新型湿空气除湿装置工作性能的实验研究

    0　引　言

    湿空气除湿技术广泛应用于建材、化工、暖通空调、轻纺等各行业。目前,人们已经研究出了一些湿空气除湿技术,如:冷却除湿、压缩除湿、固体吸附式除湿、液体吸收式除湿、干式除湿等。这些除湿方式有它们各自的优点,如:除湿深度大、不影响空气流动、能够连续不断地提供低露点干燥空气等[1]。因此,这些湿空气处理技术在一定程度上得到了广泛的应用。但是,它们也有许多缺点,如:除湿处理量小、设备所占空间大、投资高、要消耗机械功、设备维护工作量大等。因此,有必要开一种新的湿空气除湿技术,以满足当前市场需求。

    利用气体动力学、传热传质学相关理论知识,作者研究开发了一种全新的湿空气处理装置——涡流气体净化分离装置(已经申请发明专利)。目前,已完成各实验部件的设计,建立了国内第一个涡流气体净化分离装置实验台,进行了大量的实验,并且取得了较为理想的实验结果。与传统湿空气除湿技术相比,该装置具有结构简单、无运动部件、无泄漏、免维护、环境友好等优点。

    1　装置结构及除湿机理

    从工程热力学的观点来看,涡流气体净化分离装置(简称涡流管)主要由以下三部分组成(如图1所示):(1)Laval喷管:用来产生低温和超音速;(2)旋流器:相当于一台气-液旋风分离器,用以产生高速旋流,以获得较大的离心力;(3)扩压管:相当于一台压缩机,用以降低气流速度,恢复一部分压力(出口压力为涡流管入口压力的60%～85%)。

　　首先,湿空气通过一个Laval喷管,其温度和压力下降,速度增大,气流在Laval喷管出口处达到超音速。从工程热力学的角度看,如不考虑流动阻力损失,气流在Laval喷管内部的整个流动过程接近于一个可逆过程——没有得到和消耗任何热量,为一绝热等熵过程。同时,气流温度降低会使其中的水分发生凝结,形成液滴夹杂在流体当中成为汽水混合物。然后,由Laval喷管出来的高速流体(液-汽混合物)进入旋流器,旋流器的作用与传统的旋风分离器类似,通过它的流体会产生高速旋转,液滴在强大的离心力的作用下被甩到管内壁面上,形成很薄的一层液膜。然后,这些附着在管壁上的液体通过一个环形槽道流出分离装置进入一个二次分离罐进行二次分离。最后,除去水分的干气进入一个扩压管。在扩压管中,气流的速度降低,温度和压力升高,扩压管出口处压力可以恢复到涡流管入口处压力的60%～85%。

    2　实验系统

    根据实验要求,设计了图2所示的空气-水分离实验台。工作流体为压缩湿空气。首先,从压缩机出来的空气进入加湿器,加湿后的饱和湿气接着进入涡流管产生气液分离,经涡流管分离后的干气进入稳压罐,被分离出来的湿气则从湿气出口进入一个二次分离罐进行二次分离。最后,从稳压罐出来的干气与二次分离罐出来的干气混合排入大气。