濕能力，吸濕速率，吸濕容量，吸熱量，熱傳導性，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性干燥劑，有微毒性，且遇水之后對設備具有一定的腐蝕作用，礦物干燥劑遇水迅速變大，不適合用在轉輪除濕中。所以本文選取物理性干燥劑。并設計實驗對其吸濕和再生性能進行探究。

3 除濕實驗

除濕實驗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、遇水會不會變成粉末狀，對于變色硅膠而言，還有顏色的變化。

實驗步驟：

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。

數據記錄如下：

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量都是變色硅膠干燥劑。

3）計算干燥劑的除濕性能即除濕率

在干燥劑遇水反應的過程中，可以明顯看出，變色硅膠遇水反應迅速，顏色迅速由藍變紅，并發出“嘶嘶”的響聲，且有小部分晶體裂開變為小晶體。而活性氧化鋁和分子篩反應比較緩慢，且在反應過程無明顯變化。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 再生實驗

為了對比干燥劑再生實驗的效果，將三組干燥劑按照不同的方式對干燥劑進行再生，本次設計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、室內自然干燥、室外風干干燥。實驗過程如下所示：

1）將第一組中的干燥劑用干燥箱進行加熱干燥

查文獻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，本次試驗選取160℃，干燥時間為2h。分子篩一般需要加熱到500～550℃，保持兩小時以上，待其溫度降到200℃時拿出，本次試驗選取280，干燥9個小時；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℃，本次試驗選取100℃。

實驗步驟：

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，關閉干燥箱；

b.打開干燥箱開關，調節干燥箱的溫度到160℃，記錄當前時間；

c.干燥箱的溫度上升到160℃，記錄當前時間；

d.等待2小時，關閉干燥箱開關，記錄當前時間；

e.等待干燥箱溫度降到50℃時，拿出干燥劑，并稱量干燥劑的質量。

f.實驗記錄如下表。

2）第二組置于室內進行自然干燥

將飽和吸水后的干燥劑放置于環境條件基本穩定的室內使其自然晾干24h，當前環境條件如下：

干球溫度：21℃，濕球溫度：13.8℃，相對濕度：21%

實驗結果如下：

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

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

3）第三組置于室外風干干燥

將飽和吸水后的干燥劑放置于環境條件基本穩定的室外使其自然風干24h，當前環境條件如下：

干球溫度：11.5℃，濕球溫度：5℃，相對濕度：13%

實驗結果如下：

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

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

變色硅膠干燥前質量為44.0112，干燥后質量為38.2845，稱量質量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，但是再生后質量與遇水反應前的質量差距最小。

5 結論

在轉輪除濕過程中需要對硅膠干燥劑的盛放作以技術改進即可有力除濕。分子篩干燥劑和活性氧化鋁干燥劑反應較慢，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，但是再生后質量與遇水反應前的質量差距最小，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。經過試驗分析確定硅膠為我們下續設計用干燥劑。

【參考文獻】

[1]李瑩.多孔介質除濕與再生特性研究[D].內蒙古科技大學，2014.

[2]于蓉.干燥劑轉輪除濕性能研究[D].天津商業大學，2013.DOI：10.7666/d.Y2410588.

[3]楊保義，張杰.變色硅膠干燥劑吸濕性能研究[J].裝備環境工程，2010，7（2）：32-35.DOI：10.3969/j.issn.1672-9242.2010.02.009.

[4]馬麗君.固體干燥劑轉輪除濕特性的理論與實驗研究[D].天津商業大學，2011.

[5]代彥軍，臘棟.轉輪式除濕空調研究與應用最新進展[J].制冷學報，2009，04：1-8.

[責任編輯：楊玉潔]