● Máy sấy khí nén, như tên gọi của nó, là một loại thiết bị loại bỏ nước cho khí nén. Có hai loại thường được sử dụng: máy sấy đông khô và máy sấy hấp phụ, cũng như máy sấy hóa lỏng và máy sấy màng polymer. Máy sấy đông khô là thiết bị khử nước khí nén được sử dụng phổ biến nhất, thường được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu chất lượng nguồn khí thông thường. Máy sấy đông khô sử dụng đặc tính áp suất riêng phần của hơi nước trong khí nén được xác định bởi nhiệt độ của khí nén để làm mát và khử nước. Máy sấy đông khô khí nén thường được gọi là “máy sấy lạnh” trong ngành. Chức năng chính của nó là giảm hàm lượng nước trong khí nén, tức là giảm nhiệt độ điểm sương của khí nén. Trong hệ thống khí nén công nghiệp nói chung, nó là một trong những thiết bị cần thiết để sấy khô và làm sạch khí nén (còn được gọi là xử lý sau).
(1) Nguyên tắc cơ bản Khí nén có thể được nén, làm mát, hấp thụ và các phương pháp khác để đạt được mục đích loại bỏ hơi nước. Máy sấy đông khô là phương pháp áp dụng làm mát. Như chúng ta đã biết, không khí được nén bởi máy nén khí chứa đủ loại khí và hơi nước, vì vậy nó là không khí ẩm. Hàm lượng ẩm của không khí ẩm tỷ lệ nghịch với áp suất nói chung, nghĩa là áp suất càng cao thì hàm lượng ẩm càng thấp. Sau khi áp suất không khí tăng lên, hơi nước trong không khí vượt quá hàm lượng cho phép sẽ ngưng tụ thành nước (nghĩa là thể tích không khí nén trở nên nhỏ hơn và không thể chứa lượng hơi nước ban đầu). Điều này có nghĩa là so với không khí ban đầu khi hít vào, hàm lượng ẩm thấp hơn (ở đây đề cập đến việc phần không khí nén này được khôi phục về trạng thái chưa nén). Tuy nhiên, khí thải ra từ máy nén khí vẫn là không khí nén, và hàm lượng hơi nước của nó ở mức tối đa có thể, tức là nó đang ở trạng thái tới hạn của khí và lỏng. Lúc này, không khí nén được gọi là trạng thái bão hòa, vì vậy chỉ cần tăng áp suất nhẹ, hơi nước sẽ chuyển từ dạng khí sang dạng lỏng ngay lập tức, tức là nước sẽ ngưng tụ lại. Giả sử không khí là một miếng bọt biển ướt hấp thụ nước, và hàm lượng ẩm của nó là độ ẩm hít vào. Nếu ép một lượng nước nhất định ra khỏi miếng bọt biển bằng lực, hàm lượng ẩm của miếng bọt biển sẽ giảm đi đáng kể. Nếu để miếng bọt biển phục hồi, nó sẽ tự nhiên khô hơn so với ban đầu. Điều này cũng đạt được mục đích khử nước và làm khô bằng cách tạo áp suất. Nếu không tác dụng lực sau khi đạt đến một lực nhất định trong quá trình ép bọt biển, nước sẽ ngừng bị ép ra, đó là trạng thái bão hòa. Tiếp tục tăng cường độ ép, nước vẫn tiếp tục chảy ra. Do đó, bản thân máy nén khí có chức năng loại bỏ nước, và phương pháp được sử dụng là tạo áp suất. Tuy nhiên, đây không phải là mục đích chính của máy nén khí, mà là một “sự phiền toái”. Tại sao không sử dụng “tạo áp suất” như một phương pháp để loại bỏ nước khỏi khí nén? Chủ yếu là vì vấn đề kinh tế, việc tăng áp suất thêm 1 kg khá không hiệu quả khi tiêu thụ khoảng 7% năng lượng. Nhưng việc “làm lạnh” để loại bỏ nước lại tương đối tiết kiệm, và máy sấy đông lạnh sử dụng nguyên lý tương tự như khử ẩm bằng điều hòa không khí để đạt được mục tiêu của nó. Do mật độ hơi nước bão hòa bị giới hạn trong phạm vi áp suất khí động học (2MPa), nên có thể coi mật độ hơi nước trong không khí bão hòa chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, mà không liên quan đến áp suất không khí. Nhiệt độ càng cao, mật độ hơi nước trong không khí bão hòa càng lớn, và lượng nước càng nhiều. Ngược lại, nhiệt độ càng thấp, lượng nước càng ít (điều này có thể hiểu được từ kinh nghiệm thực tế, mùa đông khô lạnh và mùa hè ẩm nóng). Không khí nén được làm lạnh đến nhiệt độ thấp nhất có thể, sao cho mật độ hơi nước chứa trong đó trở nên nhỏ hơn, và hiện tượng “ngưng tụ” được hình thành. Các giọt nước nhỏ hình thành do sự ngưng tụ này được thu gom và thải ra ngoài, từ đó đạt được mục đích loại bỏ nước khỏi không khí nén.

Vì quá trình này liên quan đến sự ngưng tụ và ngưng tụ thành nước, nhiệt độ không được thấp hơn “điểm đóng băng”, nếu không hiện tượng đóng băng sẽ không loại bỏ nước hiệu quả. Thông thường, “nhiệt độ điểm sương áp suất” danh nghĩa của máy sấy đông lạnh chủ yếu là 2~10℃. Ví dụ, “điểm sương áp suất” 0,7MPa ở 10℃ được chuyển đổi thành “điểm sương khí quyển” là -16℃. Có thể hiểu rằng khi khí nén được sử dụng trong môi trường không thấp hơn -16℃, sẽ không có nước lỏng khi thải ra khí quyển. Tất cả các phương pháp loại bỏ nước trong khí nén chỉ làm khô tương đối, đáp ứng một độ khô nhất định cần thiết. Việc loại bỏ độ ẩm tuyệt đối là không thể, và việc theo đuổi độ khô vượt quá nhu cầu sử dụng là rất không kinh tế.
(2) Nguyên lý hoạt động Máy sấy đông lạnh khí nén có thể giảm hàm lượng ẩm của khí nén bằng cách làm lạnh khí nén và ngưng tụ hơi nước trong khí nén thành các giọt. Các giọt nước ngưng tụ được thải ra khỏi máy thông qua hệ thống thoát nước tự động. Miễn là nhiệt độ môi trường xung quanh của đường ống phía hạ lưu cửa ra của máy sấy không thấp hơn nhiệt độ điểm sương của cửa ra thiết bị bay hơi, hiện tượng ngưng tụ thứ cấp sẽ không xảy ra.
Quá trình khí nén: Khí nén đi vào bộ trao đổi nhiệt không khí (bộ gia nhiệt sơ bộ) [1] để giảm nhiệt độ của khí nén nhiệt độ cao ban đầu, sau đó đi vào bộ trao đổi nhiệt Freon/không khí (thiết bị bay hơi) [2], nơi khí nén được làm lạnh cực độ, và nhiệt độ giảm đáng kể xuống nhiệt độ điểm sương. Nước lỏng và khí nén được tách ra trong bộ tách nước [3], và nước đã tách được xả ra khỏi máy bằng thiết bị xả tự động. Khí nén trao đổi nhiệt với chất làm lạnh nhiệt độ thấp trong thiết bị bay hơi [2], và nhiệt độ của khí nén lúc này rất thấp, xấp xỉ bằng nhiệt độ điểm sương từ 2~10℃. Nếu không có yêu cầu đặc biệt (tức là không có yêu cầu nhiệt độ thấp đối với khí nén), thông thường khí nén sẽ quay trở lại bộ trao đổi nhiệt không khí (bộ gia nhiệt sơ bộ) [1] để trao đổi nhiệt với khí nén nhiệt độ cao vừa đi vào máy sấy lạnh. Mục đích của việc này là: (1) sử dụng hiệu quả “lạnh thải” của khí nén đã sấy khô để làm mát sơ bộ khí nén nhiệt độ cao vừa đi vào máy sấy lạnh, nhằm giảm tải lạnh của máy sấy lạnh; (2) ngăn ngừa các vấn đề thứ cấp như ngưng tụ, nhỏ giọt, rỉ sét, v.v. bên ngoài đường ống phía sau do khí nén nhiệt độ thấp sau khi sấy gây ra.
(3) Quá trình làm lạnh: Chất làm lạnh Freon đi vào máy nén [4], và sau khi nén, áp suất tăng lên (nhiệt độ cũng tăng lên). Khi áp suất cao hơn một chút so với áp suất trong bình ngưng, hơi chất làm lạnh áp suất cao được xả vào bình ngưng [6]. Trong bình ngưng, hơi chất làm lạnh có nhiệt độ và áp suất cao hơn trao đổi nhiệt với không khí (làm mát bằng không khí) hoặc nước làm mát (làm mát bằng nước) có nhiệt độ thấp hơn, do đó ngưng tụ chất làm lạnh Freon thành trạng thái lỏng. Tại thời điểm này, chất làm lạnh dạng lỏng được giảm áp (làm mát) bằng van mao dẫn/van giãn nở [8] và sau đó đi vào bộ trao đổi nhiệt Freon/không khí (bộ bay hơi) [2], nơi nó hấp thụ nhiệt của không khí nén và hóa khí. Vật thể được làm mát – không khí nén được làm mát, và hơi chất làm lạnh hóa hơi được máy nén hút đi để bắt đầu chu kỳ tiếp theo.
Chất làm lạnh trong hệ thống hoàn thành một chu trình gồm bốn quá trình: nén, ngưng tụ, giãn nở (tiết lưu) và bay hơi. Thông qua chu trình làm lạnh liên tục, mục đích làm lạnh không khí nén được thực hiện.
(4) Chức năng của từng thành phần Bộ trao đổi nhiệt không khí Để ngăn nước ngưng tụ hình thành trên thành ngoài của đường ống bên ngoài, không khí sau khi làm khô bằng phương pháp đông lạnh sẽ rời khỏi thiết bị bay hơi và trao đổi nhiệt với không khí nén có nhiệt độ cao và độ ẩm trong bộ trao đổi nhiệt không khí. Đồng thời, nhiệt độ của không khí đi vào thiết bị bay hơi được giảm đáng kể. Bộ trao đổi nhiệt Chất làm lạnh hấp thụ nhiệt và giãn nở trong thiết bị bay hơi, chuyển từ dạng lỏng sang dạng khí, và không khí nén trao đổi nhiệt để làm mát, do đó hơi nước trong không khí nén chuyển từ dạng khí sang dạng lỏng. Bộ tách nước Nước lỏng được tách ra khỏi không khí nén trong bộ tách nước. Hiệu suất tách nước càng cao, tỷ lệ nước lỏng bay hơi trở lại vào không khí nén càng nhỏ, và điểm sương áp suất của không khí nén càng thấp. Máy nén: Môi chất lạnh dạng khí đi vào máy nén và được nén để trở thành môi chất lạnh dạng khí có nhiệt độ và áp suất cao. Van bypass: Nếu nhiệt độ của nước lỏng tách ra giảm xuống dưới điểm đóng băng, băng ngưng tụ sẽ gây tắc nghẽn. Van bypass có thể kiểm soát nhiệt độ làm lạnh và điểm sương áp suất ở nhiệt độ ổn định (1~6℃). Bộ ngưng tụ: Bộ ngưng tụ làm giảm nhiệt độ của môi chất lạnh, và môi chất lạnh chuyển từ trạng thái khí ở nhiệt độ cao sang trạng thái lỏng ở nhiệt độ thấp. Bộ lọc: Bộ lọc lọc hiệu quả các tạp chất trong môi chất lạnh. Van mao dẫn/van giãn nở: Sau khi đi qua van mao dẫn/van giãn nở, môi chất lạnh giãn nở về thể tích và giảm nhiệt độ, trở thành chất lỏng ở nhiệt độ và áp suất thấp. Bộ tách khí-lỏng: Khi môi chất lạnh dạng lỏng đi vào máy nén, nó có thể tạo ra hiện tượng búa nước, có thể dẫn đến hư hỏng máy nén lạnh. Chỉ có môi chất lạnh dạng khí mới có thể đi vào máy nén lạnh thông qua bộ tách khí-lỏng môi chất lạnh. Bộ xả tự động: Bộ xả tự động định kỳ xả nước lỏng tích tụ ở đáy bộ tách ra ngoài máy. Máy sấy đông khô có ưu điểm là cấu trúc nhỏ gọn, sử dụng và bảo trì thuận tiện, chi phí bảo trì thấp, v.v., và phù hợp với các trường hợp nhiệt độ điểm sương của khí nén không quá thấp (trên 0℃). Máy sấy hấp phụ sử dụng chất hút ẩm để khử ẩm và làm khô khí nén cưỡng bức. Máy sấy hấp phụ tái sinh thường được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.