所谓除湿

所谓除湿是指除去含于空气中或各种气体中的水份，而制造出干燥的空气或气体。瑞典工程师与科学家CarlMunter在50年前首次发表了吸湿剂转子的专利。目前吸湿转子的技术已可达到-70℃的露点温度(0.002 g/kg)。

吸湿剂充填于半陶磁结构中，外表像是波浪纸板卷成的轮子。此轮子缓慢于除湿与脱湿的两道空气流中转动。制程空气流经过波浪所形成的细槽中，结构中的吸湿剂会吸收或吸附空气中的水气。当吸湿剂吸收水份后，表面蒸气压会上升，此时轮子转动到脱湿的另一边时，吸湿剂会被热空气加热，表面的蒸气压会更高，而将湿气释放于空气中。在脱湿过程之后，热的吸湿剂会转回制程空气流中，一小部份的制程空气会将其冷却，于是它又可以吸收其它制程空气中的水份。此型式与其它吸湿系统比较，有几个好处。它是多孔的结构，质地轻，许多种不同的吸湿剂─液体或固体─可充填于其中，可让转子应用于各种不同用途。

由于结构中的细槽很像各自独立的风道，可提供最大的干燥面积，也可以减少不少的静压损失。可以藉由不同的吸湿剂制造出低露点温度高除湿能力的转子。因为转子的除湿能力比其质量大，因此能源效率很高。一个除湿轮的除湿量视许多因素而定，包括进气之温度和湿度吸附剂的型式和份量，除湿轮的厚度、蜂巢结构之表面积、空气流过除湿轮的速度，以及除湿轮旋转速度等。除湿轮的制作成本较高，且维护时要特别小心不要伤害到本体，然而高初置成本可被它的多项优点平衡掉，例如高效率、系统简单、可靠度高、易于维护等。吸湿剂与冷却除湿机在许多状况下，吸湿剂与冷却除湿机皆可达到除湿的目的。要用哪一种系统最恰当呢？这答案不易回答，但有一些基本的准则可参考：

· 两系统合并使用是最经济的方法，两者的优缺点可以互补。

· 电力消耗与热能使用的成本是决定两系统最佳比例的因素。吸湿剂除湿机可以使用蒸气、燃气或电加热来作为脱湿的热源。在热能便宜而电力较贵的地区，可以采用吸湿剂除湿机。

· 冷却除湿于高温高湿的环境中是较为经济的系统，但因为有冷凝水结冰的问题，它们很少应用于露点温度低于5℃的场合。

· 吸湿剂系统通常用于露点5℃或以下的场合，它是相当容易控制的系统。

除湿机的用途,毫无疑问的，产品干燥是工业制程的黑箱技术，经验告诉我们，少有公司了解产品干燥的科学，他们完全倚赖制造干燥设备的专家，即使

投入资金购买设备，也完全不了解操作原理。虽然他们的经验知道每种产品所需的特殊干燥方式，不幸的是，对产品干燥原理的缺乏，每年仍要损失数百万人民币的金钱。

大部分的产品都使用热空气来蒸发湿气并将之带走。但热空气的加热速度较慢，且会破坏产品。例如高热会破坏脢；酵母被热风干燥后，将无法正常发酵。产品干燥是一门学问，湿气移动就像要有温度差才能形成热传一样，必须有蒸气压差，湿气才会移动，压差的大小，依产品制程而定。每一种产品都有其干燥特性，温度、流经产品的风量、湿气释放率、蒸气压力差等是影响干燥成功与否的关键因素。

不幸的是，少有公司研究这些信息，导致投资错误的设备，完全依赖干燥设备制造厂来决定他们产品的干燥条件。近年吸湿剂除湿机应用于产品干燥领域有增加的趋势，由于客户察觉低温干燥对于产品品质及运转成本都有正面的效果。化学除湿可在不影响生产速度的情况下改善品质。在此有几个典型的产品干燥应用例。

近年来随着膜技术研究的发展，利用膜的选择透过性进行除湿使得空气除湿方法有了重大发展，它与传统

方法相比有许多优点，如表1所示。

表1 空气除湿装置的性能比较

可见，用膜法除湿具有很多突出优点：除湿连续进行，无腐蚀问题，无需阀门切换，无运动部件，系统可靠性高，易维护，能耗小。在空调应用中，对空气脱湿度的要求并不像其它领域那样高，即并不要求将空气中的湿度降到很低，因此采用膜法除湿比较合适。

膜法除湿过程实际上就是空气中的水蒸气优先通过膜而与空气中的氧气、氮气相分离的过程。

1 膜法空气除湿模式

要使水蒸气透过膜，必须在膜的两端产生一个浓度差，这种浓度差既可由膜两端压力差造成，又可由膜两端温度差造成[1]。因为浓度是由温度和压力共同作用的结果。目前对膜空气除湿基本都是以膜两边的水蒸气分压差作为驱动势，因此为了强化传湿，应尽量增大膜两侧的压力差。具体在系统方案上，有压缩法[2]、真空法[3]、吹扫气法[4]及膜/除湿剂混合系统[5]。

1．1 压缩法

这种系统是靠压缩输入气流来造成传质势差，如图1所示。

图1 原料气加压空气除湿系统

从外界来的新鲜空气经压缩机加压后进入膜组件，由于进气侧总压提高，其中水蒸气的分压也相应提高，水蒸气在膜进出侧压力差的作用下优先透过膜而散发到环境中去，被干燥的空气进入室内。

为了将渗透侧的水蒸气及时带走，可以在渗透侧引入吹扫气，如图2所示。

图2 引入吹扫气的加压空气除湿系统

当原料气体中水蒸气会含量较高时，增大压力易使水蒸气在膜的表面凝结而形成的一层水珠，影响水蒸气向膜内的溶解扩散作用，降低膜的除湿效果。另外，提高气体压力，必然导致对膜强度以及组件设备耐压力性能的要求相应提高，从而对实际应用造成某些局限。

1．2 真空法

此方法主要是将降低渗透侧压力来传递水蒸气，它从渗透蒸发流程演变而来，靠一个真空泵降低渗透侧的空气压力，产生一个传湿驱动势。系统如图3所示。

图3 渗透侧抽真空的空气除湿系统

1．3 膜/干燥剂复合法

此方法主要是将膜空气除湿跟固体吸湿剂结合起来，新鲜空气首先用膜进行预处理，然后流经固体吸

湿剂，这样充分利用膜在高湿段的除湿能力和固体吸湿剂在低湿段的吸湿能力，能将空气除湿到很干燥状态。空气中水蒸气含量较高时，水蒸气透过膜的速率较高，膜除湿的效率较高；当空气中水蒸气含量很少时，水蒸气透过膜的速率急剧下降，导致膜面积成倍增长，此进采用固体吸湿剂除湿效率最高。系统如图

4所示。

图4 膜/干燥剂复合系统

2 除湿膜的种类

除湿膜一般是采用亲水性膜，膜的种类可以是有机膜、无机膜和液膜；膜的形态可以是平板式，也可以是具有很高装填密度的中空纤维式。

2．1 高分子聚合物膜

复合膜、均质膜、非对称膜都曾被应用于空气除湿。

均质膜为致密膜，通过均质膜的推动力为压力梯度、浓度梯度或电势梯度。这种膜的分离作用是由于各种化学物质在膜中的传递速度和溶解度不同而产生的，主要是扩散率的影响，因此，一般渗透率较低，制图时应使膜尽可能薄，可制成平板式和中空纤维式。均质的高分子膜多用于气体分离或渗透汽化，如硅橡胶膜就是用于气体分离（氮氧分离）中渗透率很高的均质膜。

非对称膜具有物质分离最基本的两种性质，即高传质速率和良好的机械强度。它有很薄的表层（0.1～1um）和多孔支撑层（100～200um），这非常薄的表层为活性膜，其孔径和表层的性质决定了分离特性，而厚度主要决定传递速度。多孔的支撑层只起支撑作用，对分离特性和传递速度影响很小，甚至几乎没有。连续性的非对称膜在同样的压力差推动下，其渗透速率与相似性能的对称膜相比为10～100倍。现在醋酸纤维素和多种高分子材料都可以用相似的方法制成非对称膜。

复合膜是将选择性膜层（或称活性膜层）沉积于具有微孔的支撑层（底膜）表面上，就像非对称性膜的连续性表皮，只是表层与底层的材料不同。复合膜的分离性能主要是由表层决定的，但也要受到微孔支撑层的结构、孔径、孔分布和孔隙率影响[6]。复合膜的结构如图5所示。

图5 复合膜结构示意图

多孔膜结构的孔隙率愈高愈好，可以使膜表层与支撑层接触部分最小，而有利于物质传递。然而，孔径应愈小愈好，可使高分子层不起支撑作用的点间距离减小。此外，交联和未