DE1750551A1

DE1750551A1 - Zerstaeubungsduese

Info

Publication number: DE1750551A1
Application number: DE19681750551
Authority: DE
Inventors: Keith Masters
Original assignee: Niro Atomizer AS
Current assignee: GEA Process Engineering AS
Priority date: 1967-05-17
Filing date: 1968-05-13
Publication date: 1971-01-28
Also published as: FR1563516A; US3533558A; ES353909A1; SE336765B; GB1219357A

Description

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Aktieselskabet Niro Atomizer, Sjiborg, Dänemark. Zerstäubungsdüse.

Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungsdüse» insbesondere für hoch» viskose Flüssigkeiten, die eine Anzahl konzentrische Kanäle für Gas und Flüssigkeit aufweist, welche auf eine solche Weise angeordnet sind, dass sich sowohl innerhalb des Flüssigkeitskanals als auch um diesen herum jeweils ein Gaskanal befindet, wobei der äussere Gaskanal mit Mitteln zum Hervorbringen einer zirkulierenden Bewegung des Gases versehen ist, und der FlUssigkeits- " kanal mit Mitteln versehen ist, die die Flüssigkeit in eine rotierende Bewegung versetzt wird, deren Richtung der des Gases im umgebenden Kanal entgegengestzt ist.

Es ist mit ziemlichen Schwierigkeiten verbunden, eine effektive Zerstäubung mit gleichartiger und kleiner Partikelgrösse zu erreichen, und die Schwierigkeiten nehmen mit steigender Viskosität der Flüssigkeit zu.

Diese Schwierigkeiten treten besonders in hohem Grade auf, wenn der Trockenstoff der Flüssigkeit einer Stoff mit langkettiger Molekulstruktur ist*

Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Düse der oben genannten, bekannten Art, anzugeben, mit der eine effektive Zerstäubung selbst hochviskoser Flüssigkeiten erreicht werden kann, und erfindungsgemäss wird dieses dadurch ermöglicht, dass der Flüssigkeitskanal und der äutsere Gaskanal wie ring- | förmige Spalte im Inneren der Düse in einer hauptsächlich kegelförmigen Fläche münden, deren Grundfläche von der Mündung der Düse gebildet wird und deren Scheitel in oder in der Nähe der Mündung des inneren Gaskanals im Inneren der DUs« liegt, wobei der Abstand der DUsenmUndung von der Mündung des äusseren Caskanals im Inneren der Düse grosser als der grosste Durchmesser der DUsenmUndung ist.

Das durch den inwendigen Kanal eingeführte Gas bewirkt wie bei den bekannten Konstruktionen, dass die Flüssigkeit die Form einer dünnen Haut erhält, und die Rotation, die der Flüssigkeit erfindungsgemäss beigebracht wird, wird von dieser Haut beibehalten, welch« Haut dann von dem diese umgebenden, durch den äusseren Kanal zugeführten und in entgegengesetzter Richtung rotierenden Gas zerrissen wird.

Es hat sich erwiesen,dass man mit der erflndungsgeuässeu Düse eine effektiver« Zerstäubung erreichen kann als mit den bekannten Düsen, insbe-

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sonder« wenn es sich um hochviskose Flüssigkeiten handelt, welches sich möglicherweise dadurch erklären lässt, dass die rotierende Bewegung der Flüssigkeit, aus der die Haut besteht, diese Haut stabilisiert, so dass sie nicht so leicht von dem durch den inwendigen Kanal zugefUhrten Gas zerrissen wird, das an «ich dazu neigt, die Flüssigkeit in verhältnismässlg grosse Partikeln zu zerteilen. Dank dieser Stabilisierung ist es möglich, die FlUsslgkeitshaut dünner zu machen, so dass die Partikeln kleiner werden und einen gleichartigeren Durchmesser erhalten, wenn sie anschllessend beim Zerreissen der Haut durch das von aussen her zugefUhrte Gas gebildet werden. Gleichzeitig bewirkt die Rotation der Flüssigkeit, dass das von aussen her zugefUhrte, ebenfalls rotierende Gas die Flüssigkeitshaut entgegen ihrer Bewegungsrichtung trifft und daher nicht die Tendenz hat, die Flüssigkeit in Fäden auszuziehen. SchliessÜch ist es ohne Zweifel von der allergrössten Bedeutung, dass die erwähnte kegelförmige Fläche in der die Kanüle innerhalb der Düse ausmünden, sich bis an der äussersten Rand der HUndung erstreckt ohne Irgendwelche Erweiterung da solche Erweiterungen bei der DUsenmUndung unvermeidlich zur Drahtbildung führt. Dies wird völlig bei der Anordnung nach der Erfindung vermieden welches wahrscheinlich mit der grösseren Energiekon· zentration in Vergleich mit der der sich erweitenden Düsen zusammenhängt.

Es ist eine Düse bekannt, in der eine entsprechende Anordnung der drei Kanäle sowie Mittel zur Rotation der Flüssigkeiten benutzt wird. Diese bekannte Düse ist jedoch nicht für die Zerstäubung einer hochviskosen Flüssigkeit, sondern für das Erreichen einer innigen Vermischung von Flüssigkeiten oder Gasen für chemische Reaktionszwecke bestimmt zum Beispiel werden Schwefeldioxid zum Musseren, salpetrige Dämpfe zum mittleren und Wasserdampf zum inneren Kanal zum Zweche der Schwefelsäureherstellung geführt. Diese bekannte Düse besitzt eine sich stark erweiternde Mündung und hat sich als völlig ungeeignet für die Zerstäubung hochviskoser Flüssigkeiten gezeigt.

Es ist erfindungsgemäss besonders vorteilhaft, dass der Scheitelwinkel der konischen Fläche weniger als 45°, vorzugsweise 30° bis 40°, misst, wodurch eich die Düse besonders zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit hoher Viskosität eignet, und ausserdem 1st es zweckmässig, dass die Wand der DUsenmUndung mit der genannten kegelförmigen Fläche zusammenfällt.

Ferner ist es erfindungsgemäss von Vorteil, dass der Abstand der DUsenmUndung von der Mündung des äusseren Gaskanals im Inneren der Düse grosser als der grösste Durchmesser der DUsenmUndung ist, welches einen im Hinblick auf des Zerstäubungsresultat besonders zweckmässigen Strömungsverlauf bewirkt. Eine entsprechende Wirkung wird ersielt, wenn erfindungsgemäss der Abstand

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zwischen der unteren Kante der Mündung des FlUssigkeitskanals und der oberen Kante der Mündung des äusseren Gaskanals kleiner als die Hälfte des Durchmessers der Bohrung in dem diese beiden Kanäle voneinander trennenden Wandteil ist. Die Ausdrücke "obere" und "untere" beziehen sich auf die in lotrechter Stellung mit der Mündung nach unten zeigend angebrachte Düse, obwohl man bei Anwendung der Düse diese selbstverständlich in jeder beliebigen Stellung anbringen kann.

Die Möglichkeit, die Viskositätsgrenze für die Flüssigkeiten, welche sich mit Vorteil mit Hilfe der Düse zerstäuben lassen, noch weiter heraufzusetzen, kann erfindungsgemäss dadurch gegeben werden, dass der Winkel zwischen der DUsenachse und der Mündungsrichtung des äusseren Gaskanals im Inneren der Düse wenigstens 45°, vorzugsweise 55°, beträgt. Ein Heraufsetzen der Viskos!- A tätsgrenze kann erfindungsgemäss auch dadurch ermöglicht werden, dass der Winkel zwischen der DUsenachse und der MUndungsrichtung des Flüssigkeitskanal s kleiner als 35°, vorzugsweise ungefähr 30 , ist.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung näher erklärt, die schematisch einen Axialschnitt einer AusfUhrungsform der erfindungsgemässen Zerstäubungsdüse darstellt.

Die gezeigte Düse umfasst drei koaxiale Kanäle 1, 2 und 3, die mit Hilfe von zylindrischen Wänden 4, 5 und 6 voneinander getrennt sind. Der Kanal 1 hat einen Zufuhrkanal 7, der mit seiner Achse in der Zeichnungsebene liegend dargestellt ist, so dass Luft oder ein anderes Gas, das dem Kanal 1 durch diesen zugeführt wird, radial zugeführt wird und daher hauptsächlich axial ohne Rotation durch den Kanal 1 strömt. Der Kanal 2 hat einen Zufuhrkanal 8, von dem in der gezeigten AusfUhrungsform angenonnen wird, dass er m zwar parallel mit dem Kanal 7, doch mit seiner Achse hinter der Zeichnungsebene liegend, verläuft und sich daher tangential an den Kanal 2 anschliesst, so dass der Flüssigkeit, die dem Kanal 2 zugeführt wird, eine rotierende Bewegung beigebracht wird. Auf entsprechende Weise steht der Kanal 3 in Verbindung mit einem Zufuhrkanal 9, dessen Achse jedoch vor der Zeichnungsebene liegt, so dass die Luft oder ein anderes Gas, das dem Kanal 3 zugeführt wird, eine Rotationsbewegung erfährt, deren Richtung der Rotationsrichtung der Flüssigkeit im Kanal 2 entgegengesetzt ist.

Die Wand 4 läuft in einem konisch eingeengten Teil 10 aus und an den Wänden 5 und 6 sind konische Abschlussteile 11 bezw. 12 festgeschraubt, innerhalb welcher die Kanäle 1, 2 und 3 fortsetzen.

Die Teile 10, 11 und 12 sind so ausgebildet, dass, vom Inneren der Düse aus gesehen, vor der äusseren Mündung 13 der Düse eine konische Kammer

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14 entsteht, in die die drei Kanäle 1, 2 und 3 mUnden. Die MUndungen 15 und 16 der Kanäle 2 bzw. 3, die ringförmig sind, liegen daher auf einer konischen Fläche,, deren Scheitel in oder in der Nähe der Mündung 17 des Kanals 1 liegt.

Die Mündung 17 des zentralen Kanals 1 liegt daher, vom Inneren der Düse aus gesehen, etwas vor den ringförmigen MUndung 15 des umgebenden FlUsslgkeltskanals 2 und diese MUndung liegt widerum, ebenfalls vom Inneren der Düse aus gesehen, etwas vor der ringförmigen MUndung 16 des äusseren Luftkanal's 3.

Die Wand 18 der DUsenmUndung 13 ist konisch und bildet den unteren Teil der oben erwähnten konischen Fläche, in welcher die ringförmigen MUndungen

15 und 16 liegen. Der Scheitelwinkel der konischen Fläche beträgt in der

m gezeigten Ausfuhrungsform etwa 30 , kann aber eventuell bis zu 45 betragen. Die Höhe der MUndung 13, d.h. die Projektion der Wand 18 auf die DUsenachse, ist grosser als der grösste Durchmesser der MUndung 13, während der Teil der konischen Fläche, der die MUndungen 15 und 16 voneinander trennt, d.h. die Kante des Teiles 11, eine Höhe hat, die kleiner als die Hälfte des Durchmessers an dieser Stelle ist.

Die Teile 11 und 12 slid in der Nähe der MUndung 16 so ausgebildet, dass

die MUndungsrichtung des Gaskanals mit der DUsenachse einen Winkel von 55 bildet, während die MUndungsrichtung des FlUssigkeitskanals einen Winkel mit der DUsenachse bildet, der etwas grosser als 30° ist.

Die Flüssigkeit, die vom Kanal 2 mit rotierender Bewegung in die Kammer 14 gelangt, wird mit Hilfe des Gases, das durch die MUndung 17 aus dem Kanal 1 ausströmt, in der Kammer nach unten geblasen, wodurch die Flüssigkeit die * Form einer dUnnen Haut erhält, die in wesentlichem Grad die Rotationsbewegung beibehält. Diese Haut wird von dem Gas getroffen, das quer zur Richtung des FlUssigkeitsstromes und mit entgegengesetzt gerichteter Rotation durch die MUndung 16 ausströmt, und dadurch, dass der Druck so eingestellt wird, dass das Gas eine sehr hohe Geschwindigkeit erhält, die in der Regel gleich der Schallgeschwindigkeit oder höher ist, wird die Haut in feine Partikeln zerrissen, die durch die MUndung 13 aus der DUse ausströmen, wo sich dann das Gas entspannt und die Partikeln zu einer Wolke versprüht.

Als ein Beispiel kann angeführt werden, dass es mit einer DUse wir der auf der Zeichnung gezeigten, deren grösste Durchmesser der MUndung 13, 8 mm betrug, möglich gewesen ist, ein so hochviskoses Material wir verkleisterte Maisstärke mit einer Viskosität von mehr als 20 000 cP zufriedenstellend zu zerstäuben. Die Zufuhrgeschwindigkeit betrug dabei 600 kg/h bei einem Druck

und der Gasdruck 4

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von ungefähr 3,9 kg/era und der Gasdruck 4 kg/cm .

Claims

- 5 -Patentansprüche

1. Zerstäubungsdüse, insbesondere für hochviskose Flüssigkeiten, die eine Anzahl konzentrische Kanäle für Gas und Flüssigkeit aufweist, welche auf eine solche Weise angeordnet sind,dass sich sowohl innerhalb des Flüssigkeitskanal als auch um diesen herum jeweils ein Gaskanal befindet, wobei der äussere Gaskanal mit Mitteln zum Hervorbringen einer zirkulierenden Bewegung des Gases versehen ist, und der Flüssigkeitskanal mit Mitteln versehen ist, die die Flüssigkeit in eine rotierende Bewegung versetzt wird, deren Richtung der des Gases im umgebenden Kanal entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal (2) und der äussere Gaskanal (3) wir ringförmige i Spalte (15 bzw. 16) im Inneren der Düse in einer hauptsächlich kegelförmigen Fläche münden, deren Grundfläche von der Mündung (13) der Düse gebildet wird und deren Scheitel in oder in der Nähe der Mündung (17) des inneren Gaskanals (1) im Inneren der Düse liegt, wobei der Abstand der DUsenmUndung (13) von der Mündung (16) des äusseren Gaskanals (3) im Inneren der Düse grosser als der grösste Durchmesser der DUsenmUndung (13) ist.

2. Zerstäubungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitelwinkel der konischen Fläche weniger als 45°, vorzugsweise 30° bis 40°, misst.

3. Zerstäubungsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (18) der DUsenmUndung (13) mit der genannten kegelförmigen Fläche zusammenfällt.

4. Zerstäubungsdüse nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der unteren Kante der Mündung (15) des FlUssigkeitskanals (2) und der oberen Kante der Mündung (16) des äusseren Gaskanals (3), bezogen auf die in lotrechter Stellung mit der Mündung (13) nach unten zeigend angebrachte Düse, kleiner als die Hälfte des Durchmessers der kegelförmige Fläche Bereich des diese beiden Kanäle voneinander trennenden Wandteil ist.

5. Zerstäubungsdüse nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der DUsenachse und der Mündungsrichtung des äusseren Gaskanals (3) im Inneren der Düse wenigstens 45°, vorzugsweise 55°, beträgt.

6. Zerstäubungsdüse nach einem oder meheren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der DUsenachse und der MUndungsrichtung des Flüssigkeitskanal kleiner als 35°, vorzugsweise ungefähr 30°, ist.

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