吸附除湿固定床结构的实验研究与性能分析

　　1 前 言

　　随着社会与经济的发展，人们对生活舒适性的要求也越来越高。在我国的夏热冬冷和夏热冬暖地区[1]，气候特征表现为夏季气温高，湿度大，热舒适感觉很差。传统空调的除湿采用冷凝除湿，以供应低于露点温度的冷媒实现对空气的降温和除湿处理，不仅造成了能源品位上的浪费，还降低了室内空气品质[2]。针对目前常规空调存在的缺陷，采用温湿度独立控制空调系统无疑是一种切实有效的解决方案。

　　固定床吸附除湿是一种新型的独立除湿方式。吸附床是除湿系统的核心部件，目前国内外学者研究较多的有多孔结构吸附床[3]、针刺板吸附床[4]和交叉冷却式吸附床[5]。吸附床一直处于不断的加热和冷却过程中，由于存在接触热阻，吸附床再生时不能迅速地将能量传递给吸附剂，吸附时又不能将吸附热迅速地排走，因而在运行过程中传热和传质较困难，吸附 /再生循环周期长[6]。一般来说，传热传质速度的高低决定了吸附床除湿性能的优劣，因此有必要对吸附床的性能进行进一步的研究。本文介绍了一种新型固体吸附床，通过实验分析了床体内部温度和湿度的变化规律，并在吸附床性能分析的基础上对吸附床结构的完善与改进做了进一步的总结。

　　2 吸附床的设计

　　吸附床结构设计如图1 所示，图中进风面中空白部分的圆管为风道，空气进入风道从四周的圆孔流出与风道外部的吸附剂进行热质交换，沿平行方向流动，完成吸附、再生和冷却3 个阶段，此结构延长了处理空气在床体内的停留时间，有利于强化传质效果。为了考察床层长度方向上的温度和湿度的变化情况，在吸附床进口断面、床体内部、出口断面共设置5 个温湿度测点。吸附床的结构参数详见表1。

　　3 实验研究

　　3. 1 实验系统

　　实验系统主要由功能段和吸附段2 大部分组成，如图2 所示。功能段又包括: 过滤段、冷却干燥段、加热段、加湿段、风量测试段、整流段、测试段和风机段。

　　实验时，通过温湿度变送器、喷嘴、微压差计等仪表对吸附床内空气的干球温度、相对湿度、风量、风速和吸附床进出口压降等参数进行测量。为保证实验数据的准确性和可靠性，实验中所用仪表都进行了标定。主要测试设备如表2 所示。

　　3. 2 实验结果分析

　　实验13X 分子筛为填装材料，考察吸附阶段床层内部温度与湿度的变化情况。处理空气进口干球温度为28 ℃ ，含湿量为18.8 g/kg 干空气，风量为1500m³/h。

　　图3 给出了床体内3 个测点处空气温度随时间的变化。测点2 的温度始终处于下降状态，到3000s 时基本稳定在45 ℃ 左右，变化范围不大。由于吸附是放热过程，此处温度的下降说明吸附热能可以及时被进口空气带走。测点3 的空气温度先下降，说明在刚开始的1000s 内测点3之前吸附段的吸附量还较小，因此吸附热小，能完全被进口空气带走，但随着传质区向后移动，吸附量进一步增加，吸附热达到一定量时，吸附热已不能完全被进口空气带走，因此温度逐步上升，最后处于一个热平衡状态，与床体进口空气存在15 ℃ 的传热温差。测点 4的空气温度先缓慢下降，然后迅速升高，说明传质区越向后移动，吸附热越不能完全被进口空气带走，随着传质区慢慢移出吸附床，床体内部吸附热产生量越来越少，测点4 处于被冷却的状态，温度降低。