Осушка воздуха твердыми сорбентами
Твердые сорбенты — силикагель, алюмогель, активированный уголь и другие вещества — характеризуются капиллярно-пористой структурой, вследствие чего они обладают весьма развитой внутренней поверхностью капилляров, достигающей нескольких сот тысяч квадратных метров на 1 кг массы вещества.Способность твердого сорбента извлекать водяной пар из воздуха обусловливается явлениями адсорбции и капиллярной конденсации. Молекулы водяного пара, адсорбированные поверхностью капилляра и сконденсировавшиеся на ней, образуют в капилляре вогнутый мениск воды. Парциальное давление насыщенного водяного пара над вогнутой поверхностью воды ниже, чем над плоской поверхностью при той же температуре. Причем это понижение обратно пропорционально радиусу капилляров. Если парциальное давление водяного пара в воздухе больше, чем давление насыщенного пара над вогнутой поверхностью воды в капиллярах, то пар из воздуха будет диффундировать в полость капилляров и там конденсироваться.
Интенсивность осушки воздуха твердыми сорбентами определяется разностью парциальных давлений насыщенного водяного пара над вогнутой поверхностью мениска в капилляре и водяного пара в осушаемом воздухе. Этот перепад давлений зависит от диаметра капилляров, определяющих кривизну мениска, температуры и влагосодержания осушаемого воздуха.
При повышении температуры или снижении парциального давления водяного пара в осушаемом воздухе интенсивность осушки снижается, так как в результате действия каждого из этих факторов уменьшается разность между парциальными давлениями водяного пара в осушаемом воздухе и на поверхности мениска в капилляре. При некоторой температуре эти давления могут стать одинаковыми, и тогда перенос влаги вследствие достигнутого равновесного состояния прекратится. При дальнейшем повышении температуры сорбента парциальное давление насыщенного водяного пара над мениском воды в капиллярах станет выше давления водяного пара в воздухе, и тогда начинается обратный процесс переноса влаги из капилляров сорбента в воздух. Это свойство используется при восстановлении влагопоглотительной способности (активации) сорбентов.
Максимальное количество водяного пара, поглощаемого силикагелем из воздуха, соответствует равновесному состоянию, которое наступает после продолжительного пребывания силикагеля в данном воздухе. Обводненность силикагеля в конце периода его эффективной работы составляет 9-11 % от общей его массы. При определенном влагосодер-жании воздуха равновесное содержание влаги в силикагеле тем ниже, чем выше температура воздуха, поэтому применять силикагель для осушки воздуха при температурах выше 35 °С нецелесообразно. При помощи силикагеля достигается глубокое осушение воздуха, характеризуемое конечным влагосодержанием 0,02 г/кг, чему соответствует температура точки росы осушенного воздуха -50 °С. Однако по мере увлажнения силикагеля эффективность осушки уменьшается, и при достижении предельной влажности слой сорбента прекращает поглощение влаги из воздуха. Для восстановления адсорбционных свойств сорбент подвергают активации путем удаления из капилляров накопившейся в них влаги. Это производят нагревом сорбента до температуры выше 100 °С продувкой через слой сорбента горячего воздуха, имеющего температуру 150-180 °С.