Definicja

Osuszacz adsorpcyjny to urządzenie służące do osuszania powietrza z zawartej w nim pary wodnej z wykorzystaniem właściwości materiału higroskopijnego, tzw. środka sorpcyjnego.

Sposób działania osuszacza adsorpcyjnego

Materiał higroskopijny chłonie wilgoć, osuszając w ten sposób strumień powietrza. Ta część procesu nazywana jest procesem adsorpcji. Nagromadzoną w środku sorpcyjnym wilgoć trzeba usunąć, dlatego przez adsorbent przepływa następnie w kierunku przeciwnym strumień gorącego powietrza, który wchłania parę wodną związaną w adsorbencie. Dochodzi zatem do desorpcji, a związany z nią proces nazywany jest regeneracją.

W przypadku osuszacza adsorpcyjnego materiałem sorpcyjnym jest zazwyczaj wysoko higroskopijny żel krzemionkowy pokrywający wolno obracający się wirnik, który nieustannie obraca się między dwoma przeciwbieżnymi strumieniami powietrza. W sektorze adsorpcyjnym wirnika strumień powietrza jest osuszany. W sektorze regeneracyjnym wilgoć, nagromadzona w materiale sorpcyjnym, jest wypierana przez strumień ciepłego powietrza i ponownie przez nie wchłaniana. W związku z tym, że osuszacze adsorpcyjne pracują na zasadzie sorpcji, czyli procesu w dużej mierze niezależnego od temperatury, a nie np. na kondensacji, doskonale sprawdzają się w niskich temperaturach. Ponadto osuszacze adsorpcyjne pozwalają uzyskać wyjątkowo niskie wartości wilgotności, co jest wymagane na przykład w przemyśle farmaceutycznym.

Obszary zastosowania

Inaczej niż kondensacyjne osuszacze powietrza, których obszar zastosowania wyznaczają granice fizyczne obiegu chłodzącego, osuszacze adsorpcyjne nie podlegają żadnym ograniczeniom w zakresie temperatury i wilgotności. Niemniej jednak ich właściwy pobór mocy jest ze względów systemowych zawsze wyższy niż w przypadku osuszaczy kondensacyjnych. Dlatego powinno się je stosować wszędzie tam, gdzie bardzo niskie wartości wilgotności powietrza doprowadzanego (< 6 g/kg) lub niskie temperatury otoczenia uzasadniają wyższe nakłady energetyczne lub gdzie kondensacyjne osuszacze powietrza nie są w stanie dostatecznie osuszyć powietrza. Na poniższym wykresie Thieköttera przedstawiono ogóle porównanie w zakresie właściwego poboru mocy kondensacyjnych osuszaczy powietrza napędzanych czynnikiem chłodniczym oraz osuszaczy adsorpcyjnych z czysto elektrycznie napędzaną regeneracją.

Podłączenie

Strumienie powietrza osuszaczy adsorpcyjnych muszą być poprowadzone kanałami wentylacyjnymi. Zazwyczaj odbywa się to za pomocą rur wentylacyjnych. Prowadzący na zewnątrz kanał powietrza wilgotnego powinien być zaizolowany. Jeżeli jako powietrze procesowe wykorzystywane jest powietrze zewnętrzne, wyjście powietrza wilgotnego musi być dostatecznie oddalone od czerpni powietrza zewnętrznego. Powietrze wilgotne trzeba zawsze poprowadzić na zewnątrz.

Regeneracja i kontrola temperatury

Aby usunąć i odprowadzić zebraną adsorpcyjnie w wirniku parę wodną, trzeba pokonać siły adhezji działające na powietrzni środka sorpcyjnego. W tym celu strumień powietrza regeneracji należy odpowiednio podgrzać. Odpowiada za to grzałka regeneracyjna. W przypadku małych osuszaczy adsorpcyjnych strumień powietrza w sektorze regeneracji jest zawsze ogrzewany elektrycznie. Natomiast w przypadku większych agregatów dostępne są następujące grzałki regeneracyjne:

elektryczne (standard)

parowe

z gorącą wodą

połączenie grzałki elektrycznej i PWW

połączenie grzałki elektrycznej z parową lub z wodą gorącą

Większe osuszacze adsorpcyjne mogą wykorzystywać do regeneracji wirnika różne media. W miarę możliwości w celu zapewnienia maksymalnej wydajności energetycznej należy wykorzystywać do regeneracji lub jej wsparcia media dostępne w miejscu instalacji, np. parę wodną, gorącą wodę lub ciepłą wodę PWW.

Obciążenie wirnika wysokimi temperaturami w wysokości mniej więcej 120°C w celu wydzielenia związanej adsorpcyjnie pary wodnej powoduje rozgrzanie środka wiążącego wirnika. Zmiana stanu skupienia w sektorze osuszania nie odbywa się dlatego idealnie adiabatycznie przy stałej entalpii. Pozostałe w wirniku ciepło jest określane mianem ciepła biernego i prowadzi do przegrzewania strumienia suchego powietrza o mniej więcej 1,5 K na każde g/kg wydajności osuszania. W przypadku wskazanego ciepła biernego 1,3 K/g/kg przegrzewanie wynosi np. w procesie osuszania 12 na 4,5 g/kg suchego powietrza: 1,3 / K/g/kg × (12 – 4,5)g/kg = 9,75 K.

Trzeba pamiętać o tym fakcie, oceniając zastosowanie osuszacza adsorpcyjnego w całym układzie klimatyzacji osuszanego pomieszczenia. W obliczeniach technicznych producentów ciepło bierne jest już uwzględnione i jest podawana rzeczywista temperatura strumienia suchego powietrza.

Do uzyskania bardzo niskich wartości wilgotności powietrza doprowadzanego może być konieczne zastosowanie uprzednio urządzenia do chłodzenia powierzchniowego. W obszarach wrażliwych termicznie temperatura powietrza doprowadzanego powinna być regulowana przez chłodnicę końcową lub w połączeniu z grzałką końcową – bezpośrednio przez osuszacz. W optymalnej sytuacji dostawca osuszacza adsorpcyjnego dostarcza potrzebne moduły, które są zainstalowane w obudowie osuszacza i gotowe do podłączenia. W przypadku osuszania nieoczyszczonego powietrza zewnętrznego należy przewidzieć grzałkę wstępną, chroniącą przed mrozem.

Odzysk ciepła

Ze względu na uwarunkowany systemowo pobór energii przez grzałki regeneracyjne stosując większe osuszacze adsorpcyjne, zaleca się montaż w obiekcie jednostki do rekuperacji ciepła. W takiej sytuacji ogrzane wilgotne powietrze przed odprowadzeniem na zewnątrz jest poprowadzone przez wymiennik ciepła o przepływie krzyżowym, gdzie większość zawartej w nim energii cieplnej jest oddawana do strumienia powietrza potrzebnego do regeneracji. To pozwala znacznie ograniczyć pobór energii grzałki regeneracyjnej.