粉尘分离器：干式和湿式设备详解

在食品工业中，凡是涉及处理固体颗粒或粉末的气流操作系统，均会涉及这些物料与气体的分离，使用过气体介质在排放以前也必须经过净化处理。食品工业使用气流进行操作的典型例子有气力输送、气流分级、流态化干燥或冷却、气流干燥或冷却、喷雾干燥等。这些系统对于尾气的分离和除尘操作意义重大，它关系到提高产品质量、回收有价值副产品、保证工厂卫生、防止粉尘爆炸以及预防环境污染等诸多方面。

工业上的粉尘分离设备，因应用目的不同而有不同的名称。例如，目的主要在于回收的称为粉尘回收设备，而目的主要在于除去排入大气中粉尘的设备则称为除尘设备，有时这两种名称也被互用。

各种形式的粉尘分离设备大体上可分为干式和湿式、静电式三类，根据实际情况可以单独使用或联合使用。食品工业应用较多的是干式粉尘分离设备，典型的干式分离设备有旋风分离器和袋式过滤器，以下主要介绍这两类装置。

一、旋风分离器

旋风分离器利用离心惯性力对含尘气流进行分离。在食品工业中，旋风分离器广泛用于乳粉、蛋粉等干制品加工过程后期的分离，颗粒状原材料、半成品或成品的气流输送，颗粒或粉末状产品的流化床干燥和气流干燥等。

旋风分离器的结构如图4-80所示，主体上部为一圆柱形，下部为一圆锥形。气体进口管与圆柱体部分切向相接，气体出口管为上方中央的同心管，圆锥部分的底部为粉尘出口。根据圆锥与圆柱的结合方式，旋风分离器有切线型和扩散型两种结构。旋风分离器的几何尺寸已系列化，各部分的几何尺寸均与圆柱的直径成比例。

旋风分离器的工作原理（图4-81）为：含尘气体自进口管依切线方向进入后，在圆柱内壁与气体出口管之间作圆周运动形成旋转向下的外旋流，到达锥底后以相同的旋向折转向上，形成内旋流，直至达到上部排气管流出。在此过程中，随气流运动的颗粒粉尘因受离心力作用而撒向分离器内壁，与器壁撞击而失去速度，又在重力作用下沿壁落下，从出料口排出。由此达到分离目的。

图4-80 旋风分离器

图4-81 旋风分离器工作原理

旋风分离器的分离效率主要受混合气流中粉尘粒度、气流速度和分离器气密性等因素影响。

图4-82 粒子大小与旋风分离器捕集效率关系

粉粒的直径越大，分离效率越好，图4-82所示为粒子大小与旋风分离效率关系。由图可见当颗粒直径小于5μm时，分离效果将受严重影响。

旋风分离器的入口气流流速一般为10～20m/s，低于10m/s时，分离效率将受影响，同时粉末会在进口管处堆积起来。在一定范围内，分离效率随着气流速度的增大而提高，而压力损失与气流速度的平方成正比增加。速度过大，压力损失将大大提高，而分离效果不一定高。因此，一般旋风分离器的气流速度不超过25m/s。

由于旋风分离器的器内静压强在器壁附近最高，往中心逐渐降低，在器中心为负压。因此，旋风分离器下部的粉体均需通过与外界大气隔断的闭风阀出料。如果出口密封不良，已收集在器底的粉尘会被重新卷起，被卷起的颗粒有可能随上旋气流进入中央排气管。因此，旋风分离器需要有良好的气密性，如果密封不严即使只有少至5%的气体进入，也会明显影响分离效率。

旋风分离器的优点是结构简单，制造容易。其缺点是压力损失高，分离效率较低（一般不超过98%）。(www.xing528.com)

旋风分离器可以单独或串联使用，也可以作为预分离器，后接布袋过滤器或湿法除尘装置等。

同旋风分离器的结构原理类似，如果分离的是液—固体系，则称之为旋液分离器。旋液分离器在食品行业的典型应用是淀粉悬浮液的脱水。

二、袋式过滤器

袋式过滤器是利用有机纤维或无机纤维织物作为过滤布袋，将气体中的粉尘过滤出来的高效净化设备。在食品行业中，布袋过滤器的典型应用是作为喷雾干燥机末级气固分离装置使用。

袋式过滤器结构主体如图4-83所示，由布袋和壳体组成。隔板及过滤袋将壳体分成过滤区与净气区两部分。含尘气体进入壳体过滤区，粉体产生惯性、扩散、黏附、静电作用而附着在滤布表面，清洁气体穿过滤布的孔隙从净气区排出。根据过滤袋相对气流方向，袋式过滤器可以分为内滤式[图4-83（1）]和外滤式[图4-83（2）]两类。食品工业中，这两种型式均可使用。毫无疑问，经过一段时间过滤后，积聚在布袋上的粉尘层会使袋式过滤器阻力增加。因此，各种袋式过滤器均需配上适当的除粉（清灰）机构才能正常运行。

图4-83 布袋过滤器基本结构示意

袋式过滤器的单个滤袋一般为长2～3.5m、直径0.12～0.3m的圆筒袋。滤布材料有天然或合成纤维两类，一般根据物料性质、操作条件及净化要求而选择。天然纤维只能在80℃以下使用，毛织品略高于此温度，聚丙烯腈、聚酯等化纤织物可在135℃以下使用，玻璃纤维可用于150～300℃。

袋滤器的壳体，可为独立的箱体结构，也可与产生粉尘气流的其他加工设备（如喷雾干燥机）构成一个整体。独立的箱体结构有进、出气接口、集粉、排粉机构以及更换布袋用的门等，可以为方箱形（图4-84）也可为圆筒形。壳体的大小由设计的布袋数定，而布袋数则又由含尘气流量定。一般实用中织物滤材的过滤速度为0.5～2m/min，毡滤材为1～5m/min。有良好的除粉装置能及时清灰者可采用较高的气速。

图4-84 方箱形袋滤器

滤布过滤器的除粉（清灰）方式大体上可以分为以下三种：①机械除粉，包括人工敲打、机械振打等，是古老而又简单的方法；②逆气流除粉，借助于高压空气，朝除尘气流相反方向吹向滤袋，直接对袋上积聚的粉尘层产生冲击，同时还由于气流方向的改变，滤袋发生胀缩变形的振动，使沉积于滤袋上的粉尘层破坏而脱落；③脉冲喷吹除粉，在不中断过滤气流情况下，使压缩空气通过文氏管引射器，瞬时喷到外滤式滤袋内部，并诱导二次气流形成的冲击力和逆气流进行脉冲除粉。这种除粉方式具有处理能力大、效率高、滤袋寿命长及维护简单等优点，已成为袋式过滤器的一种主要除粉方式。

图4-85 脉冲式袋滤器

如图4-85所示为一脉冲式袋滤器。含尘气体自下部进入袋滤器，气体由外向内穿过支撑于骨架上的滤袋，洁净气体汇集于上部出口管排出，颗粒被截留于滤袋外表面上。除粉操作时，开动压缩空气反吹系统，脉冲气流从布袋内向外吹出，使尘粒落入灰斗。按规格组成的若干排滤袋，每排用一个电磁阀控制喷吹除粉，各排循序轮流进行。每次除粉时间很短（约0.1s），每分钟内便有多排滤袋受到喷吹。

袋式过滤器的优点：①捕集效率高，即使是对微细粉尘也有很高的效率，设计及管理得当的话其捕集效率可达99%以上；②适应能力强，可以捕集不同性质的粉尘，即使入口含尘浓度变化很大，对其过滤性能也没有明显影响；③使用灵活，处理量可由每小时数百立方米的小型机组到每小时数十万立方米的大型过滤室；④结构简单，性能稳定，维修也较方便，便于回收干粉，造价较低。

袋式过滤器的主要缺点：①其应用范围主要受滤材的耐温、耐腐蚀等特性所限制；②不适于黏附性及吸湿性强的粉尘，而且气体温度不能低于露点温度，否则会发生结露而堵塞滤袋；③设备尺寸及占地面积较大。