Osuszanie sprężonego powietrza przy użyciu absorpcji i adsorpcji

The general working principle of desiccant air dryers is simple. Moist air flows over hygroscopic material (typical materials used are silica gel, molecular sieves, and activated alumina) and becomes dry. When water vapor changes from moist compressed air into hygroscopic material or "desiccant," the desiccant becomes gradually saturated with adsorbed water.

Therefore, it's important to regenerate the desiccant regularly to regain its drying capacity. Adsorption air dryers are typically built with two drying vessels for that purpose. The first vessel will dry the incoming compressed air while the second one regenerates (Similar to the workings of a nitrogen generator). Each vessel ("tower") switches tasks when the other tower is completely regenerated.

The typical pressure dew point (PDP) these dryers achieve is -40 °C, making them suitable for providing very dry air. There are 4 different ways to regenerate the desiccant, and the method used determines the type of adsorption dryer. More energy-efficient types are usually more complex and, consequently, more expensive to purchase.

1. Purge regenerated adsorption dryers ("heatless type dryers"). These dryers are best suited for smaller air flow rates. The regeneration process takes place with the help of expanded compressed air ("purged") and requires approx. 15–20% of the dryer's nominal capacity at 7 bar(e) working pressure.
2. Heated purge regenerated dryers. These dryers heat up the expanded purge air with an electric air heater, limiting the required purge flow to around 8%. This type uses 25% less energy than heat less type dryers.
3. Blower regenerated dryers. Ambient air is blown over an electric heater and brought into contact with the wet desiccant in order to regenerate it. With this type of dryer, no compressed air is used to regenerate the desiccant material. Therefore, the energy consumption is 40% lower than for heat less type dryers.
4. Heat of compression dryers ("HOC" dryers). In HOC dryers the desiccant regenerates using the available heat of the compressor. Instead of evacuating the compressed air heat in an after-cooler, the hot air is used to regenerate the desiccant. This type of dryer can provide a typical PDP of -20 °C without any energy added. A lower PDP is also possible by adding extra heaters.

Guaranteed separation and drainage of the condensation water must always be arranged before adsorption drying. If the compressed air is produced with oil-lubricated compressors, an oil separating filter must also be fitted upstream of the drying equipment.

In most cases, it's required to use a particle filter after adsorption drying. Heat of Compression (HOC) dryers can only be used with oil-free compressors since they produce heat at sufficiently high temperatures for dryer regeneration. A special type of HOC dryer is the rotary drum adsorption dryer.

This type of dryer has a rotating drum filled with desiccant. With this, one 1/4 sector becomes regenerated with a partial flow of hot compressed air (at 130–200 ˚C). Regenerated air is then cooled, and the condensation is drained before air is returned via an ejector device into the main compressed air flow.

The rest of the drum surface (three-quarters) is used to dry the compressed air coming from the compressor after-cooler. A HOC dryer avoids compressed air loss, and the power requirement is limited to that required for rotating the drum. For example, a dryer with a capacity of 1000 l/s only consumes 120 W of electrical power. In addition, no compressed air is lost and neither oil filters nor particle filters are required.

Ogólna zasada działania osuszaczy adsorpcyjnych, jest prosta: wilgotne powietrze przepływa przez higroskopijny materiał (typowymi materiałami są: żel krzemionkowy, sita molekularne, aktywowany tlenek glinu) i w ten sposób jest suszone. Przechodzenie pary wodnej z wilgotnego sprężonego powietrza do materiału higroskopijnego "desykantu" powoduje, że środek osuszający stopniowo nasyca się zaadsorbowaną wodą. W związku z tym środek osuszający musi być regularnie regenerowany, aby odzyskać swoją zdolność suszenia. Osuszacze adsorpcyjne są zwykle budowane z dwoma zbiornikami do osuszania. Pierwszy zbiornik suszy przychodzące sprężone powietrze, podczas gdy drugi jest regenerowany (zasada podobna do działania generatora azotu). 

Zbiorniki są przełączane i zamieniają się zadaniami , gdy w zbiorniku regenerowanym zakończy się proces regeneracji. Typowa temperatura ciśnieniowego punktu rosy, którą można osiągnąć za pomocą tego typu osuszaczy wynosi -40 ° C, co czyni je odpowiednimi do dostarczania bardzo suchego powietrza dla krytycznych zastosowań. Istnieją 4 różne sposoby regeneracji środka osuszającego, a zastosowana metoda określa typ osuszacza adsorpcyjnego. Bardziej energooszczędne typy są zwykle bardziej złożone, a co za tym idzie, droższe.

1.  Osuszacze adsorpcyjne regenerowane na zimno. Osuszacze te najlepiej nadają się do mniejszych przepływów powietrza. Proces regeneracji odbywa się za pomocą osuszonego rozprężonego powietrza  i wiąże się ze stratą ok. 15-20% nominalnej wydajności osuszacza na wlocie przy ciśnieniu roboczym 7 bar (e).)
2. Osuszacze regenerowane na gorąco. Osuszacze te ogrzewają rozprężone  powietrze regeneracyjne za pomocą elektrycznej nagrzewnicy, ograniczając tym samym wymagany przepływ powietrza regeneracyjnego do około 8%. Ten typ zużywa o 25% mniej energii niż osuszacze regenerowane na zimno. 
3. Osuszacze z dmuchawą regeneracji. Powietrze z otoczenia jest nadmuchiwane na elektryczny podgrzewacz i styka się z mokrym środkiem osuszającym, aby go zregenerować. W przypadku tego typu osuszaczy nie ma strat sprężonego powietrza , dlatego zużycie energii jest o 40% niższe niż w przypadku osuszaczy regenerowanych na zimno. 
4. Osuszacze regenerowane ciepłem sprężania (typu "HOC"). W osuszaczach typu HOC środek osuszający jest regenerowany za pomocą dostępnego ciepła sprężarki. Zamiast pozbywania się ciepła ze sprężonego powietrza w chłodnicy końcowej,  służy ono do regeneracji środka osuszającego. Ten typ osuszacza może zapewnić temperaturę ciśnieniowego punktu rosy na poziomie około -20 ° C bez dodawania żadnej energii. Można również uzyskać niższą temperaturę przez dodanie dodatkowych grzejników.

Przed osuszaczem adsorpcyjnym należy zawsze odfiltrować i usunąć wodę kondensacyjną. Jeżeli sprężone powietrze zostało wytworzone przy użyciu sprężarek z wtryskiem oleju , przed osuszaczem należy również zamontować filtr separujący olej . W większości przypadków po osuszaczu adsorpcyjnym wymagany jest filtr cząstek stałych. Osuszacze typu HOC można stosować tylko z bezolejowymi sprężarkami, ponieważ tylko one wytwarzają ciepło o wystarczająco wysokiej temperaturze do regeneracji osuszacza. Specjalnym rodzajem osuszaczy typu HOC jest obrotowy osuszacz adsorpcyjny bębnowy. Ten typ osuszacza ma obracający się bęben zaimpregnowany środkiem osuszającym, którego jeden sektor (jedna czwarta) jest regenerowany za pomocą częściowego przepływu gorącego sprężonego powietrza (w temperaturze 130-200 ° C) pobieranego ze sprężarki. 

Zregenerowane powietrze jest następnie schładzane, kondensacja jest odprowadzana, a powietrze jest kierowane przez eżektor do głównego strumienia sprężonego powietrza. Reszta powierzchni bębna (trzy czwarte) służy do suszenia sprężonego powietrza pochodzącego z chłodnicy końcowej sprężarki. Osuszacz bębnowy typu HOC nie generuje strat sprężonego powietrza, a zapotrzebowanie mocy jest ograniczone do wymaganego do obracania bębna. Na przykład osuszacz o wydajności 1000 l / s zużywa tylko 120 W energii elektrycznej. Ponadto nie nie są wymagane filtry oleju ani filtry cząstek stałych.