Adsorpční odvlhčování: silikagel, zeolity a rotační odvlhčovače v praxi

Kondenzační odvlhčovač funguje dobře v rozsahu 15–35 °C, ale pod 15 °C jeho účinnost prudce klesá a pod 5 °C přestává fungovat úplně, protože kondenzát mrzne na výparníku. V chladírenských skladech, výrobě léčiv nebo při sušení stlačeného vzduchu je přitom třeba dosáhnout velmi nízké vlhkosti. Řešením je adsorpční odvlhčování: sorbent váže vodní páru přímo z procházejícího vzduchu, bez ochlazení pod rosný bod. Výsledný rosný bod může klesnout na −40 °C i níže.

Adsorpce vs. absorpce

Oba procesy vodu odstraňují, ale jinak. Absorpce je objemový jev - voda se rozpouští v kapalném sorbentu (chlorid lithný, glykoly). Adsorpce je povrchový jev - molekuly vody se váží na povrch pevného porézního materiálu přitažlivými silami bez chemické reakce. Adsorpce je reverzibilní: zahřátím sorbentu se voda uvolní a sorbent se regeneruje.

Sorpční materiály

Silikagel

Amorfní oxid křemičitý s obrovským vnitřním povrchem až 800 m² na gram. Adsorpční kapacita 20–40 % vlastní hmotnosti vody, regenerace při 120–180 °C. Nejrozšířenější průmyslový sorbent díky dostupnosti, netoxičnosti a stabilitě; pracuje nejlépe při RH 30–90 %.

Zeolity (molekulová síta)

Krystalické hlinitokřemičitany s přesně definovanou velikostí pórů. Váží vodní páru i při velmi nízké relativní vlhkosti (pod 10 % RH), kde silikagel selhává. Regenerace při 200–350 °C. Využití: sušení stlačeného vzduchu na rosný bod −70 °C, výroba technických plynů, farmacie.

Chlorid lithný (LiCl)

Velmi hygroskopická sůl používaná jako impregnace rotorového materiálu v nízkoteplotních aplikacích. Při RH < 15 % je účinnější než silikagel; nevýhodou je korozivnost.

Rotační odvlhčovač: princip a cyklus

Nejpoužívanějším zařízením je rotační odvlhčovač (desiccant rotor). Válcová struktura naplněná sorbentem se pomalu otáčí (6–20 ot/hod.) a střídavě prochází dvěma sektory:

• Sorpční sektor - vlhký procesní vzduch prochází rotorem, pára se adsorbuje na sorbent, vzduch odchází suchý a teplejší (sorpce je exotermická).
• Regenerační sektor - horký regenerační vzduch (80–350 °C podle sorbentu, nižší teploty pro silikagel a LiCl, vyšší pro zeolity) prochází rotorem v opačném směru, desorbuje vodu a odvádí ji ven.

Rotor se otáčí průběžně - část je vždy v sorpci, část v regeneraci a výsledkem je kontinuální, takřka konstantní odvlhčení.

Zobrazení procesu v h-x diagramu

Adsorpce jde v h-x diagramu šikmo doleva a nahoru a měrná vlhkost $x$ klesá, ale teplota stoupá (exotermická sorpce). Výstupní teplota procesního vzduchu může vzrůst o 10–30 °C. Po sorpci je proto obvykle nutný dochlazovač, který vzduch ochladí svisle dolů na požadovanou teplotu při zachování nízké vlhkosti. Kombinace rotor + dochlazovač je standardní konfigurací průmyslového adsorpčního odvlhčovače.

COP a spotřeba energie

Efektivní poměr výkonu k energetickému vstupu, zjednodušeně „COP”, byť u adsorpce jde primárně o teplo pro regeneraci, ne mechanickou práci kompresoru, je u adsorpčního odvlhčovače výrazně nižší než skutečný COP kondenzačního - typicky 0,3–0,8 oproti 1,5–4,0. Vyšší energetická náročnost je cenou za schopnost pracovat při nízkých teplotách a dosahovat extrémně nízkých rosných bodů. Výhodou mohou být obnovitelné nebo odpadní zdroje tepla pro regeneraci (průmyslový odpadní vzduch, solární teplo), potom energetická bilance výrazně vyznívá ve prospěch adsorpce.

Aplikace v praxi

• Farmacie a biotechnologie - výroba léčiv, lyofilizace; rosný bod −20 až −40 °C, přesná regulace.
• Stlačený vzduch - rosné body −20 až −70 °C dle třídy ISO 8573-1; nutností v pneumatice, laserech, výrobě elektroniky.
• Bazény a aquaparky - při teplotách nad 30 °C a vysoké produkci vlhkosti jsou adsorpční nebo kombinované systémy spolehlivější.
• Sklady a archivy - muzea, archivy, sklady baterií; dlouhodobé udržení RH pod 30 % při proměnlivých teplotách.

Časté dotazy

Kdy zvolit adsorpční místo kondenzačního odvlhčovače? Při nízkých teplotách (pod 15 °C) nebo při požadavku na velmi nízký rosný bod (pod 0 °C), kde kondenzační technologie selhává nebo je neekonomická.

Proč je procesní vzduch po rotoru teplý? Adsorpce je exotermická - vazba páry na sorbent uvolňuje teplo. Proto se za rotor obvykle řadí dochlazovač.

Čím se liší silikagel a zeolit? Silikagel má vysokou kapacitu při běžné vlhkosti (RH 30–90 %). Zeolit díky přesné velikosti pórů váže vodu i při velmi nízké vlhkosti (pod 10 % RH), a proto se používá pro extrémně nízké rosné body.