赵玲玲+于书明+杨默宇+许世龙+张莉
【摘 要】本文主要在单级转轮除湿系统下研究变色硅胶，活性氧化铝，分子筛三种干燥剂的除湿、再生性能及其遇水的反应情况，并选择最优的干燥剂应用于固体转轮除湿空调系统，进一步提高系统性能。通过先让干燥剂遇水进行吸附反应，再用干燥箱将干燥剂再生，观察反应过程各种干燥剂遇水的情况，记录反应前后干燥剂质量的变化，并算得各种干燥剂的除湿率和再生率，最终选择了除湿率为48.7%和再生率为38.5%的变色硅胶干燥剂。而且变色硅胶独有的变色性更是为转轮除湿提供了便利。
【关键词】单级转轮除湿；除湿；干燥剂；变色硅胶
0 引言
空气湿度是影响人体舒适性的重要因素，对适度的准位控制是人们所亟待解决的问题，主要包括加湿和除湿方法。加湿主要通过空气加湿器等实现，而除湿可以通过固体转轮除湿系统[1]中固体干燥剂对水分的吸收来实现。干燥剂对除湿过程起着重要作用。本文针对选用的干燥剂进行实验，对性能进行综合比较，选择其各项性能最佳，有利于转轮除湿系统高效运行的干燥剂。
1 系统的选择
转轮除湿，对于一个转轮除湿系统，主要包括固体除湿转轮、换热器、蒸发冷却器以及加热器构成。见图1所示。
图中：DWDW：除湿转轮；TDW：厚转轮；H：加热器；HE：换热器；C：蒸发冷却器；AA：室外新风；EA：排风； SA：送风。
除湿机组主要由除湿转轮、传动皮带、风机、电加热器及控制器件组成。除湿转轮由很多细小的蜂窝状流道组成，在流道壁上布满了一薄层吸附剂，当湿空气流过这些流道时，空气中的水分被固体吸湿剂所吸附，同时放出汽化潜热加热了空气。随着转轮运转，这部分流道的吸湿量达到饱和，这些达到饱和的流道转到再生区，此时来流空气为热空气，吸附在干燥剂中的水分吸收空气的热量而蒸发为水蒸气，空气失掉显热，温度降低，水蒸气进入空气中，增加了空气的含湿量和潜热，因此，空气比焓基本保持不变，此过程为等焓加湿过程。随着转轮的吸附和脱附的循环，除湿过程得以连续进行。
2 干燥剂的种类和物理特性
通常使用吸附[1]的方法进行除湿，即一种液体或固体与另一种固体或液体相接触时，取走或凝集其所含部分分子（分子，原子或离子）的现象。干燥剂是对水分特别吸附的物质。
转轮除湿对干燥剂要求[2]：吸湿能力，吸湿速率，吸湿容量，吸热量，热传导性，耐腐蚀性，具有一定的再生能力，尤其要求干燥剂在使用中形变量且不会变成粉末。
常用的干燥剂包括变色硅胶，分子筛，活性氧化铝，无水氯化钙，矿物干燥剂等。但是无水氯化钙属于化学性干燥剂，有微毒性，且遇水之后对设备具有一定的腐蚀作用，矿物干燥剂遇水迅速变大，不适合用在转轮除湿中。所以本文选取物理性干燥剂。并设计实验对其吸湿和再生性能进行探究。
3 除湿实验
除湿实验的目的在于得到各干燥剂的除湿能力，再生能力，和遇水吸湿过程中的变化，如形变量、遇水会不会变成粉末状，对于变色硅胶而言，还有颜色的变化。
实验步骤：
1）将三种干燥剂，每种干燥剂分为三份，每份取30g，再将其分为三组，每组包括一份变色硅胶，一份分子筛，一份活性氧化铝干燥剂。
2）将干燥剂在纯净水中浸泡24h，使其充分吸收水分，达到可吸收水分的最大值，从而确定每种干燥剂的最大除湿量。
数据记录如下：
通过表1可以看出，第一组、第二组和第三组中干燥剂最大吸收水分质量都是变色硅胶干燥剂。
3）计算干燥剂的除湿性能即除湿率
在干燥剂遇水反应的过程中，可以明显看出，变色硅胶遇水反应迅速，颜色迅速由蓝变红，并发出“嘶嘶”的响声，且有小部分晶体裂开变为小晶体。而活性氧化铝和分子筛反应比较缓慢，且在反应过程无明显变化。且由表2可知，变色硅胶干燥剂的除湿率明显大于分子筛的除湿率大于活性氧化铝干燥剂的除湿率。
4 再生实验
为了对比干燥剂再生实验的效果，将三组干燥剂按照不同的方式对干燥剂进行再生，本次设计了三种再生干燥剂的方式，分别是将干燥剂置于干燥箱加热再生、室内自然干燥、室外风干干燥。实验过程如下所示：
1）将第一组中的干燥剂用干燥箱进行加热干燥
查文献得各种干燥剂的再生温度：活性氧化铝的干燥温度在120～180℃为宜，本次试验选取160℃，干燥时间为2h。分子筛一般需要加热到500～550℃，保持两小时以上，待其温度降到200℃时拿出，本次试验选取280，干燥9个小时；变色硅胶由于其带有颜色，而其颜色的失效温度是120℃，故其再生温度不能超过120℃，本次试验选取100℃。
实验步骤：
a.将称量后的饱和干燥剂活性氧化铝干燥剂置于瓷盘中，放入干燥箱中，关闭干燥箱；
b.打开干燥箱开关，调节干燥箱的温度到160℃，记录当前时间；
c.干燥箱的温度上升到160℃，记录当前时间；
d.等待2小时，关闭干燥箱开关，记录当前时间；
e.等待干燥箱温度降到50℃时，拿出干燥剂，并称量干燥剂的质量。
f.实验记录如下表。
2）第二组置于室内进行自然干燥
将饱和吸水后的干燥剂放置于环境条件基本稳定的室内使其自然晾干24h，当前环境条件如下：
干球温度：21℃，湿球温度：13.8℃，相对湿度：21%
实验结果如下：
活性氧化铝干燥前质量为40.8891，干燥后质量为32.8738，称量质量为35.2353；分子筛干燥前质量为41.8904，干燥后质量为33.1015，称量质量为35.4630；
变色硅胶干燥前质量为43.7777，干燥后质量为38.5934，称量质量为40.9549。
3）第三组置于室外风干干燥
将饱和吸水后的干燥剂放置于环境条件基本稳定的室外使其自然风干24h，当前环境条件如下：
干球温度：11.5℃，湿球温度：5℃，相对湿度：13%
实验结果如下：
活性氧化铝干燥前质量为40.3803，干燥后质量为31.7441，称量质量为34.1056；
分子筛干燥前质量为40.7701，干燥后质量为32.2160，称量质量为34.5775；
变色硅胶干燥前质量为44.0112，干燥后质量为38.2845，称量质量40.6460。
4）干燥剂的再生率
通过表3、表4可以看出，变色硅胶与分子筛和活性氧化铝的再生率相差不大，但是再生后质量与遇水反应前的质量差距最小。
5 结论
在转轮除湿过程中需要对硅胶干燥剂的盛放作以技术改进即可有力除湿。分子筛干燥剂和活性氧化铝干燥剂反应较慢，不利于除湿。由上表可知：变色硅胶的除湿率、分子筛的除湿率和活性氧化铝的除湿率分别为0.487、0.369和0.332，因此变色硅胶干燥剂的除湿率明显大于分子筛的除湿率大于活性氧化铝干燥剂的除湿率。由再生率看，三次变色硅胶的再生率平均为0.402，分子筛和活性氧化铝的再生率分别为0.399和0.395，虽然变色硅胶与分子筛和活性氧化铝的再生率相差不大，但是再生后质量与遇水反应前的质量差距最小，而且在干燥过程中有颜色的变化，在干燥除湿过程中更有利。经过试验分析确定硅胶为我们下续设计用干燥剂。
【参考文献】
[1]李莹.多孔介质除湿与再生特性研究[D].内蒙古科技大学，2014.
[2]于蓉.干燥剂转轮除湿性能研究[D].天津商业大学，2013.DOI：10.7666/d.Y2410588.
[3]杨保义，张杰.变色硅胶干燥剂吸湿性能研究[J].装备环境工程，2010，7（2）：32-35.DOI：10.3969/j.issn.1672-9242.2010.02.009.
[4]马丽君.固体干燥剂转轮除湿特性的理论与实验研究[D].天津商业大学，2011.
[5]代彦军，腊栋.转轮式除湿空调研究与应用最新进展[J].制冷学报，2009，04：1-8.
[责任编辑：杨玉洁]
