随着吸附剂对水蒸气吸附的进行,吸附剂表面出现了被润湿的凹液面 。弯曲液面上的蒸气压可根据开尔文公式(式(2)计算):
式(2)中p代表平液面液体的饱和蒸气压,pr代表弯曲液面液体的饱和蒸气压,可以看出对于凹液面,r值为负[1],且r值越小,弯曲液面液体的饱和蒸气压pr越小 。根据气体液化条件,水蒸气更易在饱和蒸气压小的情况下凝结 。转轮中的固体吸附剂表面已形成许多微小凹液面,该凹液面上具有比水平液面上小得多的饱和蒸气压pr,此时空气中的水蒸气易在毛细管内成为过饱和蒸气而发生凝聚,因此硅胶能够吸附大量的水分 。有数据表明,硅胶吸附水蒸气的重量可达自身重量的50%,即使在相对湿度60%的空气中,微孔硅胶吸湿量也可达到自身重量的24%[11] 。转轮中的吸附剂吸湿趋近饱和后,进入再生区解吸吸附剂上的水分子,使转轮重新恢复吸湿功能 。通过转轮除湿机的工作,室内空气可以由20 ℃、相对湿度为60%变为42 ℃、相对湿度为6%的空气[8],从而降低室内空气的含湿量 。
2.2 转轮除湿机——固体吸附除湿
2.2.1 转轮除湿机的工作原理
转轮除湿机因其具备处理低温低湿空气的能力及除湿量高的特点,而被银行、档案馆等办公场所定为室内除湿的首选设备 。对于进风工况为32 ℃,相对湿度65%的空气,风冷冷冻除湿机的除湿量为28 kg/h,而转轮除湿机为48 kg/h [10] 。转轮除湿机由除湿转轮、传动装置、风机、外壳、过滤器及加热器组成[11] 。转轮分为270 °扇形区域的处理区,和90 °扇形区域的再生区 。当转轮缓慢运行时,潮湿的空气被风机吸入处理区进行除湿,干燥后的空气离开转轮进入室内 。吸附了大量水蒸气的转轮进入再生区后,被逆向吹入升温后的热空气,以此加快转轮中水分子的解吸,恢复转轮的吸湿能力 。解吸出来的水蒸气随着风机的工作排出室外,完成室内除湿 。
2.2.2 固体吸附除湿中的物理化学原理
转轮除湿机的关键部件是蜂窝状除湿转轮,转轮由特殊的耐热复合材料制成,转轮内通常载有固体吸附剂硅胶、分子筛、活性氧化铝等粉末材料[12~15],这些材料均因具有多孔结构而具备巨大的吸附表面 。物理化学将具有吸附能力的物质称为吸附剂,被吸附的物质称为吸附质 。吸附的发生需要传质,根据化学势判据,传质是从化学势高的一端向化学势低的一端进行 。气体化学势的表达式如式(1)所示 。
式(1)表明当其他条件相同时,B物质的压力越大其化学势越高 。空气中水蒸气的压力明显大于吸附剂中水蒸气的压力,因此水蒸气的传质方向应从空气流向吸附剂表面 。固体表面和液体表面一样具有较高的表面能 。从热力学角度看,在恒定温度、压力下,系统总是力图降低表面能来达到稳定状态 。而固体表面不能像液体表面一样收缩表面积,只能通过吸引其他分子掩盖自身表面来降低表面能,加上水分子与固体表面分子间的作用力,硅胶、分子筛等吸附剂就具有了吸附能力 。
随着吸附剂对水蒸气吸附的进行,吸附剂表面出现了被润湿的凹液面 。弯曲液面上的蒸气压可根据开尔文公式(式(2)计算):
式(2)中p代表平液面液体的饱和蒸气压,pr代表弯曲液面液体的饱和蒸气压,可以看出对于凹液面,r值为负[1],且r值越小,弯曲液面液体的饱和蒸气压pr越小 。根据气体液化条件,水蒸气更易在饱和蒸气压小的情况下凝结 。转轮中的固体吸附剂表面已形成许多微小凹液面,该凹液面上具有比水平液面上小得多的饱和蒸气压pr,此时空气中的水蒸气易在毛细管内成为过饱和蒸气而发生凝聚,因此硅胶能够吸附大量的水分 。有数据表明,硅胶吸附水蒸气的重量可达自身重量的50%,即使在相对湿度60%的空气中,微孔硅胶吸湿量也可达到自身重量的24%[11] 。转轮中的吸附剂吸湿趋近饱和后,进入再生区解吸吸附剂上的水分子,使转轮重新恢复吸湿功能 。通过转轮除湿机的工作,室内空气可以由20 ℃、相对湿度为60%变为42 ℃、相对湿度为6%的空气[8],从而降低室内空气的含湿量 。
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