Autor: technické oddělení Mycond
Mezi různými konstrukcemi adsorpčních odvlhčovačů používaných v moderním průmyslu se rotující desikantní kola typu Honeycombe® stala dominantním inženýrským řešením. Tato technologie úspěšně vytlačila předchozí konfigurace, jako jsou sypané věže s granulovaným silikagelem, horizontální rotační tácy a vertikální vícepodlažní vrstvy s ráčnovým pohonem. Adsorpční kolo, které se také nazývá desikantní rotor nebo DEW (Desiccant Wheel), kombinuje klíčové výhody všech předchozích konstrukcí: kontinuální proces typický pro tácy, schopnost dosahovat nízkých rosných bodů jako u sypaných věží a vysokou energetickou účinnost díky malé hmotě adsorbentu.
Konstrukce kola Honeycombe®
Vlnitá polokeramická struktura rotoru Honeycombe® vizuálně připomíná vlnitou lepenku stočenou do válcové formy. Základem kola je skelnovláknitá matrice, která zajišťuje mechanickou pevnost a tepelnou odolnost konstrukce. Drážky (flutes) vytvořené vlnitou strukturou fungují jako individuální vzduchové kanály, jejichž vnitřní povrch je pokryt jemně dispergovaným adsorbentem – převážně silikagelem v odvlhčovačích (více než 82 % v typické konstrukci).
Klíčovým parametrem účinnosti je vnitřní plocha povrchu silikagelu, která činí 21 000–22 700 m² na unci (228 864–244 121 čtverečních stop na unci). Takto obrovská aktivní plocha zajišťuje mimořádně nízký parciální tlak vodní páry v blízkosti adsorbentu. Podle zákonů termodynamiky difunduje vodní pára z oblastí vyššího parciálního tlaku (vlhký vzduch) do oblastí nižšího tlaku (povrch adsorbentu).
Na rozdíl od sypaných vrstev s turbulentním režimem se v kanálech kola Honeycombe® vytváří laminární proudění. Díky tomu aerodynamický odpor roste pouze úměrně hloubce kola, a nikoli jako druhá mocnina rychlosti, což výrazně snižuje energetické náklady na přečerpávání vzduchu.
Cyklus adsorpce–desorpce
Funkce desikantního rotoru je založena na jasném oddělení procesů adsorpce a regenerace. Konstrukčně je kolo rozděleno na zónu vysoušení 270° (tři čtvrtiny plochy) a zónu regenerace 90° (jedna čtvrtina), které jsou spolehlivě izolovány. Typická rychlost otáčení kola činí 5–30 ot./h pro aktivní adsorpci, což je výrazně pomalejší ve srovnání s pasivními entalpickými koly (20–60 ot./min).
Plný pracovní cyklus adsorpčního odvlhčovače se skládá ze tří hlavních fází:
- Fáze 1 (adsorpce): suchý studený desikant s nízkým povrchovým tlakem páry adsorbuje vlhkost z procesního vzduchu, postupně se nasycuje a ohřívá se sorpčním teplem.
- Fáze 2 (regenerace): nasycený desikant přechází do zóny regenerace, kde se ohřívá horkým vzduchem (typicky až na 120 °C / 248 °F z PTC ohřívače regenerace). Tím se prudce zvyšuje povrchový tlak páry a vlhkost se uvolňuje do regeneračního proudu.
- Fáze 3 (chlazení): horký suchý desikant se vrací do zóny vysoušení, kde se ochlazuje částí procesního vzduchu a obnovuje nízký povrchový tlak pro nový adsorpční cyklus.
Je důležité poznamenat, že poměr průtoků 3:1 (tj. průtok regeneračního vzduchu je přibližně 1/3 procesního proudu) je typický pro efektivní systémy. Při odstraňování vlhkosti se uvolňuje sorpční teplo 2500–3050 kJ/kg (1080–1312 BTU/libru) odstraněné vlhkosti, což vede k ohřevu procesního vzduchu úměrně množství odstraněné vlhkosti. Například vzduch s počátečními parametry 21 °C a 50 % relativní vlhkosti se po hlubokém vysušení na rosný bod vzduchu 7 °C může ohřát až na 49 °C, což často vyžaduje dodatečné chlazení.
Typy desikantů a jejich sorpční charakteristiky
Sorpční kapacita desikantu je klíčovým faktorem účinnosti vysoušení. Při teplotě 25 °C (77 °F) vykazují různé desikanty odlišnou schopnost zadržovat vlhkost:
- Silikagel typ 5: 2,5 % při 20 % RH
- Silikagel typ 1: 15 % při 20 % RH
- Molekulová síta: 20 % při 20 % RH
- Chlorid lithný: 35 % při 20 % RH
Tato data mají důležitý praktický význam. Například pro odstranění 22,7 kg (50 liber) vodní páry ze vzduchu při 20 % RH je teoreticky zapotřebí: 907 kg (2000 liber) silikagelu typu 5, nebo 151 kg (333 liber) silikagelu typu 1, nebo 113 kg (250 liber) molekulových sít, nebo 65 kg (143 liber) chloridu lithného.
Existuje strategie kombinování desikantů: typ 1 poskytuje kapacitu v nižších pásmech vlhkosti, typ 5 adsorbuje velká množství vody při vlhkosti nad 90 % RH. Takové spojení umožňuje současně dosáhnout nízkého rosného bodu a vysoké výkonosti. Molekulová síta pro nízké rosn é body jsou zvláště účinná při vysoušení na extrémně nízké úrovně (pod 10 % RH nebo −40 °C rosného bodu), kde vykazují nejvyšší kapacitu ze všech adsorbentů.
Systematizované výhody konstrukce Honeycombe®
Ve srovnání s alternativními konfiguracemi má technologie Honeycombe® řadu zásadních výhod:
- Malá rotační hmota při vysoké kapacitě odstraňování vlhkosti. Energie pro ohřev a chlazení je přímo úměrná hmotě desikantu, takže lehká konstrukce zajišťuje vysokou energetickou účinnost.
- Nízký aerodynamický odpor. Laminární proudění skrz přímé kanály výrazně snižuje odpor ve srovnání s turbulentním prouděním v sypaných vrstvách.
- Schopnost dosahovat ultra nízkých rosných bodů. V závislosti na použitém desikantu je možné dosáhnout rosného bodu až minus 68 °C (−90 °F).
- Jednoduchost konstrukce. Minimální počet pohyblivých částí (pouze kolo a pohon) snižuje náklady na údržbu.
- Flexibilita použití různých desikantů. Možnost použití jak pevných, tak i kapalných desikantů pro konkrétní úlohy.
- Stabilní výstupní vlhkost. Absence „pilovitého“ efektu změn výstupní vlhkosti typického pro sypané věže s periodickou regenerací.
Jedinou nevýhodou je poněkud vyšší výrobní cena kola ve srovnání s granulemi suchého desikantu, avšak tento rozdíl je kompenzován provozními výhodami během typické životnosti 15–30 let.
Faktory ovlivňující výkon kola
Účinnost práce adsorpčního odvlhčovače závisí na několika klíčových faktorech:
Hloubka kola: Zvýšení hloubky zvyšuje plochu kontaktu desikantu se vzduchem a množství odstraněné vlhkosti, ale úměrně roste aerodynamický odpor, což zvyšuje energetické náklady ventilátorů.
Rychlost otáčení 5–30 ot./h: Rychlejší otáčení zvyšuje množství desikantu, který cyklicky přichází do kontaktu se vzduchem, a tím zvyšuje výkon. Zároveň však roste přenos tepla při regeneraci z horké zóny do zóny vysoušení.
Reaktivační teplota 120 °C: Vyšší teplota zajišťuje úplnější desorpci vlhkosti, ale vyžaduje více energie. Pro energetickou účinnost někteří výrobci používají dvoustupňovou regeneraci – 70–80 % vlhkosti se odstraňuje nízkopotenciálním teplem a finální dosušení probíhá vysokou teplotou.
Těsnost mezi zónami: Jakékoli průsaky vlhkého regeneračního vzduchu do suchého procesního proudu výrazně zhoršují kvalitu vysoušení. Například průsak 0,57 m³/min (20 cfm) vzduchu s vlhkostí 8,57 g/kg (120 grainů/libru) do proudu 14,16 m³/min (500 cfm) s vlhkostí 0,07 g/kg (1 grain/libru) zvýší výstupní vlhkost na 0,39 g/kg (5,5 grainů/libru).
Oblasti použití
Desikantní odvlhčovače s koly Honeycombe® nacházejí široké uplatnění v různých odvětvích:
Farmaceutická výroba: Clean roomy pro tabletování a balení s řízením vlhkosti až na 10 % RH a přesností ±2 % RH. Typický rosný bod činí −11 °C (13 °F) při teplotě 21 °C (70 °F).
Potravinářský průmysl: Balení hygroskopických produktů (cukrovinky s kukuřičným sirupem, instantní káva, práškové nápoje). Adsorpční vysoušení je také efektivní pro procesy sušení rozprašováním, kde je ohřev vzduchu při vysoušení pro proces užitečný.
Chladírenské sklady a supermarkety: Zabraňování námraze výparníků a vitrín, zvýšení energetické účinnosti chladicích systémů díky snížení latentní zátěže.
Průmyslové procesy: Laminování bezpečnostního skla (hygroskopická fólie vytváří bubliny při zvýšené vlhkosti), výroba kompozitů (epoxidové pryskyřice citlivé na vlhkost), lití na vytavitelné modely.
FAQ: odpovědi na časté dotazy
Jaký je rozdíl mezi pasivní a aktivní adsorpcí?
Pasivní adsorpce využívá pouze rozdíl vlhkosti mezi proudy bez přívodu tepla (entalpická kola s otáčením 20–60 ot./min). Aktivní adsorpce používá ohřev regeneračního vzduchu pro hluboké vysušení (5–30 ot./h). Pouze aktivní adsorpce dokáže vysušit vzduch pod úroveň vlhkosti v místnosti.
Proč je Honeycombe® účinnější než sypané vrstvy?
Díky laminárnímu proudění skrz přímé kanály, malé hmotě při vysoké kontaktní ploše, kontinuálnímu provozu bez pilovitých výkyvů vlhkosti a možnosti kombinovat různé typy desikantů.
Jakého rosného bodu lze dosáhnout?
Se silikagelem v odvlhčovačích lze dosáhnout rosného bodu až −68 °C (−90 °F), s molekulovými síty ještě nižšího. Pro většinu průmyslových aplikací je dostačujících −40 °C.
Jak funguje adsorpční odvlhčovač při dlouhodobém provozu?
Životnost desikantního rotoru typicky činí 15–30 let při správné filtraci vzduchu. Postupem času dochází k pozvolné degradaci kvůli zanášení pórů prachem a organikou.
Závěry
Technologie Honeycombe® se stala standardem adsorpčního vysoušení díky optimální rovnováze mezi výkonem, energetickou účinností a spolehlivostí. Pro projektové inženýry je důležité:
- Volit typ desikantu dle cílového rosného bodu (silikagel pro typické aplikace, molekulová síta pro velmi hluboké vysoušení).
- Maximálně využívat odpadní teplo pro regeneraci jako hlavní faktor snížení provozních nákladů.
- Zajistit správnou filtraci přiváděného vzduchu pro ochranu kola a prodloužení jeho životnosti.
Desikantní kola jsou optimální při potřebě rosných bodů pod 7–10 °C, vysoké latentní zátěži, nízkých provozních teplotách nebo dostupnosti levného tepla pro proces regenerace.
