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摘要：本文詳細介紹了壓縮空氣中塵埃、油、水、細菌的由來，壓縮空氣的除水原理，壓縮空氣凈化系統流程，WLKJ-2型自冷組合式壓縮空氣凈化器結構與凈化機理，WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器的主要特點，WLKJ-2系列壓縮空氣凈化器的規格型號及應用范圍等。

關鍵詞：壓縮空氣凈化絕熱膨脹環保節能

一壓縮空氣中塵埃、油、水、細菌的由來

我們知道大氣的主要成份是氦氣，約占78%，其次是氧氣，約占21%，二氧化碳占0.25%，其余為其他氣體和雜質等。

其它氣體包含人們常說的氦、氖、氬、氙、氪等微量氣體以及水蒸氣。其它雜質指飄浮于空氣中的灰塵、細菌、氣溶劑等。

在通常情況下，空氣是無色透明的，我們用肉眼在不經意中很難看到空氣中的雜質。如果一縷陽光照射到屋內，此時你可以看到原本透明的空氣，在陽光的照射下，塵埃經光線折射、反射等作用，明顯地飄浮于空氣中，大大小小、密密麻麻。經科學統計，在室內環境下，每立方米的空氣中，大于0.5μ以上的塵埃粒子數大約為4000萬～5000萬個。而依附于塵埃粒子中的細菌更是不計其數。

在空壓機的作用下，如果不考慮與外界的熱交換，依據相關公式的計算，原本常壓狀態下的4.8米3的空氣，經壓縮至0.8Mpa（表壓）時，其體積最終被壓縮成1米3。僅此過程即可得知，經壓縮后的0.8Mpa壓力的氣體，每立方米將會有19200萬～24000萬個大于0.5μ以上的塵埃粒子。

除此之外，大氣在被壓縮的過程中，又帶入了空壓機的潤滑油和機械性磨屑。根據空氣熱力學原理，經壓縮后的空氣將會有大量的過飽和的水蒸氣重新還原成水滴被排出。

二壓縮空氣的除水原理

壓縮空氣中的水分來自大氣。大氣中一般總含有一定量的以汽態存在的水分，當空氣中的水汽過多，超過其飽和度（即相對濕度大于100％時，或當空氣冷卻至露點溫度以下時，空氣中的水汽才會凝結成水滴析出。空氣中的水分的絕對含量可用濕含量x表示，其單位是公斤水氣／公斤干空氣，即每公斤干空氣中所含有的公斤水汽數?？諝獾南鄬穸圈帐且钥諝庵兴乃颗c同溫度下空氣的最大（即飽和）含水汽量之比，或空氣中水汽的分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓之比，以％表示。空氣的露點是使含有一定量水汽的空氣冷卻至相對濕度為100％，即開始有水滴析出時的溫度。

下列諸式可以用來表示空氣中水分的含量：

式中φ——空氣的相對濕度，%；

X——空氣的濕含量公斤水汽/公斤干空氣；

PW——空氣中的水汽分壓，Pa；

PS——與空氣中同溫度的水的飽和蒸汽壓，Pa；

P——空氣的總壓強，Pa。

從式（1）看，若空氣中絕對含量，即濕含量x不變，也即空氣中水汽分壓PW不變，溫度愈高，PS值愈大，φ值就愈小。反之溫度愈低，PS愈小，φ值就愈大；而當φ值為1（100%）時，此時的溫度即為該空氣的露點。

從式（3）可以看出，若空氣的濕含量x及溫度t（也即PS值）不變，空氣的壓強P愈大，則相對溫度φ也愈大。也可以根據式（3）在空氣濕含量不變，即x2=x1的條件下，導出下列公式：

式中ρ1，ρ2——分別為原始空氣和壓縮空氣的相對濕度，%；

PS1，PS2——分別為原始空氣和壓縮空氣溫度下的飽和蒸汽壓，Pa；

P1，P2——分別為原始空氣和壓縮空氣的壓強，Pa。

從式（5）看，壓縮后空氣的相對濕度φ2除了與原始空氣中的相對濕度φ1，溫度t1（決定PS1的值）及壓強P2有關外，也和壓縮后的溫度t2（決定PS2的值）有關。若將壓縮后的空氣冷卻至原始氣溫，即t2=t1，PS2=PS1時，壓縮空氣的相對濕度ρ2僅隨壓縮后的壓強P2有關，如壓縮比（P2/P1）增大多少倍，相對濕度比（φ2/φ1）也增大多少倍?？諝庠趬嚎s后的濕含量即絕對含量不變，在其未經冷卻時，由于溫度很高，所以相對濕度很小，但當其冷卻時，相對濕度就急劇增大。大約每降低10℃，其飽和含水量將下降50%，即有二分之一的水蒸氣轉化為液態水滴（見表1）。

表1純水蒸氣的飽和蒸氣壓及濕含量溫度(℃)1009080706050403020

水蒸氣分壓(Pa)1013.2701.2473.7311.8199.3123.473.8142.4623.39

水蒸氣含量(g/M3)597.5423.4293.4198.2130.383.0851.2130.4017.31

溫度(℃)100-10-20-30-40-50-60-70

水蒸氣分壓(Pa)12.286.1082.5971.0320.37980.12830.03940.01080.0026

水蒸氣含量(g/M3)9.4054.4872.1390.33850.33850.11920.03820.01010.0028

由此可知，要去除壓縮空氣中的水分，首先要對壓縮空氣進行冷卻，經冷卻處理后，降低了露點，此時會有大量多余的水分析出。盡管如此，壓縮空氣經冷卻后，此時壓縮空氣相對濕度仍為100%，雖然有除油水設備，但該設備并不能將水滴全部除凈，此時將壓縮空氣直接送入過濾器等，極易使過濾介質受潮，降低過濾效率，導致過濾失敗。正因如此，對已經析出水的壓縮空氣重新加熱，即顯得十分必要。重新加熱后的壓縮空氣，在工況條件下相對濕度可達到60%左右，此時對后面的過濾介質，即安全可靠了。

下面介紹具體的凈化流程。

三壓縮空氣凈化系統流程

為了滿足各生產和科研部門對壓縮空氣潔凈等級的高端要求，通常對壓縮空氣進行凈化處理。圖1例舉了一般用途的壓縮空氣凈化流程，圖2例舉了應用于不同領域WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器傳統式壓縮空氣凈化工藝流程對照。

以下就圖1發酵工業傳統模式壓縮空氣凈化流程為列，簡述如下。

空壓機（1）采集自然界的大氣，經壓縮后高溫高濕的壓縮空氣首先送至貯氣罐（2），貯氣罐的作用一是降低流速，使部分油水、塵埃沉降，并經罐底閥排出；二是消除減緩供氣系統內氣流的脈沖，使后置設備更好的發揮各自的功效。經貯氣罐排出的氣體進入第一冷卻器（3），降低氣體溫度，使壓縮空氣中過飽和的水汽冷凝析出，并經油水分離器（4）分離后排出。同理，第二冷卻器（5）及第二油水分離器（6）是進一步使空壓氣體降溫，進一步排出油水。接下來，排除油水的壓縮空氣進入除霧器（7），除霧器的作用是將壓縮空氣中油水分離器（4）（6）分離不掉的微細的液態霧滴，在除霧器（7）除霧絲網的作用下，攔截并重新聚集，使細小的顆粒，重新團聚變大，并在重力的作用下，沉降排除。經過除油水的壓縮空氣，雖然已去除了液態的油水，但此時的空氣濕度仍處于飽和狀態，即空氣濕度為100％，此時壓縮空氣直接進入過濾層，如遇溫度下降，仍有可能重新析出水滴，使過濾層受潮，影響凈化效果。經過除油水的壓縮空氣，首先進入加熱器（8），經電熱或蒸汽加熱（二者取其一），在壓力不變單位體積內含濕量不變的前提下，使空氣溫度升高，此時相對濕度降低，即不會重新出現霧滴或水滴，使空氣在完全干燥的情況下，進入高效過濾器（9）。高效過濾器的作用是，通過填充在高效過濾器中的纖維性濾材、活性碳等，可濾除空氣中的塵埃、雜質、異味等，其過濾原理有：攔截、碰撞、吸附、靜電吸附等。99％以上幾何尺寸較大的＞0.5μ塵埃粒子均在此被截獲。經粗濾器凈化后的壓縮空氣，最后進入除菌精濾器（10）。除菌精濾器內置有超細玻璃纖維過濾介質＞0.03μ的塵埃粒子的去除率高達99.999％。即可去除壓縮空氣中的塵埃粒子及雜菌。

目前市場上出售的成套壓縮空氣凈化設備，其原理大至相同，每臺設備均有不同的作用和功能，依據用氣單位對壓縮空氣質量的不同要求，配置與之相應的凈化裝置換。為獲取清潔的壓縮空氣以滿足生產和科學實驗的需要，除必需的空壓機及貯氣罐外，還要安裝5～7臺單體設備，方能完成壓縮空氣凈化過程(詳見圖2WLKJ-2型自冷組合式壓縮空氣凈化器與一般用途壓縮空氣凈化流程對照)。顯然，這種工藝流程設備多，占地面積大，能耗高，故障多。

四WLKJ-2型自冷組合式壓縮空氣凈化器結構與凈化機理

北京微菱互信機械設備有限公司針對目前市場上出售的一般用途壓縮空氣凈化器，存在的各種弊端。最新開發的WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，在壓縮空氣凈化領域，首先采用絕熱膨脹制冷技術，達到清除油水的目的，大大減化了壓縮空氣的流程，并且在單臺設備上即可完成壓縮空氣凈化的目的，無論空壓機出口含油水多少，均可達到制藥和食品企業GMP對空氣質量的最高要求，大于0.01um的雜質被完全清除，含油量<0.003mg/m3,壓縮空氣中無油、無塵、無菌，同時也可滿足對壓縮空氣有高潔凈度要求的不同用氣崗位使用。

以下對WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器結構及功能具體說明如下(見圖3WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器結構示意圖)：

由空壓機排出的壓縮空氣，經貯氣罐，首先送至該凈化器進氣口(4)。進氣口(4)，是經特殊設計的絕熱膨脹閥，高速氣流經此流過，利用流體體力學和熱力學原理壓縮空氣絕熱膨脹，因壓差的變化促使壓縮空氣溫度下降至2～5℃（低于冷干機或冷水機），過飽和的水氣冷凝成液滴，與油和塵埃等混合后，與內桶壁撞擊并分離。此后進入油霧分離段（3）,氣流受網狀濾芯的阻攔，在附著、浸潤、重力等作用下微小的液滴逐漸凝聚擴大，再次得到分離。分離后的油水最終沉降至過濾器底層，經排污管（1）排出。清除油水后的冷卻氣體繼續上升。此時的壓縮空氣，顯然已清除掉油水，但其濕度，工況條件下仍為100%。如果溫度繼續下降，還會有霧滴出現，將會浸潤過濾層，嚴重時會增加阻力，最終使過濾失效。氣體流經加熱段（5）時，空氣被加熱。此時，工況條件下，相對濕度下降，空氣變得干燥。加熱段（5）的作用，十分重要，是一般凈化流程中不具備的，加熱段（5）的另一個重要作用，是可以保持上層的超高效除油、除臭過濾段（6）和更上層的除菌過濾段（7）在干燥條件下，長期穩定運行。超高效除油、除臭過濾段（6）內填充有天然纖維、人造纖維和其它吸附材料，氣流速度低于0.15～0.3m/s,之間，大大低于傳統設備0.5～2m/s的氣速，此時以擴散效應為主，并伴有碰撞、攔截、布朗運動等作用，經深層過濾，<0.05以上的油水及塵埃粒子被完全撲捉。＞0.01um的粒子最后被除菌過濾器（7）濾除。加熱后干燥的壓縮空氣，經過超高效除油、除臭過濾段（6）和除菌過濾器（7）后，大于0.01um的雜質被完全清除，含油量<0.003mg/m3,出口（8）排出的壓縮空氣，無油、無塵、無菌，可滿足高潔凈度要求的用氣崗位使用。

此外，該凈化器還設有過濾層再生系統，通過調節再生溫度和時間，并打開再生閥門，可對過濾層進行再生處理，清除過濾層內的污染物，保證過濾層長期有效正常運行。

WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，帶有全自動智能監控系統（9）?？梢罁M氣溫度，設定溫度梯度，控制排氣溫度和加熱溫度，使該凈化裝置在最佳狀況下安全、節能運行。自控系統還安裝了定時排污裝置，在設定的時間間隔內，定時排放油水，完全不用人工干預，是一種極人性化的設計。

五WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器的主要特點

1．體積小、技術含量高、占地面積省

WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，是在原有WLKJ-1系列多功能組合式壓縮空氣凈化器的基礎上，在確保凈化器出口壓縮空氣潔凈等級不變的前提下，割除了以冷卻水為冷媒的冷卻系統，在壓縮空氣凈化器技術領域率先采用絕熱膨脹的熱力學原理，達到降溫制冷的目的，用于清除壓縮空氣中的油水。這項改進大大簡化了原壓縮空氣凈化器的結構，提高了凈化器的技術含量。占地面積與傳統方式比較節省80%以上。

2．無冷媒，防止了污染

該凈化器與傳統方式的冷干機相比較，不需要消耗冷媒，有效地保護了環境。京都議定書今年已開始實施，中國作為簽約大國，應承擔更多的義務。這也是我們為保護環境，作出了一件實實在在的好事。

3．節能

與傳統設備相比較，由于割除了冷媒，節能效果明顯。

4．無運轉部件、無噪音污染

該系列凈化器．無運轉部件、無機械性噪音污染，更無需日常維護保養，可節省寶貴時間和運轉費用。

5．操作簡單、可控制性強、自動化程度高、適用范圍廣

事先依據不同用氣崗位用氣濕含量的要求，利用壓差的變化，一次性調節好進氣原始溫度、加熱溫度、溫度梯度、排氣溫度以及排污間隔時間、排污時長，將以上數據輸入自控裝置后，無需常人隨時監控，可保證該系統長時間連續安全運行，適用范圍廣泛。

6.性價比高

為了保證壓縮空氣的質量，無論選用活塞機還是螺桿機，必須在空壓機至用氣崗位之間，設置壓縮空氣凈化系統。用于去除壓縮空氣中的油、水、塵埃、雜菌等。有的單位不惜重金購進無油空壓機，認為這樣就可以獲得高質量的壓縮空氣。其實這是一個誤區。即使是購買了無油機，而排氣中的水、塵埃及雜菌等依然存在，在壓縮空氣的雜質總量中，水、塵埃、雜菌等約占95%以上，油最多不會超過1%，而水、塵埃、雜菌等正是清除的主體。另外，采用自潤滑材料發展的少油機或無油機，雖然降低了壓縮空氣中的含油量，同時也帶來了新的威脅，例如少油機或無油機設備檢修頻率高于有油機，同時少油機或無油機管線銹蝕加快等。WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，適用于任何一款活塞機或螺桿式空壓機，無論排氣中油水含量多少，只要通過該凈化器的處理，都可以滿足不同用氣崗位的需求。因此，該凈化器性價比高于一般凈化系統。

7．濾材功效高，壽命長

該系統解決方案，去除空氣中雜質的效率高，過濾介質使用壽命長，本公司產品可確保過濾介質連續使用一年無需更換，一般使用壽命在三年以上。即使更換，其費用低廉，更換手段便捷。

8．品種多，可供選擇面大

WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，備有多種規格型號，可供不同用戶選擇，依據用戶對不同流量，不同壓力要求，可選擇不同規格型號的空壓機與凈化器配合使用。該凈化器采用絕熱膨脹的原理，即瞬間加大壓力降的方法，達到降溫除油水的目的。因此，在空壓機排氣總量相同的前提下，只是改變了排氣出口的壓力，這對于出口壓力的微小變化并不會對供氣系統造成影響的單位，這無疑是一種即節能又方便的最佳選擇。而對于出口壓力要限定在一定的范圍內的用戶而言，只需調節進口壓力，留出足夠的降壓空間，也是可行的。因為溫度的變化及壓力的變化在WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器是可以調節的。我們也可根據客戶的特殊要求，設計專用設備，全面滿足各界朋友的最大愿望。

六WLKJ-2系列壓縮空氣凈化器的規格型號及應用范圍

（詳見附表）

七壓縮空氣凈化領域執行的部分技術標準

現將壓縮空氣凈化領域執行的部分技術標準摘錄如下：

GB4830-84《工業自動化儀表氣源壓力范圍和質量》

GB/T10893-89《壓縮空氣干燥器規范與試驗》

GBJ29-90《壓縮空氣站設計規范》

JB/T5967-91《氣動元件及系統用空氣介質質量等級》GB/T13277-91《一般用壓縮空氣質量標準》

JB/T6432-92《壓縮空氣凈化設備型號編制方法》

以GB/T13277-91《一般用壓縮空氣質量標準》中所規定的固體粒子、水、油的不同等級標準如下：

表2固體粒子尺寸和濃度的等級

等級最大粒子尺寸μm最大濃度mg/m3

10.10.1

211

355

44010

表3空氣中水蒸氣壓力露點等級等級最高壓力露點℃

1-70

2-40

3-20

43

57

610

表4含油量等級等級最大含油量mg/m3

10.01

20.1

31

45

525

從表2～4可以發現WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器的各項主要技術指標均可達到或超過本標準中規定的等級指標，并且與市售產品相比較也獨具特色。

八結論

壓縮空氣在許多領域是不可缺少的重要能源。在工業生產和科學實驗中，壓縮空氣被廣泛使用，是僅次于電力的第二大能源。但要獲得無油、無水、無塵、無菌的壓縮空氣，以滿足不同領域的需要也并非是一件容易的事情。

傳統的多臺分置式的壓縮空氣凈化裝置，在一定的范圍內可以達到凈化空氣的要求，基本上能滿足清潔壓縮空氣的作用。但是，傳統模式能耗高，、占地廣、噪音大，等弊端是顯而易見的。尤其是通常采用的多孔燒結式過濾介質，載塵量低，易堵塞、壓降大，是普遍存在的弱點。因此使用壽命短，必需勤更換，造成運轉費用高。傳統模式也有采用冷凍干燥機用于除油水的，該機一般能耗較高、噪音大，有冷媒存在對環境也有一定的影響。另外，設備龐雜、管線長、閥門多、操作繁瑣、事故多發，容易造成凈化系統失效。

與傳統模式相比，WLKJ—2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，集表面化學、材料科學、空氣動力學、流體力學、熱能工程及自動控制于一身，通過單一的組合式裝置，即可具備傳統模式凈化裝置的功能并更勝一籌。該設備的另一顯著特點是能耗低、無噪音、無污染、過濾介質易得價廉、可長期連續使用（連續使用，保質期最短一年）。

現已廣泛應用于化工、醫藥、食品、發酵、冶金、電子、機械精密儀器、醫療等領域。

該凈化器可與空氣壓縮機直接配套使用，亦可安裝在壓縮空氣分支管上，供需要高潔凈度空氣的崗位或設備使用。無論空氣壓縮機中排出的氣體中含油水多少，經過該裝置的凈化后，均可滿足壓縮空氣高質量的要求。

因此，WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器是當前凈化器市場上的環保、節能型最新產品。

參考文獻

俞俊棠抗生素生產設備北京化學工業出版社1982

李艷發酵工業概論北京中國輕工業出版社1999