CN103785258B - 一种气固分离设备 - Google Patents

Abstract

一种气固分离设备，所述气固分离设备包括旋风分离器和过滤部件，所述旋风分离器包括筒体和大开口朝上的空心圆台，所述筒体的下端开口与所述空心圆台的上端开口重合，所述筒体的顶部设置有排气口，其中，所述过滤部件位于所述旋风分离器的内部，所述过滤部件具有内侧过滤层和外侧过滤层，所述内侧过滤层与所述外侧过滤层在底部连接以形成封闭端，所述内侧过滤层在顶部连接以形成封闭端，所述外侧过滤层的顶部与所述排气口连接。采用本发明的所述气固分离设备进行气固分离可以获得较高的固体颗粒收率，能够减少固体颗粒磨损，并且还能够减缓过滤部件的堵塞。

Description

一种气固分离设备

技术领域

本发明涉及一种气固分离设备。

背景技术

气体和固体分离设备广泛应用于化工、冶金、制药、环保等行业，常用的气体和固体分离设备有旋风分离器和过滤器等。

旋风分离器是利用具有一定流速的气固相物料旋转时产生的离心力，将固体颗粒物从气固相物料中分离出来，达到气固分离的目的。然而，当旋风分离器分离很细小的颗粒或者密度比较小的较轻颗粒时，这些颗粒会随气流从排气管排出，使得旋风分离器的分离效率急剧下降。在石油化工领域中，净化易燃、有毒等不可排放气体，分离细小颗粒或密度较小的较轻颗粒，或者分离比较贵重固体颗粒物料需要全部收集时，现有的气固旋风分离器已不适用于这些条件下的操作。而且，当采用旋风分离器从气相中分离强度较低的固体颗粒催化剂时，由于旋风分离器内的气体线速很高，会造成固体颗粒催化剂的大量磨损，增加催化剂的费用。

在不适宜采用旋风分离器作为气体和固体分离设备时，往往采用过滤器来进行气体和固体的分离。常规过滤器在使用过程中携带固体颗粒的气流全部沿过滤器的径向方向流向过滤器，气流中夹带的固体颗粒垂直撞击过滤器表面，一些细小的固体颗粒会进入过滤器孔道，造成过滤器内外表面压差的增大，从而影响过滤器的通过能力。

CN1850345A公开了一种气固旋风分离器，旋风分离器的简体、锥体和灰斗的壁用多孔的金属过滤材料制成；筒体、锥体和灰斗的外面被外筒体包裹封闭形成一个集气室；外筒体与筒体、锥体和灰斗呈同轴线设置；过滤气排出口设置在外筒体上，用于排出从多孔的金属过滤材料的壁过滤后的气体，在需要清洁多孔的金属过滤材料的壁时，可以充进气体，用于反吹多孔的金属过滤材料；多孔的金属过滤材料只能使气体通过，不允许固体颗粒穿过进入集气室。由于该专利申请的气固旋风分离器要求在较高的入口线速下运行，因而在分离强度较低的固体颗粒与气体时，会造成固体颗粒的磨损。而且只有少量的净化气体不含固体颗粒，大部分的净化气体含有一定量的固体颗粒。

CN1600446A公开了一种分离式旋风装置，其包含一个集尘筒及一个隔离网。集尘筒具有回旋室的围绕壁，以及与回旋室连通且邻近一下端的排尘管。该隔离网设置在集尘筒的回旋室内，与围绕壁间形成一个隔离空间。隔离网只能使细微的粉尘通过，气流内较重的颗粒物质被阻隔在该隔离网内，并逐渐集中沿集尘筒向下排出，细微的粉尘则通过隔离网被抛甩至隔离空间内，集中由排尘管排出。该分离式旋风装置主要用于分离除去固体颗粒中的细微的粉尘。

CN2494234Y公开了一种新型筛粉旋风分离器，由外壳、筛网和排风管组成，其特征是外壳上部为圆筒形，下部为上大下小的空心圆台形，底部有直通向下的粉末出口管，筛网上部为圆筒形，下部为圆锥形，底部有带斜度的出料管。该旋风分离器主要用于固体颗粒的筛分，即将大小不同的固体颗粒进行分级处理。

CN2332491Y公开了一种改良结构的旋风分离器，基体的周面穿设许多细小网孔，基体外周焊固一外径较大的围覆筒，以使基体与围覆筒之间构成粉末聚集空间。围覆筒底面设一个倾斜面，倾斜面下方衔接一个粉末导出口。该旋风分离器主要用于除去颗粒中的粉尘。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的气固分离设备存在的上述缺陷，提供一种新的气固分离设备。

本发明提供了一种气固分离设备，所述气固分离设备包括旋风分离器和过滤部件，所述旋风分离器包括筒体和大开口朝上的空心圆台，所述筒体的下端开口与所述空心圆台的上端开口重合，所述筒体的顶部设置有排气口，其中，所述过滤部件位于所述旋风分离器的内部，所述过滤部件具有内侧过滤层和外侧过滤层，所述内侧过滤层与所述外侧过滤层在底部连接以形成封闭端，所述内侧过滤层在顶部连接以形成封闭端，所述外侧过滤层的顶部与所述排气口连接。

在本发明中，空心圆台的大开口和小开口中的“大”和“小”是相对的概念，空心圆台的大开口是指空心圆台的开口直径较大的一端，空心圆台的小开口是指空心圆台的开口直径较小的一端。

优选地，由所述过滤部件的内侧过滤层界定的空间的下端开口位于所述空心圆台的下端开口的正上方。

优选地，所述空心圆台的下端开口直径小于或等于由所述过滤部件的内侧过滤层界定的空间的下端开口直径。

优选地，所述排气口的直径与由所述过滤部件的内侧过滤层界定的空间的下端开口直径之比为1：0.1-0.8。

优选地，所述内侧过滤层在顶部形成的封闭端靠近所述筒体的顶部。

优选地，所述外侧过滤层的高度与所述筒体的高度之比为0.6-1.2：1，更优选为1-1.1：1。

优选地，所述旋风分离器还包括至少一个进料口，所述进料口设置在所述筒体的侧壁上，并且靠近所述筒体的顶部。

更优选地，所述进料口与所述筒体的外周相切。

优选地，所述过滤部件由多孔的金属材料或者陶瓷制成，或者由多层金属丝网复合构成。

根据本发明的所述气固分离设备，通过在旋风分离器内设置过滤部件，并且所述过滤部件具有特定的结构，即具有内侧过滤层和外侧过滤层，使得气固混合物以较小的入口线速度进入所述旋风分离器即可实现较好的气固分离效果，从而能够很好地保护被回收的固体颗粒，不会对被分离的固体颗粒造成明显的磨损；而且，进入所述旋风分离器中的气固混合物经过旋风分离和过滤分离两步分离，可以获得较好的分离效果，特别适合用于含有密度较小、粒径较小的固体颗粒，或者固体颗粒需要全部回收以及分离后气体中不能含有固体颗粒的气固混合物的分离；另外，进入所述旋风分离器中的气固混合物形成旋转气流，可以对过滤部件的过滤表面的滤饼进行冲刷，从而限制了滤饼的增厚，使得过滤部件的过滤速度能够基本上保持恒定，并且还可以减少过滤部件的反吹次数，使得过滤部件具有相对较长的使用寿命。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的所述气固分离设备的结构示意图；

图2是本发明的所述气固分离设备的一种实施方式的俯视图；

图3是本发明的所述气固分离设备的另一种实施方式的俯视图。

附图标记说明

1排气口2筒体3进料口

4过滤部件5空心圆台6料斗

7料腿8排气管

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

如图1所示，本发明的所述气固分离设备包括旋风分离器和过滤部件4，所述旋风分离器包括筒体2和大开口朝上的空心圆台5，所述筒体2的下端开口与所述空心圆台5的上端开口重合，所述筒体2的顶部设置有排气口1，其中，所述过滤部件4位于所述旋风分离器的内部，所述过滤部件4具有内侧过滤层和外侧过滤层，所述内侧过滤层与所述外侧过滤层在底部连接以形成封闭端，所述内侧过滤层在顶部连接以形成封闭端，所述外侧过滤层的顶部与所述排气口1连接。

在本发明中，所述旋风分离器可以各种常规的用于气固分离的旋风分离器。在所述旋风分离器中，如图1所示，除了所述筒体2和所述空心圆台5之外，通常可以还包括用于收集分离出的固体颗粒的料斗6和用于从料斗6中排出的固体颗粒的料腿7。所述料斗6位于所述空心圆台5的下方，并且通过所述空心圆台5的下端开口与所述旋风分离器的主体（即筒体2和空心圆台5）连通。

如图1所示，所述旋风分离器还可以包括排气管8，所述排气管8通过所述排气口1与所述旋风分离器的主体（即筒体2和空心圆台5）连通，用于将经过所述过滤部件4分离后的气体排出。

如图2和3所示，所述旋风分离器还可以包括至少一个进料口3，所述进料口3设置在所述筒体2的侧壁上。优选地，所述进料口3靠近所述筒体2的顶部，以使所述气固分离设备具有较高的工作效率。

进一步优选地，所述进料口3与所述筒体2的外周相切。在这种情况下，气固混合物可以以基本上与所述筒体2相切的方向进入所述旋风分离器，从而有利于所述气固混合物形成旋转气流。

当所述进料口3为多个（例如为2-4个）时，所述进料口3优选沿着筒体2的外周均匀分布。

对于本发明的所述气固分离设备，气固混合物进入所述旋风分离器中之后，形成旋转气流，气流中夹带的固体颗粒以近似与过滤部件4的外侧过滤层相切的方向接近外侧过滤层，当气流到达外侧过滤层时，在扩散作用下，气流中的气体通过外侧过滤层而固体颗粒则被过滤下来；由于固体颗粒的运动方向与过滤部件4的外侧过滤层切线间的夹角较小，因而固体颗粒很难进入过滤部件的孔道内，而是大部分的固体颗粒被反射回气流中。由于过滤部件4的外侧过滤层周围始终存在着旋转气流，因而固体颗粒几乎不会堆积在过滤部件4的外侧过滤层上。夹带固体颗粒的气流在筒体2内旋转一段时间之后，进入空心圆台5，并且沿着空心圆台5向下旋转流动，到达空心圆台5的底部之后，气流中夹带的绝大部分固体颗粒在惯性的作用下，进入灰斗6，并通过下面的料腿7排出；而夹带少量固体颗粒的气流则旋转向上，进入由所述过滤部件4的内侧过滤层界定的空间内，该气流中的气体扩散通过过滤部件4的内侧过滤层，而其中的固体颗粒附着于过滤部件4的内侧过滤层的表面，形成附着层，该附着层在气流和重力的双重剪切作用下，不断落入灰斗6中。

在所述气固分离设备中，由所述过滤部件4的内侧过滤层界定的空间的下端开口优选位于所述空心圆台5的下端开口的正上方。在这种情况下，在所述空心圆台5中分离出大部分的固体颗粒之后的气流基本上全部能够进入所述由所述过滤部件4的内侧过滤层界定的空间内，从而能够实现更好地气固分离，并且能够减少对筒体2内的旋转气流造成干扰。

在所述过滤部件4中，所述内侧过滤层和所述外侧过滤层优选均为圆筒形或者近似圆筒形，进一步优选地与所述筒体2和所述空心圆台5同轴设置。

进一步优选地，所述空心圆台5的下端开口直径小于或等于由所述过滤部件4的内侧过滤层界定的空间的下端开口（也即所述内侧过滤层的下端开口）直径。

在所述气固分离设备中，所述过滤部件4的上端开口（也即所述外侧过滤层的上端开口）直径等于或者稍大于所述排气口1的直径，使得通过排气口1排出的气体全部经过所述过滤部件4过滤分离。所述排气口1的直径与由所述过滤部件4的内侧过滤层界定的空间的下端开口（也即所述内侧过滤层的下端开口）直径之比可以为1：0.1-0.8，优选为1：0.25-0.6。

在所述气固分离设备中，所述内侧过滤层在顶部形成的封闭端的高度没有特别的限定，在优选情况下，所述内侧过滤层在顶部形成的封闭端靠近所述筒体2的顶部，使得进入由所述过滤部件4的内侧过滤层界定的空间的含有少量固体颗粒的气流能够进行充分气固分离。

所述外侧过滤层的高度与所述筒体2的高度之比可以为0.6-1.2：1。在优选情况下，所述外侧过滤层的高度与所述筒体2的高度之比为1-1.1：1，也就是说，所述外侧过滤层的高度基本上等于或者稍大于所述筒体2的高度。当所述外侧过滤层的高度与所述筒体2的高度符合上述比例时，所述气固分离设备可以获得较优的分离效果。

在所述过滤部件4中，所述内侧过滤层与所述外侧过滤层在底部的连接可以按照常规的方式实现，例如二者可以通过向下凸起的突起部连接，该突起部的材质优选与所述内侧过滤层和所述外侧过滤层相同。

在所述过滤部件4中，所述内侧过滤层在顶部的连接也可以按照常规的方式实现，例如所述内侧过滤层可以通过向上凸起的突起部连接，该突起部的材质优选与所述内侧过滤层相同。

在本发明中，所述过滤部件4可以由各种常规的过滤材料制成，例如可以由多孔的金属材料或者陶瓷制成，或者由多层金属丝网复合构成。所述过滤部件4中的过滤孔的孔径取决于被分离固体颗粒的最小尺寸。过滤孔的孔径的尺寸应该使得固体颗粒不能穿过所述过滤部件4，而气体能够以尽可能大的速度通过所述过滤部件4，也就是说，在能够满足分离固体颗粒的条件下，过滤孔的孔径尽可能大。通常，过滤孔的孔径可以小于40微米，优选小于20微米，更优选小于2微米。

在一种较优选的实施方式中，如图1-3所示，所述气固分离设备包括旋风分离器和过滤部件4，所述旋风分离器包括排气口1、筒体2、至少一个进料口3、大开口朝上的空心圆台5、料斗6和料腿7，所述筒体2的下端开口与所述空心圆台5的上端开口重合，所述排气口1设置在所述筒体2的顶部，所述进料口3设置在所述筒体2的侧壁上，并且与所述筒体2的外周相切；

所述过滤部件4位于所述旋风分离器的内部，所述过滤部件4具有内侧过滤层和外侧过滤层，所述内侧过滤层与所述外侧过滤层在底部连接以形成封闭端，所述内侧过滤层在顶部连接以形成封闭端，所述外侧过滤层的顶部与所述排气口1连接；

由所述过滤部件4的内侧过滤层界定的空间的下端开口位于所述空心圆台5的下端开口的正上方。

对于上述较优选的实施方式的所述气固分离设备，其运行过程可以包括：

气固混合物通过进料口3进入所述旋风分离器中之后，形成旋转气流，气流中夹带的固体颗粒以近似与过滤部件4的外侧过滤层相切的方向接近外侧过滤层，当气流到达外侧过滤层时，在扩散作用下，气流中的气体通过外侧过滤层，而固体颗粒则被过滤下来；夹带固体颗粒的气流在筒体2内旋转一段时间之后，进入空心圆台5，并且沿着空心圆台5向下旋转流动，到达空心圆台5的底部之后，气流中夹带的绝大部分固体颗粒在惯性的作用下，进入灰斗6，并通过下面的料腿7排出；而夹带少量固体颗粒的气流则旋转向上，通过所述过滤部件4的内侧过滤层的下端开口进入由所述过滤部件4的内侧过滤层界定的空间内，该气流中的气体扩散通过过滤部件4的内侧过滤层，而其中的固体颗粒附着于过滤部件4的内侧过滤层的表面，形成附着层，该附着层在气流和重力的双重剪切作用下，不断落入灰斗6中。通过所述内侧过滤层和所述外侧过滤层分离出的气体汇集后通过排气口1排出。

另外，对于本发明的所述固体分离设备，当所述过滤部件4中附着的固体颗粒较多时，可以通过排气口1注入气体，对过滤部件4进行反吹，以去除附着的固体颗粒，使过滤部件4恢复过滤能力。

上述优选实施方式的所述气固分离设备具有以下优点：

（1）本发明的所述气固分离设备通过将旋风分离器与过滤部件进行耦合，能够将气固混合物中的气体和固体进行充分分离，一方面使得分离出的气体中基本上不含有固体颗粒，另一方面能够充分回收固体颗粒。因此，所述气固分离设备适用于含有密度较小、粒径较小的固体颗粒，或者固体颗粒需要全部回收以及分离后气体中不能含有固体颗粒的气固混合物的分离，特别是，采用现有的气固分离装置难以满足分离要求的分离过程，如易燃、有毒等不可排放气体的净化过程，含有颗粒尺寸较小或密度较小的较轻颗粒的气固混合物的分离过程，以及含有比较贵重的固体颗粒的气固混合物的分离过程（其中，固体颗粒期望全部回收）。

（2）由于固体颗粒的运动方向与过滤部件4的外侧过滤层切线间的夹角较小，因而固体颗粒很难进入过滤部件的孔道内，而是大部分的固体颗粒被反射回气流中；而且，由于过滤部件4的外侧过滤层周围始终存在着旋转气流，因而固体颗粒几乎不会堆积在过滤部件4的外侧过滤层上。因此，在较长的操作周期内，过滤部件的过滤速度能够基本上保持恒定；并且，可以延缓过滤部件堵塞，从而可以减少过滤部件的反吹次数，使得过滤部件具有相对较长的使用寿命。

（3）气固混合物以较小的入口线速度进入所述旋风分离器即可实现较好的气固分离效果，从而能够很好地保护被回收的固体颗粒，不会对被分离的固体颗粒造成明显的磨损。对于本发明的所述气固分离设备，气固混合物的入口线速度可以为1-10m/s，而现有的旋风分离器中的气固混合物的入口线速度要求为20m/s以上。

（4）本发明的旋风分离器和过滤部件耦合的气固分离设备结构简单，成本较低，有广泛的用途；而且，所述气固分离设备的接口型式与常规的旋风分离器的接口型式相似，适用于现有装置的改造。

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

采用上述较优选实施方式的所述气固分离设备实施气固分离过程，其中，旋风分离器具有两个进料口3（如图3所示），两个进料口3分别位于筒体2的靠近顶部的两侧。气固混合物为平均粒径为65.0微米的汽油吸附脱硫吸附剂固体颗粒和空气的气固混合物。所述气固混合物进入进料口3的入口线速度为3m/s。通过料腿7收集固体颗粒，通过检测和计算得知，固体颗粒的回收率以及平均粒径如表1所示；并且在连续实施1小时的过程中记录不同的时间段的过滤部件4的压差，结果如表2所示。

对比例1

采用如实施例1的气固分离设备中的旋风分离器实施气固分离过程，气固混合物与实施例1相同，所不同的是，所述气固混合物进入进料口3的入口线速度为25m/s。通过料腿7收集固体颗粒，通过检测和计算得知，固体颗粒的回收率以及平均粒径如表1所示。

对比例2

采用过滤器对气固混合物进行气固分离，其中，所述过滤器的过滤面积与实施例1的气固分离设备中的过滤部件的内侧过滤面和外侧过滤面的总面积之和相等，过滤孔的孔径也相等。将与实施例1相同的气固混合物以3m/s的线速度注入所述过滤器中进行过滤。在连续实施1小时的过程中记录不同的时间段的过滤部件4的压差，结果如表2所示。

表1

	固体颗粒回收率（重量%）	收集的固体颗粒的平均粒径（微米）
			实施例1	100.0	约65.0
对比例1	99.9	63.5

表2

由表1和2的数据可以看出，采用本发明的所述气固分离设备进行气固分离可以获得较高的固体颗粒收率，能够减少固体颗粒磨损，并且还能够减缓过滤部件的堵塞。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种气固分离设备，所述气固分离设备包括旋风分离器和过滤部件（4），所述旋风分离器包括筒体（2）和大开口朝上的空心圆台（5），所述筒体（2）的下端开口与所述空心圆台（5）的上端开口重合，所述筒体（2）的顶部设置有排气口（1），其特征在于，所述过滤部件（4）位于所述旋风分离器的内部，所述过滤部件（4）具有内侧过滤层和外侧过滤层，所述内侧过滤层与所述外侧过滤层在底部连接以形成封闭端，所述内侧过滤层在顶部连接以形成封闭端，所述外侧过滤层的顶部与所述排气口（1）连接。

2.根据权利要求1所述的气固分离设备，其中，由所述过滤部件（4）的内侧过滤层界定的空间的下端开口位于所述空心圆台（5）的下端开口的正上方。

3.根据权利要求2所述的气固分离设备，其中，所述空心圆台（5）的下端开口直径小于或等于由所述过滤部件（4）的内侧过滤层界定的空间的下端开口直径。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的气固分离设备，其中，所述排气口（1）的直径与由所述过滤部件（4）的内侧过滤层界定的空间的下端开口直径之比为1：0.1-0.8。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的气固分离设备，其中，所述内侧过滤层在顶部形成的封闭端靠近所述筒体（2）的顶部。

6.根据权利要求1所述的气固分离设备，其中，所述外侧过滤层的高度与所述筒体（2）的高度之比为0.6-1.2：1。

7.根据权利要求6所述的气固分离设备，其中，所述外侧过滤层的高度与所述筒体（2）的高度之比为1-1.1：1。

8.根据权利要求1所述的气固分离设备，其中，所述旋风分离器还包括至少一个进料口（3），所述进料口（3）设置在所述筒体（2）的侧壁上，并且靠近所述筒体（2）的顶部。

9.根据权利要求8所述的气固分离设备，其中，所述进料口（3）与所述筒体（2）的外周相切。

10.根据权利要求1-3中任意一项所述的气固分离设备，其中，所述过滤部件（4）由多孔的金属材料或者陶瓷制成，或者由多层金属丝网复合构成。