食品工厂机械与设备

〔六〕搅拌式浸取器一级浸取增稠器的浸取系统操作原理:新鲜溶剂加在第一级中，固体物料那么加在最末一级。物料与来自前一级的液体相互接触，然后进入增稠器。在增稠器内别离。器底耙子将固体物料卸出，因固体仍含有相当量的液体，实际上为桨状，故可用泵打入下一级。为使接触更充分，可在两个增稠器之间安装一混合器。这种浸取系统与前面所示系统的差异在于它的固形物是以悬浮液状态在罐与罐之流动的。一级浸取将固体先粉碎成200目左右的细颗粒(粒径0.074mm左右)，在有溶剂存在时，略作搅拌就可使它处于悬浮状态。接触一定时间后，再用一固液别离设备将固体颗粒别离出来，这样就构了一级浸取。图4.59使用增稠器的逆流浸取三、超临界流体萃取设备超临界流体萃取(SCFE)是近30年来出现的一种新型的萃取别离技术，由于它具有低能耗、无污染、无残留和适宜处理易受热分解的热敏性物料等特性，使其在化学工业、能源、食品和医药等工业中广泛应用。超临界流体萃取原理超临界流体萃取应用超临界流体萃取系统设备超临界流体萃取流程超临界流体萃取原理超临界流体萃取技术利用物质处于超临界区域，获得特别有利于萃取别离的特殊性能。到目前为止，在超临界流体萃取中应用最广泛的物质是CO2。超临界状态下的CO2流体密度和介电常数较大，对物质溶解度很大，并随压力和温度的变化而急剧变化。因此，不仅对某些物质的溶解度有选择性，且溶剂和萃取物非常容易别离。超临界流体萃取应用超临界CO2萃取特别适用于脂溶性，高沸点，热敏性物质的提取，同时也适用于不同组分的精细别离，即超临界精馏。用超临界CO2作溶剂可对生物、食品和药物等许多产物进行提取和纯化。超临界流体萃取系统设备主要设备有：①溶剂压缩机(即高压泵)：用于将CO2从气态压缩到超临界态。②萃取器。③换热器与压力调节阀：用于调节超临界萃取系统的温度或压力,可使CO2的状态在超临界区域内或在超临界区域与非超临界区域间变化,从而满足萃取或别离的需要。④别离器和吸收器。其它辅助设备包括：辅助泵、阀门、调节器、流量计、热量回收器等。超临界流体萃取流程常见有三种超临界萃取流程：控温萃取流程控压萃取流程吸附萃取流程(1)控温萃取流程如图4.60(1)所示，是控制系统的温度，到达理想萃取和别离的流程。超临界萃取是在溶质溶解度为最大时的温度下进行，然后通过热交换器使萃取液冷却，将温度调节至溶质在超临界相中的溶解度为最小。这样，溶质就可以在别离器中加以收集，溶剂经再压缩进入萃取器循环使用。12342溶剂〔1〕图4.60超临界流休萃取流程示意图1.压缩机；2.热交换器；3.萃取器；4.别离器(2)控压萃取流程如图4.60(2)：通过控制系统的压力别离。超临界萃取是在溶质溶解度为最大时的压力下进行，随后经减压阀降压，将压力调节至溶质在超临界相中的溶解度为最小。溶质可在别离器中别离收集，溶剂也经再压缩循环使用或者直接排放。溶剂34521（2）图4.60超临界流休萃取流程示意图1.压缩机；2.热交换器；3.萃取器；4.分离器；5.减压阀

(3)吸附萃取流程如图4.60(3)所示：即通过吸附方式别离，它包括在定压绝热条件下，溶剂在萃取器中萃取溶质，然后借助适宜的吸附材料(如活性炭等)以吸收萃取液中的溶质，并采用适当方式将溶质从吸附材料中别离出，溶剂也经再压缩循环使用或者直接排放。溶剂316〔3〕图4.60超临界流休萃取流程示意图1.压缩机；3.萃取器；6.吸附器第六节 膜别离机械设备膜别离是以半透膜为别离介质，以膜两侧压力差或电位差为动力的物料别离单元操作。膜别离通常在常温下进行，因此特别适用于热敏性物料的别离。膜别离的对象，可以是液体也可以是气体，食品工业中应用较多的是液体物料的别离。根据别离驱动力，膜别离可以分为压力驱动式和电位驱动式(即电渗析)两大类。虽然两者同属膜别离，但别离原理上有本质区别。因此，膜别离设备通常也分成压力式膜别离设备和电渗析膜别离设备两大类。一、压力式膜别离设备二、电渗析膜别离设备一、压力式膜别离设备压力式膜别离根据所用膜的平均孔径大小，从小到大依次分为反渗透、纳米滤、超滤和微滤四种。实际应用中可以根据要求别离的悬浮物或溶质分子大小来加以选择。压力式膜别离设备主要包括膜组件、泵以及辅助装置。其中膜组件是核心。所谓膜组件，就是将膜以某种形式组装在一个单元设备内，以便料液在外加压力作用下实现溶质与溶剂的别离。典型的膜别离设备的组成如图4.61所示。〔一〕膜组件〔二〕泵〔三〕膜别离装置的工艺流程〔三〕膜别离装置的工艺流程膜别离装置流程有一级和多级两类。一级流程是指进料液经一次加压操作的别离流程；多级流程是指进料液经过屡次加压别离的流程。1．一级流程2．多级流程〔一〕膜组件膜组件是膜别离设备的关键部件。一般膜组件有原料液的入口，保存液(浓缩液)出口和透过液的出口，组装系统时，需要将这些接口与系统的相应管路接通。膜组件的形式决定了膜的运行性能、清洗方便性、膜的维护性能等。以下介绍常用的平板式、管式、螺旋卷式和中空纤维式膜组件。1．平板式膜组件2．螺旋卷式膜组件3．管式膜组件4.中空纤维膜组件图4.61典型膜别离设备组成1.多级离心泵；2.过滤器；3.单级离心泵；4.冷却器；5.反渗透膜模；6.产品罐；7.超滤膜模；A.原料液；B.浓缩液；C.脱去的水；D.循环液；E.透过液1．平板式膜组件平板式膜组件，也称板框式膜组件，是一种原理上类似于板框过滤机或叶滤机形式的膜组件。平板式膜组件一般由膜、起隔离作用隔板和同时起支撑与导液作用的(如多孔、波形等形式的)隔板等组成。波形隔板支承的膜组件结构DDS平板式膜组件结构平板式膜组件的特点波形隔板支撑的膜组件结构如图4.62所示。原料液与浓缩液在同一层流路上，而载液体与透过液在另一层流路上。由于存在压力差，原料液流经由两膜之间形成的流路时，小分子透过两边的膜，进入膜外侧的载液—透过液流路。将多层膜与隔板材料、膜支撑板材料重复相叠，可以得到不同形式的框式膜组件。膜与膜之间可以是并联形式，也可构成串联形式。DDS平板式膜组件结构如图4.63所示，这是一种在乳品工业得到较多应用的膜组，膜片为圆形，保存液在数片膜间串联流过。图4.63DDS平板式膜组件结构平板式膜组件的特点优点：组装简单，膜的更换和维护容易，在同一设备中可根据处理量要求改变膜面积。缺点：但因安装要求及液体湍流时造成的波动等原因，对膜的机械强度要求比较高；由于密封边界线长，密封要求高，且需支撑材料等，故设备费用较大，另外由于膜组件的流程比较短，液流状态较差容易造成浓差极化。2．螺旋卷式膜组件如图4.64所示，此种膜组件件所用的膜为平面膜。两层长方形的膜，中间夹一层支撑物，沿边黏合成长袋，膜袋口与一根多孔中心集水管密封接合，在膜袋外部的原水侧再垫一层网状型间隔材料。一根多孔中心集水管外壁上可黏接多个膜袋。黏在中心管上的膜袋连同膜外的网状间隔材料一起绕中心管卷绕膜卷。将假设干膜卷装入圆筒形耐压容器就成为如图4.65所示的螺旋卷式膜组件。螺旋卷式膜组件的特点图4.64螺旋卷式膜结构图4.65螺旋卷式膜组件螺旋卷式膜组件的特点优点：单位体积膜面积大，结构紧凑。缺点：膜面流速一般为0.1m/s左右，浓差极化不易控制；另外，由于流道狭，易堵塞，不易清洗。3．管式膜组件组件形式类似于管式换热器，它有不同的形式。多根膜管可组合成类似于列管式换热器的束管形式，如图图4.66(a)所示。也可用管接件串接成如图4.66(b)的单管形式；一根长管膜可绕成图4.66(c)所示的螺旋管式组件形式。管式膜组件中的膜依附在(多孔可透性)支撑管上，膜可以附在支撑管的内壁上，也可以附在外壁上，从而膜管有内压管式和外压管式两种类型。管式膜组件的特点管式膜组件的特点优点：管子较粗，可调的流速范围大，故浓差极化较易控制；因进料液的流道较大，故不易堵塞，可处理含悬浮固体、较高黏度的物料，且压强损失小；易安装、易清洗(膜面的清洗可用化学方法，也可用机械法清洗如用泡沫海绵球之类的器具)、易拆换。缺点：单位体积所容纳的膜面积较小。4.中空纤维膜组件如图4.67所示，结构与毛细管式膜组件相类似，主要由中空纤维膜、高压室、渗透室、环氧树脂管板和壳体等构成。中空纤维膜的外径范围为50~100μm，内径范围为15~45μm。中空纤维膜组件的特点中空纤维膜组件的特点优点：因无需支撑材料，故单位体积具有极高的膜面积；缺点：由于纤维的长径比极大故流动阻力极大，使透过水侧的压强损失大；膜面污垢的去除较困难，且只能采用化学清洗，因此对进料液的预处理要求严格。〔二〕泵作用：压力供料，提供膜外表料液流动必要的流速。一般的膜别离设备，常常应用两台及两台以上的泵。其中一台与膜组件及管路等构成一个循环“环〞，该“环〞处于所需的膜别离压力状态面，循环中的泵为料液提供通过膜组件所需的流速(见图4.61)。这种泵所需提供只是克服料液在环内流动时所产生的阻力，一般用单级离心泵即可。环内压力那么需要接在循环上的进料泵提供。根据膜别离操作类型不同，所需要的进料泵压头也不同。反渗透操作所需克服的渗透压最大，因此需要用高压头的泵，可以采用多级离心泵，也可采用多台(低级数的)多级离心泵串联组合提供所需的输送压头图4.61(1)。超滤和微滤膜别离操作所需克服的压力较小，可以采用一台单级离心泵(图4.61(2))。图4.61典型膜别离设备组成1.多级离心泵；2.过滤器；3.单级离心泵；4.冷却器；5.反渗透膜模；6.产品罐；7.超滤膜模；A.原料液；B.浓缩液；C.脱去的水；D.循环液；E.透过液(2)超滤设备（1）反渗透1112345633427ABCADE1.多级离心泵；2.过滤器；3.单级离心泵；4.冷却器；5.反渗透膜模；A.原料液；B.浓缩液；C.脱去的水；2.过滤器；3.单级离心泵；4.冷却器；6.产品罐；7.超滤膜模；A.原料液；D.循环液；E.透过液1．一级流程在同一级中，排列方式相同的组件组成一段。一级流程可以分为一级一段和一级多段形式。一级一段连续式一级一段循环式一级多段连续式一级一段连续式如以下图所示。料液一次经过膜组件透过液和浓缩液分别被连续引出系统。此流程操作最为简易，能耗最少。但这种方式透过液的回收率不高或浓缩液的溶质浓度不高，只适合于得率或别离效率要求不高的场合。一级一段循环式如图4.69所示，原液流过组件后，将局部浓缩液返回料槽中，与原有的料液混合后再次通过组件进行别离。这种流程安排，对于反渗透脱盐处理来说，可提高原水的回收率，但由于循环内的料液浓度提高，需要利用如图4.61(1)的循环，才能使过滤料液既得到必要的切向流速又具有必要的别离压力。另外，也由于受压侧浓度提高的原因，透过水的水质会有所下降。这种流程安排，如果将浓缩液出口阀关闭，而不断地在操作过程中参加溶剂(如水)，就可以构成一个稀释过滤的操作方式。对于超滤来说，这种流程安排也可用于浓缩。但同样由于受压侧料液浓度提高的原因，也有必要如图4.61(2)所示，需要利用循环“环〞，来提高料液的循环切向流程和保证料液获得必要的膜别离压力。图4.69一级一段循环式1.多级离心泵；2.过滤器；3.单级离心泵；4.冷却器；5.反渗透膜模；A.原料液；B.浓缩液；C.脱去的水；2.过滤器；3.单级离心泵；4.冷却器；6.产品罐；7.超滤膜模；A.原料液；D.循环液；E.透过液图4.61典型膜别离设备组成(2)超滤设备（1）反渗透1112345633427ABCADE1.多级离心泵；2.过滤器；3.单级离心泵；4.冷却器；5.反渗透膜模；6.产品罐；7.超滤膜模；A.原料液；B.浓缩液；C.脱去的水；D.循环液；E.透过液一级多段连续式如以下图所示。把前一段的浓缩液作为后一段的进料液，而各段的透过水连续排出。以这种方式操作，可获得高浓度小体积的浓缩液，也使透过液回收率得以提高。2．多级流程

膜别离系统的多级流程也可安排成多级直流式和多级循环式两种形式。多级直流式多级循环式多级直流式多级直流式也称多级连续式，如以下图所示。是把上一级的透过液作为下一级的进料液。对于以制水为目的的生产而言，这种方式的特点是透水水质大大提高，但水的回收率低。对于以组分别离为目的的操作，那么可采用不同规格膜组件而得到不同的别离产品。多级循环式多级循环式如以下图所示。是将上一级的透过液作为下一级的进料液，直至最后一级透过液引出系统，而浓缩液那么从后一级向前一级并与前级的进料液混合后，再进行别离。这种方式既可提高透过液的回收率，又可提高透过液的质量。二、电渗析膜别离设备电渗析是借助于电场和离子交换膜对含电解质成分的溶液进行别离的操作。用于完成这种操作的电渗析设备系统由电渗析器本体及辅助设备两局部组成。〔一〕电渗析器结构〔二〕其它辅助设备〔三〕电渗析操作系统流程〔一〕电渗析器结构1．根本结构2．电极3．隔板1．根本结构从结构上看，一台完整的电渗析器是由夹紧装置将假设干级单元电渗析器叠紧固定而成的。每一级电渗析器本体由膜堆、极区和夹紧装置三局部构成。整体结构与板式热交换器相类似。结构示意膜堆与膜对孔道与沟道极区与电极冲洗室膜堆与膜对堆位于两极区之间，是实现物料脱盐的区域。膜堆的根本单元——膜对。由阴、阳离子交换膜及隔板构成的淡、浓水室。膜堆由假设干膜对相叠而成。由于受电极提供的电压、电流强度以及膜对电阻等因素所限，构成膜堆的膜对数是有限的，也即一级内所允许安装的膜对是有限的。因此，一台电渗析器内通常有多对电极。孔道与沟道隔板、交换膜、垫片及端框的上下两边缘区域开有小孔，组合时构成供液体进出的液孔道。每一隔板设有连接液孔与液室的沟道。极区与电极冲洗室极区由压紧板、电极和垫圈及导水板组成，当它们与交换膜贴紧时便形成电极冲洗室。电极冲洗室用于引出极水，排除电极反响产物，保证电渗析器的正常工作。图4.73电渗析器构造示意图1.压紧板；2.垫板；3.电极；4.垫圈；5.导水板；6.阳膜；7.淡水隔板框；8.阴膜；9.浓水隔板框极水浓水极水淡水2．电极电极是利用直流电源工作、为电渗析器提供脱盐的推动力部件。食品工业上一般可使用石墨、不锈钢、钛丝〔板〕涂钌等材料做电极。石墨电极的优点是氯气在石墨上的电压降很低，价格低廉，无毒性。其缺点是石墨比较重，质脆，加工麻烦，作阳极时较易被腐蚀。不锈钢电极一般只能做阴极。其优点是对氯气的电压降较低。假设处理氯离子含量很低的原水，也可作阳极使用。钛丝〔板〕涂钌电极既可用作阴极，也可用作阳极。其优点是耐腐蚀性能好，电压降低。其缺点是加工复杂、价格较高、钌的资源缺乏。3．隔板隔板为电渗析器的支撑骨架与膜间形成水流通道的必不可少的构件。隔板材料隔板结构隔板的形式隔板材料隔板材料一般采用硬聚氯乙烯或聚丙烯塑料。隔板的结构对别离质量影响较大，一般地，隔板造成流体在膜对间的湍动程度越大，且流经的途径越长，那么别离质量就越高。隔板结构隔板结构一般为带边框的网状结构。隔板网的网孔，既要加强湍流搅拌作用，又要使膜的有效面积不被遮挡过多，其网孔大小和形式可根据需要进行设计。目前常用的隔板网类型有：鱼鳞网编织网、纱窗网、注塑成型网等。隔板的形式隔板的形式按水流在其中的流动状况，可分为回流式和直流式隔板，如图4.74所示。在回流式隔板中，一般只有一个进水孔和一个出水孔。水流从进水孔经布水道进入隔板，在窄长的流槽中来回流动，最后从出水孔流出。其特点是水流线速度较大，湍流搅动较好，脱盐流程长，每段脱盐率较高，但水流阻力较大，沿水流方向浓度差异较大，电流密度分布也不均匀，允许极限电流较低。在直流式隔板中水流是从一个或多个进水孔经布水道直线地流过隔板再由对应的出水孔流出。其特点是水流线速度较小，水流阻力较低，有效面积较大，但隔板的刚性稍低于回流式隔板，一般适宜于在大水量和循环脱盐场合中使用。〔二〕其它辅助设备电渗析器的电极使用的是直流电。将交流电整流为直流电的整流器是电渗析器的主要辅助设备。整流器的输送电压、电流强度要与所用的电渗析器相配。除了整流器以外，为了保证电渗析器工作时淡水、浓水与极水在电渗析器内有稳定流动状态，还需要水泵、流量计、过滤器、水箱和仪器仪表等配合。〔三〕电渗析操作系统流程

系统流程概述并联组装串联组装并联、串联综合组装讨论电渗析操作系统流程概述如板式热交换器那样，电渗析器可构成不同流程。级与段的概念根据电渗析脱盐原理可以对段、级与水处理的质量和产水量之间有以下定性关系：段数增加可以提高水质；级数增加可以提高产量。电渗析器操作流程是根据处理水质和产水量要求，对电渗析器内的所有膜对进行的级与段的安排而确定的。级与段的概念一电极对之间膜堆称为级。一台电渗析器可由一个或多个级构成。一台电渗析器中，浓、淡水流方向一致的膜堆称为一段，水流方向每改变一次那么段数就增加1。段是针对液流方向而言的，级是相对于一台电渗析器内的电极对数而言的。因此，根据需要，一级(即一电极对)内的膜堆可设计多个段，使处理液通过串联的方式屡次发生流向变化。另一方面，一台(多级)电渗析器也可通过并联的方式全部构成一个段，即所有的处理液只取一个流向。1．并联组装一级一段并联二级一段并联一级一段并联如图4.75(1)所示。这种组装方式在一台电渗析器内浓、淡室的水流方向是不变的，一般适用于产水量较大水质要求不高、无回路或短回路隔板的电渗析器，多台串联组成一个系列，以满足一定的出水水质要求。二级一段并联如图4.75(2)所示。与一级一段相比，所不同的是增加了一个共电极。这样，电渗析器运行的总电压可以降低，从而要求整流器输出的直流电压也可以相应减小。此外，在膜与隔板厚度不均匀时，可以调整组装偏差，提高单台电渗析器的膜对数。2．串联组装一级二段串联二级二段串联一级二段串联如图4.76(1)所示。这种组装形式，在一台电渗析器内，使用一对电极，浓、淡室的水流方向改变了一次，一般适用于处理水量较小，脱盐率要求较高的一次脱盐流程的电渗析器。其产水量与单段膜对数成正比，水质决定于二段流程总长度。运行电压为二段膜堆电压的总和，但极限电流较低。二级二段串联如图4.76(2)所示。膜对的放置与一级二段相似，仅中间多加了一个共电极。电渗析器的运行电压为单段膜堆电压，这样就可以在较低的电压下操作，适当提高每级的极限电流，从而提高了电渗析器的产水量和出水水质。3．并联、串联综合组装

多级电渗析器的流程也可设计成并、串联结合形式。例如，四级膜堆电渗析器的流程可以安排成如图4.77所示的二段并串联形式。第一级与第二级的膜堆并联，第三级与第四级的膜堆并联，并联后的(各含两级)两段堆再行串联。这种组装形式称之为并、串联综合组装，其运行电压较低，仅为单级膜堆电压。其产水量为两段膜堆的产水量之和，水质那么取决于两段的流程长度。因此，这种形式组装的电渗析器它的产水量、水质以及运行电压均较适宜，一般适用于中小产水量的电渗析站。讨论一般水质要求较高时，串联的段数就要增多些。根据经验认为每级设一段比设多段要好，其原因为：①一级多段时，段与段之间水流是逆向的，对二段之间转折倒向的膜而言，膜一边的进水部位(压力高)，正好是膜的另一边的出水部位(压力低)，因此有压力差存在于该膜上，促使膜凸入压力小的一室，导致该室膜间距离或通道过小，产生水流不畅，发生结垢，甚至堵塞而影响电渗析器的正常运转；②在一级多段中，上段的出水是下段的进水，前后段进水的含盐量逐步降低。而极限电流决定于浓度最低的一段。这就迫使电渗析器的操作电流降低，从而降低了电渗析器的效率。第七节 粉尘别离设备食品工业中的粉尘别离粉尘别离设备名称与类型一、干式粉尘别离设备二、湿法除尘设备三、静电除尘器食品工业中的粉尘别离在食品工业中，但凡涉及处理固体颗粒或粉末的气流系统中，颗粒或粉末的别离、卸料以及气体的除尘净化通常都是必经的手续，例如气力输送、气流分级、流态化操作、气流枯燥、气流冷却、喷雾干操、烟气排放等。这些别离和除尘操作意义重大，它关系到提高产品的质量、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。工业上的粉尘别离设备，因应用目的不同而有不同的名称。例如，以回收为主要目的的称为粉尘回收设备，而以除去排入大气粉尘的设备那么称为除尘设备，有时这两种名称也被互用。各种形式的粉尘别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。粉尘别离设备名称与类型工业上的粉尘别离设备，因应用目的不同而有不同的名称。例如，以回收为主要目的的称为粉尘回收设备，而以除去排入大气粉尘的设备那么称为除尘设备，有时这两种名称也被互用。各种形式的粉尘别离设备大体上可分为干式、湿式和静电式三类，根据实际情况可以单独使用或联合使用。一、干式粉尘别离设备〔一〕重力沉降室〔二〕惯性别离室〔三〕旋风别离器〔四〕袋式过滤器〔一〕重力沉降室重力沉降室利用重力作用除去气流中固体颗粒，其结构有卧式(水平气流)和立式(垂直气流)两种型式。重力沉降室特点卧式如图4.78(1)所示，它实质上是气体输送管道的扩大局部，使气流减速，让颗粒有足够的时间从气流中沉降下来。卧式重力沉降室的压降一般很小，为几十帕左右，而且主要损失在入口处。所以有时可将入口做成喇叭形，或设置气流分布板以减少涡流损失。这种沉降器的别离能力与通过别离室的流速及气流中颗粒的密度有关。一般流速范围在0.3~3m/s,对于密度小的颗粒应尽量选用较低的流速。此外，别离室的高度对别离效率有影响，一般越小效率越高。因此，有的卧式别离室被隔成多层式，但不利于粉尘的收集及对沉降室的清洁。立式如图4.78(2)所示，一般为上部圆筒形和下部锥形相连的直立容器。这种沉降室的设计主要是根据风量和颗粒的沉降速度来确定容器的横截面尺寸。从原理上考虑，设计的截面积应使气流上升速度远远小于颗粒的沉降速度，以保证颗粒下沉而不致被上升气流带出沉降室。图4.78重力沉降室图4.78重力沉降室重力沉降室特点优点：结构简单、造价低；阻力小，通常为50~100Pa；运行可靠，没有磨损部件。可处理大量、高温气体。缺点：颗粒很小时，别离效率低，一般只用于捕集5～100μm的粒子，占地面积大。〔二〕惯性别离室惯性别离室利用气流急速转向或先冲击挡板再急速转向，使其中的颗粒运动轨迹受惯性作用与气流轨迹发生偏差，从而使两者得以别离。惯性别离室的别离效率与气流速度、气流回转半径、转角等因素有关，一般惯性效应随气流速度提高、回转半径减小以及回转角增大而增大。惯性别离室可捕集到粒度20μm的颗粒。结构型式有多种，大体分无分流式与分流式两类。无分流式惯性别离室例子如图4.79所示。入口气流作为一个整体依靠较为急剧的转折，使颗粒在惯性效应下别离出来。这种结构较为简单，但别离效率不是很高．分流式惯性别离室如图4.80所示。这些采用各种(百叶)挡板结构制成的别离室，可使任意一股气流都有同样的较小回转半径及较大回转角。为了有效地提高别离效率，可通过提高急剧转折前的气流速度。但气流速度过高会引起已捕集颗粒的二次飞扬。因此，一般多项选择用流速范围为12～15m/s。百叶挡板的尺寸对别离效率也有一定影响，挡板长一般为20mm左右，挡板间距约5~6mm，挡板的斜角(与铅垂线的夹角)在30°左右。这样可使气流有150°左右的回转角。〔三〕旋风别离器旋风别离器与食品工业旋风别离器结构旋风别离器工作原理旋风别离器效率旋风别离器特点旋风别离器与食品工业旋风别离器利用离心惯性力对含尘气流进行别离。在食品工业上，旋风别离器广泛应用于乳粉、蛋粉等干制品加工过程后期的别离，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气流枯燥等。旋风别离器结构如图4.81所示，主体上部为一圆柱，下部为一圆锥。气体进口管与圆柱局部切向相接，气体出口管为上方中央的同心管，圆锥局部的底部为粉尘出口。根据圆锥与圆柱的结合方式，旋风别离器有切线型和扩散型两种结构。旋风别离器的几何尺寸已系列化，各局部的几何尺寸均与圆柱的直径成比例。旋风别离器工作原理如(图4.82)所示：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，直至到达上部排气管流出。随气流运动的颗粒粉尘在此过程中，因受离心力作用而撒向别离器内壁，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。由此到达别离目的。4.82旋风别离器效率旋风别离器的别离效率主要受混合气流中粉尘粒度、气流速度和别离器气密性等因素影响。粉尘粒度图4.83所示为粒子大小与旋风别离效率关系。由图可见粉粒的直径越大，别离效率越好，当颗粒直径小于5μm时间，别离效果将受严重影响。气流速度旋风别离器的入口气流流速一般为10~20m/s，低于10m/s时，别离效率将受影响，同时粉末会在进口管处堆积起来。在一定范围内，别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，而别离效果不一定高。因此，一般旋风别离器的气流速度不超过25m/s。别离器气密性由于旋风别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，旋风别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，也会明显影响别离效率。旋风别离器特点优点：结构简单，制造容易。缺点：压力损失高，别离效率较低〔一般不超过98%〕。旋风别离器可以单独，或串联使用，也可以作为预别离器后接布袋过滤器或湿法除尘装置等。同旋风别离器的结构原理类似，如果别离的是液-固体系，那么称之为旋液别离器。〔四〕袋式过滤器袋式过滤器〔也称布袋过滤器〕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枯燥机末级气固别离装置使用。袋式过滤器结构和原理袋式过滤器的除粉(清灰)方式脉冲式袋式过滤器袋式过滤器特点袋式过滤器结构和原理结构主体如图4.84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局部。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外表，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，袋式过滤器可以有内滤式(图4.84(1))和外滤式(图4.84(2))两大类，食品工业中，这两种型式均可使用。经过一段时间过滤后，积聚在布袋上的粉尘层会使滤器阻力增加。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。布袋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。滤布材料有天然纤维或合成纤维两类，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，聚丙烯晴、聚醋等化纤织物可在135℃以下使用，玻璃纤维可用于150~300℃。壳体袋滤器的壳体，可为独立的箱体结构，也可与产生粉尘气流的其它加工设备(如喷雾枯燥机)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4.85)也可为圆筒形。壳体的大小由设计的布袋数定，而布袋数那么又由含尘气流量定。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4.85方箱形袋滤器袋式过滤器的除粉(清灰)方式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③脉冲喷吹除粉逆气流除粉借助于空气或高压循环气体以与含尘气流相反的方向通过滤袋，一面由于反方向的除粉气流直接冲击粉尘层，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。脉冲喷吹除粉在不中断过滤气流的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的内部，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。脉冲式袋式过滤器如图4.86所示。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，洁净气体聚集于上部出口管排出，颗粒被截留于滤袋外外表上。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。按规格组成的假设干排滤袋，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。袋式过滤器特点优点：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不难到达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。缺点：①其应用范围主要受滤材的耐温、耐腐蚀性等特性所限制；②不适于黏附性强及吸湿性强的粉尘，而且气体温度不能低于露点温度，以免发生结露而堵塞滤袋；③设备尺寸及占地面积较大。二、湿法除尘设备湿法除尘是利用液体与含尘气体与液体充分接触，使尘灰黏附于液体中形成悬浮液而使气体得到净化的除尘设备。食品工业中的湿法除尘设备所用液体通常为水。理想的湿法除尘设备一般应有以下特点：液体以高度分散状态(液滴或液膜)与气体接触，即气液间有很大的接触面；气液两相处在剧烈的湍动状态；流过设备所产生的压力损失较小；相对于除尘气量而言耗水量小。常见的湿法除尘设备有文丘里除尘器、泡沫除尘器和箱式水膜除尘器等。〔一〕文丘里除尘器〔二〕饱沫除尘器〔三〕箱式洗涤器〔一〕文丘里除尘器文丘里除尘器(也称为喷雾型湿法除尘器)主要由文丘里喷雾器和捕集器两局部组成，因此二组成部件形式不同而有多种结构形式。皮斯---安东尼涤气器捕集器除尘过程及特点皮斯---安东尼涤气器文丘里喷雾器的主体由收缩管、喉管和扩散管三段联接而成。图4.87所示的是一种称为皮斯一安东尼(Pease-Anthony)涤气器的文丘里喷雾器型式，其特点是在文丘里管的收缩段内装有一个轴向位置可以调整的锥，用以适应气体负荷的波动而维持稳定的高效率。捕集器捕集器可以是旋风别离器、重力沉降室或静电除尘器等。由喷雾器与重力沉降室结合而成的文丘里除尘器如图4.88所示。除尘过程及特点文丘里除尘器除尘过程为：60~100m/s高速气流使进入文丘里管的液体雾化成滴，气流中的尘粒与液滴凝结成较大的颗粒；凝聚成的大颗粒从捕集器中去除。特点：除尘器操作时，气体速度越大，液滴越细，雾化程度越高，那么灰尘越易结成较原来大得多的尘粒，从而除尘效率也越高。但压降也随之提高，这是主要缺点。〔二〕饱沫除尘器泡沫除尘器结构和原理箱式水膜除尘器泡沫除尘器结构和原理如图4.89所示的设备也称为泡沫塔。塔内设有多孔筛板，其上有流动的液体。当气流以一定速度(一般为10~30m/s)通过时，筛板上即出现气液两相充分混合的泡沫层，这种泡沫层处于剧烈运动的状态。气体通过运动的泡沫层而得以净化。如果一块筛板不能到达所要求的除尘效率，可用多块筛板。液体通过板间的溢流管自上板流至下板。气流那么由下而上与液体接触形成泡沫层。泡沫层泡沫层是剧烈运动的气液混合物，它具有巨大的相际接触面，而且接触面是在不断的破灭与再生之中，因此可使黏附于相界面的尘灰粒进入液体内部。但不是任何操作条件都可以得到这种泡沫层，气速过大或过小，有可能使液层成为鼓泡层或雾沫层，对除尘不利。箱式水膜除尘器一种由泡沫塔、水箱和循环泵等组成的箱式水膜除尘器结构如图4.90所示。泡沫塔内设有一至二块孔板，每块板的上方设有喷头。塔的中上部设有导流体、顶部设有除沫网。工作过程特点：捕集水可以循环使用，其中的粉料可以经浓缩枯燥进行回收。工作过程由水箱进风口进入除尘器的含尘气流，遇折流板突然形成180°转向。气流产生很大的离心力，粉尘向气流的外方移动，与水面接触后被吸附，形成一级别离。到达孔板下方时，与孔板下来的水滴接触，又有局部粉尘被水滴吸附，喷头喷下的水滴落到孔板后受到从孔板下通过的上升气流的作用，在孔板上产生60~80mm的泡沫层。气流在通过孔板时，粉尘与水接触面积最大，也是捕集率最高的位置，通过孔板后的气流夹带局部雾滴，上升到导流体(也称为离心除沫器)时，通过导流片作用，气流由直线运动变为螺旋运动，强烈的旋转运动把夹带的雾滴甩到器壁上形成水膜，并沿器壁流回水箱内，气流那么最后通过除沫网成为净化气体从排风口排出。〔三〕箱式洗涤器为卧式填料层洗涤器，结构如图4.91示。两至三道洗涤填料层呈一定倾斜角度平行安装在箱体内，填料层间的距离为400mm。每道填料层上方有喷淋管，使网层处于湿润状态。洗涤填层由孔板及其上面均匀铺设的(厚度视工艺条件而定的)多层洗涤网构成。进口风速约6m/s,洗涤器内风速0.6m/s，通过孔板的风速为1.3m/s。含尘气体通过填料层时，增大了气液接触外表积，被捕集下来的粉尘同水一道流回水箱，捕集用水可以循环使用。这种洗涤器的用水量较少，一般为0.15~0.5L/m3,阻力因填料层厚度而异，当入口含尘气体浓度为10~12g/m3时，捕集粒径为2μm的粉尘效率可达90%。三、静电除尘器静电除尘器，也称电除尘器。当气体中含有某些极微细的尘粒或雾滴时，可用静电除尘器予以别离。静电除尘器的工作原理静电除尘器的结构静电除尘器特点静电除尘器的工作