DE2005972B2

DE2005972B2 - Verfahren und vorrichtung zur zerstaeubung einer fluessigkeit, suspension oder paste

Info

Publication number: DE2005972B2
Application number: DE19702005972
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Dr. 6842 Bürstadt; Hess Klaus Dipl.-Ing. Dr. 6702 Bad Dürkheim; Leib Heinz Dipl.-Ing.; Schüler Konrad Dipl.-Ing. 6700 Ludwigshafen Gehrig
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1970-02-10
Filing date: 1970-02-10
Publication date: 1977-06-30
Also published as: DE2005972C3; DE2005972A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerstäubung einer Flüssigkeit, Suspension oder Paste mit Hilfe eines Zerstäubungshilfsmediums, von dem ein Teilstrom abgezweigt und durch Drallkanäle in das zu zerstäubende Medium eingeführt wird, so daß das zu zerstäubende Medium und der Teilstrom zusammen aus einer Düse austreten, während ein weiterer Teil des Zerstäubungshilfsmediums zum Zwecke der Zerstäubung mittels einer die genannte Düse konzentrisch umgebenden Düse gegen den aus der Düse für das Zerstäubungshilfsmedium und das Zerstäubungsmedium austretenden Strom gerichtet ist.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DT-PS 4 66 932 bekannt. Bei einer Düseneinrichtung für Farbzers;täuber bewirkt der abgezweigte Teilstrom bereits eine erste Zerstäubung des Mediums.

Für die Zerstäubung von Stoffen, z. B. bei Trocknungs-. Kühl- und Reaktionsvorgängen sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, die in ihrem Anwendungsbereich gewissen Beschränkungen unterliegen. Vielfach werden sogenannte Druckzerstäubungsdüsen, z. B. der aus der DT-PS 4 66 932 bekannten Art, verwendet, bei denen die Zerstäubung des Mediums durch Umsetzung von Druck in Geschwindigkeit erfolgt. Sie haben den Nachteil, daß sie bei feststoffhaltigen Flüssigkeiten leicht zum Verstopfen neigen und praktisch nur für relativ dünnflüssige Medien bis etwa 500 cP geeignet sind. Bei Stoffen höherer Viskosität oder Pasten macht der notwendige Energieaufwand Drücke erforderlich, die nur schwer durch Fördervorrichtungen zu beherrschen sind.

Relativ große Energien kann man schon bei niedrigen Drücken bei den ebenfalls viel verwendeten Zweistoffdüsen aufbringen, wobei ein Gas als Energieträger für die Zerst.aubung benutzt wird. Die Produktmündung der Düse kann dabei relativ groß gehalten werden, so daß die Verstopfungsgefahr herabgesetzt wird. Außerdem können bei dem niedrigen Druck zähere Medien, wie Suspensionen und Pasten leichter gefördert werden. Gegenüber der Druckdüse Hefen die herkömmliche Zweistoffdüse feinere Tröpfchen, aber ein breiteres Spektrum. Der Grund dafür ist folgender:

Der zentral aus der Düse kommende Flüssigkeitsstrahl wird in seinen Randzonen durch den unmittelbaren Kontakt mit dem Zerstäubungsgas zu feinen Tropfen zerteilt, während die zentralen Bereiche des Flüssigkeitsstrahls fernab des Gases liegen und somit zu relativ groben Tropfen zerfallen. Aus dem gleichen Grund sind die maximalen Kapazitäten solcner Zweistoffdüsen auf etwa 200 bis 300 l/h beschränkt, da sonst die Zerstäubung zu schlecht wird und der Energieaufwand unzulässig hohe Werte annimmt.

Die geringste Verstopfungsanfälligkeit zeigen die bekannten Zerstäuberscheiben, bei welchen das Produkt praktisch drucklos zugeführt werden kann. Die Umfangsgeschwindigkeiten der Scheiben sind jedoch aus Festigkeitsgründen beschränkt und bleiben erheb-Hch hinter den erreichbaren Gasgeschwindigkeiten der Zweistoffdüsen zurück, so daß vielfach Produkte, deren Zähigkeitswerte in normalen Zweistoffdüsen noch tragbar sind, nicht mehr verarbeitet werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zerstäubung von Flüssigkeiten, Suspensionen oder Pasten vorzuschlagen, das eine gleichmäßig feine Zerstäubung des jeweiligen Mediums bewirkt, keine Verstopfungsempfindlichkeit der verwendeten Düse aufweist und große Durchsätze des Zerstäubungsmediums gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Teilstrom so in die Düse für das zu zerstäubende Medium geleitet wird, daß das zu zerstäubende Medium so in Drehung versetzt wird, daß ein schlauchförmiges Profil entsteht, durch dessen Hohlraum der Teilstrom strömt.

Vorteilhaft beträgt der Teilstrom des Zerstäubungshilfsmediums 10 bis 80% des Gesamtstromes des Zerstäubungshilfsmediums. Das Verhältnis der Innenfläehe des schlauchförmigen Strömungsproiils des zu zerstäubenden Mediums j:u der Eintrittsfläche des Teilstromes des Zerstäubungshilfsmediums in die das zu ■»erstäubende Medium führende Düse beträgt 10:1 bis 0,5:1, vorzugsweise von 5:1 bis 1:1. Das auf die Außenseite des Mediums einwirkende Zerstäubungshilfsmedium weist am Düsenaustritt einen ringförmigen Querschnitt auf, dessen Breite 0,2 mm bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 mm bis 3 mm, beträgt. Das zu zerstäubende schlauchförmige Strömungsprofil hat einen Durchmesser von 2 mm bis 200 mm, vorzugsweise 5 mm bis 50 mm.

Durch den drallerzeugenden Teilstrom des Zerstäubungshilfsmediums wird dem zu zerstäubenden Medium eine Geschwindigkeit von 5 m/s bis 200 m/s, Vorzugsweise 20 m/s bis 100 m/s erteilt. Der Arbeitsdruck des Zerstäubungshilfsmediums beträgt dabei 0,1 atü bis 20 atü, vorzugsweise 1 atü bis 5 atü.

Von besonderem Vorteil ist, wenn das zu zerstäubende Medium entweder durch das Zerstäubungshilfsmedium angesaugt wird oder unter einem Druck von 0,1 atü bis 2 atü steht.

Die Menge des Zerstäubungshilfsmediums beträgt je nach Viskosität des zu zerstäubenden Mediums und der gewünschten Tropfenfeinheit 0,1 kg bis 2 kg, Vorzugs- ho weise 0,3 kg bis 1 kg, je kg zu zerstäubendem Medium.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindunsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die das zu zerstäubende Medium führende Düse von einer das Zerstäubungshilfsmedium führenden Düse konzen- (κ trisch umgeben ist, wobei die innere Düse mit tangentialen und schräg in Strömungsrichtung tangential verlaufenden Kanälen so versehen ist., daß sie den Innenraum der inneren Düse mit einem das Zerstäubungshilfsmedhun enthaltenden Ringraum, welcher die Düse umgibt, verbinden und wobei die innere Düse von einem Zentrierteil umgeben ist, welches sich mit seiner Umfangsfläche gegen die Innenfläche der das Zerstäubungshilfsmedium führenden Düse anlegt, wobei das Zentrierteil Durchgangskanäle für das Zerstäubungshilfsmedium enthält, welche zur Erzielung eines Dralls in einem Winkel von 0 bis 80°, vorzugsweise 10 bis 45°, in Umfangsrichtung und entgegensetzt dem Drall des zu zerstäubenden Mediums geneigt sind

Von Vorteil ist es, die beiden Düsen in Axialrichtung mittels Distanzscheiben einstellbar anzuordnen.

Der besondere Vorteil der Verstopfungsunempfind· lichkeit der erfindungsgemäßen Düsenkonstruktion ergibt sich daraus, daß einerseits der Durchmesser der Düse für das Zerstäubungsmedium so groß gewählt werden kann, daß keine Verstopfung auftritt, während andererseits trotz des für eine feine Zerstäubung bei üblichen Düsen zu großen Durchmessers eine gute Zerstäubung erreicht wird, weil der Kern des Hohlraums der Düse durch das Zerstäubungshilfsmedium ausgefüllt ist

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Längsschnitt für große Düsenkapazitäten und

Fig.2 eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Längsschnitt für kleine Düsenkapazitäten.

Gemäß Fig. 1 ist eine das zu zerstäubende Medium führende Düse 1 vorgesehen, welche konzentrisch von einer das Zerstäubungshilfsmedium führenden Düse 2 umgeben ist. Die innere Düse I ist mit einem Zentrierteil 3 versehen, das sich mit seiner Umfangsfläche 4 gegen die Innenfläche 5 der Düse 2 anlegt. Das Zentrierteil 3 enthält Durchgangskanäle 6, die in Umfangsrichtung entgegen dem Drall des zu zerstäubenden Mediums geneigt sind. Die Wand der inneren Düse 1 ist ebenfalls mit Kanälen 7 versehen, die tangential und schräg in Strömungsrichtung tangential verlaufen, so daß sie den inneren Raum der Zerstäuberdüse 1 mit einem das Zerstäubungshilfsmedium führenden Ringraum 8 mit einer Zuführung 9 verbinden. Als Zuführung 9 kann beispielsweise eine Rohrleitung Verwendung finden, welche an einem den Zwischenraum 8 umgebenden Gehäuseteil 10 befestigt ist. Das Gehäuseteil 10 ist zwischen der Düse 2 und einem weiteren an der der Düsenmündung oder inneren Düse 1 abgekehrten Seite vorgesehenen Gehäuseteil 10' angeordnet. Die Verbindung der Düse 1 mit der Düse 2 erfolgt mittels Schrauben 11. Das fest mit der inneren Düse 1 verbundene Gehäuseteil 10' enthält einen Bund 12, welcher mit Bohrungen 13 versehen ist, die zur Aufnahme der Schrauben 11 dienen. Die Schraubenverbindung der Schrauben 11 erfolgt über in der Düse 2 vorgesehene Gegengewinde 14. Durch Distanzringe 15 ist es möglich, die Düsen 1 und 2 in Axialrichtung verstellbar anzuordnen.

Gemäß· F i g. 2 besteht das Gehäuse 10, 10' aus einem gemeinsamen Teil, auf welches die beiden Düsen 1 und 2 getrennt voneinander aufgeschraubt sind. Das zu zerstäubende Medium gelangt hierbei durch einen in dem Gehäuse 10, 10' verlaufenden Kanal 16 in den Innenraum der Düse 1. Die Zuführung 9 des Zerstäubungshilfsmediums erfolgt bei diesem Ausführung >-hcispiel über einen weiteren in dem Gehäuse 10,

10' vorgesehenen Kanal.
Die Zerstäubung geht folgendermaßen vor sich:
Das zu zerstäubende Medium gelangt zunächst in die Düse 1. Gleichzeitig wird der Düse 2 das Zerstäubungshilfsmedium zugeführt. Durch die Kanäle 7 in der Düse 1 wird ein Teilstrom des Zerstäubungshilfsmediums in das Innere der Düse 1 geleitet. Das zu zerstäubende Produkt wird beim Eintreten des Teilstromes in das Innere der Düse 1 in Drehung versetzt, wodurch das zu zerstäubende Medium ein schlauchförmiges Strömungsprofil annimmt. Der Teilstrom des Zerstäubungshilfsme-

diums nimmt somit den Innenraum des schlauchform!- gen Strömungsprofils ein, während der Reststrom des Zerstäubungshilfsmediums von außen auf das zu zerstäubende Medium beim Austreten aus der Düse 1 auftritt. Dadurch, daß das zu zerstäubende Medium beim Austreten aus der Düse 1 bei gleichzeitiger Drehung des Strömungsprofils innen und außen von je einem Teilstrom des Zerstäubungshilfsmediums getroffen wird, wird eine gleichmäßige und feine Zerstäubung erreicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

'i Patentansprüche:

1. Verfahren zur Zerstäubung einer Flüssigkeit, Suspension oder Paste mit Hilfe eines Zerstäubungshilfsmediums, von dem ein Teilstrom abgezweigt s und durch Drallkanäle in das zu zerstäubende Medium eingeführt wird, so daß das zu zerstäubende Medium und der Teilstrom zusammen aus einer Düse austreten, während ein weiterer Teil des Zerstäubungshilfsmediums zum Zwecke der Zerstäubung mittels einer die genannte Düse konzentrisch umgebenden Düse gegen den aus der Düse für das Zerstäubungshilfsmedium und das Zerstäubungsmedium austretenden Strom gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom so in die Düse für das zu zerstäubende Medium geleitet wird, daß das zu zerstäubende Medium so in Drehung versetzt wird, daß ein schlauchförmiges Profil entsteht, durch dessen Hohlraum der Teilstrom strömt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom des Zerstäubungsmediums 10 bis 80% des Gesamtstromes des Zerstäubungjhilfsmediums beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Innenfläche des schlauchförmigen Strömungsprofils des zu zerstäubenden Mediums zu der Eintrittsfläche des Teilstromes des Zerstäubungshilfsmediums in die das zu zerstäubende Medium führende Düse (1) 10:1 bis 0,5:1, vorzugsweise von 5:1 bis 1:1, beträgt

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Außenseite des zu zerstäubenden Mediums einwiikende Zerstäubungshilfsmedium am Düsenaustritt einen ringförmigen Querschnitt aufweist, dessen Breite 0,2 mm bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 mm bis 3 mm, beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu zerstäubende schlauchförmige Strömungsprofil einen Durchmesser von 2 mir bis 200 mm, vorzugsweise 5 mm bis 50 mm, hat.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den drallerzeugenden Teilstrom des Zerstäubungshilfsmediums dem zu zerstäubenden Medium eine Geschwindigkeit von 5 m/s bis 200 m/s, vorzugsweise 20 m/s bis 100 m/s, erteilt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsdruck des Zerstäubungshilfsmediums 0,1 atü bis 20 atü, vorzugsweise 1 atü bis 5 atü, beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu zerstäubende Medium entweder durch das Zerstäubungshilfsmedium angesaugt wird oder unter einem Druck von 0,1 atü bis 2 atü steht.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Zerstäubungshilfismediums je nach Viskosität des zu zerstäubenden Mediums und der gewünschten Tropfeneinheit 0,1 kg bis 2 kg, vorzugsweise 03 kg bis 1 kg, je kg zu zerstäubendem Medium beträgt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das zu zerstäubende Medium führende Düse (1) von einer das Zerstäubungshilfsmedlium führenden Düse (2) konzentrisch umgeben ist, wobei die innere Düse (1) mit tangentialen und sehnig in Strömungsrichtung tangential verlaufenden Kanälen (7) so versehen ist, daß sie den Innenraum der inneren Düse (1) mit einem das Zerstäubungshilfsmedium enthaltenden Ringraum (8), welcher die Düse (1) umgibt, verbinden und wobei die innere Düse (1) von einem Zentrierteil (3) umgeben ist, welches sich mit seiner Umfangsfläche (4) gegen die Innenfläche (5) der das Zerstäubungshilfsmedium führenden Düse (2) anlegt, wobei das Zentrierteil (3) Durchgangskanäle (6) für das Zerstäubungshilfsmedium enthält, welche zur Erzielung eines Dralls in einem Winkel von 0 bis 80°, vorzugsweise 10 bis 45°, in Umfangsrichtung und entgegengesetzt dem Drall des zu zerstäubenden Mediums geneigt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die beiden Düsen (1, 2) in Axialrichtung mittels Distanzscheiben (15) einstellbar angeordnet sind.