一 壓縮空氣中塵埃、油、水、細菌的由來

我們知道大氣的主要成份是氦氣，約占78%，其次是氧氣，約占21%，二氧化碳占0.25%，其余為其他氣體和雜質(zhì)等。

其它氣體包含人們常說的氦、氖、氬、氙、氪等微量氣體以及水蒸氣。其它雜質(zhì)指飄浮于空氣中的灰塵、細菌、氣溶劑等。

在通常情況下，空氣是無色透明的，我們用肉眼在不經(jīng)意中很難看到空氣中的雜質(zhì)。如果一縷陽光照射到屋內(nèi)，此時你可以看到原本透明的空氣，在陽光的照射下，塵埃經(jīng)光線折射、反射等作用，明顯地飄浮于空氣中，大大小小、密密麻麻。經(jīng)科學統(tǒng)計，在室內(nèi)環(huán)境下，每立方米的空氣中，大于0.5μ以上的塵埃粒子數(shù)大約為4000萬～5000萬個。而依附于塵埃粒子中的細菌更是不計其數(shù)。

在空壓機的作用下，如果不考慮與外界的熱交換，依據(jù)相關(guān)公式的計算，原本常壓狀態(tài)下的4.8米3的空氣，經(jīng)壓縮至0.8Mpa（表壓）時，其體積最終被壓縮成1米3。僅此過程即可得知，經(jīng)壓縮后的0 .8Mpa壓力的氣體，每立方米將會有19200萬～24000萬個大于0.5μ以上的塵埃粒子。

除此之外，大氣在被壓縮的過程中，又帶入了空壓機的潤滑油和機械性磨屑。根據(jù)空氣熱力學原理，經(jīng)壓縮后的空氣將會有大量的過飽和的水蒸氣重新還原成水滴被排出。

二 壓縮空氣的除水原理

壓縮空氣中的水分來自大氣。大氣中一般總含有一定量的以汽態(tài)存在的水分，當空氣中的水汽過多，超過其飽和度（即相對濕度大于100％時，或當空氣冷卻至露點溫度以下時，空氣中的水汽才會凝結(jié)成水滴析出。空氣中的水分的絕對含量可用濕含量x表示，其單位是公斤水氣／公斤干空氣，即每公斤干空氣中所含有的公斤水汽數(shù)�？諝獾南鄬�濕度φ是以空氣中所含的水汽量與同溫度下空氣的最大（即飽和）含水汽量之比，或空氣中水汽的分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓之比，以％表示。空氣的露點是使含有一定量水汽的空氣冷卻至相對濕度為100％，即開始有水滴析出時的溫度。

下列諸式可以用來表示空氣中水分的含量：

式中 φ——空氣的相對濕度，%；

X——空氣的濕含量公斤水汽/公斤干空氣；

ＰＷ——空氣中的水汽分壓，Pa；

ＰＳ——與空氣中同溫度的水的飽和蒸汽壓，Pa；

Ｐ——空氣的總壓強，Pa。

從式（1）看，若空氣中絕對含量，即濕含量x不變，也即空氣中水汽分壓ＰＷ不變，溫度愈高，ＰＳ值愈大，φ值就愈小。反之溫度愈低，ＰＳ愈小，φ值就愈大；而當φ值為1（100%）時，此時的溫度即為該空氣的露點。

從式（3）可以看出，若空氣的濕含量x及溫度t（也即ＰＳ值）不變，空氣的壓強P愈大，則相對溫度φ也愈大。也可以根據(jù)式（3）在空氣濕含量不變，即x2=x1的條件下，導(dǎo)出下列公式：

式中 ρ1，ρ2——分別為原始空氣和壓縮空氣的相對濕度，%；

ＰＳ1，ＰＳ2——分別為原始空氣和壓縮空氣溫度下的飽和蒸汽壓，Pa；

Ｐ1，Ｐ2 ——分別為原始空氣和壓縮空氣的壓強，Pa。

從式（5）看，壓縮后空氣的相對濕度φ2除了與原始空氣中的相對濕度φ1，溫度t1（決定ＰＳ1的值）及壓強Ｐ2有關(guān)外，也和壓縮后的溫度t2（決定ＰＳ2的值）有關(guān)。若將壓縮后的空氣冷卻至原始氣溫，即t2= t1，ＰＳ2= ＰＳ1 時，壓縮空氣的相對濕度ρ2僅隨壓縮后的壓強Ｐ2有關(guān)，如壓縮比（Ｐ2 /Ｐ1）增大多少倍，相對濕度比（φ2/φ1）也增大多少倍�？諝庠趬嚎s后的濕含量即絕對含量不變，在其未經(jīng)冷卻時，由于溫度很高，所以相對濕度很小，但當其冷卻時，相對濕度就急劇增大。大約每降低10℃，其飽和含水量將下降50%，即有二分之一的水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水滴（見表1）。

表1 純水蒸氣的飽和蒸氣壓及濕含量 

由此可知，要去除壓縮空氣中的水分，首先要對壓縮空氣進行冷卻，經(jīng)冷卻處理后，降低了露點，此時會有大量多余的水分析出。盡管如此，壓縮空氣經(jīng)冷卻后，此時壓縮空氣相對濕度仍為100%，雖然有除油水設(shè)備，但該設(shè)備并不能將水滴全部除凈，此時將壓縮空氣直接送入過濾器等，極易使過濾介質(zhì)受潮，降低過濾效率，導(dǎo)致過濾失敗。正因如此，對已經(jīng)析出水的壓縮空氣重新加熱，即顯得十分必要。重新加熱后的壓縮空氣，在工況條件下相對濕度可達到60%左右，此時對后面的過濾介質(zhì)，即安全可靠了。

下面介紹具體的凈化流程。

三 壓縮空氣凈化系統(tǒng)流程

為了滿足各生產(chǎn)和科研部門對壓縮空氣潔凈等級的高端要求，通常對壓縮空氣進行凈化處理。圖1例舉了一般用途的壓縮空氣凈化流程，圖2例舉了應(yīng)用于不同領(lǐng)域WLKJ-2系列自冷組合式壓縮空氣凈化器傳統(tǒng)式壓縮空氣凈化工藝流程對照。 

以下就圖1發(fā)酵工業(yè)傳統(tǒng)模式壓縮空氣凈化流程為列，簡述如下。

空壓機（1）采集自然界的大氣，經(jīng)壓縮后高溫高濕的壓縮空氣首先送至貯氣罐（2），貯氣罐的作用一是降低流速，使部分油水、塵埃沉降，并經(jīng)罐底閥排出；二是消除減緩供氣系統(tǒng)內(nèi)氣流的脈沖，使后置設(shè)備更好的發(fā)揮各自的功效。經(jīng)貯氣罐排出的氣體進入第一冷卻器（3），降低氣體溫度，使壓縮空氣中過飽和的水汽冷凝析出，并經(jīng)油水分離器（4）分離后排出。同理，第二冷卻器（5）及第二油水分離器（6）是進一步使空壓氣體降溫，進一步排出油水。接下來，排除油水的壓縮空氣進入除霧器（7），除霧器的作用是將壓縮空氣中油水分離器（4）（6）分離不掉的微細的液態(tài)霧滴，在除霧器（7）除霧絲網(wǎng)的作用下，攔截并重新聚集，使細小的顆粒，重新團聚變大，并在重力的作用下，沉降排除。經(jīng)過除油水的壓縮空氣，雖然已去除了液態(tài)的油水，但此時的空氣濕度仍處于飽和狀態(tài)，即空氣濕度為100％，此時壓縮空氣直接進入過濾層，如遇溫度下降，仍有可能重新析出水滴，使過濾層受潮，影響凈化效果。經(jīng)過除油水的壓縮空氣，首先進入加熱器（8），經(jīng)電熱或蒸汽加熱（二者取其一），在壓力不變單位體積內(nèi)含濕量不變的前提下，使空氣溫度升高，此時相對濕度降低，即不會重新出現(xiàn)霧滴或水滴，使空氣在完全干燥的情況下，進入高效過濾器（9）。高效過濾器的作用是，通過填充在高效過濾器中的纖維性濾材、活性碳等，可濾除空氣中的塵埃、雜質(zhì)、異味等，其過濾原理有：攔截、碰撞、吸附、靜電吸附等。99％以上幾何尺寸較大的＞0.5μ塵埃粒子均在此被截獲。經(jīng)粗濾器凈化后的壓縮空氣，最后進入除菌精濾器（10）。除菌精濾器內(nèi)置有超細玻璃纖維過濾介質(zhì)＞0.03μ的塵埃粒子的去除率高達99.999％。即可去除壓縮空氣中的塵埃粒子及雜菌。

目前市場上出售的成套壓縮空氣凈化設(shè)備，其原理大至相同，每臺設(shè)備均有不同的作用和功能，依據(jù)用氣單位對壓縮空氣質(zhì)量的不同要求，配置與之相應(yīng)的凈化裝置換。為獲取清潔的壓縮空氣以滿足生產(chǎn)和科學實驗的需要，除必需的空壓機及貯氣罐外，還要安裝 5～7臺單體設(shè)備，方能完成壓縮空氣凈化過程 (詳見圖2 WLKJ-2 型自冷組合式壓縮空氣凈化器與一般用途壓縮空氣凈化流程對照)。顯然，這種工藝流程設(shè)備多，占地面積大，能耗高，故障多。

四 WLKJ-2型 自冷組合式壓縮空氣凈化器結(jié)構(gòu)與凈化機理

北京微菱互信機械設(shè)備有限公司針對目前市場上出售的一般用途壓縮空氣凈化器，存在的各種弊端。最新開發(fā)的WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，在壓縮空氣凈化領(lǐng)域，首先采用絕熱膨脹制冷技術(shù)，達到清除油水的目的，大大減化了壓縮空氣的流程，并且在單臺設(shè)備上即可完成壓縮空氣凈化的目的，無論空壓機出口含油水多少，均可達到制藥和食品企業(yè)GMP對空氣質(zhì)量的最高要求，大于0.01um的雜質(zhì)被完全清除，含油量<0.003mg/m3,壓縮空氣中無油、無塵、無菌，同時也可滿足對壓縮空氣有高潔凈度要求的不同用氣崗位使用。

以下對WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器結(jié)構(gòu)及功能具體說明如下(見圖3 WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器結(jié)構(gòu)示意圖)：

由空壓機排出的壓縮空氣，經(jīng)貯氣罐，首先送至該凈化器進氣口(4)。進氣口(4)，是經(jīng)特殊設(shè)計的絕熱膨脹閥，高速氣流經(jīng)此流過，利用流體體力學和熱力學原理壓縮空氣絕熱膨脹，因壓差的變化促使壓縮空氣溫度下降至2～5℃（低于冷干機或冷水機），過飽和的水氣冷凝成液滴，與油和塵埃等混合后，與內(nèi)桶壁撞擊并分離。此后進入油霧分離段（3）,氣流受網(wǎng)狀濾芯的阻攔，在附著、浸潤、重力等作用下微小的液滴逐漸凝聚擴大，再次得到分離。分離后的油水最終沉降至過濾器底層，經(jīng)排污管（1）排出。清除油水后的冷卻氣體繼續(xù)上升。此時的壓縮空氣，顯然已清除掉油水，但其濕度，工況條件下仍為100%。如果溫度繼續(xù)下降，還會有霧滴出現(xiàn)，將會浸潤過濾層，嚴重時會增加阻力，最終使過濾失效。氣體流經(jīng)加熱段（5）時，空氣被加熱。此時，工況條件下，相對濕度下降，空氣變得干燥。加熱段（5）的作用，十分重要，是一般凈化流程中不具備的，加熱段（5）的另一個重要作用，是可以保持上層的超高效除油、除臭過濾段（6）和更上層的除菌過濾段（7）在干燥條件下，長期穩(wěn)定運行。超高效除油、除臭過濾段（6）內(nèi)填充有天然纖維、人造纖維和其它吸附材料，氣流速度低于0.15～0.3m/s,之間，大大低于傳統(tǒng)設(shè)備0.5～2m/s的氣速，此時以擴散效應(yīng)為主，并伴有碰撞、攔截、布朗運動等作用，經(jīng)深層過濾，<0.05以上的油水及塵埃粒子被完全撲捉。＞0.01um的粒子最后被除菌過濾器（7）濾除。加熱后干燥的壓縮空氣，經(jīng)過超高效除油、除臭過濾段（6）和除菌過濾器（7）后，大于0.01um的雜質(zhì)被完全清除，含油量<0.003mg/m3,出口（8）排出的壓縮空氣，無油、無塵、無菌，可滿足高潔凈度要求的用氣崗位使用。

此外，該凈化器還設(shè)有過濾層再生系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)再生溫度和時間，并打開再生閥門，可對過濾層進行再生處理，清除過濾層內(nèi)的污染物，保證過濾層長期有效正常運行。

WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，帶有全自動智能監(jiān)控系統(tǒng)（9）�？梢罁�(jù)進氣溫度，設(shè)定溫度梯度，控制排氣溫度和加熱溫度，使該凈化裝置在最佳狀況下安全、節(jié)能運行。自控系統(tǒng)還安裝了定時排污裝置，在設(shè)定的時間間隔內(nèi)，定時排放油水，完全不用人工干預(yù)，是一種極人性化的設(shè)計。

五 WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器的主要特點

1．體積小、技術(shù)含量高、占地面積省

WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，是在原有WLKJ-1 系列多功能組合式壓縮空氣凈化器的基礎(chǔ)上，在確保凈化器出口壓縮空氣潔凈等級不變的前提下，割除了以冷卻水為冷媒的冷卻系統(tǒng)，在壓縮空氣凈化器技術(shù)領(lǐng)域率先采用絕熱膨脹的熱力學原理，達到降溫制冷的目的，用于清除壓縮空氣中的油水。這項改進大大簡化了原壓縮空氣凈化器的結(jié)構(gòu)，提高了凈化器的技術(shù)含量。占地面積與傳統(tǒng)方式比較節(jié)省80%以上

2．無冷媒，防止了污染

該凈化器與傳統(tǒng)方式的冷干機相比較，不需要消耗冷媒，有效地保護了環(huán)境。京都議定書今年已開始實施，中國作為簽約大國，應(yīng)承擔更多的義務(wù)。這也是我們?yōu)楸Ｗo環(huán)境，作出了一件實實在在的好事。

3．節(jié)能

與傳統(tǒng)設(shè)備相比較，由于割除了冷媒，節(jié)能效果明顯。

4．無運轉(zhuǎn)部件、無噪音污染

該系列凈化器．無運轉(zhuǎn)部件、無機械性噪音污染，更無需日常維護保養(yǎng)，可節(jié)省寶貴時間和運轉(zhuǎn)費用。

5．操作簡單、可控制性強、自動化程度高、適用范圍廣

事先依據(jù)不同用氣崗位用氣濕含量的要求，利用壓差的變化，一次性調(diào)節(jié)好進氣原始溫度、加熱溫度、溫度梯度、排氣溫度以及排污間隔時間、排污時長，將以上數(shù)據(jù)輸入自控裝置后，無需常人隨時監(jiān)控，可保證該系統(tǒng)長時間連續(xù)安全運行，適用范圍廣泛。

6. 性價比高

為了保證壓縮空氣的質(zhì)量，無論選用活塞機還是螺桿機，必須在空壓機至用氣崗位之間，設(shè)置壓縮空氣凈化系統(tǒng)。用于去除壓縮空氣中的油、水、塵埃、雜菌等。有的單位不惜重金購進無油空壓機，認為這樣就可以獲得高質(zhì)量的壓縮空氣。其實這是一個誤區(qū)。即使是購買了無油機，而排氣中的水、塵埃及雜菌等依然存在，在壓縮空氣的雜質(zhì)總量中，水、塵埃、雜菌等約占95%以上，油最多不會超過1%，而水、塵埃、雜菌等正是清除的主體。另外，采用自潤滑材料發(fā)展的少油機或無油機，雖然降低了壓縮空氣中的含油量，同時也帶來了新的威脅，例如少油機或無油機設(shè)備檢修頻率高于有油機，同時少油機或無油機管線銹蝕加快等。WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，適用于任何一款活塞機或螺桿式空壓機，無論排氣中油水含量多少，只要通過該凈化器的處理，都可以滿足不同用氣崗位的需求。因此，該凈化器性價比高于一般凈化系統(tǒng)。

7．濾材功效高，壽命長

該系統(tǒng)解決方案，去除空氣中雜質(zhì)的效率高，過濾介質(zhì)使用壽命長，本公司產(chǎn)品可確保過濾介質(zhì)連續(xù)使用一年無需更換，一般使用壽命在三年以上。即使更換，其費用低廉，更換手段便捷。

8．品種多，可供選擇面大

WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，備有多種規(guī)格型號，可供不同用戶選擇，依據(jù)用戶對不同流量，不同壓力要求，可選擇不同規(guī)格型號的空壓機與凈化器配合使用。該凈化器采用絕熱膨脹的原理，即瞬間加大壓力降的方法，達到降溫除油水的目的。因此，在空壓機排氣總量相同的前提下，只是改變了排氣出口的壓力，這對于出口壓力的微小變化并不會對供氣系統(tǒng)造成影響的單位，這無疑是一種即節(jié)能又方便的最佳選擇。而對于出口壓力要限定在一定的范圍內(nèi)的用戶而言，只需調(diào)節(jié)進口壓力，留出足夠的降壓空間，也是可行的。因為溫度的變化及壓力的變化在WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器是可以調(diào)節(jié)的。我們也可根據(jù)客戶的特殊要求，設(shè)計專用設(shè)備，全面滿足各界朋友的最大愿望。

六 WLKJ-2系列 壓縮空氣凈化器的規(guī)格型號及應(yīng)用范圍

（詳見附表）

七 壓縮空氣凈化領(lǐng)域執(zhí)行的部分技術(shù)標準

現(xiàn)將壓縮空氣凈化領(lǐng)域執(zhí)行的部分技術(shù)標準摘錄如下：

GB 4830-84 《工業(yè)自動化儀表氣源壓力范圍和質(zhì)量》

GB/T 10893-89 《壓縮空氣干燥器 規(guī)范與試驗》

GBJ 29-90 《壓縮空氣站設(shè)計規(guī)范》

JB/T 5967-91 《氣動元件及系統(tǒng)用空氣介質(zhì)質(zhì)量等級》GB/T 13277-91 《一般用壓縮空氣質(zhì)量標準》

JB/T 6432-92 《壓縮空氣凈化設(shè)備型號編制方法》

以GB/T 13277-91 《一般用壓縮空氣質(zhì)量標準》中所規(guī)定的固體粒子、水、油的不同等級標準如下：

表2 固體粒子尺寸和濃度的等級

表3 空氣中水蒸氣壓力露點等級 

表4 含油量等級 

從表2～4可以發(fā)現(xiàn)WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器的各項主要技術(shù)指標均可達到或超過本標準中規(guī)定的等級指標，并且與市售產(chǎn)品相比較也獨具特色。

八 結(jié)論

壓縮空氣在許多領(lǐng)域是不可缺少的重要能源。在工業(yè)生產(chǎn)和科學實驗中，壓縮空氣被廣泛使用，是僅次于電力的第二大能源。但要獲得無油、無水、無塵、無菌的壓縮空氣，以滿足不同領(lǐng)域的需要也并非是一件容易的事情。

傳統(tǒng)的多臺分置式的壓縮空氣凈化裝置，在一定的范圍內(nèi)可以達到凈化空氣的要求，基本上能滿足清潔壓縮空氣的作用。但是，傳統(tǒng)模式能耗高，、占地廣、噪音大，等弊端是顯而易見的。尤其是通常采用的多孔燒結(jié)式過濾介質(zhì)，載塵量低，易堵塞、壓降大，是普遍存在的弱點。因此使用壽命短，必需勤更換，造成運轉(zhuǎn)費用高。傳統(tǒng)模式也有采用冷凍干燥機用于除油水的，該機一般能耗較高、噪音大，有冷媒存在對環(huán)境也有一定的影響。另外，設(shè)備龐雜、管線長、閥門多、操作繁瑣、事故多發(fā)，容易造成凈化系統(tǒng)失效。

與傳統(tǒng)模式相比，WLKJ—2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器，集表面化學、材料科學、空氣動力學、流體力學、熱能工程及自動控制于一身，通過單一的組合式裝置，即可具備傳統(tǒng)模式凈化裝置的功能并更勝一籌。該設(shè)備的另一顯著特點是能耗低、無噪音、無污染、過濾介質(zhì)易得價廉、可長期連續(xù)使用（連續(xù)使用，保質(zhì)期最短一年）。

現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、發(fā)酵、冶金、電子、機械精密儀器、醫(yī)療等領(lǐng)域。

該凈化器可與空氣壓縮機直接配套使用，亦可安裝在壓縮空氣分支管上，供需要高潔凈度空氣的崗位或設(shè)備使用。無論空氣壓縮機中排出的氣體中含油水多少，經(jīng)過該裝置的凈化后，均可滿足壓縮空氣高質(zhì)量的要求。

因此，WLKJ-2 系列自冷組合式壓縮空氣凈化器是當前凈化器市場上的環(huán)保、節(jié)能型最新產(chǎn)品。