Nadmiar wilgoci i metody jej usuwania

1. WILGOĆ W ŚRODOWISKU
NATURALNYM
Wilgoć, to popularne określenie wody
zawartej w powietrzu, której zawartość
(wilgotność) podaje się zwykle
w jednostkach względnych, przyjmując
za 100% maksymalną koncentrację
pary wodnej, od której w danych
warunkach rozpoczyna się jej skraplanie.
Może ona występować w postaci
aerozolu lub pary wodnej. W naszym
klimacie średnia wilgotność utrzymuje
się na poziomie 67,5% do 75%.
W przestrzeni otwartej brak jest
możliwości zmniejszenia wilgotności,
co w niektórych sytuacjach utrudnia
lub wręcz uniemożliwia wykonywanie
określonych prac. Przykładem może
być przemysł stoczniowy. Oczyszczona
poprzez obróbkę strumieniowo-ścierną powierzchnia kadłuba
pozbawiona jest warstwy chroniącej
metal przed korozją. I tak przy wilgotności
względnej powietrza na poziomie
75% i temperaturze otoczenia
10oC, punkt rosy wynosi 5,79oC. Prace
piaskarskie z reguły wykonywane
są w porze nocnej. W godzinach porannych
następuje przygotowanie powierzchni
do malowania (odpylanie),
oraz odbiór jakości wykonania prac
piaskarskich. W tym czasie temperatura
powietrza podnosi się, natomiast
temperatura wychłodzonego kadłuba
pozostaje praktycznie bez zmian. Para
zawarta w powietrzu wykrapla się na
oczyszczonej powierzchni powodując
jej zawilgocenie i przyspieszoną
korozję. Przynosi to znaczne straty,
ponieważ wydłuża się czas remontu,
konieczne jest ponowne piaskowanie
powierzchni, przygotowanie do malowania,
itd. Powierzchnie oczyszczane
strumieniowo-ściernie na kadłubie
są ogromne. Sięgają tysięcy metrów
kwadratowych, a zaledwie parę gram
wody zawartej w każm² powietrza
otaczającego nie zabezpieczoną
stal przy niesprzyjającej temperaturze,
niszczy pracę wielu ludzi i powoduje
zwiększenie zużycia materiału i energii.
W niewielkim stopniu sytuację
poprawia okrycie statku plandekami i
ogrzewanie kadłuba przy pomocy potężnych
nagrzewnic. Jednak powoduje
to kolejny wzrost kosztów, wydłuża
się czas remontu i wzrasta zużycie
energii. Minimalna temperatura stali
przed pokryciem powłoką malarską,
przy założonych parametrach powinna
o 3oC przewyższać temperaturę
punktu rosy i wynosić 7,79oC. Są to
wymagania normy ISO 8502-4 [1].

2. WILGOĆ W CIAŁACH STAŁYCH
Wilgoć występuje nie tylko w powietrzu,
ale również w ciałach stałych,
w których całkowita zawartość wody
jest nazywana wilgotnością całkowitą.
Zwykle podaje się ją jako procent
wagowy wody w stosunku do całkowitej
masy ciała. Część wilgoci, która
przechodzi z ciała stałego podczas
jego suszenia do powietrza nazywana
jest wilgotnością przemijającą, zaś
pozostałą w ciele stałym nazywamy
wilgotnością próbki powietrznosuchej,
lub wilgocią higroskopijną.
Przykładem ilustrującym znaczenie
wilgotności ciał stałych może być
wilgoć występująca w popularnie stosowanym
jako materiał budowlany i
konstrukcyjny drewnie. Bezpośrednio
po ścięciu drewno posiada wilgotność
na poziomie ok. 35%. Wysuszone na
wolnym powietrzu osiąga wilgotność
rzędu 15-20%, zaś suszone w warunkach
sztucznych 8-13%. Drewno
stosowane na konstrukcje dachowe
(więźbę) powinno mieć wilgotność
ok. 18%, dzięki temu pozostaje ono
elastyczne, i nie jest narażone na atak
pleśni. Wykonanie więźby oraz utrzymanie
konstrukcji w stanie niższej od
zalecanej wilgotności spowodowałoby
znaczne jej osłabienie. Drewno rozeschłoby
się i stało się kruche. Zbyt
duża wilgotność spowodowałaby
spęczenie drewna, co osłabiłoby wytrzymałość
połączeń, oraz po pewnym
czasie wystąpiłoby zagrzybienie materiału.
Zaatakowane przez grzyby pleśniowe
drewno oprócz nieestetycznego
wyglądu (przebarwienia i zasinienia
powierzchni) po pewnym czasie ulega
zniszczeniu, tracąc właściwości konstrukcyjne
(rys. 1).

Rys. 1 Drewno (fot. autora):
a) zawilgocone zaatakowane przez sinicę,
b) zawilgocone
zbutwiałe,
c) wysuszone i przechowywane w optymalnych warunkach
Niszczące działanie wilgoci na
drewno jest rozłożone w stosunkowo
długim czasie. Istnieją przypadki, gdy
wilgoć w sposób gwałtowny może
zniszczyć inne materiały. Za przykład
może tu posłużyć przechowywanie
takich materiałów jak słoma. Jeżeli
świeżo ściętą słomę ułożymy w stogu
lub zwieziemy do stodoły, wówczas
może nastąpić jej samozapłon. Paradoksalnie,
wilgoć zamiast utrudniać
palenie inicjuje ten proces. Żyjące w
słomie bakterie i roztocza oddychając
i prowadząc inne czynności życiowe
wytwarzają ciepło i gazy łatwopalne.
W środowisku wilgotnym proces ten
przebiega bardzo szybko. Kiedy ciepło
skumuluje się, słoma zaczyna płonąć.
We wszystkich opisanych przypadkach,
powodem strat jest wilgoć.
Najlepszym sposobem walki z nią jest
jej usuwanie, ale tylko w takim stopniu,
jaki jest konieczny. Nadmierne
wysuszenie jest podobnie szkodliwe,
jak zbyt duże zawilgocenie. Skuteczną
ochroną przed wilgocią jest np. impregnacja
lub malowanie materiałów.
Niestety jest ona nieskuteczna w przypadku
zastosowania tych ochron do
materiałów zawilgoconych. Tak więc
najpierw materiały należy osuszyć, a
dopiero potem zabezpieczać.

3. OSUSZANIE POWIETRZA
Osuszanie powietrza polega na usuwaniu
zawartej w nim pary wodnej.
Istnieją zarówno chemiczne, jak i fizyczne
metody realizacji tego procesu.
Do sposobów chemicznych zliczyć
można m.in. adsorbcję chemiczną
zwaną też chemisorpcją lub adsorbcją
aktywowaną. Występuje ona wtedy,
gdy wiązanie cząsteczki adsorbatu z
powierzchnią adsorbenta ma charakter
powierzchniowego połączenia chemicznego.
Jest to wiązanie dosyć silne
i trwałe, stąd też trudna do przeprowadzenia
jest reakcja odwrotna. Metody
wykorzystujące adsorbcję chemiczną
nie znalazły szerszego zastosowania
w technologii osuszania powietrza dla
celów klimatyzacji czy wentylacji.
Najczęściej stosowanymi w praktyce
metodami osuszania powietrza
są metody fizyczne. Wykorzystuje się
w nich zdolność pary wodnej do kondensacji
w odpowiednich warunkach
lub zdolność niektórych substancji do
jej adsorpcji. Zaliczamy do nich:
• osuszanie kondensacyjne (chłodnicze),
• osuszanie sorpcyjne.

3.1 Osuszanie kondensacyjne
Osuszanie kondensacyjne wykorzystuje
zmienność własności powietrza
wilgotnego przy zmianie temperatury.
Zjawisko kondensacji pary wodnej,
jest zjawiskiem powszechnym. Popularnie
nazywa się je „zaparowaniem”.
Zimą obserwujemy „zaparowanie”
okien, z kolei podczas wlewania gorącej
wody do wanny obserwujemy podobne
zjawisko na lustrze. Nie znając
nawet mechanizmu kondensacji, z powszechnej
nazwy można wywnioskować,
co jest jednym z elementów powodujących
to zjawisko, mianowicie
para wodna. Drugim czynnikiem jest
temperatura. W najprostszy sposób
można wytłumaczyć zjawisko kondensacji
korzystając z wykresu h-x
Molliera (rys. 2).

Rys. 2 Przemiany powietrza
na wykresie
h-x zachodzące podczas
osuszania kondensacyjnego
Przyjmujemy temperaturę i wilgotność
względną wyjściową powietrza w
punkcie A ta=+40oC i ρa=40 %, odczytujemy
zawartość wilgoci xa= 18 g/kg
oraz entalpię właściwą ha=87 kJ/kg.
Następnie ochładzamy powietrze (bez
zmiany zawartości wilgoci (x) do temperatury
tr=+23oC (temperatury punktu
rosy). Punkt przecięcia izotermy tr
z linią graniczną ρ=100% (punkt R)
wyznaczy punkt rosy. W tym momencie
powietrze stanie się nasycone.
Zawartość wilgoci (xa) nie ulega zmianie,
wzrasta wilgotność względna do
ρr=100%, maleje zaś entalpia właściwa
do hr=71 kJ/kg. Obniżając dalej
temperaturę (poniżej temperatury tr)
do temperatury tb np.+10oC, doprowadzimy
do wykroplenia się pewnej
ilości pary w postaci mgły (punkt B).
Gdyby w tym momencie od powietrza
nasyconego oddzielono mgłę wodną,
a powietrze ogrzano do temperatury
punktu wyjściowego (ta=40oC) wówczas
otrzymamy powietrze o parametrach
(punkt D): temperatura ta= +40oC,
wilgotność względna ρD=18 %, entalpia
właściwa hD= 61g/kg. Jak widać
z otrzymanych wyników, powietrze
zostało osuszone. Z wykresu możemy
odczytać, ile gram wody zostanie
„usuniętych” z każdego kilograma powietrza
podczas tej operacji. Odczytujemy
zawartość wilgoci (x) w punkcie
A (xa=18 g/kg) oraz w punkcie C
(xc=7 g/kg). Obliczając różnicę (xa-xc)
otrzymujemy wynik 11 g/kg. Jest to
ilość wody, którą można „usunąć” z
powietrza przeprowadzając przemiany
wg powyższego schematu.
Jak widać na wykresie h-x (rys.2),
punkt B położony jest w obszarze
mgły wodnej, dzięki czemu wilgoć
można usunąć w postaci wody. Jest to
właściwość wykorzystywana w osuszaczach
kondensacyjnych. Dalsze
obniżanie temperatury powietrza (poniżej
0oC) spowoduje wytrącenie się
pary wodnej w postaci mgły lodowej.
Zjawisko to można również wykorzystać
przy osuszaniu powietrza. Niestety
urządzenia osuszające za pomocą
wymrażania muszą pracować cyklicznie.
W pierwszej fazie schładzane jest
powietrze do temperatury ujemnej, a
następnie trzeba urządzenie ogrzać w
celu usunięcia lodu. Zjawisko to można
zaobserwować np. w zamrażarce
domowej. W komorze zamrażarki,
para wodna zamienia się w mgłę lodową,
i osadza się na jej ściankach.
Po pewnym czasie trzeba urządzenie
wyłączyć i doprowadzić do usunięcia
lodu. Osuszanie przez wymrażanie
stosowane jest więc w ograniczonym
stopniu. Metoda ta nie nadaje się do
osuszania dużych ilości powietrza.
Stosuje się ją np. do osuszania kriokomór.
Podczas zabiegu leczniczego
w komorze panuje temperatura ok.
-140oC. Jak wiadomo, człowiek wraz
z wydychanym powietrzem wydycha
też spore ilości pary wodnej. Po
zakończonym zabiegu w komorze
pozostaje wilgoć w postaci lodu. Należy
ją usunąć. W tym celu ogrzewa
się komorę do temperatury dodatniej
i usuwa się wilgoć w postaci skroplin.
Następną czynnością jest wymrażanie
komory, czyli obniżenie w niej
temperatury do ok. -120oC. W tak
niskiej temperaturze para wodna błyskawicznie
zamarza i oddziela się od
powietrza w postaci lodu. Pozostaje
powietrze o bardzo niskiej wilgotności.
Podczas tych czynności w kabinie
nie mogą przebywać pacjenci. Takie
przerwy technologiczne przynoszą
straty. Trudność z usuwaniem wilgoci
w postaci lodu odłożonego na elementach
urządzenia oraz cykliczność
pracy, uniemożliwiają wykorzystywanie
tej metody do nieprzerwanej „produkcji”
suchego powietrza. Niebagatelne
znaczenie w tym przypadku ma
również koszt. Znacznie mniej energii
zużywa się do schłodzenia powietrza
nieznacznie tylko poniżej punktu rosy,
niż do temperatury zamarzania wody.

3.1.1 Budowa osuszaczy kondensacyjnych
Urządzenia wykorzystujące zjawisko
kondensacji pary wodnej do osuszania
powietrza nazywamy osuszaczami
kondensacyjnymi lub chłodniczymi.
Zarówno jedna, jak i druga nazwa nasuwa
nam skojarzenia, co do procesów,
jakie w nich zachodzą. Aby uzyskać
efekt kondensacji, należy powietrze
ochłodzić. Podstawowym elementem
osuszacza kondensacyjnego jest układ
chłodniczy zbudowany z parownika,
skraplacza, sprężarki i zaworu rozprężnego.
Schemat takiego urządzenia
przedstawiono na rysunku 3.

Rys. 3 Schemat ideowy osuszacza kondensacyjnego (opr. własne)
Rys. 4. Schemat ideowy urządzenia z pompą ciepła wg [2]: a) praca latem, b)
praca zimą
Jak już wspomniano, w urządzeniu
tym wykorzystuje się zjawisko kondensacji
pary wodnej w odpowiedniej
temperaturze. Pierwszym etapem
procesu osuszania powietrza jest jego
ochłodzenie do temperatury poniżej
temperatury punktu rosy. Uzyskuje
się to przepuszczając powietrze przez
parownik (5). Na skutek obniżenia
temperatury, para wodna skrapla się
i w postaci skroplin zostaje usunięta.
W urządzeniach o małej wydajności,
skropliny zbierane są do zbiorniczka
i po jego napełnieniu usuwane,
natomiast w urządzeniach o dużej
wydajności mogą one być usuwane
bezpośrednio do kanalizacji. Następnym
etapem jest ogrzanie osuszonego
powietrza. Realizuje się to przy
pomocy skraplacza (4). Temperatura
powietrza opuszczającego urządzenie
jest zbliżona do temperatury powietrza,
jakie jest do niego zasysane. Ma
to duże znaczenie ze względów ekonomicznych,
gdyż nie trzeba stosować
innych zabiegów w celu utrzymania
wymaganej temperatury w osuszanym
obiekcie. Duże znaczenie ma też inny
element, jakim jest filtr powietrza (1).
Zatrzymuje on drobiny pyłu znajdujące
się w powietrzu, dzięki czemu wąskie
przestrzenie między lamelami parownika
i skraplacza pozostają czyste. Zapchanie
szczelin przez które ma przepływać
powietrze, spowoduje wzrost
zużycia energii i zmniejszy wydajność
urządzenia. Przepływ powietrza przez
elementy osuszacza wymuszany jest
przez wentylator (2). Musi on być dobrany
w taki sposób, aby przetłaczać
optymalną ilość powietrza dla wydajności
danego urządzenia. Osuszacze
kondensacyjne z reguły stosowane są
w pomieszczeniach zamkniętych. Powietrze
w takim układzie pozostaje w
sposób ciągły w obiegu, i dzięki temu
stopniowo obniżana jest wilgotność
względna w danym pomieszczeniu.
Innym typem urządzenia wykorzystującego
zjawisko kondensacji jest urządzenie
pracujące w sposób odwracalny,
jest to pompa cieplna (rys.4), wyposażona
w zawór czterodrogowy (1)
powodujący zmianę kierunku przepływu
strumienia czynnika niskowrzącego,
dzięki czemu całe urządzenie, gdy
istnieje taka konieczność (np. latem),
osusza i schładza powietrze, zaś gdy
trzeba (np. zimą) ogrzewa je.
Latem wężownica (2) umieszczona
na zewnątrz pomieszczenia pracuje
jako skraplacz, zaś wężownica (3) jako
parownik, schładzający i osuszający
powietrze wewnętrzne. Zimą, dzięki
zaworowi (1) odwraca się obieg, i
powietrze wewnątrz pomieszczenia
ogrzewane jest za pomocą wężownicy
(3), która pełni rolę skraplacza.
Jak widać, urządzenia chłodnicze
są uniwersalne. Mogą chłodzić, grzać
oraz osuszać powietrze. Działają również
w połączeniu z innymi urządzeniami
służącymi do osuszania.
3.2 Osuszanie sorpcyjne
Przed przystąpieniem do omówienia
zasad sorpcyjnego osuszania powietrza,
należy wyjaśnić kilka pojęć, takich jak:
• adsorpcja,
• absorpcja,
• sorpcja.

• Adsorpcja, jest to proces zachodzący
na granicy dwu faz. Polega on na
wiązaniu cząsteczek jednej substancji
na powierzchni drugiej. Substancję posiadająca
zdolność do wiązania innych
substancji nazywamy sorbentem, zaś
wiązaną - adsorbatem. Rozróżnia się
trzy rodzaje adsorpcji: fizyczną, chemiczną
i kapilarną. Pierwsza z nich
występuje, gdy na substancje oddziałują
siły Van der Wallsa (przyciągania
międzycząsteczkowego), druga gdy
przebiega ona z udziałem sił wiązań
chemicznych, natomiast trzecia, gdy
następuje takie zagęszczenie par lub
gazów w porach sorbentu, że ulegają
one skropleniu.
• Absorpcja, jest to proces chemiczny
pochłaniania substancji (absorbatu)
przez inną substancję (absorbent)
i równomiernym rozprowadzeniu jej
w całej masie absorbentu. Najczęściej
występuje absorpcja gazów przez
ciecz. Stosowana jest ona m.in. do wydzielania
z mieszaniny gazowej jednego
składnika. W chłodnictwie proces
absorpcji podtrzymuje ruch czynnika
chłodniczego i stąd nazwa chłodziarka
absorpcyjna.

• Sorpcja, jest zjawiskiem polegającym
na zatrzymaniu cząsteczek gazów,
cieczy i ciał stałych przez ciało
stałe. Stosuje się ją jako ogólną nazwę
procesów adsorpcji i absorpcji wtedy,
gdy nie można określić, które procesy
zachodzą lub gdy zachodzą one jednocześnie.
W procesie osuszania sorpcyjnego
używane są sorbenty ciekłe i
stałe. Sorbentami ciekłymi nazywa
się ciecze charakteryzujące się zdolnością
pochłaniania pary wodnej z
kontaktującego się z nimi powietrza
wilgotnego. Intensywność z jaką sorbent
pochłania wilgoć zależy od różnicy
ciśnień cząstkowych nad cieczą i
w powietrzu. Stosunek ciśnienia pary
wodnej (pr) nad roztworem do ciśnienia
cząstkowego pary wodnej nad
wodą o tej samej temperaturze (pw)
oznacza się:

Jak widać, stosuje się ten sam symbol,
jak przy oznaczaniu wilgotności
względnej. Bierze się to stąd, iż w
obydwu przypadkach jest to stosunek
ciśnienia cząstkowego pary wodnej
w powietrzu do ciśnienia cząstkowego
pary wodnej nasyconej o tej samej
temperaturze. Wartość ρ zależy od
rodzaju i stężenia roztworu. Stężenie
roztworu wyrażane jest w procentach
jako stosunek ciężaru rozpuszczonej
suchej substancji do ciężaru roztworu:

gdzie:
Kr – stężenie roztworu w [%],
Gs – ciężar rozpuszczonej
suchej substancji w [kg],
Gw – ciężar wody zawartej
w roztworze w [kg].
Ciecze i roztwory wodne stosowane
przy obróbce powietrza muszą spełniać
następujące warunki:
• posiadać dużą intensywność pochłaniania
wilgoci z powietrza,
• są trwałe chemicznie,
• dają się regenerować,
• nie są toksyczne,
• nie mają przykrego zapachu,
• nie powodują korozji,
• charakteryzują się niską ceną.
Najczęściej stosowane są roztwory
wodne chlorku wapnia (CaCl2)
i chlorku magnezu (MgCl2) oraz
roztwór chlorku litu (LiCl). Z wymienionych
sorbentów największą
intensywność pochłaniania wilgoci
z powietrza posiada roztwór chlorku
litu, niestety jest on najdroższy z wymienionych.
Najniższe wartości wilgotności
względnej powietrza, jakie
można osiągnąć po obróbce różnymi
sorbentami podano w tabeli 1.
Tabela 1 Najniższe wartości ρ dla sorbentów
ciekłych wg [3]

Wymienione sorbenty można regenerować,
tj. usuwać z nich zaadsorbowaną
wodę w celu dalszego wykorzystania.
Odbywa się to w trzech etapach:
• ogrzewania roztworu,
• zatężenia (rekonstrukcji) roztworu,
• chłodzenia roztworu.
Zabieg pierwszy i trzeci wykonuje się w wymiennikach ciepła, zaś zatężenie
w komorze o powierzchniach zraszanych,
tzw. skruberach (aparatach absorpcyjnych).
Poważną wadą używania
sorbentów ciekłych jest to, że są
one elektrolitami i dlatego wszystkie
elementy urządzeń, które się z nimi
stykają muszą być wykonane z tego
samego metalu. Zapobiega to powstawaniu
korozji elektrolitycznej.
Drugą grupą materiałów używanych
do osuszania powietrza są sorbenty
stałe. Muszą one charakteryzować
się następującymi cechami:
• dużą intensywnością pochłaniania
wilgoci z powietrza,
• muszą posiadać stałe właściwości
chemiczne i mechaniczne,
• muszą w sposób łatwy i tani poddawać
się procesowi regeneracji,
• nie mogą wykazywać własności
toksycznych i korozyjnych.
Do takich substancji zaliczyć można
silikażel, aktywowane aluminium,
chlorek wapnia, a także sole chlorku
litu i bromku litu. Są to ciała o bardzo
porowatej budowie. Rozwinięta
powierzchnia wszystkich kapilar
1 kilograma substancji może sięgać
nawet 400 000 m². Proces osuszania
powietrza polega na przepuszczaniu
go przez warstwę sorbentu. Zdolność
pochłaniania wilgoci wzrasta wraz z
obniżeniem temperatury sorbentu. Pochłanianie
pary wodnej może odbywać
się do czasu, gdy sorbent osiągnie stan
nasycenia. Intensywność pochłaniania
wody zależy również od różnicy ciśnień
cząstkowych pary wodnej nad
powierzchnią sorbentu i kontaktującego
się z sorbentem powietrza. Intensywność
pochłaniania będzie się zmniejszała
w miarę zbliżania się ciśnień do stanu
równowagi. Procesowi osuszania powietrza
sorbentami stałymi towarzyszy
wydzielanie się ciepła kondensacji pary
wodnej i ciepła zwilżania. Dla silikażelu
wynosi ono ok. 111 kcal/kg pochłoniętej
wody. Większość wydzielanego ciepła
(ok. 85%) pochłania powietrze, zaś
reszta jest pochłaniana przez silikażel.
Podwyższenie temperatury osuszanego
powietrza można obliczyć z następującej
zależności:

gdzie:
x’ i x” – początkowa i końcowa
wilgotność właściwa
osuszanego powietrza
w [kg/kg],
cp – ciepło właściwe osuszonego
powietrza (cp=0,24)
w [kcal/kg].
Osuszane powietrze o temperaturze
20oC traci ciepło skraplania się pary
wodnej w ilości q1 = 585 kcal/kg,
zyskuje zaś 85% ciepła sorpcji q2 =
0,85.700 = 595 kcal/kg. Przyjąć więc
można, że:

Regenerację sorbentów stałych przeprowadza
się za pomocą gorącego powietrza,
przepuszczanego przez warstwę
sorbentu. Czas regeneracji przyjmuje
się równy czasowi nasycenia.

3.2.1 Budowa urządzeń do osuszania
powietrza za pomocą sorbentów
ciekłych
Budowa osuszaczy sorpcyjnych różni
się w zasadniczy sposób w zależności
od tego, czy do procesu osuszania powietrza
używamy sorbentu ciekłego
czy stałego. Urządzenia wykorzystujące
sorbent ciekły do procesu osuszania
są bardzo rozbudowane (rys. 5), a
sam proces regeneracji skomplikowany.
Składają się one z dwóch podstawowych
bloków: osuszania i regeneracji.

Rys. 5 Schemat ideowy urządzenia do osuszania za pomocą sorbentów ciekłych (opr.
własne):
a - komora zraszania, b - wanna na skropliny, c - chłodnica,
d - wymiennik
ciepła, e - podgrzewacz, f - rekoncentrator,
g - pierścienie Białeckiego, h - zawór trójdrogowy,
i - odkraplacz, P1; P2 - pompy

W skład bloku osuszania wchodzą:
• komora zraszania (a),
• wanna na skropliny (b),
• chłodnica (c),
• pompa (P2).
Blok regeneracji składa się z:
• wymiennika ciepła (d),
• podgrzewacza (e),
• rekoncentratora (g),
• zaworu trójdrogowego (h),
• pompy (P2).
Proces osuszania powietrza odbywa
się w komorze zraszania. Podczas
kontaktu z rozpylonym sorbentem o
początkowej koncentracji K’r, powietrze
obniża swoją wilgotność właściwą,
i po przejściu przez odkraplacz (i) wydostaje się na zewnątrz. Zadaniem
odkraplacza jest oddzielenie ciekłego
sorbentu od osuszonego powietrza.
Sorbent ciekły po „przejęciu” w komorze
zraszania wilgoci od powietrza,
obniża swoją koncentrację do poziomu
K”r, i jednocześnie podwyższa
się jego temperatura. Wykorzystany
sorbent zbiera się w wannie (b), a
następnie przepływa do wymiennika
ciepła (d). W tym momencie zaczyna
się proces regeneracji. W wymienniku
ciepła odbywa się wstępne podgrzanie
sorbentu kosztem ciepła roztworu
wychodzącego z rekoncentratora (f).
Z wymiennika (d) sorbent przepływa
poprzez podgrzewacz (e), w którym
kosztem czynnika grzejnego (para lub
woda) podwyższa swoją temperaturę
do wymaganej na wlocie do rekoncentratora.
Do dysz zainstalowanych
w rekoncentratorze sorbent przetłaczany
jest za pomocą pompy (P1).
Rozpylony roztwór opada na warstwę
pierścieni Białeckiego (g), po których
spływa na dno rekoncentratora. Równocześnie
przez warstwę pierścieni w
przeciwnym kierunku przetłacza się
powietrze o niższym ciśnieniu cząstkowym
pary wodnej niż ciśnienie nad
regenerowanym roztworem. Podczas
kontaktu roztworu z powietrzem następuje
zatężenie i ochłodzenie roztworu.

Rys. 6 Pierścienie Białeckiego wg [4]
Wspomniane pierścienie Białeckiego
(rys. 6), wykonane ze stali nierdzewnej
lub tworzywa sztucznego, służą do
oddzielenia cząstek rozpylonego sorbentu
od powietrza. Zatężony roztwór
sorbentu przepływa z rekoncentratora
do wymiennika ciepła (d), gdzie po
wstępnym ochłodzeniu, przez zawór
trójdrogowy (h), zasysany jest on do
chłodnicy (c). Czynnikiem chłodzącym
w chłodnicy w zależności od potrzeb
mogą być woda lub solanka. Po
uzyskaniu odpowiedniej temperatury,
sorbent osiąga ponownie wymaganą
koncentrację K’r i jest gotowy do ponownego
użycia w procesie osuszania.
Jak wynika z powyższego opisu,
osuszanie przy pomocy sorbentu ciekłego,
jest procesem niezwykle skomplikowanym
i energochłonnym. Wymaga
rozbudowanych instalacji i wielu
urządzeń pomocniczych. Ponadto,
jak już wspomniano, sorbenty ciekłe
są dobrymi elektrolitami, co powoduje
zwiększone tępo korozji elementów
z nimi się stykających. Pomimo wymienionych
wad, metoda osuszania
przy pomocy sorbentów ciekłych ma
ogromną zaletę, można mianowicie w
bardzo precyzyjny sposób regulować
wilgotność osuszanego powietrza.
Regulacji dokonuje się za pomocą
zaworu trójdrogowego (h), ustawiając
w nim takie proporcje przepływu,
aby otrzymać optymalną koncentrację
(K’r) roztworu sorbentu ciekłego rozpylanego
w komorze zraszania (a).

cdn ...
Tytuł: Nadmiar wilgoci i metody jej usuwania. Część 1
Autor: inż. Wojciech Balicki
Źródło: Technika chłodnicza i klimatyzacyjna 11/2006