Membranowe Osuszacze Gazu: Zasada Działania i Zastosowanie
- Szczegóły
Separacja gazów jest jedną z podstawowych technik pozyskiwania czystych gazów niezbędnych do realizacji wielu procesów przemysłowych. Gazy czyste stosowane są praktycznie we wszystkich obszarach związanych z produkcją, ochroną środowiska oraz pracami badawczo-rozwojowymi. Najczęściej stosowane to: powietrze syntetyczne, azot, wodór, hel, tlen, metan, dwutlenek węgla, chlor.
Ze względu na duże zapotrzebowanie na czyste gazy poszukuje się nowych rozwiązań mających na celu obniżenie kosztów pozyskiwania gazów. Coraz częściej wykorzystywaną, bardzo obiecującą metodą jest rozdział składników mieszaniny gazowej na błonie półprzepuszczalnej.
Technologie Membranowe w Separacji Gazów
Techniki membranowe są już wykorzystywane do rozdziału składników gazowych. Firma ChemTech oferuje wśród swoich produktów generator azotu - urządzenie do wytwarzania azotu ze sprężonego powietrza atmosferycznego, atmosfer ochronnych MAP, MAPAX. Dzięki zastosowaniu wysokowydajnych membran czystość azotu może sięgać 99.99%. Niektóre gazy można bezpośrednio uzyskać z powietrza atmosferycznego.
Metody membranowe wykorzystują różnicę przenikalności składników mieszaniny gazowej przez membranę. Ze względu na różne masy cząsteczkowe lub atomowe składniki dyfundują z różnymi szybkościami. Mieszaninę gazową przepuszcza się wzdłuż powierzchni membrany, której pory są dostatecznie małe, aby następował przepływ molekularny tylko cząsteczek lżejszych.
gdzie:
Przeczytaj także: TTK - Osuszacze powietrza dla budownictwa: Co warto wiedzieć?
- ji - strumień molowy (objętościowy) składnika i-tego, [cm3/cm2*s] (w warunkach normalnych),
- l - grubość membrany,
- pi0 - ciśnienie cząstkowe składnika i-tego po stronie zasilania,
- pil - ciśnienie cząstkowe składnika i-tego w permeacie,
- Di - współczynnik dyfuzji (określający zdolność danego składnika do penetracji membrany),
- Ki - współczynnik sorpcji gazu, [jednostka ciśnienia*cm3 składnika i /cm3 polimeru].
Często iloczyn Di*Ki określa się jako Pi nazywany przenikalnością składnika przez membranę, który określa miarę zdolności membrany do permeacji gazów.
Dla membran wykonanych z różnych materiałów wartości selektywności mogą zależeć od różnych czynników i wykazywać różne własności w zależności od rozmiaru cząstek permeatu. W przypadku membran wykonanych z polimerów szklistych większe znaczenie w równaniu (2) ma człon dyfuzyjny. Selektywność membrany maleje ze wzrostem rozmiaru cząstek permeatu. Dla membran wykonanych z polimerów kauczukowych w równaniu (2) dominujące znaczenie ma człon związany ze zdolnością sorpcyjną cząsteczek. Selektywność membrany rośnie wraz ze wzrostem rozmiaru cząstek permeatu. Membrany kauczukowe wykazują lepsze zdolności selektywne względem rozdzielanych składników gazowych niż membrany wykonane z polimerów szklanych. Większe zdolności selektywne membrany pozwalają na zmniejszenie powierzchni wymaganej do rozdziału danej objętości mieszaniny.
Inne Metody Rozdziału Mieszanin Gazowych
Jedną z kolejnych metod realizacji procesu rozdziału mieszanin gazowych jest metoda chemiczna, polegająca na usunięciu określonego składnika lub grupy składników z mieszaniny przez selektywną reakcję chemiczną. W reakcji chemicznej bierze udział tylko określony składnik mieszaniny gazowej. Niestety metoda ta nie pozwala na rozdział składników obojętnych chemicznie oraz nie może być używana do oddzielenia z mieszaniny gazu o największej reaktywności.
Kriotechnika jest procesem, który można wykorzystać do rozdziału mieszanin gazowych. Proces separacji gazów w tym przypadku polega na ich skropleniu wybraną metodą a następnie poddaniu skroplonej mieszaniny procesowi rektyfikacji. W ten sposób uzyskuje się przede wszystkim czysty tlen, azot, argon, hel i ksenon. Proces kriogeniczny znajdują również zastosowanie przy uzyskiwaniu czystego wodoru z gazu koksowniczego czy wydzielaniu deuteru z wodoru.
Metody absorpcyjno - desorpcyjne wykorzystujące zjawisko absorpcji gazów w głębi fazy ciekłej. Metody te wykorzystują jako siłę napędową procesu rozdziału różnicę rozpuszczalności gazów w cieczy. Mieszaninę gazową przepuszcza się przez określony rozpuszczalnik. W trakcie prowadzenia procesu niektóre ze składników (w zależności od wyboru rozpuszczalnika) są absorbowane i skład mieszaniny gazowej opuszczającej ciecz jest inny niż skład mieszaniny wejściowej. Na skutek nasycenia się rozpuszczalnika gazami ciśnienie w układzie ulega obniżeniu i następuje desorpcja wzbogaconej lub zubożonej w określony składnik mieszaniny. Ograniczenie stosowania metody do rozdziału mieszanin gazowych wynikają z niskiej rozpuszczalności wielu gazów. natryskowe bez wypełnień, tzw. absorpcja gazów przemysłowych (np.
Przeczytaj także: Leroy Merlin osuszacze przemysłowe - opinie użytkowników
Metody adsorpcyjne, w których do rozdziału składników wykorzystuje się różnicę w adsorpcji składników na adsorbencie, który może stanowić węgiel aktywny, silikażel lub sita molekularne. Ponieważ adsorbenty charakteryzują się stosunkowo niedużą zdolnością sorpcyjną i są drogie w eksploatacji stosuje się zwykle do celów specjalnych, np. głębokiego osuszania powietrza i pary wodnej.
Osuszacze Sprężonego Powietrza: Wprowadzenie
Sprężone powietrze to medium, które wykorzystuje się w wielu zakładach przemysłowych. Trudno się temu dziwić, skoro jest bezpieczne, niezawodne, a do tego jeszcze ogólnie dostępne. Ponadto stanowi doskonałą alternatywę dla energii elektrycznej. Może służyć do bardzo szerokiego zastosowania.
Do urządzeń uzdatniających sprężone powietrze zalicza się osuszacz sprężonego powietrza. Mowa tu o urządzeniach skutecznie i sprawnie eliminujących wodę i parę wodną z powietrza, które jest emitowane przez sprężarkę. Jak zapewne każdy zdaje sobie sprawę, wilgoć w przewodach instalacji sprężonego powietrza może prowadzić do wielu strat. Wywołuje korozję osprzętu, przyczynia się do zamarzania zewnętrznych przewodów, a w konsekwencji tego, do awarii całej instalacji. Tak więc woda stanowi duże zagrożenie dla wielu urządzeń elektrycznych i maszyn. Na szczęście istnieją metody, dzięki którym można tę wilgoć wyeliminować.
Profesjonalny osuszacz sprężonego powietrza zapobiega szkodliwemu wpływowi wody na funkcjonowanie instalacji. Stosując to nowoczesne rozwiązanie można przede wszystkim uniknąć przerwania kosztownych procesów produkcji, a także serwisowania elementów instalacji. Również tym sposobem można uniknąć potrzeby zakupu nowego sprzętu, co mogłoby wiązać się z awarią obecnego.
Technologie Osuszania Sprężonego Powietrza
Obecnie na rynku mamy dostęp do kilku rodzajów osuszaczy sprężonego powietrza. Zasada działania każdego z nich jest nieco inna. Wyróżnia się następujące technologie osuszania: chłodnicze, adsorpcyjne, tandemowe, membranowe. Ważnym parametrem tych urządzeń jest temperatura, w której dochodzi do rozpoczęcia procesu skraplania pary wodnej przy aktualnym ciśnieniu roboczym. Zależnie od tego, do jakich celów ma być przeznaczony osuszacz, powinien spełniać określone wymagania co do danej zawartości. Znając wymagania urządzenia, posługując się specjalną tabelą, można wyczytać temperaturę punktu rosy.
Przeczytaj także: Peltier - czy osuszanie działa?
Zastosowanie Sprężonego Powietrza w Przemyśle
Prawdą jest to, że sprężone powietrze jest powszechnie stosowane w przemyśle. Ponadto ma wiele zastosowań. Wbrew pozorom zapotrzebowanie na odpowiednio uzdatnione sprężone powietrze nieustannie rośnie. Główne zastosowania sprężonego powietrza to: napęd pneumatyczny, transport pneumatyczny, automatyka pneumatyczna, obróbka powierzchni, nośnik, powietrze warsztatowe, pakowanie.
Przykładowo w przemyśle spożywczym sprężone powietrze stosuje się podczas transportu produktów do wytwarzania azotu, obierania, krojenia i pakowania. W zakładach chemicznych wykorzystuje się je do oczyszczania, osuszania i przenoszenia produktów, tworzenia kurtyn powietrznych, wytwarzania azotu czy sterowania zaworami. W motoryzacji służy do pompowania opon, lakierowania i wielu innych prac, które wykonuje się przy użyciu narzędzi zasilanych powietrzem. W przemyśle farmaceutycznym również wykorzystuje się sprężone powietrze. Przydaje się ono tam do oczyszczania i osuszania produktów, kontrolowania sprzętu podczas produkcji.
Zakłady przemysłowe wykorzystują sprężone powietrze do uruchomienia różnego rodzaju narzędzi, urządzeń i sprzętu - sprzęty dźwigowe, do prac wykończeniowych, czyszczenia czy osuszania, ogrzewania i chłodzenia. Trzeba mieć na uwadze to, że jeden osuszacz nie może służyć do zastosowania w każdym miejscu z uwagi na to, że sprężone powietrze musi być pozbawione w wymaganym stopniu zanieczyszczeń i wody. W związku z tym kupując osuszacz, trzeba dokonać właściwego wyboru.
Jak Wybrać Osuszacz Sprężonego Powietrza?
Wybór osuszacza wbrew temu, co się wydaje, nie jest taki oczywisty i łatwy. Jednym z kryteriów wyboru jest bez wątpienia norma ISO 8573-1. W ten sposób dokonuje się wybór rodzaju osuszacza. Następnie należy ustalić wydajność kompresorów. Trzeba koniecznie pamiętać, że rodzaj sprężarki ma znaczenie z uwagi na to, że każda z nich generuje różne ilości par olejowych i różną temperaturę sprężonego powietrza. W związku z tym bardzo często stosuje się filtry odolejające przed osuszaczami.
Kolejna bardzo ważna sprawa to, to, że osuszacze mogą pracować w określonej temperaturze otoczenia i temperaturze sprężonego powietrza. Chodzi mianowicie o to, że kiedy temperatura jest zbyt wysoka, to urządzenie nie spełnia swojej roli. Co więcej, może nawet ulec uszkodzeniu. Dokonując wyboru osuszacza, powinno się zwrócić uwagę na takie wydajność, spadek ciśnienia, a także koszty eksploatacji i zakupu. Wymieniając te czynniki, nie należy zapominać o oczekiwanym stopniu osuszenia.
Wybierając osuszacz chłodniczy, trzeba zwrócić uwagę na następujące aspekty: wymagany punkt rosy, zużywana ilość sprężonego powietrza, maksymalny strumień powietrza, minimalne ciśnienie robocze, a także maksymalna temperatura na wlocie do osuszacza. Ponadto należy uwzględnić maksymalną temperaturę powietrza otaczającego, energooszczędność urządzenia, wymagane media, ilości dostępnego miejsca oraz koszt urządzenia.
Dla osoby, która nigdy nie miała do czynienia z osuszaczami może wydawać się, że ich wybór wcale nie jest trudny. Wystarczy zagłębić się w parametry tego urządzenia, aby zmienić zdanie. Nic w takim razie dziwnego w tym, że eksperci podkreślają, iż wyboru osuszacza powinien dokonywać ktoś, kto przede wszystkim orientuje się, na czym polegają poszczególne technologie osuszania.
Przed dokonaniem wyboru osuszacza należy sprawdzić, jakie trzeba spełnić wymagania, a mogą być różne, zależnie od rodzaju tego urządzenia.
Zasady instalacji osuszaczy:
- Osuszacze chłodnicze: Przed osuszaczem trzeba zainstalować filtr odpylający, cyklon zainstalować przed tym filtrem, a za osuszaczem umieścić filtr odolejający. Należy zapewnić prawidłowe chłodzenie osuszacza.
- Osuszacze adsorpcyjne: Przed osuszaczem należy zainstalować filtr odolejający, który powinien być poprzedzony filtrem odpylającym. Za osuszaczem powinien być zamontowany filtr odpylający. Dodatkowo trzeba zapewnić odpowiednią temperaturę otoczenia.
- Osuszacze tandemowe: Przed osuszaczem powinien znajdować się cyklon. W tym przypadku również trzeba zagwarantować odpowiednią temperaturę otoczenia.
Układ Chłodniczy a Osuszacz Sprężonego Powietrza
Osuszacze kondensacyjne opierają swoje działanie na odpowiednio dopasowanym układzie chłodniczym. To niejako trzon właściwie wykonanego urządzenia, którego zasady działania umożliwiają uzyskanie kondensacji pary wodnej, a w konsekwencji skuteczne obniżenie zawartości wody w dostarczanym sprężonym powietrzu.
Kolejnym istotnym aspektem dla układu, jest sama sprężarka chłodnicza odpowiedzialna za przepływ czynnika chłodniczego (freonu). W czasie gdy ciśnienie i temperatura w systemie wzrasta, sprężony gaz dociera do skraplacza, gdzie dochodzi do jego ochłodzenia. Proces ten wieńczy przejście substancji ze stanu gazowego w stan ciekły.
W kolejnym etapie skroplony czynnik przepływa przez filtr freonu, którego zadaniem jest pochłanianie pary wodnej, by następnie trafić do specjalnego zaworu rozprężającego, którego cechą charakterystyczną jest duża różnica ciśnień. Wówczas czynnik zaczyna ulegać rozprężeniu, a tym samym i odparowaniu, na skutek tego procesu dochodzi do gwałtownego spadku temperatury w wymienniku ciepła.
Podczas separowanego kontaktu ciepłego sprężonego powietrza z wychłodzonym układem freonowym, dochodzi do wykroplenia pary wodnej z układu sprężonego powietrza - powstały kondensat jest odprowadzony przez zainstalowany spust kondensatu.
Najważniejsze Czynniki w Czasie Pracy Osuszacza Sprężonego Powietrza
Kolejno przedstawione etapy osuszania sprężonego powietrza nasuwają jeden istotny wniosek. W procesie tym najważniejszym aspektem pozostaje spadek ciśnienia oraz temperatury czynnika chłodniczego, zjawisko to oddaje ciepło w procesie parowania. Ponadto temperatura poniżej punktu rosy powoduje usunięcie nadmiaru wilgoci na ściankach parownika, a tym samym gwarantuje wymagany w procesie eksploatacji efekt.
Osuszacze Membranowe: Szczegółowy Opis
Osuszacze membranowe to grupa osuszaczy, w których komponentem roboczym jest specjalna membrana wykonana z włókna polimerowego, przez którą przenikają wyłącznie molekuły pary wodnej. DRYPOINT® M PLUS to filtr membranowy z filtrem końcowym 0,01μm (0,01mg/m3), stanowiący osuszacz membranowy sprężonego powietrza w wersji "wszystko w jednym". Zainstalowanie filtra sprężonego powietrza oraz osuszacza membranowego w jednej obudowie DRYPOINT® M PLUS oznacza kompaktowa budowę i pewność działania. Wykorzystując fizyczne właściwości przepływu powietrza, skonstruowano osuszacz, który jest optymalnym rozwiązaniem pod względem osuszania i filtracji (filtracja zachodzi bezpośrednio przed membraną). Osuszacz membranowy sprężonego powietrza DRYPOINT® M PLUS, dzięki elementom membranowym w technologii TWIST 60, pracuje wyjątkowo wydajnie i energooszczędnie.
Zalety DRYPOINT® M PLUS:
- Wszystko w jednym - filtracja i osuszanie w jednej obudowie
- Optymalne rozwiązanie: filtracja bezpośrednio przed membraną
- Technologia TWIST 60 dla uzyskania najwyższej wydajności
- Łatwa wymiana elementów filtra, niskie nakłady na konserwację
- Dren zintegrowany z konstrukcją
Dane techniczne DRYPOINT® M PLUS:
- Medium: sprężone powietrze
- Warunki pracy: temperatura / ciśnienie od +2°C do +50°C / 4 - 12,5 bar
- Różnica ciśnień: 0,1- 0,3 bar
- Zalecana filtracja przed osuszaczem: cząstki stałe 1μm, olej < 0,01 mg/m3
- Zużycie powietrza regeneracyjnego w % nominalnej wydajności:
- Obniżenie ciśnieniowego punktu rosy z 35°C do 15°C ok. 10%
- Obniżenie ciśnieniowego punktu rosy z 35°C do 3°C ok. 14%
- Obniżenie ciśnieniowego punktu rosy z 35°C do -20°C ok. 20%
Model Ilość powietrza na wejściu w zależności od punktu rosy [l/min*] Strata powietrza [l/min] Wymiary [mm] Przyłącza [“] Waga [kg]
| Model | +15˚C | +3˚C | -10˚C | -20˚C | Strata powietrza [l/min] | Wysokość [mm] | Szerokość [mm] | Przyłącza ["] | Waga [kg] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DM 08G19 KA-N50 | 32 | 23 | 15 | 5 | 2 | 65 | 46 | 1/4 | 0,79 |
| DM 08G24 KA-N100 | 66 | 49 | 42 | 10 | 3 | 15 | 46 | 1/4 | 0,87 |
| DM 08G28 KA-N150 | 100 | 74 | 63 | 15 | 3 | 55 | 46 | 1/4 | 0,94 |
| DM 08G34 KA-N200 | 133 | 99 | 84 | 20 | 4 | 15 | 46 | 1/4 | 1,03 |
| DM 10G34 CA-N270 | 181 | 139 | 120 | 20 | 30 | 435 | 75 | 3/8 | 1,85 |
| DM 10G41 CA-N300 | 199 | 149 | 127 | 30 | 50 | 435 | 75 | 3/8 | 2,1 |
| DM 10G47 CA-N400 | 266 | 198 | 169 | 40 | 56 | 435 | 75 | 3/8 | 2,3 |
| DM 20G48 CA-N600 | 399 | 297 | 253 | 60 | 57 | 575 | 100 | 3/4 | 3,5 |
| DM 20G53 CA-N800 | 532 | 396 | 338 | 80 | 62 | 575 | 100 | 3/4 | 3,8 |
| DM 20G60 CA-N1050 | 765 | 590 | 505 | 120 | 69 | 575 | 100 | 3/4 | 4,1 |
| DM 20G67 CA-N1350 | 910 | 700 | 605 | 150 | 76 | 575 | 100 | 3/4 | 4,4 |
| DM 40G61 CA-N1650 | 1125 | 860 | 740 | 180 | 79 | 595 | 146 | 1 1/2 | 9,1 |
| DM 40G75 CA-N2450 | 1690 | 1290 | 1110 | 270 | 93 | 595 | 146 | 1 1/2 | 10,2 |
| DM 40G90 CA-N- | - | 2250 | 1720 | 1480 | 360 | 1085 | 146 | 1 1/2 | 11,3 |
* podane wydajności określone są dla ciśnienia 7 bar i ciśnieniowego punktu rosy na wlocie 35°C.
Współczynnik korekcyjny ciśnienia:
| Ciśnienie (bar) | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Współczynnik korekcyjny | 0,39 | 0,56 | 0,77 | 1 | 1,19 | 1,4 | 1,61 | 1,84 | 2,07 |
Zasada działania osuszacza membranowego:
Przepływ sprężonego powietrza następuje na początku przez środek wewn. obudowy membrany w kierunku dolnej części obudowy i u jej podstawy zostaje desygnowane do membrany. Ciągle wilgotne sprężone powietrze jest przesyłane przez włókna membranowe, które umiejscowione są w środku cylindra membrany. Na wylocie membrany następuje pobór osuszonego powietrza potrzebnego do zregenerowania membrany. W trakcie przesyłu przez dyszę następuje rozprężenie do ciśnienia atmosferycznego w skutek czego dokonuje się dodatkowe osuszanie powietrza regenerującego. Takie powietrze przepływa na zewn. stronie włókien membranowych.
Przez filtr membranowy w skutek tego procesu przepływają 2 wiązki powietrza o zróżnicowanym składzie wilgoci. Zarówno jeden jak i drugi strumień separują tylko ścianki membran. W wewnętrznej stronie membran przesyłane jest zawilgocone sprężone powietrze, natomiast po zewnętrznej osuszone powietrze regeneracyjne.
Z uwagi na różny skład wilgoci po obu stronach membrany zachodzi proces dyfuzji wilgoci znajdującej się w sprężonym powietrzu do osuszanego powietrza regenerującego. Wykorzystanie opatentowanego rozwiązania TWIST 60 zdecydowanie polepsza proces osuszania. Osuszone powietrze wyłania się z osuszacza przez wylot. Zawilgocone regenerujące powietrze jest przesyłane do otoczenia.
Osuszacze membranowe MT to kompaktowe urządzenia przeznaczone do usuwania wilgoci ze sprężonego powietrza, osiągające punkt rosy do -40°C. Dzięki solidnej konstrukcji, bezobsługowej pracy i cichej eksploatacji doskonale sprawdzają się w szerokim zakresie zastosowań przemysłowych i medycznych. Osuszacze membranowe MT to zaawansowane urządzenia, które skutecznie redukują wilgoć w sprężonym powietrzu, zapewniając ciśnieniowy punkt rosy do -40°C. Unikalny mechanizm działania wykorzystuje selektywne membrany kapilarne, które usuwają wilgoć z powietrza, jednocześnie gwarantując niskie zapotrzebowanie na powietrze regeneracyjne. Osuszacze MT nie wymagają zasilania elektrycznego, mogą pracować w dowolnej pozycji montażowej i są niezwykle ciche. Wersja ECOTROC® MT PLUS oferuje dodatkową ochronę dzięki wstępnemu filtrowi ECOCLEAN® SMA, co zapewnia niezawodność w nawet najbardziej wymagających warunkach.
Sprężone powietrze wpływa do osuszacza i jest kierowane do elementu membranowego. Wciąż wilgotne sprężone powietrze przepływa następnie przez selektywne wnętrze membran kapilarnych. Powietrze regeneracyjne jest w sposób ciągły kierowane z powrotem wzdłuż zewnętrznych ścian elementu membranowego w celu osuszenia. Za pomocą specjalnego otworu dyszy jest uwalniane do ciśnienia atmosferycznego. Dzięki tej ekspansji powietrze przedmuchujące jest teraz znacznie bardziej suche, ponieważ wilgoć jest rozprowadzana w większej rozszerzonej objętości. W tym procesie osuszone powietrze regeneracyjne przepływa na zewnątrz membrany.
Dwa strumienie powietrza, oddzielone tylko ścianką membrany o różnej zawartości wilgoci, przechodzą przez element membrany w konfiguracji przeciwprądowej. Ze względu na różną zawartość wilgoci, wilgoć zawarta w sprężonym powietrzu dyfunduje do powietrza regeneracyjnego. Filtracja 0,01 mikrona przed membraną jest absolutnie konieczna! W wersji ECOTROC® MT PLUS firma KSI dostarcza rozwiązanie systemowe dla osuszacza membranowego w połączeniu z odpowiednim filtrem wstępnym ECOCLEAN® SMA i wspornikiem ściennym.
Punkty rosy od + 0 ° C do + 6 ° C są zazwyczaj osiągane przez osuszacze chłodnicze. Wersja ECOTROC® MT PLUS to systemowe rozwiązanie osuszacza membranowego połączone z odpowiednim filtrem wstępnym KSI ECOCLEAN® SMA i wspornikiem ściennym.
Odwadniacze cyklonowe o przepływie do 2850 m3/h, ciśnieniu do 16 bar, przyłącza 3/8″ - 3″.
tags: #membranowe #osuszacze #gazu #zasada #działania
