气固分离器的设计与应用优化

料液经喷雾干燥之后,大部分颗粒较大的产品落到干燥室底部排出,还有一部分细颗粒产品需由气固分离装置加以回收,通常采用分离器、袋滤器及湿式除尘器。电除尘器虽具有效率高、占地面积小、操作自动化等优点,但需用很高的电压,设备费用高,喷雾干燥过程中一般不用。

分离装置的选择,应按喷雾干燥的不同操作条件、卸料方法、物料性质等进行合理的选择。通常在喷雾干燥过程中,采用二级净制回收系统,如先经过旋风分离器再经过袋滤器,或先通过旋风分离器再用湿法洗涤器作为二级净制。

表6-5列出了常用分离装置的性能比较。

表6-5　喷雾干燥常用分离装置性能比较

6.5.3.1　旋风分离器

旋风分离器是利用含尘气体在器内旋转时产生的离心力使尘粒向壁移动,从而达到气固分离的要求。旋风分离器的种类繁多,分类也各有不同,但其技术性能均可以处理量、压力损失和除尘效率三个指标加以衡量。

各种旋风分离器的压降Δp可用下式进行计算。

式中,ζ为阻力系数,不同型式的旋风分离器ζ值不同,可查文献[4]得;ρ为气体密度,kg/m3;ui为含尘气体在旋风分离器进口的速度,m/s,通常为10～25 m/s。

旋风分离的总效率η,可根据粒径为x的颗粒质量分数f与操作条件下该颗粒的分离效率ηx按下式进行计算:

式中,ηx=1-exp[-2(CΨ)1/2n+2];C为旋风分离器的尺寸函数;Ψ为修正的惯性参数;n为速度分布指数。C、Ψ、n的计算可参阅文献[4]。

表6-6列出了各种工业用旋风分离器的尺寸比例,以供计算选择。

表6-6　各种型式旋风分离器的尺寸比例表

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注:①据报道,V型分离最小粒径为1.27～3.51μm,且处理风量大。
②圆形进口管,处理风量=15～1 000 m3/min。

6.5.3.2　袋滤器

袋滤器也是一种有效的分离装置,颗粒的回收率较高。它主要是由许多个细长的滤袋垂直安装于外壳内组成,滤袋是由天然纤维或合成纤维为原料的纺织品制成的。附有机械振动和空气倒吹装置的袋滤器能进行连续操作。常用袋滤器的类型及适用范围参见文献[1,4,5]。

袋滤器的设计可按如下的原则进行。

(1)负荷的选择。在颗粒浓度为4 g/m3以下时,过滤负荷选取范围为10～45 m3/(h·m2)。对一般棉布、绒布取10～20 m3/(h·m2),毛呢布可取20～45 m3/(h·m2)。

(2)过滤面积的确定。可按下式进行计算:

式中,A为过滤面积,m2;q为负荷,每小时平方米滤布处理的气体量,m3/(h·m2);V为处理气体量,m3。

(3)滤袋数目的确定。可按下式进行计算:

式中,n为滤袋个数;A为过滤面积,m2;D为单个滤袋直径,m,常用的为0.2～0.3 m;L为单个滤袋长度,m,一般取3～5 m。

(4)滤袋的排列和间距的确定。滤袋的排列方式有三角形排列和正方形排列,为检修方便和空气通畅,一般采用正方形排列。

(5)气体分配室的确定。为保证气体均匀地分配给各个滤袋,气体分配室应有足够的空间,净空高度应不小于1 000～1 200 mm。其截面积可按下式计算

式中,A为气体分配室截面积,m2;V为气体处理量,m3/h;u为气体分配室进口速度,一般取1.5～2.0 m/s。

(6)排气管直径和灰斗高度应根据粉尘性质,选取合适的灰斗倾角加以确定。