CN111760426A - 一种多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，至少包括三个以上的吸附塔，当至少一个吸附塔处于吸附状态时，至少有一个吸附塔处于加热再生状态，同时至少有一个吸附塔处于自然冷却状态。本发明利用加热与吹冷空间上分开，时间上同时进行的方式，使加热再生时间变的宽裕促使可以减少了鼓风机和发热管的功耗，同时省去了材料上的成本。也省去了冷却再生繁杂的水冷和气路的安装过程，自冷阶段依靠外界环境的低温与之冷热交换，与外境空气隔绝，使露点更加的稳定。

Description

一种多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置

技术领域

本发明涉及吸附式干燥技术领域，具体是一种多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置。

背景技术

目前在压缩空气净化和干燥设备产品里，普遍使用的一种干燥设备就是两塔式吸附干燥机，主要应用于需要将压缩空气中的水分降低到常压露点-40℃甚至更低水平的各生产过程中，作为仪表空气或工艺空气。但现有技术的干燥装置在实际使用过程中存在以下问题：一是只有两个干燥塔，如果其中一个干燥塔所属程控阀或止回阀出现故障，必须停车检修，无法保证连续、正常供气；二是干燥塔需添加或更换吸附剂时必须停车完成；三是电加热器出现故障需更换时，必须停车进行，用户必须连续、不间断供给洁净压缩空气时，通常的做法是使用两台两塔式吸附干燥机，采用一开一备的方式保障连续供气，一次性投资成本增加；4、传统吹冷方式系统流程复杂，总体设备选用功耗高。

发明内容

本发明目的是提供一种多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，利用鼓风机吸入的外界空气对吸附剂进行加热再生，对于吹冷再生采用自冷却的方式，让加热再生和自冷能够同时进行，从而简化吹冷方式系统流程，减少总体设备的选用功耗。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，至少包括三个以上的吸附塔，当至少一个吸附塔处于吸附状态时，至少有一个吸附塔处于加热再生状态，同时至少有一个吸附塔处于自然冷却状态。

作为对上述技术方案的改进，三个以上的所述吸附塔并列设置，所述吸附塔下端分别设置有再生排气口、泄压口和饱和湿空气的进气口，三个以上的所述吸附塔顶端分别设置出气口、再生进气口和充气口。

作为对上述技术方案的改进，所述吸附塔为三个，包括第一塔体、第二塔体、第三塔体；

所述再生排气口、泄压口和饱和湿空气的进气口合并为一个口，所述第一塔体、第二塔体、第三塔体分别在下端的合并口处连接有下支管，每一个所述下支管分别外接有再生排气管、泄压管，三个所述再生排气管上分别设置有第一再生进气阀门、第二再生进气阀门、第三再生进气阀门，三个所述泄压管上分别设置有第一泄压阀门、第二泄压阀门、第三泄压阀门，三个所述下支管在末端分别对应设置有第一进气阀门、第二进气阀门、第三进气阀门以控制饱和湿空气的进入，所述下支管在终端合并连接在下总管上；

所述出气口、再生进气口和充气口合并为一个口，所述第一塔体、第二塔体、第三塔体分别在上端的合并口处连接有上支管，每一个所述上支管分别外接有再生进气管、充气管，三个所述再生进气管上分别设置有第一再生进气阀门、第二再生进气阀门、第三再生进气阀门，三个所述充气管上分别设置有第一充气阀门、第二充气阀门、第三充气阀门，三个所述上支管在末端分别对应设置有第一出气阀门、第二出气阀门、第三出气阀门以控制吸附气体的排出，三个所述上支管的终端、三个所述充气管的终端合并连接在上总管上。

作为对上述技术方案的改进，所述多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置还包括将外界空气送入到加热器中的风机，将风机送入的空气加热的加热器，所述加热器连接有饱和湿空气的输出管道，所述输出管道通过第一再生进气阀门、第二再生进气阀门、第三再生进气阀门与三个所述再生进气管分别连接，

作为对上述技术方案的改进，所述风机为鼓风机。

作为对上述技术方案的改进，所述风机与加热器的连接管道上设置有单向阀门以防止加热器的气体回流。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本装置的多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，利用加热与吹冷空间上分开，时间上同时进行的方式，使加热再生时间变的宽裕促使可以减少了鼓风机和发热管的功耗，同时省去了材料上的成本。也省去了冷却再生繁杂的水冷和气路的安装过程，自冷阶段依靠外界环境的低温与之冷热交换，与外境空气隔绝，同时方式在吸附剂的冷却阶段的预载，使露点更加的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图中：1、第一塔体；2、第二塔体；3、第三塔体；4、第一进气阀门；5、第二进气阀门；6、第三进气阀门；7、第一出气阀门；8、第二出气阀门；9、第三出气阀门；10、第一再生进气阀门；11、第二再生进气阀门；12、第三再生进气阀门；13、加热器； 14、单向阀门；15、鼓风机；16、第一再生排气阀门；17、第二再生排气阀门； 18、第三再生排气阀门；19、第一泄压阀门；20、第二泄压阀门；21、第三泄压阀门； 22、第一充气阀门；23、第二充气阀门；24、第三充气阀门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例的多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，包括第一塔体1、第二塔体2和第三塔体3，所述的第一塔体1、第二塔体2和第三塔体3下端分别连接有第一进气阀门4、第二进气阀门5和第三进气阀门6，所述的第一塔体1、第二塔体2和第三塔体3顶端分别连接有第一出气阀门7、第二出气阀门8和第三出气阀门9，所述的第一塔体1和第二塔体2之间连接有第一再生进气阀门10和第二再生进气阀门11，所述的第二塔体2和第三塔体3之间连接有第三再生进气阀门12，所述的第一塔体1一侧连接有加热器13，所述的加热器13末端与单向阀门14相连通，所述的单向阀门13末端安装有鼓风机15，所述的第一进气阀门4与所述的第一塔体1之间安装有第一再生排气阀门16，所述的第二进气阀门5与所述的第二塔体2之间安装有第二再生排气阀门17，所述的第三进气阀门6与所述的第三塔体3之间安装有第三再生排气阀门18，所述的第一再生排气阀门16对向安装有第一泄压阀门19，所述的第二再生排气阀门17对向安装有第二泄压阀门20，所述的第三再生排气阀门18对向安装有第三泄压阀门21，所述的第一再生进气阀门10上端安装有第一充气阀门22，所述的第二再生进气阀门11上端安装有第二充气阀门23，所述的第三再生进气阀门12上端安装有第三充气阀门24，其中，第一运行状态为：饱和的湿空气从第二进气阀门5进入第二塔体2内进行吸附，然后从第二出气阀门8排出，同时第一塔体1进行鼓风加热再生，所述的鼓风机15将环境空气吸入加热器13中将温度加热至180°（分子筛的再生温度），将吸附剂从第一再生排气阀门16阀脱附排出，另外，第三塔体依靠筒体与外界冷空气进行自热的冷却。从而形实现自冷阶段完成后切换成吸附状态，加热再生后进入到自冷阶段；第二运行状态为：饱和的湿空气从第三进气阀门6进入第三塔体3进行吸附，然后从第三气动阀出气阀门9排出，同时第二塔体2进行鼓风加热再生，鼓风机15将环境空气吸入加热器13中将温度加热至180°（分子筛的再生温度）将吸附剂的从第二再生排气阀17脱附排出，另外，第一塔体依靠筒体与外界冷空气进行自热的冷却，从而形实现自冷阶段完成后切换成吸附状态，加热再生后进入到自冷阶段；第三运行状态为：饱和的湿空气从第一进气阀门4进入第一塔体1进行吸附，然后从第一出气阀门7排出，同时第三塔体3进行鼓风加热再生，鼓风机15将环境空气吸入加热器16中将温度加热至180°（分子筛的再生温度）将吸附剂的从第三再生排气阀门18脱附排出，另外，第一塔体1依靠筒体与外界冷空气进行自热的冷却，从而形实现自冷阶段完成后切换成吸附状态，加热再生后进入到自冷阶段，如此利用多塔形式，自冷却方式，防止吹冷预载，使露点更稳定，同时减少了再生时段的功耗。

其中，对于能耗计算分析（理论证明数据）

已知以100Nm³/min，进气露点温度20℃，进气表压0.7MPa。（表示前端有冷冻式干燥机）

1、单桶吸附剂的重量按填充比10kg/m³/min，G=10*100=1000kg（单桶）。

2、吸附剂的穿透时间按6小时计算，吸附剂安全系数20%，操作弹性17.8%。

3、分子筛的进气温度按180计算，尾气温度按50度计算。

4、环境外界空气按35°计算。

一、如下做一个能耗分析说明：

1、多塔零气耗鼓风热吸附式干燥机加热再生需要的热量无外乎来自于四点：

2、水分周期时间内脱附需要的热量Q1

3、吸附剂需要的热量Q2

4、结构筒体需要的热量Q3

5、损失的热量Q4，分为筒体与外界的热辐射损失Qa与再生尾气的排出的热量Qb所以：Q总=Q1+Q2+Q3+Q4

从上述已知条件可算出每小时需要脱附的水分为13.6kg（不做详细计算说明），所以可以算出：

1、Q1=13.6×6×2900=236640KJ........................（已知水分的脱附热为2900kJ/kg），已知吸附剂的比热是0.95kJ/kg.℃，单塔填料为1000kg，平均温升95℃。

2、Q2=0.95×1000×95=90250KJ，已知结构钢筒体的比热按Q235碳钢0.48kJ/kg.℃，塔自重840kg，平均温升95℃。

3、Q3=0.48×720×95=32832KJ，热损失可分为环境与筒体的换热损失和再生尾气的热损失。已知鼓风机的选型风量为700m³/h，定压比热按1.01kJ/kg.℃，密度为1.2kg/m³，再生气的平均温升为25℃。

4、Qa=1.01×1.2×700×35=29694KJ，Qb是筒体与外界温度的辐射造成的热损失，再生时间为6小时。根据牛顿冷却方程可求得：

；

Qb=0.9×20.4×3.14×1×2.3×[(273+130/100)^4-（273+35/100）^4]×6=137634KJ；

ε..........................吸附塔外表面的黑度系数（查表为0.9）；

A..........................吸附塔的外表面积（A=3.14*1*2.3）；

C0.........................黑体辐射系数（查表20.4KJ/m2.K4.h)；

T1.........................吸附塔外表面的平均温度K；

T0.........................环境温度K；

Tz.........................加热再生时间（h）；

可得出总需要的热量Q总=Q1+Q2+Q3+Qa+Qb；

Q总=236640+90250+32832+29694+138429=527845KJ；

由于加热时间可以自冷时间近似持平，所以6小时周期实际是加热和吹冷在同时进行，所以发热管的大小可选用：

1.2*Q总/(3600*6)=29.3KW，选30KW发热管；

其中，鼓风机的选用：

1、已知发热管的实际运行功率是30.8KW，鼓风机的再生气密度为1.25kg/m³，定压比热按1.01KJ/kg.℃，再生气从鼓风机的排气口50℃升至180℃，且有P=CρV（t2-t1）/3600=1.01*1.25*V*(180-50）/3600=30KW；V=658m³/h，背压按20KPa计算，可算出功率P=658*20/3600=3.65KW，选用4KW鼓风机。

2、结论：以上6小时周期可选用30KW，4KW鼓风机，而传统双塔的零气耗鼓风热双塔吸附剂选用发热管为65KW，鼓风热功率12.5KW，此所选用的设备功耗比较，一目了然。

二、自冷时间是否超过切换时间（论证）

自冷阶段所需要冷却的热量无外乎从吸附桶和分子筛所储存的热量，只要将这两部分热量吹冷至50度以下。即可完成自冷再生；

即是Qf≥Q2+Q3

137634≥90250+32832，所以6小时的切换时间可以让吸附剂自动冷却至50°以下。

综上所述优势特点：

多塔式零耗气鼓风热吸干机利用加热与吹冷空间上分开，时间上同时进行的方式，使加热再生时间变的宽裕促使可以减少了鼓风机和发热管的功耗，同时省去了材料上的成本。也省去了冷却再生繁杂的水冷和气路的安装过程。

自冷阶段依靠外界环境的低温与之冷热交换，与外境空气隔绝，同时方式在吸附剂的冷却阶段的预载，使露点更加的稳定。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，其特征在于，至少包括三个以上的吸附塔，当至少一个吸附塔处于吸附状态时，至少有一个吸附塔处于加热再生状态，同时至少有一个吸附塔处于自然冷却状态。

2.根据权利要求1所述的多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，其特征在于，三个以上的所述吸附塔并列设置，所述吸附塔下端分别设置有再生排气口、泄压口和饱和湿空气的进气口，三个以上的所述吸附塔顶端分别设置出气口、再生进气口和充气口。

3.根据权利要求2所述的多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，其特征在于，

所述吸附塔为三个，包括第一塔体、第二塔体、第三塔体；

所述再生排气口、泄压口和饱和湿空气的进气口合并为一个口，所述第一塔体、第二塔体、第三塔体分别在下端的合并口处连接有下支管，每一个所述下支管分别外接有再生排气管、泄压管，三个所述再生排气管上分别设置有第一再生进气阀门、第二再生进气阀门、第三再生进气阀门，三个所述泄压管上分别设置有第一泄压阀门、第二泄压阀门、第三泄压阀门，三个所述下支管在末端分别对应设置有第一进气阀门、第二进气阀门、第三进气阀门以控制饱和湿空气的进入，所述下支管在终端合并连接在下总管上；

所述出气口、再生进气口和充气口合并为一个口，所述第一塔体、第二塔体、第三塔体分别在上端的合并口处连接有上支管，每一个所述上支管分别外接有再生进气管、充气管，三个所述再生进气管上分别设置有第一再生进气阀门、 第二再生进气阀门、 第三再生进气阀门，三个所述充气管上分别设置有第一充气阀门、 第二充气阀门、 第三充气阀门，三个所述上支管在末端分别对应设置有第一出气阀门、第二出气阀门、第三出气阀门以控制吸附气体的排出，三个所述上支管的终端、三个所述充气管的终端合并连接在上总管上。

4.根据权利要求3所述的多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，其特征在于，所述多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置还包括将外界空气送入到加热器中的风机，将风机送入的空气加热的加热器，所述加热器连接有饱和湿空气的输出管道，所述输出管道通过第一再生进气阀门、 第二再生进气阀门、 第三再生进气阀门与三个所述再生进气管分别连接。

5.根据权利要求4所述的多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，其特征在于，所述风机为鼓风机。

6.根据权利要求4所述的多塔式节能零耗气鼓风热加热型吸附式干燥装置，其特征在于，所述风机与加热器的连接管道上设置有单向阀门以防止加热器的气体回流。

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