انواع درایر های هوای فشرده و عملکرد آنها

انواع درایر های هوای فشرده و عملکرد آن ها

انواع درایر و تست عملکرد آن ها را در این مطلب با هم بررسی خواهیم کرد.
بطور دقیق تر، در این مقاله ما در مورد انواع مختلف درایر های هوای فشرده و عملکرد آن ها می گوییم
و به مزایای هر یک از این نوع درایر های هوای فشرده و همچنین برخی از ویژگی های کلیدی مربوط به آن ها می پردازیم.
معیار مناسب انتخاب درایر های هوای فشرده بر اساس عملکرد و قابل اعتماد بودن آن ها
و همچنین توانایی آن ها در ارائه مناسب کیفیت هوا با کمترین هزینه تعیین شده است.

 

معرفی انواع درایر های هوای فشرده

در این مطلب سه نوع خشک کن هوای فشرده را با هم بررسی خواهیم کرد:

• درایر های تبریدی
• درایر های جذبی یا دسیکانت ( desiccant)
• درایر های ممبران یا غشایی (Membrane Dryers)

انواع درایر ها : درایر های تبریدی

اگرچه در این درایر ها، نقطه شبنم آنچنان که می توان با انواع درایر های دیگر به دست آورد، بدست نمی آید،
اما درایر تبریدی بیشترین محبوبیت را داشته است؛
زیرا نقطه شبنم بدست آمده در بسیاری از کاربردهای کلی هوای کارخانه های صنعتی قابل قبول است.

 



اصل عملکرد آن مشابه یخچال یا سیستم تهویه مطبوع خانگی است.
هوای فشرده در مبدل حرارتی هوا به گاز مبرد تا حدود ۳۷٫۴ درجه فارنهایت ( ۳ درجه سانتیگراد) خنک می شود.
در این دما بخارات موجود در هوا چگالش شده و توسط تله آبگیر جمع اوری و به خارج از درایر هدایت می شود.
همچنین گاز مبرد که در این پروسه گرم شده بود، در کندانسور مجددا خنک و احیا می شود.
هوای خشک تولید شده نیز توسط مبدل هوا به هوا به دمای محیط رسیده و از درایر خارج می شود.
این بدان معنا است که هوای فشرده ای که از خشک کن خارج می شود دارای نقطه شبنم فشار ۳۵ تا ۴۰ درجه فارنهایت است.
در این نوع درایر ها نقطه شبنم کمتر امکان پذیر نیست؛
زیرا بخارات آب چگالش شده در دمای ۳۲ درجه فارنهایت یا پایین تر منجمد می شوند.

اساس کار درایر تبریدی هوای فشرده

 

 



درایر های تبریدی به دلیل سهولت نگهداری و مقرون به صرفه بودن، یکی از رایج ترین انواع مورد استفاده در مصارف صنعتی هستند.
آن ها برای برنامه های خشک کردن هوای فشرده، بدون پیش نیاز های خاص مانند حداقل نقطه شبنم، بسیار مناسب هستند.

اساس کار درایر های تبریدی بر اساس رطوبت زدایی هوا با سرد کردن سریع، متراکم کردن آن و تخلیه رطوبت است.
عملکرد آن مانند یخچال خانگی یا سیستم تهویه مطبوع خانگی است.

 

خشک کن های تبریدی در دو نوع Cycling و non-Cycling در دسترس هستند.

• خشک کن های Cycling دستگاه های دارای ۱۰۰ درصد چرخه کار هستند که می توانند نقطه شبنم را در دمای ثابت حفظ کنند.
• خشک کن های non-Cycling با خاموش کردن متناوب و راه اندازی مجدد کار می کنند تا دمای مورد نیاز را حفظ کنند.

هر دو نوع در کاربردهای مختلف مفید هستند. اگرچه نوع Cycling هزینه های نگهداری بالایی دارد.

مزایای درایر های تبریدی

• نیاز به سرمایه اولیه کم
• هزینه عملیاتی نسبتاً پایین
• هزینه های نگهداری پایین
• این درایرها در صورت وجود روغن در مسیر جریان هوا آسیب نمی بیند (هرچند گاهی اوقات فیلتراسیون معمولاً توصیه می شود).

معایب  درایر های تبریدی

• محدوده نقطه شبنم محدود(Limited dew point capability)

مزایای درایر های non-Cycling عبارتند از:

• حداقل نوسانات نقطه شبنم
• کمپرسور مبرد به طور مداوم کار می کند.

عیب درایر های non-Cycling عبارتند از:

• بدون صرفه جویی انرژی در جریان هوای مصرفی جزئی و صفر

مزیت درایر های Cycling عبارتند از:

• صرفه جویی انرژی در جریان هوای مصرفی جزئی و صفر

معایب درایر های Cycling عبارتند از:

• نوسانات نقطه شبنم
• افزایش اندازه و وزن برای قرار دادن هیت سینک
• افزایش هزینه های کلی

انواع درایر ها : درایر های جذبی (Desiccant)

این خشک کن ها از یک ماده  جاذب استفاده می کنند که بخارات آب موجود در جریان هوا را جذب می کند
که به دو نوع جذب سطحی Adsorbtion و جذب عمقی Absorption دسته بندی می شوند.



جذب سطحی(Adsorb) یعنی اینکه رطوبت به مواد جاذب می چسبد
و داخل هزاران حفره کوچک که در هر کدام از دانه های جاذب وجود دارد، جمع می شود.
در این حالت ترکیب مواد جاذب تغییر نمی کند و رطوبت را می توان در فرایند احیاء با استفاده از هوای خشک و یا با استفاده از گرما یا ترکیبی از هر دو حذف کرد.

فرایند جذب از نوع (Absorption ) یعنی ماده ای که رطوبت را جذب می کند،
در آن حل شده و در واقع پروسه جذب رطوبت در این نوع از مواد جاذب یک فرایند شیمیایی می باشد.
این نوع جذب توسط درایرهای جذبی deliquescent انجام می شود.

اساس کار درایر های Desiccant

درایرهای جذبی از دو برج تشکیل شده است.
یکی برای خشک کردن هوایی که از کمپرسور وارد درایر می شود
و دیگری بعد از کاهش فشار به فشار اتمسفریک، در حال احیاء مواد جاذب می باشد.
برج های خشک کن حاوی مواد جاذب  متخلخل است که با عبور هوای فشرده از روی آن، مولکول های آب را مهار می کند.



یک نوع کمتر رایج آن، شامل یک برج واحد است که حاوی مواد جاذب است که هوای وارد شده از محیط را خشک می کند.
خشک کن های تک برج نیز فاقد قطعات مکانیکی بوده و برای کار به برق نیاز ندارند.
آن ها برای استفاده در محیط های خطرناک و خورنده مناسب هستند.

این درایرها از مواد جاذب hygroscopic که تمایل زیادی به آب، به عنوان عامل رطوبت زدایی دارند برای جذب رطوبت هوای فشرده استفاده می کنند.
این نوع خشک کن های هوای فشرده به نقطه شبنم پایینی می رسند
و برای استفاده در آب و هوای سردتر و صنایعی که به هوای فوق العاده خشک نیاز دارند مناسب هستند.

سه نوع اصلی سیستم های درایر دسیکانت Desiccant و یا جذبی وجود دارد:

خشک کن جذبی هیتردار (Heated Desiccant Air Dryer)

خشک کن جذبی بدون هیتر(Heatless Regenerative Desiccant Air Dryer)

خشک کن هایی که از گرمای حاصل از فشرده سازی هوا استفاده می کنند.  (heat of compression Dryer).

بیایید نگاهی دقیق تر به این ۳ نوع بیندازیم:

خشک کن جذبی هیتردار (Heated Desiccant Air Dryer)



از یک منبع گرمایش در برج خشک کن استفاده می کنند تا مواد جاذب را به اندازه کافی گرم کنند تا نیاز به پرج هوای فشرده را به حداقل برسانند.
نقاط شبنم رایج در خشک کن های جذبی هیتردار از ۴۰- درجه سانتیگراد تا ۷۳٫۳- درجه سانتی گراد (۴۰- تا ۱۰۰- درجه فارنهایت) متغیر است.

خشک کن جذبی بدون هیتر(Heatless Regenerative Desiccant Air Dryer)

این درایرها دارای هیتر داخلی و یا خارجی در برج احیا کننده نیستند.
میزان پرج هوای فشرده در این درایرها تا ۱۸% از هوای تولید شده می باشد.
در عوض ، آنها از هوای خشک   برای خروج رطوبت از برج استفاده می کنند.



نقاط شبنم رایج در خشک کن های بدون حرارت در فشار ۱۰۰ psig از ۴۰- درجه سانتیگراد تا ۷۳٫۳- درجه سانتی گراد (۴۰- تا ۱۰۰- درجه فارنهایت) متغیر است.

درایری که از گرمای حاصل از فشرده سازی هوا استفاده می کنند.  (heat of compression Dryer).

این طرح، هزینه های عملیاتی کمتری را ایجاد می کند اما دارای نقطه شبنم پایین تر است.

درایر هایی که از گرمای حاصل از فشرده سازی هوا استفاده می کنند.( heat of compression Dryer)

خشک کن هایی که از گرمای حاصل از فشرده سازی هوا استفاده می کنند،
درایرهای احیا شونده ای هستند که از حرارت تولید شده در طول فشرده سازی هوا برای احیاء مواد جاذب استفاده می کنند؛
بنابراین می توان آن ها را به عنوان فعال شونده با حرارت (Heat Reactivated) در نظر گرفت.

دو نوع از این درایر ها وجود دارد، نوع تک برج (Single vessel) و نوع برج دو قلو(Twin Tower).

درایر تک برج که از گرمای حاصل از فشرده سازی هوا استفاده می کند(The Single Vessel Heat of Compression)،
بدون cycling  یا تعویض برج ها فرآیند خشک کردن هوا را انجام می دهد.
این امر توسط یک درام خشک کن چرخنده(rotating desiccant drum)، در یک مخزن تحت فشار که به دو جریان هوای جداگانه تقسیم شده اند،  انجام می شود.
یک جریان هوا قسمتی از هوای گرم است که مستقیماً قبل از افتر کولر از کمپرسور هوا خارج می شود
و منبع گرم کن هوای تصفیه شده برای احیاء بستر مواد جاذب است.

جریان هوای دوم، باقی مانده هوای تخلیه شده از کمپرسور هوا پس از عبور از افترکولر است.
این هوا از بستر مواد جاذب که در بخش درام چرخنده درایر وجود دارد ، می گذرد.
هوای گرم، پس از استفاده برای احیاء، و  قبل از وارد شدن به درایر وارد کولر احیاء Regeneration Cooler  شده
و از طریق یک نازل خروجی با جریان اصلی هوا ترکیب و برای خشک شدن وارد درایر می شود.

 

عملکرد  Twin Tower Heat of Compression، مشابه سایر درایر های خشک کن فعال شونده با حرارت (Twin Tower Heat Activated ) یا درایرهای جذبی هیتردار است.
تفاوت این دو این است که مواد جاذب در برج اشباع شده،
با استفاده از گرمای هوای داغ خروجی کمپرسور هوا احیاء می شود.
سپس کل جریان هوا قبل از ورود به برج خشک کن درایر، از افتر کولر هوا عبور می کند.
چرخه برج ها نیز همانند سایر خشک کن های جذبی است.

مزایای استفاده از انواع درایر هایی که از گرمای هوای خروجی کمپرسور برای پروسه احیاء  استفاده می کنند:

• هزینه پایین نصب و راه اندازی برقی
• مصرف انرژی کم
• اشغال حداقل فضا در کف
• از دست ندادن هوای پرج

معایب انواع درایر هایی که از گرمای حاصل از فشرده سازی هوا استفاده می کنند:

• فقط برای کمپرسورهای اویل فری قابل استفاده است.
• فقط برای کمپرسور هایی که دمای هوای خروجی آن ها به طور مداوم بالا است قابل استفاده است.
• نقطه شبنم ناپایدار
• مستعد تغییر دمای هوای محیط و دمای ورودی به درایر است.
• بوستر هیتر(Booster heater) برای شرایط بار کم (گرما) مورد نیاز است.

 

روش احیاء در خشک کن های Desiccant

اگر درایر ما از نوع جذبی است، یکی از مشخصات مهم در نظر گرفته شده شامل مراحل و روش احیا است.
انتخاب روش احیا شامل احیا بدون حرارت(heatless )، احیا با هیتر داخلی(internally heated regeneration) و احیا با منبع گرمای خارجی(externally heated regeneration) است.

• در احیا بدون حرارت، با استفاده از کاهش فشار هوای فشرده تا نزدیک فشار اتمسفر در داخل برج احیا، رطوبت را از بستر مواد اشباع شده می گیرد
  و سپس به بیرون منتقل می شود.
• در احیا با روش حرارت داخلی، هوای فرایند از طریق لوله ورودی وارد خشک کن می شود.
  سپس با عبور از بخش خشک کننده، خشک می شود و به عنوان هوای خشک از طریق لوله خروجی تخلیه می شود
  در این روش احیا در فشار اتمسفر، با استفاده از بخار یا هیتر برقی، که در بستر درایر تعبیه شده است، انجام می شود.
• در فرآیند احیا با حرارت خارجی، هوا از طریق لوله ورودی وارد خشک کن می شود.
  سپس با عبور از بستر خشک کن خشک می شود و به عنوان هوای فشرده خشک از لوله های خروجی تخلیه می شود.
  فعال سازی مجدد با استفاده از یک دمنده فعال کننده(reactivation blower) یا یک کولر انجام می شود.

 

منابع قدرت در درایر های Desiccant

گزینه های منبع تغذیه این نوع خشک کن های هوای فشرده عبارتند از:

• بدون منبع تغذیه
• DC Power
• AC تک فاز
• AC سه فاز

مزایای درایر های Desiccant

• نقاط شبنم بسیار پایین را می توان بدون یخ زدن احتمالی به دست آورد.
• هزینه عملیات نقاط شبنم بدست آمده مناسب است.
• نوع Heatless را می توان طوری طراحی کرد که به صورت پنوماتیک برای مکان های با دسترسی سخت، به صورت پرتابل و یا در محیط های خطرناک عمل کند.

معایب درایر های Desiccant

• نیاز به سرمایه اولیه نسبتاً بالا
• جایگزینی دوره ای مواد جاذب (معمولاً هر ۳-۵ سال)
• آئروسل های روغن(ذرات روغن) می توانند سطح مواد خشک کن را بپوشانند
  و در صورت عدم استفاده از پیش فیلتر کافی، پروسه جذب رطوبت توسط مواد انجام نمی شود.
• هوای خشک برای پروسه احیا معمولاً مورد نیاز است.

انواع درایر ها: درایر های ممبرانی

خشک کن های ممبرانی از غشا های قابل نفوذ مشابه غشا های جداسازی نیتروژن یا غشاهای جداسازی CO2 برای استخراج بخار آب از هوای فشرده استفاده می کنند.
استفاده از این سیستم ها راحت است، مقرون به صرفه است و نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارد؛
زیرا قطعات متحرک ندارند.
آن ها برای جداسازی هوای فشرده با حجم کم بسیار مناسب هستند.

اساس کار خشک کن های غشایی هوای فشرده

فناوری غشاء و فرآیندهای جذبی در سال های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است.
غشاها معمولاً برای جداسازی گاز مانند تولید نیتروژن برای ذخیره مواد غذایی و سایر برنامه ها استفاده می شوند.
ساختار غشا به گونه ای است که مولکول های برخی از گازها (مانند اکسیژن) قادر اند سریع تر از سایر غشا ها (مانند نیتروژن) از غشای نیمه تراوا عبور کرده و غلظت گاز مورد نظر (نیتروژن) را در محلول باقی می گذارند.



درایر های غشایی هنگامی که به عنوان خشک کن در سیستم هوای فشرده استفاده می شوند،
به گونه ای طراحی شده که به بخارات آب (یک گاز) اجازه می دهد سریعتر از سایر گازها (هوا) از منافذ غشاء عبور کند
و مقدار بخارات آب را در جریان هوا در خروجی هوا کاهش دهد و در نتیجه از تشکیل نقطه شبنم در هوای فشرده جلوگیری می کند.
نقطه شبنم به طور معمول حدود ۵ درجه سانتی گراد(۴۰ درجه فارنهایت) است
اما نقاط پایین شبنم تا منفی ۴۰ درجه سانتی گراد( ۴۰- درجه فارنهایت) را می توان با پرج هوای فشرده بیشتر به دست آورد.

عملکرد و ساختار درایر های غشایی

ساختار این درایر به شکل استوانه ای است که هزاران الیاف ریز پلیمری توخالی با روکش داخلی را در خود جای داده است.
این الیاف دارای منافذ انتخابی برای حذف بخارات آب هستند.
هوای فشرده مرطوب وارد سیلندر می شود.
پوشش غشا اجازه می دهد تا بخارات آب به دیواره غشا نفوذ کرده و بین الیاف جمع شود.
در حالی که هوای خشک تقریباً با فشار هوای مرطوب ورودی از طریق الیاف موجود در سیلندر به مسیر خود ادامه می دهد..

آب نفوذ یافته به خارج از استوانه به هوای جو منتقل می شود.
نفوذ یا جداسازی، ناشی از اختلاف فشار جزئی گاز بین داخل و خارج فیبر توخالی است.

عملکرد درایر های غشایی ساده است، در حین کار بی صدا هستند، قطعات متحرک ندارند، مصرف ندارند و حداقل نیاز به سرویس را دارند
(عمدتا فیلتر های بالادست درایر نیاز به سرویس دارند).

بسته به ویژگی های مواد الیاف، علاوه بر حذف آب، جداسازی اجزای گاز نیز می تواند با یک غشاء انجام شود.
جداسازی گاز های مختلف با تفاوت در اندازه مولکولی و حلالیت گاز در غشا حاصل می شود.
گاز های با اندازه مولکولی کوچکتر، انتشار بزرگتری دارند و می توان آن ها را با تفاوت در حرکت جنبشی آنها از یکدیگر جدا کرد.
به عنوان مثال، می توان از غشاهای خاصی برای تولید ژنراتور نیتروژن استفاده کرد.

مزایای درایر های غشایی عبارتند از:

• هزینه نصب پایین
• هزینه عملیاتی پایین
• قابل نصب در فضای باز
• قابل استفاده در فضاهای خطرناک
• بدون قطعات متحرک

معایب درایر های جذبی عبارتند از:

• محدود به سیستم های با ظرفیت پایین
• اتلاف هوای فشرده بالا (۱۵ تا ۳۰ درصد) برای دستیابی به نقاط شبنم تحت فشار
• فیلتر ممكن است توسط روغن یا سایر آلاینده ها رسوب كند (پیش فیلتراسیون لازم است)

مشخصات فنی مهم در انتخاب انواع درایر مناسب

برای انتخاب درایر مناسب برای هوای فشرده، ویژگی های مهمی که باید در نظر بگیرید
شامل ظرفیت درایر، حداکثر فشار، حداقل نقطه شبنم خروجی (minimum output Dewpoint)، قدرت موتور و دمای کار است.

• ظرفیت درایر همان حداکثر حجم هوایی است که درایر می تواند خشک کند.
  این حجم معمولاً در فشار  ۱۰۰ psig است.
• حداکثر فشار به حداکثر فشار ورودی درایر اشاره دارد.
• نقطه شبنم معیاری برای خشکی است. این معیار، میزان بخار آب موجود را توضیح می دهد
  و به ما می گوید که هوای فشرده چقدر می تواند قبل از تشکیل آب، سرد شود.
• توان موتور یک مقدار مرجع است که اغلب برای تخمین اندازه درایر ها استفاده می شود.
  فشار و ظرفیت درایر مشخصات متمایز کننده درایر ها هستند.
• دمای کاری، رنج دمای محیط کاری درایر است.

جمع بندی انواع درایر های هوای فشرده و عملکرد آن ها

از درایر های هوای فشرده برای حذف آب و سایر آلودگی ها از هوای فشرده استفاده می شود.
درایر های هوای فشرده از فناوری هایی مانند تبرید، جذب سطحی و فیلتراسیون غشایی برای حذف آلاینده ها ، به ویژه آب، از هوا استفاده می کنند.

گروه های عمده شامل درایر های تبریدی(که با خنک کردن هوا آب را حذف می کند) و desiccant
(که آب موجود در هوای فشرده را با مواد جاذب مانند آلومینای فعال، سیلیکاژل و مولکولارسیو جذب می کند).

 

برای تست عملکرد هرکدام از مدل های درایر می توان در خروجی درایر از دستگاه های اندازه گیری نقطه شبنم استفاده کرد،
تا بتوان به وضوح مشاهده کرد که هر درایر تا چه عددی میتواند رطوبت و نقطه شبنم را کاهش دهد

سوالات خود را در کامنت ها از ما بپرسید. اگر این مطلب برای شما مفید بود، آن را با دوستان خود به اشتراک بگذارید.

برای مشاوره و هرگوته خدمات تخصصی تماس بگیرید