DE1519676C3 - Vorrichtung zur Feinverteilung von Flüssigkeit unter Verwendung eines waagerecht rotierenden Verteilerrades - Google Patents

Description

ferenz vom Gas des Verdampferraumes in relativ besonders kleine Tropfen zerrissen wird, die wegen der hohen Turbulenz auffallend schnell auftrocknen.

Durch den Einstellwinkel der Stege, der erfindungsgemäß über 1°, vorzugsweise zwischen 31 und 80° gegen den Radius beträgt, wird die Schubgeschwindigkeit des Flüssigkeitsfilmes auf den Stegvorderflächen und damit die Tropfengröße beeinflußt ebenso wie durch die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit und die durchzusetzende Flüssigkeitsmenge. In diesem Sinne kann auch der vertikale Scheibenabstand zwischen 8 und etwa 30 mm variiert werden, wobei mit größerer Zähigkeit oder Durchsatzmenge der Flüssigkeit auch der Abstand größer gewählt wird. Die spitzwinkelige Schneide der Stoßkante an der Stegaußenseite gewährleistet durch kräftige scharfe Winkelablösung ein scharfes gleichmäßiges Abreißen und Auflösen des Filmes in feine gleichmäßig große Tropfen. Der Winkel an der Stoßkante zwischen Außen- und Vorderfläche des Steges liegt unter 89°, er beträgt vorzugsweise 10 bis 59°.

Wie von den Fliehkraftverteilern her bekannt, breitet sich der Flüssigkeitsfilm auf nach der Peripherie hin schwach ansteigenden Scheiben, z. B. Kugel- oder Kegelschalen, gleichmäßiger aus als auf ganz ebenen Scheiben. Diese Erfahrung wird auch in der vorliegenden Erfindung mit ausgenutzt, indem neben ebenen Scheiben wahlweise auch Scheiben mit schwach ansteigenden Flächen verwendet werden. Der Steigwinkel der unteren bzw. der Fallwinkel der oberen Innenfläche der Scheiben soll aber gegenüber der Waagerechten nur wenige Grade, bis höchstens 10°, betragen. Gleichlaufend mit dem Steigwinkel der unteren Scheibe sollen die Vorderflächen der Stege nach vorn bis maximal etwa 10° gegen die Senkrechte gekippt werden, wobei dann auch eine nach vorn geneigte Stoßkante zur Außenfläche des Steges entsteht. Diese veränderte Stellung bewirkt, daß der Tröpfchenschleier, der beson- ,. ders bei ansteigender unterer Scheibe nach oben tendiert, mehr in die Waagerechte gedrückt wird. Es wirkt sich auch günstig aus, den Durchmesser der oberen Scheibe um einige Millimeter weiter zu halten als den der unteren Scheibe. Die horizontale Breite der öffnung zwischen zwei Stegen soll sich nach dem Scheibenrand nicht oder nur so minimal verjüngen, daß größere feste Fremdkörper, soweit sie an den scharfen Innenkanten der Stege nicht zerschlagen werden, in einen Zwischenraum gelangen und sich hier nicht verkeilen, sondern ausgeschleudert werden.

Dicke Tropfen, die bei großen Einspeisemengen oder hohen Scheibendrehzahlen sich leicht abheben, werden im Verteilerkörper gemäß der Erfindung ebenso von den inneren Stegkanten erfaßt und in den senkrechten Film eingebaut wie der Film von der Scheibe selbst. Tropfen, die an die Deckscheibe springen, werden von dort aus als Film zu den Stegkanten geschoben und von oben her in den senkrechten Film eingebaut.

Die erhöhte Relativgeschwindigkeit der Flüssigkeit gegenüber dem umgebenden Gasraum bewirkt die Ausbildung so kleiner Tropfen, daß die Scheibendrehzahl unter sonst gleichen Bedingungen der physikalisehen Daten der Flüssigkeit niedriger gehalten werden kann als mit herkömmlichen Verteilern. Mit den Verteilerkörpern nach der Erfindung werden Drehzahlen zwischen 2000 und maximal etwa 40 000 Umdrehungen pro Minute praktisch alle Verteileraufgaben erfüllt. Die Scheibendurchmesser liegen zwischen etwa 16 und 40 cm.

Nach einem Merkmal der Erfindung wird die Flüssigkeit radial gegen die Antriebswelle fließen gelassen und nicht tangential in das an sich bekannte, feststehende, die Welle umgebende Zentralrohr, das durch eine Aussparung in der Deckscheibe bis auf etwa 5 bis 20 mm über die untere Scheibe geführt ist. Der Einlaufstutzen ist gegen die Waagerechte etwa 30 bis 80° geneigt, und die Flüssigkeit wird von der Welle sehr gleichmäßig rundum gegen das Zentralrohrinnere geschleudert. Kriechende Flüssigkeit oder fallende Tropfen werden durch einen etwas tiefer angebrachten Schleuderring, der auch als Wendel ausgebildet sein kann, restlich von der Welle gegen das Zentralrohr geschleudert. Die Flüssigkeit fließt am unteren mit einer Schneide versehenen Ende des Zentralrohres als recht gleichmäßiger Mantel ohne merkliches Flattern auf die Scheibe. Ein Flattern erfolgt auch deswegen nicht mehr, weil die erfindungsgemäße Scheibe im Gegensatz zu bekannten Scheiben keine Sogwirkung ausübt, so daß nicht mehr Gas vom Einlaufstutzen her durch den Flüssigkeitsmantel gesaugt wird. Bei der tangentialen Einführung der Flüssigkeit in das Zentralrohr erreicht man mit den üblichen Aufgabegutmengen keine Rundum-Verteilung, sondern es fließt eine Flüssigkeitswulst in Spiralform nach unten und trifft die Scheibe einseitig, was zu material- und druckmäßiger einseitiger Belastung der Scheibe, der Welle und der Lager führt.

Das Zuführungsrohr der Flüssigkeit von außen ist lose in den Einlaufstutzen eingeführt, dadurch werden Temperaturspannungsbelastungen vermieden, und das Rohr kann jederzeit ohne Abkühlen der Anlage zwecks Reinigung herausgenommen werden. Diese Art der Rundum-Verteilung macht alle anderen Einführungsarten, z. B. mit vielen Rohren oder mit Verteilerringen, die oft einseitig verstopfen, überflüssig. Es werden somit folgende Vorteile mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt:

Die Flüssigkeit wird auf den Boden des rotierenden Verteilerkörpers in Form eines senkrecht fallenden, über den ganzen Kreis gleichmäßigen Hohlzylinders, der die Antriebswelle konzentrisch umgibt und einen nur minimal größeren Durchmesser als die Antriebswelle hat, eingebracht. Dadurch bildet sich ein Tropfenschleier von gleichmäßig kreisförmiger Gestalt ohne bevorzugte einseitige geographisch orientierte Abflugrichtung eines Teiles der mit dem rotierenden Verteilerkörper erzeugten Tröpfchen.

Der Verteilerkörper erzeugt Tropfen von möglichst engem Durchmesserbereich, das Durchschlüpfen oder Abspringen größerer Tropfen wird absolut sicher verhindert, und bei der Verwendung feststoffhaltiger Flüssigkeiten tritt keine Verstopfung auf.

Die Flüssigkeit wird frühestens am äußeren Teil der Scheibe auf Umfangsgeschwindigkeit gebracht unter Verhinderung des Abfliegens von Teilen der Flüssigkeit in radial orientierter anstatt tangential orientierter Richtung der gesamten Flüssigkeitsmenge. Die allgemein bekannte Wirkung von mit Schikanen bestückten hohlen Verteilerkörpern als Ventilator muß für diesen Zweck vollkommen aufgehoben werden, damit keine Durchblasung der Schlitze stattfindet und damit die Rotation des die Scheibe umgebenden Gasraumes auf ein Minimum gehalten wird zum Zwecke der Erreichung einer möglichst großen Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Flüssigkeitsfilm am Außenrand der Scheibenschikanen und dem Gaskörper des Verdampferraumes. Die Schikanen bzw. die Stege müssen vielmehr so geformt und gestellt werden, daß sie jede Bewegung des Gaskörpers in Richtung durch die Schlitze

zwischen den Stegen verhindern und daß sie den auf dem Boden der Bodenscheiben nahezu radial zur Peripherie hingleitenden Flüssigkeitsfilm zum Anlegen an die Innenflächen der etwa senkrecht stehenden Stege zwingen, diesem nun angelegten Film eine mittlere Filmdicke auf der ganzen Höhe bis zur Deckscheibe erteilen und einen so weit ausreichenden Schub zu den Außenkanten der Stege hin ermöglichen, daß kein Vollstau für die Flüssigkeit innen am Stegkreis entstehen kann.

Dabei ist der Forderung nach Verkleinerung von Klümpchen od. dgl. in der Flüssigkeit mittels der Richtungs- und der großen Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Flüssigkeit und Stegen und der Forderung nach freiem Durchgang von zu Verstopfung neigender Flüssigkeit durch die Schlitze durch eine genügend große, aber gegen freien Schlupf von Flüssigkeitsteilen noch ausreichend geringe Kanalbreite Rechnung getragen worden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt.

F i g. 1 zeigt die Vorrichtung zum Einbringen von Flüssigkeit in einen Gasraum zur restlosen Aufteilung der Flüssigkeit in kleine Tropfen zum Zwecke der Sprühverdampfung oder des Stoff- oder Wärmeaustausches unter Verwendung eines mit einer Einspeisvorrichtung versehenen waagerechten rotierenden Verteilerkörpers, der aus einer unteren, von der Welle 4 angetriebenen Scheibe 1 und einer Abdeckscheibe 3 besteht, wobei beide Scheiben 1, 3 am äußeren Rande durch Stege 2, die als Prallkörper für die Flüssigkeit dienen, miteinander verbunden sind.
Wie in F i g. 2 dargestellt, bilden die Langseiten der Stege 2 mit dem Radius einen Winkel von mehr als 1°, vorzugsweise 31 bis 80°, so daß die senkrechte bis schwach nach vorwärts geneigte Stoßkante der beiden Flächen eine spitzwinkelige Schneide bildet. Beide Scheiben 1, 3 bilden durchgehend bis zu den Stegen 2 eine glatte, ebene oder nahezu ebene Innenfläche, wobei besonders die untere Scheibe 1 als flacher Hohlkegel von maximal etwa 10° Steigungswinkel gegen die Waagerechte ausgebildet sein kann. Der mit einer senkrechten Welle 4 vorzugsweise von oben angetriebene Verteilerkörper ist mit einer Einspeisvorrichtung für die Flüssigkeit versehen, die aus einem die Welle 4 konzentrisch umgebenden, an der Decke gasdicht befestigten und 50 bis 2O.mm über der unteren Scheibe 1 endenden Zentralrohr 7 von etwa 20 bis 30 mm größerem Durchmesser als dem der Welle 4, einem Einlaufstutzen 8 für die Flüssigkeit in das senkrechte Zentralrohr 7, der etwa 30 bis 80° steil gegenüber der Waagerechten geführt und konzentrisch auf die Achse der Welle 4 gerichtet ist, die unterhalb des Einlaufes einen Schleuderring 5 besitzt, und einem Zuführungsrohr 9 für die Flüssigkeit von außerhalb besteht, das in dem Einlaufstutzen 8 lose eingeführt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Feinverteilung von Flüssigkeiten, wie Lösungen, Suspensionen oder Emulsionen, die stark zu Verstopfungen und Verkrustungen neigen, in einem Gasraum unter Verwendung eines waagerecht rotierenden Verteilerrades, das eine Grund- und eine Abdeckscheibe aufweist, die am Außenrand durch vertikale Stege im Abstand miteinander verbunden sind, die quer zur Achse des Rades geschnitten einen parallelogrammförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Schmalseiten des Parallelogramms tangential und die Langseiten von außen nach innen gesehen gegen die Drehrichtung verlaufend zum Radius geneigt sind, und mit einer Einrichtung zur Zuführung der Flüssigkeit in den Ringraum zwischen die mit einem Schleuderring versehene Antriebswelle des Rades und einer zentralen Öffnung der Abdeckscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der zwischen den Scheiben (1, 3) und benachbarten Stegen (2) gebildeten Kanäle sich zur rechtwinklig zum Scheibenradius gemessenen Breite und zu der längs dem Radius gemessenen Steglänge wie 1:1:1 bis 1 :0,5 :0,25 verhält, wobei der Durchmesser des Verteilerrades 160 bis 400 mm, die genannte Höhe 8 bis 30 mm und der Winkel zwischen den Langseiten der Stege (2) und dem Radius mehr als 1 Grad, vorzugsweise 31 bis 80 Grad, beträgt, ferner gekennzeichnet durch ein die Antriebswelle (4) konzentrisch umgebendes ortsfestes, oberhalb der Grundscheibe (1) und unterhalb der Abdeckscheibe (3) endendes Rohr (7), dessen Innendurchmesser 20 bis 30 mm größer ist als der Außendurchmesser der Antriebswelle (4), ferner gekennzeichnet durch einen oberhalb der Höhe des Schleuderringes (5) unter einem Winkel von 30 bis 80 Grad am Rohr (7) befestigten Zuführungsstutzen (8) für die Flüssigkeit.

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feinverteilung von Flüssigkeiten, wie Lösungen, Suspensionen oder Emulsionen, die stark zu Verstopfungen und Verkrustungen neigen, in einem Gasraum unter Verwendung eines waagerecht rotierenden Verteilerrades, das eine Grund- und eine Abdeckscheibe aufweist, die am Außenrand durch vertikale Stege im Abstand miteinander verbunden sind, die quer zur Achse des Rades geschnitten einen parallelogrammförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Schmalseiten des Parallelogramms tangential und die Langseiten von außen nach innen gesehen gegen die Drehrichtung verlaufend zum Radius geneigt sind, und mit einer Einrichtung zur Zuführung der Flüssigkeit in den Ringraum zwischen die mit einem Schleuderring versehene Antriebswelle des Rades und einer zentralen öffnung der Abdeckscheibe.

   Vorrichtungen zur Feinverteilung von Lösungen, Suspensionen od. dgl., die stark zu Verstopfungen neigen, sind in einer großen Anzahl bekannt. Die US-PS 357 050 offenbart eine Vorrichtung zur Feinverteilung, die aus zwei übereinander in einem Abstand zueinander ungeordneten Scheiben aufgebaut ist, zwischen denen Stege vorgesehen sind, die vorwärts oder rückwärts in bezug auf die Diehriehtung des Zerstauberrades angeordnet sein können. Diese Vorrichtung neigt aber bei bestimmten Flüssigkeiten zu Verstopfungen durch die Flüssigkeitsrückstände auf Grund des inneren Stegeringes dieser Vorrichtung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auch solche Flüssigkeiten wie Lösungen, Suspensionen oder Emulsionen ohne Belagbildungen, Verkrustungen oder Verstopfungen störungsfrei verarbeitet werden, die stark zum Verkrusten oder Verstopfen neigen.

   Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurde eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so ausgebildet daß die Höhe der zwischen den Scheiben und benachbarten Stegen gebildeten Kanäle sich zur rechtwinklig zum .Scheibenradius gemessenen Breite und zu der längs dem Radius gemessenen Steglänge wie 1 : 1 : 1 bis 1 :0,5 :0,25 verhält, wobei der Durchmesser des Verteilerrades 160 bis 400 mm, die genannte Höhe 8 bis 30 mm und der Winkel zwischen den Lang-Seiten der Stege und dem Radius mehr als 1 Grad, vorzugsweise 31 bis 80 Grad, beträgt; ferner ist ein die Antriebswelle konzentrisch umgebendes ortsfestes, oberhalb der Grundscheibe und unterhalb der Abdeckscheibe endendes Rohr vorgesehen, dessen Innendurchmesser 20 bis 30 mm größer ist als der Außendurchmesser der Antriebswelle; weiterhin ist oberhalb der Höhe des Schleuderringes ein Zuführungsstutzen für die Flüssigkeit unter einem Winkel von 30 bis 80 Grad am Rohr befestigt.

   Dabei ist eine Zuführungseinrichtung in Form eines die Antriebswelle konzentrisch umgebenden, ortsfesten, oberhalb der Grund- und unterhalb der Abdeckscheibe endenden Rohres, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Antriebswelle und eines unter einem Winkel an diesem Rohr befestigten Zuführungsstutzens für die Flüssigkeit ist von der Vorrichtung zur mechanischen Zerstäubung nach der DT-PS 1 000 747 bekannt.

   Mit Hilfe der weit nach rückwärts gedrehten Vorderfläche der Stege wird die Zentrifugalbeschleunigung des Gaskörpers, die bei Düsenscheiben, Düsenkörben, Zahnscheiben u. dgl. bekannter Bauart gebläseartig wirkt, fast vollständig aufgehoben. Infolgedessen ist der Verteilerkörper kaum noch gasdurchströmt. Die FIüssigkeit wird nicht mehr in den Verdampferraum hinausgebiasen. Man hat jetzt die höchstmögliche Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der auf den Prallflächen der Stegvorderseiten auf Umfangsgeschwindigkeit gebrachten Flüssigkeit und dem nur sehr langsam mitrotierenden äußeren Gaskörper. Mit den bisherigen Verteilerkörpern wird der umgebende Gasraum durch die Gebläsewirkung in weitem Bereich in stärkere gleichsinnige Rotation versetzt, so daß die Relativgeschwindigkeit der Flüssigkeitstropfen gegenüber dem Gasraum verringert ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die aus dem einfachen Fliehkraftzerstäuber entwickelt wurde, breitet sich der durch sorgfältige Rundum-Verteüung in der Nähe der Welle auf die Scheibe aufgebrachte Flüssigkeitsfilm durch die Fliehkraft unter starkem Schlupf gegenüber der Scheibengeschwindigkeit nach der Peripherie hin aus. Die Differenz kann z. B. bei 50 in/sec. Umfangsgeschwindigkeit mit 40m/sec. angenommen werden. Deshalb wird der ganze Film von der Scheibe durch die Innenkanten und Vorderflächen der Siege abgeschält und vertikal angelegt. Durch Nachschub und Fliehkraft gelangt der Film entlang der Stegvorderflächen an die scharfe AulJenschneide, wo er infolge der hohen Geschwindigkeitsdif-