Honeycombe® droogmiddelwielen: ontwerp, werkingsprincipe en technische voordelen

Auteur: technische afdeling van Mycond

Onder de uiteenlopende technologieën voor luchtontvochtiging hebben adsorptie-ontvochtigers met roterende droogmiddelwielen (rotoren) van het type Honeycombe® de status van industriestandaard verworven voor toepassingen bij atmosferische druk. Deze technologie is geëvolueerd uit eerdere configuraties van droogmiddelontvochtigers, zoals gepakte torens met granulaire silicagel, horizontale roterende trays en verticale meerlagige bedden met ratelaandrijving. Juist het roterende wiel met een gegolfde half-keramische structuur biedt de optimale combinatie van de voordelen van de vorige technologieën: de continuïteit van het proces zoals bij traysystemen, lage dauwpunten zoals bij gepakte torens en energie-efficiëntie dankzij de geringe massa. In de technische literatuur wordt een dergelijke constructie vaak aangeduid als DEW (Desiccant Wheel) — droogmiddelwiel.

Opbouw van het Honeycombe®-wiel

Het Honeycombe®-adsorptiewiel heeft een unieke half-keramische structuur op basis van een glasvezelmatrix, visueel vergelijkbaar met golfkarton dat tot een wiel is gerold. De groeven (flutes), gevormd door de golf, fungeren als individuele luchtkanalen met een coating van fijnverdeeld adsorbens. In een typische constructie wordt meer dan 82% silicagel gebruikt, aangebracht op het oppervlak van deze kanalen. Een kernkenmerk is het interne oppervlak van de silicagel, dat 21 000–22 700 m² per ounce bedraagt (228 864–244 121 ft²/ounce), wat zorgt voor een uiterst lage partiële waterdampdruk nabij het oppervlak van het adsorbens.

Fysisch werkingsprincipe

Het fysische principe van adsorptieontvochtiging is gebaseerd op de wetten van de thermodynamica: waterdamp diffundeert van gebieden met een hogere partiële druk (vochtige lucht) naar gebieden met een lagere partiële druk (het oppervlak van het adsorbens). Dankzij de rechte kanalen in de rotor is de luchtstroom laminair in plaats van turbulent zoals in gepakte bedden, waardoor de aerodynamische weerstand slechts evenredig toeneemt met de diepte van het wiel en niet met het kwadraat van de snelheid. Dit is een belangrijk voordeel dat het mogelijk maakt het energieverbruik voor luchtverplaatsing door het systeem te optimaliseren.

Adsorptie-desorptiecyclus met numerieke parameters

De droogmiddelrotor is verdeeld in twee functionele zones: een droogzone (270°, drie kwart van het oppervlak) en een regeneratiezone (90°, een kwart), die van elkaar zijn afgedicht. De typische rotatiesnelheid bedraagt 5–30 omw/uur voor actieve adsorptie, aanzienlijk langzamer dan bij passieve enthalpiewielen (20–60 omw/min).

De adsorptie-desorptiecyclus omvat drie hoofdfasen:

• Fase 1 (punt 1→2): Koud, droog droogmiddel met een lage partiële dampdruk aan het oppervlak adsorbeert vocht uit de proceslucht, raakt geleidelijk verzadigd en warmt op door de sorptiewarmte.
• Fase 2 (punt 2→3): Verzadigd droogmiddel gaat over naar de regeneratiezone, waar het wordt verhit door hete lucht (typisch tot 120°C / 248°F van een PTC-verwarming). De oppervlaktedampdruk stijgt sterk en het vocht wordt afgegeven aan de regeneratiestroom.
• Fase 3 (punt 3→1): Heet, droog droogmiddel keert terug naar de droogzone, waar het wordt gekoeld door een deel van de proceslucht, waardoor de lage oppervlaktedampdruk voor een nieuwe adsorptiecyclus wordt hersteld.

Belangrijk is dat de regeneratieluchtstroom ongeveer 1/3 van de procesluchtstroom bedraagt (debietverhouding 3:1) en tegenstrooms beweegt. Bij het verwijderen van vocht komt sorptiewarmte vrij (condensatiewarmte plus chemische bindingswarmte), die 2510–3050 kJ/kg (1080–1312 BTU per pond) verwijderde vochtmassa bedraagt. Dit leidt tot opwarming van de proceslucht in verhouding tot de hoeveelheid verwijderd vocht.

Typen droogmiddelen en hun sorptiekenmerken

De sorptiecapaciteit van het droogmiddel beïnvloedt rechtstreeks de efficiëntie van het systeem. Bij een temperatuur van 25°C (77°F) en een relatieve vochtigheid van 20% vertonen verschillende droogmiddelen de volgende waarden:

• Silicagel type 5: houdt 2,5% vocht vast van zijn massa
• Silicagel type 1: houdt 15% vocht vast
• Moleculaire zeven: houden 20% vocht vast
• Lithiumchloride: houdt 35% vocht vast

Ter illustratie: om 22,7 kg (50 pond) waterdamp uit lucht bij 20% RV te verwijderen, is theoretisch 907 kg (2000 pond) silicagel type 5 nodig, of 151 kg (333 pond) silicagel type 1, of 113 kg (250 pond) moleculaire zeven, of 65 kg (143 pond) lithiumchloride. In de praktijk zijn de benodigde hoeveelheden aanzienlijk groter door de dynamiek van het proces.

Ingenieurs combineren vaak verschillende soorten droogmiddelen: type 1 levert capaciteit in lagere vochtigheidsbereiken, terwijl type 5 grote hoeveelheden water effectief adsorbeert bij vochtigheid boven 90% RV. Moleculaire zeven voor lage dauwpunten zijn bijzonder effectief bij ontvochtiging tot extreem lage waarden (onder 10% RV of −40°C dauwpunt), waar zij de grootste capaciteit hebben van alle adsorbenten.

Voordelen van het Honeycombe®-ontwerp ten opzichte van alternatieven

De gegolfde half-keramische structuur van de Honeycombe®-rotor biedt een aantal wezenlijke voordelen:

1. Kleine roterende massa bij hoge vochtverwijderingscapaciteit. Aangezien de energie voor verwarmen en koelen recht evenredig is met de massa van het droogmiddel, zorgt de lichte constructie voor energie-efficiëntie.
2. Lage aerodynamische weerstand dankzij de laminaire stroming door rechte kanalen, in tegenstelling tot turbulente stroming in gepakte bedden.
3. Mogelijkheid om lage dauwpunten tot −68°C (−90°F) te bereiken bij gebruik van geschikte droogmiddelen.
4. Eenvoudige constructie met een minimum aan bewegende delen (alleen wiel en aandrijving) verlaagt de onderhoudskosten.
5. Belastingsflexibiliteit voor zowel vaste als vloeibare droogmiddelen, afhankelijk van de toepassing.
6. Geen “zaagtandeffect” in de uitgaande vochtigheid, kenmerkend voor gepakte torens met periodieke regeneratie.

Het enige nadeel is de hogere productiekost van het wiel vergeleken met korrels van droogmiddel, maar dit verschil wordt gecompenseerd door operationele voordelen gedurende een typische levensduur van 15–30 jaar.

Factoren die de prestaties van het wiel beïnvloeden

De efficiëntie van een adsorptie-ontvochtiger hangt af van verschillende sleutelparameters:

• Diepte van het wiel: Een grotere diepte verhoogt het contactoppervlak van het droogmiddel met de lucht en de hoeveelheid verwijderd vocht, maar de aerodynamische weerstand neemt evenredig toe, waardoor het energieverbruik van de ventilator stijgt.
• Rotatiesnelheid 5–30 omw/uur: Snellere rotatie vergroot de hoeveelheid droogmiddel die cyclisch met de lucht in contact komt, wat de capaciteit verhoogt. Dit vergroot echter ook het warmtetransport van de regeneratiezone naar de droogzone, wat vaak extra koeling van de proceslucht vereist.
• Reactivatietemperatuur 120°C: Een hogere temperatuur zorgt voor vollediger desorptie van vocht, maar voor het verwijderen van de laatste sterk gebonden fractie is veel energie nodig. Sommige fabrikanten passen tweetraps regeneratie toe — 70–80% van het vocht wordt verwijderd met laagwaardige warmte, en de finale droging gebeurt bij hoge temperatuur.
• Dichtheid tussen de zones: Elke lekkage van vochtige regeneratielucht naar de droge processtroom verslechtert de prestaties aanzienlijk.
• Invloed van verontreinigingen: Stof verstopt geleidelijk de poriën van het adsorbens en verlaagt de capaciteit in de loop der jaren. Organische dampen kunnen bij hoge regeneratietemperaturen polymeriseren en poriën blokkeren.

Toepassingsgebieden

Adsorptie-ontvochtigers met Honeycombe®-technologie worden in uiteenlopende sectoren breed toegepast:

• Farmaceutische productie: Cleanrooms voor tabletteren en verpakken met vochtigheidscontrole tot 10% RV en een nauwkeurigheid van ±2% RV.
• Voedingsindustrie: Verpakken van hygroscopische producten (snoep, oploskoffie, instantdranken).
• Halfgeleiderproductie: Vochtigheidscontrole voor hygroscopische fotolakken.
• Archiefopslag: Musea, bibliotheken, documentendepots met regeling op 35% RV ter voorkoming van corrosie en schimmel.
• Opslag van apparatuur: Opslag van elektronica en precisie-instrumenten bij 30–35% RV ter vermindering van corrosie van koperen contacten.
• Koelhuizen en supermarkten: Voorkomen van aanvriezen van vitrines en verhoging van de efficiëntie van koelsystemen.
• Industriële processen: Lamineren van veiligheidsglas, productie van composieten, gieten volgens de verloren-wasmethode.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen passieve en actieve adsorptie?

Passieve adsorptie gebruikt alleen het verschil in vochtigheid tussen stromingen zonder warmte-inbreng (enthalpiewielen 20–60 omw/min). Actieve adsorptie verwarmt de regeneratielucht voor diepgaande droging (rotatiesnelheid 5–30 omw/uur). Alleen actieve adsorptie kan lucht drogen tot onder het vochtigheidsniveau in de ruimte.

Waarom is een roterend wiel efficiënter dan een gepakt bed?

Door de laminaire stroming door rechte kanalen, de geringe massa bij een groot adsorbensoppervlak, de continue werking zonder zaagtandachtige schommelingen in vochtigheid en de mogelijkheid om verschillende droogmiddelen te combineren.

Welk dauwpunt is haalbaar?

Met silicagel kan een laag dauwpunt tot −68°C (−90°F) worden bereikt, en met moleculaire zeven nog lager. Voor de meeste industriële toepassingen volstaat −40°C.

Waarvan hangt het haalbare dauwpunt af?

Het haalbare dauwpunt hangt af van het type droogmiddel, de regeneratietemperatuur, de rotatiesnelheid van het wiel, de diepte van het wiel en de afdichting tussen de droog- en regeneratiezones.

Wat beïnvloedt de levensduur van de rotor?

Belangrijkste factoren: stof dat de poriën verstopt en de capaciteit in de loop der jaren verlaagt; organische stoffen die bij verhitting polymeriseren; corrosieve gassen die droogmiddelen chemisch kunnen aantasten. Daarom is filtratie van de ingaande lucht naar de ontvochtiger essentieel.

Conclusies

De Honeycombe®-technologie is de standaard voor adsorptie-ontvochtiging geworden dankzij de optimale balans tussen prestaties, energie-efficiëntie en betrouwbaarheid. Voor ontwerpende ingenieurs zijn drie kernadviezen te formuleren:

1. Kies het type droogmiddel in functie van het beoogde dauwpunt: silicagel voor typische toepassingen, moleculaire zeven voor ultradiepe droging.
2. Benut teruggewonnen warmte maximaal voor regeneratie als belangrijkste factor in het verlagen van de operationele kosten.
3. Zorg voor adequate filtratie van de inkomende lucht om het wiel te beschermen en de levensduur te verlengen.

Droogmiddelwielen zijn optimaal wanneer dauwpunten onder 7–10°C nodig zijn, bij hoge latente lasten, lage bedrijfstemperaturen of wanneer goedkope warmte beschikbaar is. Daarom blijft de Honeycombe®-technologie een onmisbare oplossing voor vele industriële en commerciële toepassingen waar betrouwbare vochtigheidsbeheersing vereist is.