DE2326440A1

DE2326440A1 - Spruehmischduese

Info

Publication number: DE2326440A1
Application number: DE2326440A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Ladisch
Original assignee: Pfrengle Otto Dr-Ing 6200 Wiesbaden
Current assignee: Pfrengle Geb Karle Luise 6200 Wiesbaden De
Priority date: 1973-05-24
Filing date: 1973-05-24
Publication date: 1974-12-12
Also published as: IT1010153B; FR2230419B1; FR2230419A1; DE2326440B2

Description

Dr. O. Pfrengle Wiesbaden, den 23. Mai 1973

"Wiesbaden

Idsteiner Straße 13

Prov. Nr. 7149 LW

Sprühini schdüse

Die Erfindung betrifft eine Sprühmischdüse zur Vereinigung basisch und sauer reagierender Flüssigkeiten mit Kanälen für das Druckgas und die Flüssigkeiten.

Es ist bekannt, zur Herstellung eines aus Säuren und Basen gebildeten Sprühproduktes die fraglichen Lösungen miteinander zu vermischen und die Mischung alsdann zu verdüsen. Bei diesel Arbeitsweise ist eine hohe Verdünnung erforderlich, damit die Wärmetönung beherrscht bzw. eine explosionsartige Reaktion vermieden wird.

In Weiterbildung dieses Standes der Technik ist eine Sprühmischdüse entwickelt worden, die ein Vermischen der basischen und sauren Flüssigkeiten unmittelbar nach dem Versprühen bewirkt. Hierbei liefert dann die Neutralisationswärme mindestens einen Teil der Energie, die zum Verdampfen des Lösungsoder Dispersionsmittels erforderlich ist. ■ Diese Sprühmischdüse besitzt einen mittleren Kanal und zwei konzentrische Ringkanäle. Die inneren Kanäle sind für die Flüssigkeiten, der äußere Kanal für das Druckgas bestimmt (GB-PS 1 188 582).

Obgleich die Sprühmischdüse der bekannten Bauart erhebliche Vorteile mit sich bringt und .Nachteile der Vorvermischung der Komponenten vermeidet, hat sie einen entscheidenden Mangel, nämlich die vergleichsweise geringe Durchsatzleistung. Auch bei Steigerung der Düsengröße und des Luftdurchsatzes auf ein

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noch praktikables Maß zeigte sich, daß bei Durchsatzlei-' stungen von mehr als insgesamt 150 bis 200 l/h sowohl die Feinheit der Verdüsung wie auch der Grad der Neutralisation rapide absanken. Ein Durchsatz von ca. 300 l/h war bereits nicht mehr möglich. Die Verwendung mehrerer Düsen ist oft aus Platzgründen begrenzt. Noch nachteiliger sind die hohen Kosten mehrerer Düsen und die verringerte Übersichtlichkeit der Anlage, denn für jede Düse ist eine eigene Dosiereinrichtung, bestehend aus zwei Dosierpumpen, Armaturen, Ventilen und ggf. Durchflußmessern, notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Sprühmischdüse zu schaffen, die die bekannten Nachteile nicht aufweist und die insbesondere einen hohen Durchsatz bei hoher Produktgleichmäßigkeit gestattet.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Sprühmischdüse zur Vereinigung basisch und sauer reagierender Flüssigkeiten mit Kanälen für das Druckgas und die Flüssigkeiten entsprechend der Erfindung gekennzeichnet ist durch einen - bezogen auf den Düsenausgang - zentralen Druckgaskanal 1, mindestens zwei konzentrische Ringkanäle 2, 3 für die basisch bzw. sauer reagierenden Flüssigkeiten und einen äußeren konzentrischen, ringförmigen Druckgaskanal 4.

Infolge des Zusammenwirkens des zentralen Druckgaskanals mit dem äußeren ringförmigen Druckgaskanal werden die beiden Flüssigkeiten stark ineinander getrieben, so daß auch bei hoher Flüssigkeitsbelastung eine gründliche Vermischung erzielt wird. Gegenüber der bekannten Sprühmischdüse werden sowohl die Neutralisationsrate als auch die Feinversprühung entscheidend verbessert.

Grundsätzlich ist es möglich, einen weiteren konzentrischen Ringkanal für eine dritte Flüssigkeit vorzusehen, z.B. für

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eine zweite Säure oder eine neutrale Flüssigkeit, so daß um den zentralen Druckgaskanal drei konzentrische Ringkanäle für Flüssigkeiten vorhanden sind. Im Fall des Versprühens dreier Flüssigkeiten kann es vorteilhaft sein, zwischen den Ringkanälen für die Flüssigkeiten einen weiteren Druckgaskanal anzuordnen, um die Versprühung zu intensivieren.

Das Verhältnis der Durchflußquerscnnitte für das Druckgas im inneren zentralen Druckgaskanal und im äußeren konzentrischen, ringförmigen Druckgaskanal soll vorteilhafter Wei se 1 : 3 his 1 : 10 betragen. Bei einer vorgesehenen Sprüh leistung von ca. 1000 l/h werden besonders günstige Ergeb nisse erzielt, wenn der zentrale Druckgaskanal einen Querschnitt von 0,067 cm und der
solchen von 0,4 cm aufweist.

schnitt von 0,067 cm und der äußere Ringgaskanal einen

Der Ausgang des zentralen Druckgaskanales wird zweckmäßiger Weise einige Millimeter vor den Düsenausgang vorgezogen, so daß er etwa im Versprühungspunkt der Flüssigkeiten endet. Hierdurch wird die Wirkung der inneren Gaszuführung verstärkt, Bei einer Düse, bei der der äußere konzentrische Druckgaskanal 18 mm Durchmesser aufweist, ragt der innere zentrale Druckgaskanal etwa 6 mm vor die Ebene der anderen Gas- und Flüssigkeitsaustritte vor.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung verjüngt sich die Außenwand des äußersten ringförmigen Druckgaskanales zumindestens im Mündungsbereich kegelförmig gegen den Ausgang der Düse und bildet so eine Führung für das Druckgas in Richtung auf den zentralen Vereinigungspunkt.

Für den Betrieb der Sprühmischdüse können beliebige unter Druck stehende Gase zur Anwendung kommen. Neben Luft sind z.B. Stickstoff und Kohlensäure, aber auch Ammoniak oder Wasserdampf geeignet.

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Es ist zweckmäßig, für den zentralen Druckgaskanal denselben Gasdruck einzustellen wie für den äußeren konzentrischen, ringförmigen Druckgaskanal. Infolge des bevorzugten unterschiedlichen Durchflußquerschnittes liegt dann die Druckgasmenge für den inneren Druckgaskanal wesentlich niedriger als für den äußeren Druckgaskanal.

Mit steigendem Gasdruck steigt bis zu einem gewissen Grade auch die Feinheit der Versprühung und die Vollständigkeit der Neutralisation. Aus betrieblichen Gründen kommen im allgemeinen Gasdrucke im Bereich von 4 bis 5 atü in Frage, doch sind auch höhere Gasdrucke mit Vorteil anwendbar.

Wenn mit dem Sprühprozess eine Verdampfung der Flüssigkeit angestrebt ist und die durch die Neutralisationswärme gegebene Verdampfung nicht ausreicht, empfiehlt sich die Vorwärmung des Druckgases.

Die erfindungsgemäße Sprühmischdüse läßt sich besonders vorteilhaft in Sprühtürmen zur Erzeugung eines pulverförmigen Produktes oder in Sprühmischtrommeln zum Eintragen des Sprühproduktes in ein die Trommel durchlaufendes Substrat einsetzen.

Die Erfindung wird anhand der Figur und der Ausführungsbeispiele beispielsweise und näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch die Sprühmischdüse .

Die Sprühmischdüse weist einen zentralen Druckgaskanal 1, zwei konzentrische Ringkanäle 2 und 3 für die basisch und sauer reagierenden Flüssigkeiten und einen äußeren konzentrischen, ringförmigen Druckgaskanal 4 auf und ist für das Vermischen zweier Flüssigkeiten bestimmt. Die Flüssigkeiten

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werden über die Eintragsstutzen 5 und 6 eingeführt. Das Druckgas wird über die Stutzen 7 und 8 zugeleitet. Die Außenwand des äußeren Druckgaskanales 4 ist kegelförmig ausgestaltet, so daß das Gas in Richtung auf den zentralen Vereinigungspunkt strömt. Der innere Druckgaskanal 1 ragt über die anderen Kanäle 2, 3 und 4 geringfügig hinaus.

Ausführungsbeispiel 1

Zum Nachweis der Qualität des Sprühmischproduktes und der Leistung der erfindungsgemäßen Sprühmischdüse wurde offen aus einer Entfernung von 120 cm senkrecht nach unten versprüht. Diese Entfernung ist etwa gleich der mittleren Entfernung der Sprühmischdüse vom Substrat in großen Sprühmi s chanlag en.

Unter dem Sprühstrahl wurde in 120 cm Entfernung von der Sprühmischdüse ein Brett parallel zum Boden durchgeschwungen, so daß der Sprühstrahl nur einen Bruchteil einer Sekunde auftraf. Das Brett war mit einem Bogen Filterpapier einer harten Sorte versehen. Es wurde auf dem Filtrierpapier eine Flüssigkeitsbahn abgezeichnet, bei der man aber an den Rändern sehr gut die einzelnen Tröpfchen erkennen konnte.

Als Testlösung diente eine mit Rhodamin B rot gefärbte Lösung von 250 g Zelluloseglykolat-Relatin in 10 1 Wasser. Die zweite mit Methylenblau gefärbte Lösung enthielt 50 g Relatin in 10 1 Wasser gelöst.

Zunächst wurde die erfindungsgemäße Sprühmischdüse gemäß Figur geprüft. Bei einer Versprühung von 500 l/h roter Lösung und 100 l/h blauer Lösung bei 4 atü Druckluft wurde eine völlig einwandfreie Verdüsung erhalten, wie die einheitliche violette Mischfarbe der Tröpfchen auf dem Filterpapier zeigte. Auch bei 3 atü war das Ergebnis noch befriedigend.

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Bei 1000 l/h roter Lösung und 200 l/h blauer Lösung war bei 4 atü das Ergebnis unter Berücksichtigung der Anforderungen in der Praxis durchaus brauchbar. Die Versprühung war ausreichend fein und der größte Teil der Tröpfchen violett gefärbt. Bei einem Luftdruck von 5 atü auf der inneren und der äußeren Druckgasleitung war das Ergebnis jedoch deutlich besser.

Ein Vergleich mit der Sprühmischdüse gemäß GB-PS 1 18S 532 brachte folgende Ergebnisse. Bei einem Durchsatz von 150 l/h roter Lösung und 30 l/h blauer Lösung und Anwendung eines Luftdruckes von 4 atü wurde noch ein befriedigendes Ergebnis erhalten. Die zu beobachtenden Tropfen waren fein und zeigten vorwiegend eine violette Mischfarbe.. Bei einem Durchsatz von 200 l/h roter Lösung und 40 l/h blauer Lösung war das Ergebnis bereits schlechter. Es waren schon mehrere Tropfen zu erkennen, die rot oder blau gefärbt waren. Bei 300 l/h roter Lösung und 60 l/h blauer Lösung war die Versprühung 'völlig unbefriedigend.

Ausführungsbeispiel 2

Es wurde in einen verschlossenen Raum versprüht, und zwar waagrecht von der einen Stirnseite aus in das Innere einer doppelt konischen Sprühtrommel (entsprechend DT-PS 1 197 064) Die Sprühmiseiltrommel hatte eine Länge von 240 cm und einen maximalen Durchmesser von 180 cm. An der anderen Stirnseite befand sich eine Absaugvorrichtung mit hoher Leistung.

Die am großen Umfang der Trommel befindliche Füllöffnung enthielt eine Führung für eine Stange, die an ihrem Ende in eine Art rundes Ruderblatt überging, das auf der einen Seite mit hartem Filterpapier überzogen war. Bei Einschub in

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die Mitte der Sp riihmi seiltrommel betrug die Entfernung ca. 120 cm von der Sprühmischdüse. Das Filtrierpapier wurde vor dem Versuch mit einer alkoholischen Lösung von Naphtholphtalein als Indikator getränkt und getrocknet. Es ließ sich dann an der entstehenden Farbe erkennen, ob die auftreffenden Tröpfchen alkalisch, sauer oder neutral reagierten und damit, wie vollkommen die Durchmischung erfolgt war. Zum Versprühen dienten Zum Versprühen dienten Alkylbenzolsulfonsäure von 50 ⁰C als erste Flüssigkeit und Natronlauge als zweite Flüssigkeit. Zunächst wurde die Stange so eingeführt, daß die Filtrierpapierseite der Sprühmischdüse abgewandt war. Dann wurde die Stange raschmöglichst um 360 ° gedreht, so daß während der Drehung das Filtrierpapier eine sehr kurze Zeit lang dem Sprühstrahl ausgesetzt war. Anschließend wurde die Stange sofort herausgezogen und die Versprühung beendet.

Bei Verwendung der Sprühmischdüse gemäß Figur ließen sich bei 4 atü Luftdruck im inneren und äußeren Druckgaskanal 500 l/h Alkylbenzolsulfonsäure und 100 l/h Natronlauge fein versprühen. Die Neutralisation war einwandfrei. Bei 1000 l/h Alkylbenzolsulfonsäure und 200 l/h Natronlauge war auch hier das Ergebnis bei 4 atü noch durchaus brauchbar. Aufgrund der Färbung des Filterpapiers war erkennbar, daß nur sehr wenige sehr feine Säuretröpfchen aufgetroffen waren. Bei einer Steigerung des Luftdruckes auf 5 atü auf beiden Druckgasleitungen konnte das Ergebnis verbessert werden. Die Neutralisation war dann praktisch vollständig und die Tropfenfeinheit befriedigend.

Mit der Sprühmischdüse gemäß GB-PS 1 188 582 zeigte sich bei einer Beaufschlagung mit 150 l/h Alkylbenzolsulfonsäure und 30 l/h Natronlauge bei 4 atü Luftdruck ein gutes Ergebnis. Die Versprühung war fein und die Neutralisation befriedigend. Bei 200 l/h Säure und 40 l/h Lauge ließ die Sprühqualität merklich nach. Bei 300 l/h Säure und 60 l/h Lauge war. sowohl

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die Neutralisation als auch die Versprühung völlig unbe-, friedigend. Es waren viele große Säuretröpfchen auf dem Filterpapier vorhanden.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Sprühmischdüse läßt sich eine Neutralisations-Mischversprühung bis zu einem Durchsatz von 1000 l/h Säure und der zur Neutralisation erforderlichen Menge Base einwandfrei durchführen. Damit ist die hinsichtlich der Durchsatzmengen von der Praxis gestellte Anforderung erfüllt.

Ausführungsbeispiel 3

In einem zylindrischen Sprühturm von 10,5 m Höhe wurden mit der Sprühmischdüse gemäß Figur über den inneren Ringkanal 2 352 kg/h 50%ige Natronlauge und durch den Ringkanal 3 ein Gemisch von 350 kg konzentrierte Alkylbenzolsulfonsäure ('AS3-Säure") plus 150 kg konzentrierte Schwefelsäure pro Stunde versprüht. Als Druckgas diente Luft. Ihr Druck war auf beiden Druckgaskanälen 1 und 4 auf je 4,5 atü eingestellt.

Der Sprühturm wurde mit Heißluft von 200 ⁰C im Gegenstrom durchströmt.

Es resultierte ein Gemisch von 64% Natriumalkylbenzolsulfonat und 36% Natriumsulfat in Form eines leichten, feinkörnigen, weißen Pulvers. Dieses Gemisch eignet sich als Vorprodukt für die Herstellung von Waschmitteln nach dem Sprühmischverfahren.

Ausführungsbeispiel 4

Das Beispiel beschreibt die Anwendung der erfindungsgemäßen Sprühmischdüse in Verbindung mit einem Mischvorgang

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in einer einseitig konischen, rotierenden Sprühmiseiltrommel (entsprechend DT-OS 2 006 503, Figur 3). Es betrugen der große Durchmesser der Aufsprühkammer 1,9 m und deren Länge 2,3 m. Die Rotationsgeschwindigkeit der Sprühmischtrommel lag bei-47 U/Min. Zur Vermischung gelangten zwei Waschmittelgrundsubstanzen in Mengen von 3»07 t und 6,03 t P^o Stunde.

Aus einer herkömmlichen Zweistoffdüse wurden 250 kg/h eines Alkylarylpolyglykoläthers aufgesprüht. Außerdem wurden mit Hilfe der Sprühmischdüse gemäß Figur 299 kg/h Alkylbenzolsulfonsäure ("AS3-Säure") und 67,5 kg/h 50%ige Natronlauge versprüht.

In einer der Aufsprühkammer folgenden Nachmischkammer wurden weiterhin kontinuierlich 300 kg/h Magnesiumsilikat zugemischt. Die Gesamtzusammensetzung des Produktes ergibt sich aus der nachstehenden Tabelle.

Es wurde ein leicht rieselndes, schon granuliertes Produkt mit einer Schüttdichte von 340 g/l erhalten.

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Gesamtzusammensetzung (in %)

Substanz

Alkyl-

benzol-

sulfonat

Waschmittel-
Grundsubstanz I

Wasch-

mittel-

Grund-

substanz II

Aufspr.
b. Sprühmischen

Nach-

misch-

kammer

Ges.

	4,2	35,4₊	-	-	39,3
Na-per- borat	-	21,9	-	-	21,9
Na-Sulfat	6,7	-	-	-	6,7
Na-Di- silikat	1,5	¹'⁶++	—	-	3,1
CMC	0,9	1,2	-	-	2,1
Mg-SiIi- kat	-	-	—	3,0	3,0
Wasser	2,1	-	0,3	-
Seife	7,65	-	-	-	7,65

7,65

3,2

10,85

Nonionic

2,5

Anmerkungen: + Schüttdichte 300g/l ++ Schüttdichte 80g/l

φ Das Kristallv/asser des Perborats ist nicht eingerechnet.

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Claims

Patentansprüche

Sprühmischdüse zur Vereinigung basisch und sauer reagierender Flüssigkeiten mit Kanälen für das Druckgas und die Flüssigkeiten, gekennz eichnet durch einen bezogen auf den Düsenausgang - zentralen Druckgaskanal (1), mindestens zwei konzentrische Ringkanäle (2, 3) für die basisch bzw. sauer reagierenden Flüssigkeiten und einen äußeren konzentrischen,ringförmigen Druckgaskanal (4).

* 2. Sprühmischdüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Durchflußquerschnitte des zentralen Druckgaskanales (1 ) und des äußeren konzentrischen,ringförmigen Druckgaskanales (4) mit einem Verhältnis von 1 : (3 - 10).

3. Sprühmischdüse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen gegenüber den konzentrischen Ringkanälen (2, 3 und 4) vorgezogenen Ausgang des zentralen Druckgaskanales (1).

4. Sprühmischdüse nach Anspruch 1, 2 oder 3, g e k e η η zeichnet durch einen mindestens im Mündungsbereich kegelförmig sich verjüngenden Verlauf der Außenwand des äußeren konzentrischen, ringförmigen Druckgaskanales (4).

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