压缩空气的除水原理

压缩空气中的水分来自大气。大气中一般总含有一定量的以汽态存在的水分，当空气中的水汽过多，超过其饱和度（即相对湿度大于１００％时，或当空气冷却至露点温度以下时，空气中的水汽才会凝结成水滴析出。空气中的水分的绝对含量可用湿含量x表示，其单位是公斤水气／公斤干空气，即每公斤干空气中所含有的公斤水汽数。空气的相对湿度φ是以空气中所含的水汽量与同温度下空气的最大（即饱和）含水汽量之比，或空气中水汽的分压与同温度下水的饱和蒸汽压之比，以％表示。空气的露点是使含有一定量水汽的空气冷却至相对湿度为１００％，即开始有水滴析出时的温度。

下列诸式可以用来表示空气中水分的含量：
式中 φ——空气的相对湿度，%；

X——空气的湿含量公斤水汽/公斤干空气；

Ｐ_Ｗ——空气中的水汽分压，Pa；

Ｐ_Ｓ——与空气中同温度的水的饱和蒸汽压，Pa；

Ｐ——空气的总压强，Pa。

从式（1）看，若空气中绝对含量，即湿含量x不变，也即空气中水汽分压Ｐ_Ｗ不变，温度愈高，Ｐ_Ｓ值愈大，φ值就愈小。反之温度愈低，Ｐ_Ｓ愈小，φ值就愈大；而当φ值为1（100%）时，此时的温度即为该空气的露点。

从式（3）可以看出，若空气的湿含量x及温度t（也即Ｐ_Ｓ值）不变，空气的压强P愈大，则相对温度φ也愈大。也可以根据式（3）在空气湿含量不变，即x₂=x₁的条件下，导出下列公式：

式中 ρ₁，ρ₂——分别为原始空气和压缩空气的相对湿度，%；

Ｐ_Ｓ1，Ｐ_Ｓ2——分别为原始空气和压缩空气温度下的饱和蒸汽

压，Pa；

Ｐ₁，Ｐ₂——分别为原始空气和压缩空气的压强，Pa。

从式（5）看，压缩后空气的相对湿度φ₂除了与原始空气中的相对湿度φ₁，温度t₁（决定Ｐ_Ｓ1的值）及压强Ｐ₂有关外，也和压缩后的温度t₂（决定Ｐ_Ｓ2的值）有关。若将压缩后的空气冷却至原始气温，即t₂= t₁，Ｐ_Ｓ2= Ｐ_Ｓ1时，压缩空气的相对湿度ρ₂仅随压缩后的压强Ｐ₂有关，如压缩比（Ｐ₂/Ｐ₁）增大多少倍，相对湿度比（φ₂/φ₁）也增大多少倍。空气在压缩后的湿含量即绝对含量不变，在其未经冷却时，由于温度很高，所以相对湿度很小，但当其冷却时，相对湿度就急剧增大。大约每降低10℃，其饱和含水量将下降50%，即有二分之一的水蒸气转化为液态水滴（见表1）。

表1 纯水蒸气的饱和蒸气压及湿含量

温度 (℃)	100	90	80	70	60	50	40	30	20
水蒸气分压(Pa)	1013.2	701.2	473.7	311.8	199.3	123.4	73.81	42.46	23.39
水蒸气含量(g/M³)	597.5	423.4	293.4	198.2	130.3	83.08	51.21	30.40	17.31
温度 (℃)	10	0	-10	-20	-30	-40	-50	-60	-70
水蒸气分压(Pa)	12.28	6.108	2.597	1.032	0.3798	0.1283	0.0394	0.0108	0.0026
水蒸气含量(g/M³)	9.405	4.487	2.139	0.3385	0.3385	0.1192	0.0382	0.0101	0.0028

由此可知，要去除压缩空气中的水分，首先要对压缩空气进行冷却，经冷却处理后，降低了露点，此时会有大量多余的水分析出。尽管如此，压缩空气经冷却后，此时压缩空气相对湿度仍为100%，虽然有除油水设备，但该设备并不能将水滴全部除净，此时将压缩空气直接送入过滤器等，极易使过滤介质受潮，降低过滤效率，导致过滤失败。正因如此，对已经析出水的压缩空气重新加热，即显得十分必要。重新加热后的压缩空气，在工况条件下相对湿度可达到60%左右，此时对后面的过滤介质，即安全可靠了。