硅胶的搭配应用技术

贾厚林，周强，张校瑜，刘荣福，庄春龙

（中国航发涡轮院，四川江油621703）

硅胶的搭配应用技术

贾厚林，周强，张校瑜，刘荣福，庄春龙

（中国航发涡轮院，四川江油621703）

参考已有的某硅胶搭配使用方案，分析硅胶干燥剂搭配应用技术，探讨类似空气干燥器硅胶吸附剂的合理优化应用。

硅胶；压缩空气；搭配方案

0 引言

常用的吸附剂种类有很多，如硅胶干燥剂、黏土干燥剂、分子筛等。压缩空气一般采用硅胶和分子筛作为干燥剂。早在六七十年代，工业上均采用单一种类的普通硅胶作为干燥剂，随着科技的发展和对设备要求的提高，无论是硅胶使用周期还是使用寿命已远远不能满足需求。研究硅胶搭配应用技术的实际运用效果，为在实际的干燥过程中硅胶的搭配应用技术提供依据。

1 硅胶介绍

随着科研任务对干燥气要求的不断提高，以往单一硅胶的使用方案已经无法满足如今科研发展的需求。通过与专业厂家的沟通，大部分用户一般采用2种甚至是2种以上的硅胶混搭填装方案，充分发挥硅胶性能，降低使用成本和提高使用效益。

目前干燥系统采用的硅胶吸附剂为FNG-Ⅰ型球形粗孔硅胶与FNG-Ⅰ型球形细孔硅胶混搭填装，填装比例G粗∶G细=1∶1。FNG-Ⅰ型硅胶为耐水硅胶，遇水不炸裂率≥95%(普通硅胶为75%)，粉尘大大降低，使用寿命长，但其吸湿性能要略差普通硅胶。通过使用情况来看，采用FNG-Ⅰ型硅胶混搭使用后，相比之前的普通硅胶，其使用周期和使用寿命均得到了很大的改善。

2 硅胶特性

硅胶是一种高活性可再生的固体吸附剂，是由硅酸溶液凝结而成的人造含水硅石，具有高微孔结构。因硅胶高微孔结构，有着巨大的比表面积，依靠吸附作用来除去潮湿气体中的水分子，即通过固体表面的质点与气体中的水分子发生相互吸引力而将其吸附在硅胶表面上，达到某种程度的干燥效果。根据硅胶孔径的大小分为普通粗孔硅胶、普通细孔硅胶。为改善硅胶得耐水性能，对普通硅胶进一步加工，可制成非均质耐水硅胶。

普通粗孔硅胶，优点是吸水性好，吸水容量大、吸水速度快。在相对湿度较大、绝对含湿量较大的条件下，其吸附性能好，超过普通细孔硅胶。缺点是遇液态水，容易产生裂纹。

普通细孔硅胶，优点仍然是吸水性好，吸水容量大、吸水速度快。在相对湿度较小、绝对含湿量较小的条件下，其吸附性能比粗孔硅胶好。

耐水硅胶为白色或灰色多微孔球形颗粒，是以通用硅胶为原料经过进一步加工制成的非均质成形硅胶。除具有普通工业硅胶高微孔结构，还具有不溶于水和无机酸、机械强度高等特性。

3 实例计算

3.1 硅胶填充规格与方案

所用硅胶来自青岛海洋化工有限公司，分为粗孔与细孔2种硅胶，均为FNG-Ⅰ型硅胶，外观颜色为灰白色。粗孔硅胶在较高的相对湿度条件下，对水蒸气有很强的吸附能力，而细孔硅胶则是在较低的相对湿度条件下，对水蒸气有着很强的吸附能力。因此，2种硅胶搭配使用，能够很好地发挥硅胶的吸附性能，并且节省使用成本。某组干燥器硅胶填充参数见表1，干燥器压缩空气空塔流速0.53 m/s，压缩空气量6.63 kg/s×2；工作压力700 kPa；工作温度298 K。压缩空气吸附干燥流程示意图见图1。

表1 填充规格kg

图1 压缩空气吸附干燥流程示意图

3.2 计算思路

（1）将2种硅胶看作为连续均匀介质，其物理参数不随吸附量及温度的变化而变化。

（2）将压缩空气分为干燥空气与水蒸气2部分，忽略各组分分压力对计算的影响。

（3）全程压力损失忽略。

（4）不考虑温度梯度与浓度梯度。

3.3 硅胶使用时间

查表得298 K下，水蒸气饱和蒸汽压为Ps=3.169 kPa，则700 kPa和298 K下，压缩空气中饱和水蒸气量为H，H=0.622 Ps（P-Ps）=2.83 g/kg(干空气)。压缩空气携带的水蒸气量G水，G水=G气×H=135 kg/h。

细孔硅胶对水蒸气的动吸附量按12%设计，粗孔硅胶对水蒸气的动吸附量按28%设计，假设硅胶再生后吸附能力下降，备用系数设定为10%，则硅胶使用时间T=[（G粗孔×28%+G细孔× 12%）/G水]×90%≈15 h。

3.4 干燥器设计验算

粗孔硅胶与细孔硅胶在不同的环境下对水蒸气的吸附能力有一定的差别，在相对湿度较大、绝对含湿量较大的条件下，粗孔硅胶对水蒸气的吸附能力要远好于细孔硅胶，而细孔硅胶主要是在相对湿度较小、绝对含湿量较小的条件下，其吸附性能比粗孔硅胶好。因此，合理的选择粗孔硅胶与细孔硅胶的比例就能充分发挥硅胶的作用。

通过查阅相关资料，粗孔硅胶在相对湿度＜20%时，其吸附量就会低于细孔硅胶，这里假设相对湿度20%作为分界点。那么细孔硅胶在相对湿度20%时，其吸附量约为7%。例如，硅胶设计使用时间设计为8.5 h，粗孔硅胶动吸附量取28%，细孔硅胶动吸附量按7%（相对湿度20%）,假设硅胶再生后吸附能力下降,备用系数设为10%。80%的水分由粗孔硅胶吸收，吸收量G80%水=G水×15×0.8=1620 kg；细孔硅胶需吸湿的水蒸气量G20%水= G水×15×0.2=405 kg；粗孔硅胶理论需求量G粗硅胶=G80%水/（0.28× 0.9）=6427 kg；细孔硅胶理论需求量G细硅胶=G20%水/（0.07×0.9）= 6427 kg。通过计算，2台硅胶罐需填充的粗孔硅胶与细孔硅胶总量为12 854 kg，总重量比例G粗∶G细=1∶1。

4 结论

在硅胶用作压缩空气干燥时，需依据当地气候的绝对含湿量与相对湿度进行选择。一般含湿量较大，相对湿度较高的情况下选择粗孔硅胶，反之则选择细孔硅胶。压缩空气在通过硅胶层时，其湿度与相对湿度均发生了变化，而相应的硅胶吸附量也会随之降低，因此计算的值要偏大于实际值。实际的使用情况与理论计算也基本吻合，可以作为硅胶搭配在实际应用中设计计算的参考依据。

[1]压缩空气干燥与净化设备[M].北京：机械工业出版社,2005.

[2]工程热力学[M].北京：国防工业出版社,1981.

[3]中国航空材料手册[M].北京：机械工业出版社,1988.

〔编辑 利文〕

TQ333.93

B

10.16621/j.cnki.issn.1001-0599.2017.02.31