خشك كردن گازها (بخش سوم و پایانی)

رطوبت زدایی به روش جذب فیزیكی

هنگامی كه مقداری نمك طعام در ظرفی سرباز و در محیطی مرطوب نگهداری می شـود بعـد از مدتی مرطوب شده و این نشان دهنده قابلیت جذب رطوبت توسط نمك طعام میباشد. امـروزه برای رطوبت گیری از گازها و دستیابی به نقطه شـبنم بـسیار پـایین (كمتـر از ١٠٠c-) از مـواد شیمیایی جاذب الرطوبه نظیر سیلیكاژل (SIO2)، بوكـسیت (شـكل طبیعـی Al2O3) آلومینـا فعـال شده (Al2O3 فعال شده) و الك مولكولی (Molecular Sieves) با فرمول شیمیایی  NaSio2 و Alo2 استفاده میشود.

روش دیگر خشک کردن گازها نیز بهره‌گیری از تکنولوژی غشایی است.

ترکیبات فوق دارای ساختمانی متخلل و با سطح آزاد زیاد بوده (m٢ ٨٠٠-٥٠٠) و قادرند رطوبت موجود در گاز را به صورت فیزیکی جذب نمایند. کیفیت جذب به درجه حرارت بستگی داشته و با افزایش درجه حرارت كاهش می یابد. در شـكل نمونـه ای از یـك بستر پرشده از ماده جاذب الرطوبه فیزیكی نشان داده شده است.

در شروع بهره برداری میزان رطوبت موجود بر روی ماده جاذب الرطوبه بسیار ناچیز بوده و بـه همین دلیل فشار جزیی آن كم می باشد. بـا عبـور گـاز مرطـوب از روی بـستر پرشـده و به علـت اختلاف فشار جزیی بین رطوبت موجود در گاز مرطوب و بستر خشك شده، عمـل انتقـال جـرم و جذب رطوبت از گاز مرطوب به ماده جاذب الرطوبه صورت می پذیرد. بدیهی است استمرار ایـن فرآیند منجر به كاهش فشار جزیی بخار آب در گاز مرطوب و افزایش آن در روی بستر پرشده گردیده و لذا عمل رطوبت گیری تا زمانی كه دو فشار جزیی به تعادل برسند ادامه داشته و بعـد از آن متوقف می شود. عمل جذب فیزیكی بسیار سریع بوده و زمانی بـین ٠/٥ –٠/١ ثانیـه بـرای آن كافی می باشد. از آنجایی كه هر واحد وزن ماده جاذب الرطوبـه قابلیـت جـذب مقـدار مشخـصی از رطوبـت را داشته و بعد از آن به حالت اشباع میرسد، لذا فرآیند اشـباع شـدن مـاده در مـسیر جریـان گـاز صورت میگیرد كه نمونه ای از آن در شكل نشان داده شده است.

هنگامی كه كلیه ماده مورد استفاده در بستر از رطوبت اشباع گردید، عملاً رطوبت زدایی متوقف شده و لازم است كه ماده جاذب الرطوبه احیاء گردد. طراحی ایـن سیـستم غالبـاً بـه صورت دوقلـو (Duplex) بوده به نحوی كه یكی از ستون ها در مرحلـه بهـره بـرداری و دیگـری در مرحلـه احیـاء و آماده سازی مـی باشـد. سیـستم هـای رطوبـت گیـر فیزیكـی بـر اسـاس نحـوه احیـاءكردن مـاده رطوبت گیر در طرحهای مختلفی ساخته می شوند كه عمدهترین آنها عبارتند از:

الف) احیاء كردن با گاز خشك همانطوری كه قبلاً گفته شد، عمل جذب رطوبت توسط ماده رطوبت گیر در اثـر وجـود اخـتلاف فشار جزیی بخار آب در گاز مرطوب و ماده رطوبت گیر می باشد. هنگامی كه ماده رطوبت گیـر به سمت اشباع شدن میل می كند، فشار جزیی بخار آب در آن افزایش یافته و بدیهی است كه اگـر جریانی از گاز خشك از روی بـستر عبـور داده شـود، عمـل انتقـال جـرم در جهـت عكـس حالـت رطوبت گیری (احیاءشدن) صورت می گیرد. براساس ایـن نظریـه در سیـستم هـای رطوبـت گیـر فیزیكی با ظرفیت كم، جریانی از گاز خشك به میزان ٢٠-١٠ درصد دبی بهره برداری و در جهـت عكس به درون بستر فرستاده شده و در طی عبـور از روی بـستر، رطوبـت جـذب شـده از مـاده رطوبت گیر جدا شده و توسط جریان گاز احیاءکننده به بیـرون منتقـل شـده و اگـر گـاز مـورد استفاده كم ارزش باشد (نظیر هوا)، به اتمـسفر تخلیـه مـی شـود. در شـكل نمونـه ای از یـك سیستم رطوبت گیر كه به روش فوق احیاء می شود نشان داده شده است. این نوع رطوبت گیرها اصطلاحاً بدون حرارت (Heat Less) نامیده می شوند. چرا كه برخلاف سایر روشها از حرارت برای احیاء ماده رطوبت گیر استفاده نمیشود.

عمل احیاء در این روش به طراحی سیستم بستگی دارد ولی در هرحـال بـه صورت نـوبتی (Batch) می باشد. مثلاً سیستم بهره برداری از این نوع خشك كن ها طوری طراحی مـی شـود كـه هر یـك از ستونها به مدت ٢ تا ٣ دقیقـه در معـرض جریـان گـاز خـشك قـرار گرفتـه و رطوبـت آن توسـط گاز خشك از بستر جدا شده و ماده جاذب الرطوبه احیاء شود. بدیهی است كه در طی احیـاء بـستر شماره یك، بستر شماره (٢) در حال خشك كردن گاز مرطوب بـوده و ایـن عمـل بطـور دوره ای جابجا می شود. این روش برای شرایطی كه فشار گاز متراكم شده كمتـر از ٤ بـار باشـد مناسـب نخواهد بود.

از آنجایی كه فرآیند جذب رطوبت حرارت زا می باشد، حـرارت تولیـد شـده بـه امـر جداسـازی رطوبت در زمان احیاء كمك می كند. سادگی سیستم، ارزان بودن، مصرف كم ماده رطوبـت گیـر، سهولت بهره برداری، یكنواختی شرایط بهره برداری، عدم نیاز به حرارت جهت احیاء، عدم نیاز بـه توقف سیستم جهت احیاء و … جزء مزایای این روش می باشد. در عوض هدررفتن حـدود ٢٠- ١٠ درصد از گاز متراكم شده مثلاً (هوا) جهت احیاء بزرگتـرین عیـب ایـن روش مـی باشـد و بـه همین خاطر از آن در سیستم های با ظرفیت كم استفاده میشود.

ب) احیاء كردن با گاز داغ در این روش احیاء كردن ماده رطوبت گیر با استفاده از گاز داغ صورت می گیرد. درجـه حـرارت مورد نیاز برای احیاء ماده رطوبت گیر به مشخصه هـای فیزیكـی و شـیمیایی آن بـستگی دارد. در جدول مشخصه های انواع مواد رطوبت گیر بـه روش جـذب سـطحی كـه در صـنعت مـورد استفاده قرار می گیرند نشان داده شده است. بالا بودن درجه حرارت گاز مورد استفاده برای احیاء باعث می شود تـا فـشار جزئـی بخـار آب در آن از فشار جزئی بخار آب جذب شده برروی ماده رطوبت گیر كمتر بوده و همـین امـر انتقـال جرم رطوبت از روی بستر به داخل جریان گاز احیاءكننده را میسر می سـازد. از آنجـایی كـه فـشار جزیی گاز احیاءكننده خروجی از بستر پر شده هنوز در حدكافی پایین می باشـد، در صـورت نیـاز (بستگی به قیمت گاز دارد) میتوان آن را سرد نموده و رطوبت جذب شده توسط آن را در تلـه رطوبت گیر جدا نمود و بعد از گرم كردن، مجدد ًا بعنوان گاز احیاءكننده مورد استفاده قرار داد. البته این امر برای گازهای ارزان (نظیر هوا) صادق نبوده و بعد از احیاءكردن بـستر پـر شـده بـه بیرون تخلیه می شود. برای تأمین گاز داغ جهت احیاء از روش های مختلفی استفاده می شود.

١- مواد رطوبت گیر فیزیكی نسبت به روغن حساس بوده و سریعاً خاصیت رطوبت زدایی خود را از دست می دهند. به همین خاطر باید دقت شود كه گاز مرطـوب كـه جهـت رطوبـت زدایـی از درون بستر عبور داده می شوند فاقد روغن باشد.

٢- هرچند كه این مواد برای جذب رطوبت به كار گرفته می شوند ولی رطوبتی كه با آن در تماس قرار می گیرد باید به صورت بخار باشد. تمـاس مـاده رطوبـت گیـر بـا آب باعـث فاسد شـدن آن می شود لذا تحت هرشرایطی باید از تماس آب (بصورت مایع) با آن خودداری شود.

٣- نقطه شبنم قابل دستیابی ضمن آنكه به ویژگی های ماده رطوبـت گیـر بـستگی دارد، تـابعی از دمای احیاءكردن نیز می باشد. هرچه گاز مورد استفاده برای احیاء بستر اشباع شده داغ تر باشـد، نقطه شبنم گاز خـشك شـده كـاهش مـی یابـد. البتـه ایـن امـر موجـب كـاهش عمر مفیـد مـاده رطوبت گیر خواهد شد. بنابراین بهتر است كه عمل احیاء در دمای توصیه شـده توسـط شـركت سازنده صورت پذیرد.

٤- مواد رطوبت گیر قادرند بین ٢٠-٣٠ درصد وزن خود را رطوبت جذب كنند.

٥- تغییرات فشار در زمان تغییر شرایط بهره برداری در بـستر پر شـده بایـد بـه آرامـی صـورت پذیرد. عدم رعایت این توصیه باعث تخریب مكانیكی ماده رطوبت گیر می شود.

٦- بالا بودن سرعت جریان گاز از درون بستر باعث سایش ذرات رطوبت گیر به هم شده و موجب كاهش عمر مفید آن خواهد شد. بكارگیری از فیلتر مناسب در قبل و بعد از رطوبت گیر ضروری می باشد.

٧- دمای گاز مورد استفاده برای احیاء بستر باید حدود ٥٥-٢٥ درجه سـانتیگراد از دمـای نهـایی مورد انتظار برای احیاء بستر بیشتر باشد.

رطوبت گیری به روش جذب شیمیایی

ماده مورد استفاده در این روش با رطوبت موجود در گاز مورد خشك كـردن واكـنش شـیمیایی انجام می دهد. برای رطوبت گیری از هوا می توان از تركیبات جامد نظیر آهك خشك و یا منیزیم پركلراید كه بصورت جامد می باشند و یا از تركیبات مایعی شـكل نظیـر لیتیـوم كلرایـد و كلـسیم كلراید استفاده كرد.

تاثیرگذاری خشک‌کن‌ها بر کیفیت هوای خروجی و صرفه‌ی اقتصادی هوای فشرده را نیز می توانید در مطلب زیر بخوانید:

چرا خشک‌کن‌ها بر کیفیت هوای فشرده و هزینه نگهداری تاثیرگذار هستند؟