真空技術(shù)在冶金、化工、輕工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用，然而在這些領(lǐng)域大都存在塵埃對(duì)真空系統(tǒng)的危害問題。為保護(hù)真空系統(tǒng)或真空泵不受粉塵和固體顆粒污染和損壞，管路中需配置真空除塵器和真空過濾器。它們可保護(hù)真空閥門不被阻塞，避免閥板關(guān)閉不嚴(yán)造成漏氣，保護(hù)測(cè)量壓力的真空規(guī)管不受污損，防止泵受損而工作失常等，對(duì)真空設(shè)備的凈化和平穩(wěn)、持續(xù)工作均很重要。

一、除塵機(jī)理及過程

　　從氣體中捕集分離粒子的除塵機(jī)理，主要有以下幾個(gè)方面:

　　1、重力

　　氣流中的塵粒可以依靠重力自然沉降，從氣流中進(jìn)行分離。由于塵粒的沉降速度一般較小，這個(gè)機(jī)理只適用于粗大的塵粒。

　　2、離心力

　　利用機(jī)械力來捕集分離含塵氣流中的粉塵，離心力除塵裝置是其中最有效的除塵裝置。它對(duì)粒徑較小塵粒的分離捕集非常有效。含塵氣流作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于慣性離心力的作用，塵粒和氣流會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使塵粒從氣流中分離。

　　3、慣性碰撞和接觸阻留

　　含塵氣流在運(yùn)動(dòng)過程中遇到物體的阻擋(如擋板、纖維、水滴等) 時(shí)，氣流要改變方向進(jìn)行繞流，細(xì)小的塵粒會(huì)隨氣流一起流動(dòng)。粗大的塵粒具有較大的慣性,它會(huì)脫離流線，保持自身的慣性運(yùn)動(dòng)，這樣塵粒就和物體發(fā)生了慣性碰撞而脫離氣流(見圖1)。細(xì)小的塵粒隨氣流一起繞流時(shí)，如果流線緊靠物體(纖維或液滴) 表面，有些塵粒因與物體發(fā)生接觸而被阻留,這種現(xiàn)象稱為接觸阻留。另外當(dāng)塵粒尺寸大于纖維網(wǎng)眼而被阻留時(shí)，這種現(xiàn)象稱為篩濾作用。

圖1　除塵機(jī)理示意圖

　　4、布朗擴(kuò)散

　　當(dāng)含塵氣流中的粉塵顆粒粒徑小于1Lm 以下,特別小于0.1Lm 時(shí)，這些顆粒在隨氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)就不再沿著氣體流線繞流捕集物，因而也就再不能遵循慣性碰撞或接觸阻留的機(jī)理被捕集物所捕集分離，而另一捕集機(jī)理——擴(kuò)散在起作用。由于氣體分子之間的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，使氣體分子之間的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，使氣體分子轟擊著粉塵顆粒而使顆粒作布朗擴(kuò)散，可以使粉塵顆粒均勻地分布于整個(gè)氣體空間。真空技術(shù)網(wǎng)(http://smsksx.com/)認(rèn)為如果有一物體置于氣體之中，一些超微顆粒就通過布朗擴(kuò)散而沉降在這物體的表面上，從而使這些超微顆粒從氣體中捕集分離。

　　5、靜電力

　　懸浮在氣流中的塵粒，如帶有一定的電荷，可以通過靜電力使它從氣流中分離。由于自然狀態(tài)下，塵粒的荷電量很小，因此，要得到較好的除塵效果，必須設(shè)置專門的高壓電場(chǎng)，使所有的塵粒都充分荷電。

　　6、凝聚

　　凝聚作用不是一種直接的除塵機(jī)理。通過超聲波、蒸汽凝結(jié)、加濕等凝聚作用，可以使微小粒子凝聚增大，然后再用一般的除塵方法去除。

　　我們?cè)O(shè)計(jì)除塵器時(shí)要根據(jù)不同的具體情況，考慮一定的需要，采用某種除塵機(jī)理或者是幾種除塵機(jī)理的綜合運(yùn)用。表1 列出幾種除塵機(jī)理的除塵情況供為參考。

表1　Table 1

　　為便于分析研究起見，將整個(gè)除塵過程分為有聯(lián)系而又有區(qū)別的如下三個(gè)過程。

　　(1) 捕集分離過程

　　該過程可分為捕集推移階段和分離階段。

　�、� 捕集推移階段　均勻混合或懸浮在氣體中的粉塵進(jìn)入除塵器的除塵空間，根據(jù)不同的除塵器類型經(jīng)受不同的外力作用，將粉塵推移到分離界面。隨著粉塵向分離界面推移，濃度也越來越大，故捕集推移階段實(shí)質(zhì)也是粉塵濃縮的階段。

　　② 分離階段　高濃度的塵流向分離界面以后，有兩種機(jī)理在起作用：氣體運(yùn)載粉塵的能力將達(dá)到極限狀態(tài)，懸浮與沉降這對(duì)矛盾中，沉降成為主要方面，通過沉降，粉塵從氣體中分離出來。極限狀態(tài)的影響因素一般與氣流速度及邊壁的邊界條件有關(guān)。而邊壁的邊界層又是主要影響因素。另一機(jī)理是高濃度塵流中粉塵顆粒的擴(kuò)散與凝聚這對(duì)矛盾中凝聚成為主要矛盾方面。粉塵顆�？梢员舜四�聚在一起。又可能與實(shí)質(zhì)界面凝聚而吸附在其上面。通過這兩個(gè)機(jī)理，最后粉塵從氣體中分離出來。

　　(2) 排塵過程

　　排塵過程主要是經(jīng)分離界面以后已分離出來的粉塵排離排塵口，不同的除塵器排塵的作用力也不同。有些除塵器不需要再加額外動(dòng)力就能利用原捕集分離的外力把粉塵排離除塵器。而另一些除塵器則需要加額外的動(dòng)力才能把已分離的粉塵排出。

　　(3) 排氣過程

　　已棄塵后相對(duì)凈化的氣流從排氣口排出的過程稱為排氣過程。上述基本知識(shí)是除塵器、過濾器設(shè)計(jì)制造的理論基礎(chǔ)。下面具體討論單晶爐領(lǐng)域除塵技術(shù)。

二、單晶爐真空系統(tǒng)的除塵技術(shù)

　　單晶爐是單晶體生長(zhǎng)設(shè)備。單晶體生長(zhǎng)要求在真空和惰性氣體中進(jìn)行。真空裝置應(yīng)能保證爐體內(nèi)熱真空度達(dá)5×1024mm 汞柱以上。如果使用惰性氣體作保護(hù)氣氛，爐體上、下都設(shè)有進(jìn)出氣的氣口。生長(zhǎng)單晶體時(shí)，抽真空及真空裝置注入惰性氣體后都需配備除塵裝置。西安理工大學(xué)工廠生產(chǎn)的混合式除塵器較好地解決了這一問題。本廠單晶爐系列：TDR262A (B)、TDR280、TDR270A 等多種爐型近百臺(tái)產(chǎn)品都使用這種除塵器。實(shí)踐證明，它的主要優(yōu)點(diǎn)是除塵效率高，能適應(yīng)不同抽氣階段真空度的要求，容塵量大。其具體結(jié)構(gòu)見圖2、圖3。該除塵器綜合運(yùn)用離心力、慣性碰撞、接觸阻留、布朗擴(kuò)散這幾種除塵機(jī)理。

圖2　除塵器結(jié)構(gòu)圖

圖3　除塵器剖視圖

　　除塵器內(nèi)的空間由圓柱容器經(jīng)上、下蓋密封形成，整個(gè)空間分成兩大區(qū)域：除塵區(qū)域和排氣區(qū)域。含塵氣流由切線進(jìn)氣口進(jìn)入除塵區(qū)域，沿外壁由下而上螺旋形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，塵粒在慣性離心力的推動(dòng)下，要向圓柱容器內(nèi)壁移動(dòng)。到達(dá)內(nèi)壁的塵粒在氣流和重力的共同作用下，沿壁面落到容器底部。這種情況，離心力是除塵器的主要作用力，塵粒與氣流分離界面是圓柱容器的內(nèi)壁。還有，圓柱容器內(nèi)設(shè)置內(nèi)外兩層金屬網(wǎng)，內(nèi)層金屬網(wǎng)纏繞于內(nèi)側(cè)的6 根金屬桿上。外層金屬網(wǎng)纏繞于外側(cè)的8 根金屬桿上。這14 根金屬桿被固定在上盤和盤上。它們固聯(lián)于圓柱容器上法蘭。圓柱容器中心設(shè)置的排氣筒是排氣區(qū)域。排氣筒與排氣口相通。上盤的幾個(gè)圓孔是除塵區(qū)域和排氣區(qū)域通道。含塵氣流未從上盤12 個(gè)圓孔排出去之前，實(shí)際的氣流運(yùn)動(dòng)是很復(fù)雜的。除切向和軸向運(yùn)動(dòng)外還有徑向運(yùn)動(dòng)。這樣含塵氣流會(huì)反復(fù)經(jīng)過金屬網(wǎng)(支撐內(nèi)、外層金屬網(wǎng)的金屬桿相互錯(cuò)列，很明顯能夠增加氣流穿過金屬網(wǎng)的次數(shù))。前文已詳細(xì)論證過除塵機(jī)理,很容易看出慣性碰撞、接觸阻留、篩濾作用、布朗擴(kuò)散在這時(shí)將成為除塵的主要作用力。塵粒與氣流分離界面是內(nèi)、外兩層金屬網(wǎng)(包括上盤在內(nèi))。

　　從除塵區(qū)域經(jīng)上盤12 個(gè)圓孔進(jìn)入排氣區(qū)域(排氣筒) 的棄塵氣流最終由排氣口排出除塵器。上面主要論述了這種混合式除塵器的除塵機(jī)理和過程。值得提出的是，出于某些因素的考慮例如體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性等等，該除塵器略去了排塵區(qū)域。所以，應(yīng)該經(jīng)常性拆卸進(jìn)行清灰工作。下面給出這種除塵器的主要技術(shù)參數(shù)：圓柱容器高度H = 900mm; 內(nèi)徑= Á 270mm; 進(jìn)氣口軸線偏離圓柱容器中心線e= 85mm; 進(jìn)氣口與排氣口通徑均為Á 89mm。內(nèi)、外層金屬網(wǎng)均采用50 目的不銹鋼絲網(wǎng)。順便提一下，在很多情況下，用戶拆去全部金屬桿和金屬網(wǎng)，僅以離心力作為主要除塵機(jī)理便滿足了單晶爐真空系統(tǒng)的除塵要求。

三、結(jié)束語(yǔ)

　　在工業(yè)中使用除塵器收集灰塵已經(jīng)有了上百年的歷史，但是，到目前為止，還沒有一種不論在什么條件下都能夠圓滿解決問題的除塵器。因此，要根據(jù)不同的具體情況選擇設(shè)計(jì)適用的除塵設(shè)備。對(duì)塵埃問題，世界各真空設(shè)備公司都有各種性能要求和規(guī)格的除塵器、過濾器供用戶選擇。國(guó)內(nèi)還沒有專門生產(chǎn)性能規(guī)格齊全的除塵器、過濾器的工廠，大都由用戶自行設(shè)計(jì)加工。設(shè)計(jì)人員必須掌握除塵技術(shù)的基本知識(shí)，考慮許多技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素才能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。