转轮除湿技术原理资料

点深度除湿；另一方面 即使在较高温度下（如100 ～120℃） 分子筛仍保持13%以上的吸水率，而硅胶的吸水率几乎为零。 因此在电子、精密仪器等一些对湿度要求非常低及环境温度 较高的情况下，分子筛除湿得到广泛的应用，应用分子筛的 转轮除湿机其出风口空气露点最低可达到-60℃。
但沸石分子筛也有其不足之处：分子筛吸附是利用其分
转轮除湿器内部共有二路空气流，分别是处理空气流，
再生空气流。处理空气流1汇同从房间出来的一次回风至2， 首先经过一级蒸发器至3，在这里空气被冷却，温湿度降低， 然后通过处理风入口进入转轮除湿器至4，其中所含的绝大部 分水分被留在转轮除湿器中，以备再生空气流带走，此时再 汇同二次回风至5，达到了送风所要求的湿量，然后再经过二 级冷却器至6，处理空气等湿降温，达到送风状态，然后送入 房间：再生空气流经过一个热交换器，温度升高，然后在加 热器中形成高温干燥的再生气，再进入转轮除湿器的再生区， 将其中的水分带出，经过换热器换热，然后排到大气。为了 达到节能的效果，我们利用了房间回风。
开式固体除湿通风型空调系统空气处理过程示意图
室外新风1首先进入转轮除湿器至2，空气中的水分被吸
金属掺杂硅胶吸附材料，即将铝、钛等金属离子掺杂入
硅胶中得到的一种多孔金属键合硅吸附材料，归属于第四代 转轮除湿机吸附剂材料，它克服了硅胶在吸附性能、耐热强 度及机械强度方面的缺陷。 3.4 沸石分子筛
沸石分子筛是研究及应用比较多的固体吸附剂材料，它 在低湿度环境下仍能吸湿的优异性能，使它非常适用于低露
转轮除湿机吸附材料的发展方向：
（1）对沸石分子筛材料进行改性以提高常规条件下吸附性能 或降低再生温度以节约能耗，是以后转轮除湿机吸附材料的 一个发展研究方向。 （2）由于复合吸附材料能结合各种吸附材料的优点，同时也 抑制克服了单一材料的缺点和不足使得其在吸附性能、耐热 性能和机械强度都有改善。因此，降低吸附材料脱附再生的 能耗，提高转轮材料的使用寿命，提供高效节能的设备都是 未来研究的热点。
转轮除湿技术
动力工程
胡涛涛
1.概述 2.转轮除湿的工作原理及特点 3.转轮除湿的吸附介质 4.转轮除湿技术的应用 5.总结
1.概述
除湿是工农业生产和人们日常生活中常见的问题，尤 其是在我国南方等高湿地区。在工业生产过程中，随着 人们对空气、水源、食品、医药等品质要求的不断提高， 生产环境中湿度的控制成为一个重要指标。除工业应用 外，在汽车、坦克、飞行器、舰艇、地下室等特殊的环 境中也需要除湿，以保证驾乘人员正常的新陈代谢活动。 目前比较成熟的除湿技术有冷却式除湿、液体吸收式 除湿、固体吸附式除湿、膜法除湿及转轮除湿。
硅胶作为吸附材料存在的不足： （1）吸附性能有待提高；
（2）耐热性能需要加强,由于硅胶耐热性能较弱,除湿转芯 长时间处于80 ～150℃再生环境中,易出现熔融、塌陷、 堵塞孔道等现象,从而使系统吸附效率降低； （3）机械强度有待增强，由于硅胶与陶瓷纤维作用力较弱， 使得转芯材料机械强度较差，在系统运行过程中，易出现 粉化、掉粉现象，从而影响其使用寿命。因此，必须对硅 胶进行改性。
3.2 硅胶
硅胶是继氯化锂后研究应用比较多的一种固体吸附剂，
其吸湿能力、再生能耗等方面较氯化锂稍差，但由于在吸附、 解吸过程中始终保持固态，有良好的物理化学稳定性，克服 了氯化锂吸附剂容易液化逸出的缺点，即使在高湿度下 （100%）也能保持转轮表面不结露，对周边设备无腐蚀。同 时当转轮长期使用过程中因灰尘或油污覆盖表面影响除湿效 率时，可采用清水（除灰尘）或清洁剂（除油污）直接清洗 掉使之恢复，因此得到了广泛的应用。
能将处理空气中90％以上的细菌杀掉，故可用于制药工业、 食品工业、无菌室的通风除湿；
（3）低湿要求的工程。若与冷冻技术联合使用，能很容易地
获得一40℃以下的低露点空气；
（4）干燥工艺。由于处理后的空气相对湿度一般都在10%左右，
因此适用于采用常温空气干燥的工艺，如动物胶、尿素、砂 糖等的脱水。
转轮除湿技术由来已久，早在1949年，Pennington
补充吸湿剂，也不会对金属管道形成腐蚀。
3.转轮除湿的吸附介质
3.1 氯化锂 氯化锂是最早用来作为转轮除湿机的吸附材料的，它属 于一种高含湿量的吸湿盐，易再生，具有高度化学稳定性。 此外，氯化锂吸附剂具有强烈的杀菌能力，因此，氯化锂作 为除湿剂被广泛应用于医药、食品等对空气洁净度和湿度要 求较高的领域。但是氯化锂在低湿度范围除湿量小、除湿能 力低，而且吸湿时易形成液体从基体逸出，对除湿设备周围 的金属产生腐蚀，这些不足在很大程度上限制了除湿机中氯 化锂吸附剂的用量，也即限制了除湿机的除湿量。
子网络结构中的非常规则的孔道实现的。其吸湿量较氯化锂、 硅胶都要低很多；另外，分子筛网络结构中的这种孔道对水 分子的作用力较强，这是它能适用于深度除湿的原因，但也 造成脱附困难，在除湿转轮中就体现为再生温度高达250℃ 以上，能耗大大增加，而且不能应用太阳能、工业余热等低 品位热源作为再生热源。因此，目前分子筛作为除湿转轮吸 附剂还只应用在一些对空气露点要求非常低的特殊场合。
N．A．就获得了转轮除湿技术的专利，提出的Pennington循 环至今证明是最有前途的。转轮除湿空调技术相比机械制冷 空调有诸多优点，它设备体积小，安装简便，处理露点温度 低，可利用太阳能、工业废气废热等余热作为再生热源，不 产生腐蚀，控制简单等，所以在现实生活和生产中得到大量 应用。
4.1 转轮除湿器与空调系统的结合 （1）转轮除湿器与一般空调系统的结合 对于室内冷负荷和湿负荷都较大的场合，或新风负荷较 大，室内要求湿度较低的环境，如果靠常规制冷就要降低蒸
转轮除湿器与一般空调系统结合的处理空气焓湿图
转轮除湿器之前设置一级蒸发器的目的是冷却新风和一次
回风，当处理空气温度较低时，氯化锂表面水蒸汽分压力下 降，从而导致除湿效率上升。设置二级蒸发器的目的是冷却 从转轮除湿器出来的高温处理空气，等湿降温。对氯化锂转 轮除湿器来说，再生空气温度达到90℃，氯化锂就已完全再 生，此时COP最大。如果再生空气温度大于或小于90℃，COP 均减小。 （2）除湿转轮与燃气空调系统的结合
转轮除湿方式的主要能耗是在转轮的再生气部分，如果 不使用电加热再生而使用废热或太阳能再生，那么节能效果
将更佳。用燃气加热再生空气，可以轻易地得到较高的再生 温度。
（3）除湿转轮与蒸发冷却空调系统的结合：开式通风型空调
开式固体除湿通风型空调系统在国内外均引起了广泛的 研究，特别是近20年来得到了迅速发展，成为一种很有潜力 的新型空调系统。美国和日本早在80年初就研制出了系统样 机，并对高性能的除湿型空调系统进行了深入的研究。它的 主要优点是用水和空气作工质；以低品位的热能来驱动；可 直接采用全新风。这种空调系统可以看成是转轮除湿器和蒸 发冷却空调的结合。
发温度或采用乙二醇溶液，把空气冷却到很低的温度，有时 还要加热以防房间温度过低。这样既增加系统能耗，而且冷 却盘管容易结霜，导致COP值下降。如果由转轮除湿器承担湿 负荷，机械制冷承担显热负荷，就能达到比较满意的效果。 这就是除湿技术与一般空调相结合的基本思路。在这里使用 的是氯化锂转轮除湿器。
转轮除湿器与一般空调系统结合的空气处理过程示意图
（4）连续地获得低露点、低温度的干燥空气。固体吸湿剂吸
湿性很好，即使吸收了水分，其化学性能也不会发生变化， 而且只要通过加热就能简单地放出已经吸收的水分。由于具 有这种特性的转轮是旋转的，除湿和再生连续进行，所以能 保持出口空气的露点稳定；
（5）没有液体吸湿剂的飞沫损失。固体除湿转轮与液体吸收 式除湿机相比，最大的特点是没有飞沫带液损失，既不需要
目前制备硅胶转轮最有效方法为浸渍法。其工作原理是： 在无机纤维基材上让水玻璃与酸就地反应，使生成的硅胶较 为均匀地分散在纤维表面及其空隙中，构成块体吸附剂。它 归属于第三代吸附剂材料（活性硅胶），由于不需外加黏合 剂，制备过程中对环境无污染，故具有工艺简便、环保、产 品性能稳定、吸附剂与纤维作用较好等优点，特别适用于制 作除湿转芯。该方法主要存在的问题是：受溶胶稳定性的制 约难以形成高浓度溶胶，加之无机纤维不溶于水，溶胶与纤 维间接触面小，因而在无机纤维上附着的溶胶量少，生成的 硅胶少，除湿效率较低。近期，又提出了高效纳米孔径硅胶 吸附材料制备方法，让水玻璃与聚沉剂（絮聚剂）反应生成 硅酸盐沉积在无机纤维上，然后与酸作用生成硅胶，该方法 提高了硅胶在纤维基材的挂胶量。
转轮除湿系统的工作原理
转轮除湿的特点：
（1）构造简单。机体本身是由低速旋转的转轮、再生加热器、
处理风机和再生风机所组成，构造非常简单，所以运转和维护 都很方便；
（2）轮纸芯的主要材料为无机成分，不会老化，性能稳定，
使用寿命长体；
（3）转轮单位体积内的吸湿面积大。由于转轮的蜂窝状流道 的直径仅1.5～3mm，故1m3体积的转轮纸芯的吸湿面积达3000 m3。空气流经蜂窝状流道时，虽处于边界层流状态，仍能充分 进行热湿交换，除湿能力强；
将传统的硅胶转轮材料和卤素盐复合起来制得硅胶/卤素
源自文库
盐复合干燥剂材料，实现硅胶物理吸附和卤素盐化学吸附的 有机结合，具有高吸湿量、易再生和稳定性高等优点，改善 了转轮除湿机的除湿性能。 （2）若在硅胶中引入少量金属离子M，金属原子部分替代硅原 子进入硅胶网络，但不改变硅胶的主体网络结构，由于硅胶 表面形成M-O-Si 键（M为B、Al、Ti 等），增加了多孔材料 表面的质子酸和路易斯酸的酸性活性中心数目及酸性强度， 增强了材料表面与水的亲和力，使硅胶对水的吸附能力得到 增强；另外金属原子掺杂入硅胶后，改变其微结构，进而增 大了硅胶的比表面积和孔容，使硅胶的吸附能力得到增强。
装置分成两个区域，处理区域和再生区域。当需要除湿的潮 湿空气通过转轮的处理区域时，湿空气的水蒸汽被转轮的活 性硅胶所吸附，干燥空气被处理风机送至需要处理的空间； 而不断缓慢转动的转轮载着趋于饱和的水蒸汽进入再生区域； 再生区内反向吹入的高温空气使得转轮中吸附的水分被脱附， 被风机排出室外，从而使转轮恢复了吸湿的功能而完成再生 过程，转轮不断地转动，上述的除湿及再生周而复转地进行， 从而保证除湿机持续稳定的除湿状态。
（3）在材料的制备和转芯的成型过程中，如何尽量使用无机 和绿色友好材料以代替有机材料，从而适应现代化工对环保 和环境的要求也是研究的重点。
4. 转轮除湿技术的应用
转轮除湿技术的应用范围涉及制药、航空、锂电池、电 子、超市、糖果、玻璃、胶卷等的生产和储藏诸多方面。 （1）空气湿度调节。如各种类型的仓库、有温湿度要求的生 产车间、地下工程及船舱的除湿； （2）杀菌。由于有的除湿剂(如氯化锂)具有强烈的杀菌作用，
沸石分子筛
转轮除湿机用各种吸附材料的对比
吸附材料
氯化锂
优点
缺点
吸附量大，除湿效果 溶液易飘逸对周边设 好，再生能耗低 备腐蚀 吸附过程中稳定性好， 吸附性能和热稳定性 易于清洗 差 吸附性能和热稳定性 制造工艺较为复杂 得到改善
硅胶
金属掺杂硅胶
分子筛
低湿度和高温条件下 常规条件下吸附量小， 吸附性能好 再生能耗高
转轮除湿是在实际工程中应用最广泛的固体
吸附式除湿技术之一，转轮除湿机利用吸附材料
的良好亲水性吸附空气中的水分，降低空气的湿 度。转轮除湿机由除湿转轮、传动装置、风机、 过滤器、再生用加热器等组成。
转轮除湿装置
2.转轮除湿的工作原理及特点
转轮除湿机的核心部件是一个蜂窝状转轮，转轮由特殊 陶瓷纤维载体和活性硅胶复合而成，转轮两侧由特殊的密封
硅胶
3.3 改性硅胶吸附材料 目前对硅胶的改性主要有两个方面： 一是将传统硅胶吸 附材料和卤素盐结合制成复合吸附剂；二是在硅胶中掺杂其 他金属元素。 （1）硅胶/卤素盐复合材料 为克服硅胶吸附剂吸湿量小的不足，人们提出新型的硅 胶和卤素盐复合的吸附剂，由于结合了两种吸附剂的优点使 得复合吸附剂的吸附性能得到改善，是吸附剂研究的一个新 的方向。但卤素盐进入硅胶孔道必然会降低孔容和比表面积， 同时也会影响孔道的结构，因而必须控制卤素盐的用量。