DE2627880A1

DE2627880A1 - Verfahren fuer die zerstaeubung von fluessigkeiten oder fuer die zerteilung von gasen in kleine blasen

Info

Publication number: DE2627880A1
Application number: DE19762627880
Authority: DE
Inventors: Jogindar Mohan Dr Ing Chawla
Original assignee: Chawla jogindar Mohan dr-Ing
Current assignee: Chawla jogindar Mohan dr-Ing
Priority date: 1976-06-22
Filing date: 1976-06-22
Publication date: 1977-12-29
Also published as: DE2627880C2

Description

Verfahren für die Zerstäubung von
rdüssigkeiten oder für die zerteilung von Gasen in kleine Blasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Zerstäubung von Flüssigkeiten mit nilfe von Gasen oder fiir die Zerteilung von Gasen in Kleine Blasen mit Hilfe einer Flüssigkeit, wobei beide Phasen miteinander vermischt werden. im folgenden wird nurmehr von der Zerstäubung von Flüssigkeiten gesprochen werden, doch eignet sich die erfindung, gleichermaßen auch für die Zerteilung von Gasen in viele kleine Blasen.
In zshlreichen Gebieten der Verfahrenstechnik, z. 13.
in der Trocknungstechnik oder der Verbrennungstechnik, werden Zerstäubungseinrichtungen für Blüssigkeiten benötigt. Zwischen der zerstäubten Flüssigkeit und einem Gas finden meist Stoff- und »oder Wärmeaustauschvorgänge statt. hierzu ist es notwendig, die Flüssigkeit in möglichst viele feine rGröpfchen zu zerteilen, um eine gro!De Phasentrennfläche, d. h. eine große Austauschfläche zwischen beiden Stoffen zu erzielen.
sie bekannten Zerstäubungsverfahren arbeiten in der Kegel mit sehr hohen Gasströmungen, damit die wesentlich langsameren Flüssigkeitspartikel einer Scherspannung ausgesetzt und dadurch zerkleinert werden. Dadurch ist der Druckverlust in den bekannten Einrichtungen recht hoch. darüber hinaus werden große engen Dreibgas oder Treibdampf benötigt, so daß es insgesamt eines nohen Energieaufwandes bezogen auf die zerstäubte Plüssigkeitsmenge bedarf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Zerstäubungsverfahren zu entwickeln, das mit weniger Treibgas und geringerem Energieaufwand auskommt.
Weiterhin soll die erzeugte Tropfengröße einstellbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zuströmgeschwindigkeiten und die Volumenströme der beiden einzelnen phasen unter Berücksichtigung der iibrigen zustandsgrößen so im riinblick auf den gemeinsamen Bbströmquerschnitt aus der Mischkammer gewahrt sind, daß die Ausströmgeschwindigkeit gleich der Schallgeschwindigkeit des Zweiphasen-Gemisches wird und daß das Gemisch beim Austritt aus der Mischkammer eine sprunghafte Druckerniedrigung erfährt.
Die Erfindung geht von der erkenntnis aus, d die Schallgeschwindigkeit eines weiphasen-Gemisc-nes nur ein Bruchteil der Schallgeschwindigkeit der beiden reinen phasen ist. Während beispielsweise die Schallgeschwindigkeit unter Normalbedingungen bei reinem siasser etwa 1500 m/s und die von reiner iLuft etwa 330 m/s beträgt, liegt die Schallgeschwindigkeit der mischung bei etwa 20 bis 30 m/s, wenn man einen Gasvolumenanteil zwischen 30 und 80 % zugrunde legt. Man kommt dadurch mit sehr geringem Energieaufwand aus, denn die flüssige und die gasförmige Phase werden mit relativ niedriger Geschwindigkeit in die Mischkammer geleitet, wodurch die Reibungs- und die Beschleunigungsdruckverluste klein bleiben. Da die Abströmgeschwindigkeit des Gemisches gleich seiner Schallgeschwindigkeit ist, bewirkt die sprunghafte Druckerniedrigung beim Austritt aus der Mischkammer eine intensive zerteilung der flüssigen phase in kleine Tröpfchen. Der mittlere l'ropfendurchmesser wird im wesentlicnen durch diesen Drucksprung beeinflußt und ist dadurch einstellbar. Da er außerdem eine wesentlich wirkungsvollere Zerstäubung bewirkt, als die mit dem Scherprinzip aufgrund unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten beider Phasen arbeitenden Einrichtungen, kommt man mit einem viel geringeren Sasvolumenstrom aus. bo benötigt man beispielsweise bei den bekannten Zerstäubungsverfahren für ein kg Flüssigkeit etwa 1000 1 luft, wohingegen das erfindungsgemäf3e Verfahren mit knapp 10 1 Luft auskommt (jeweils unter formalbedingungen).
fler flruck vor der Mischkammer kann je nach der erwünschten Tröpfchengröße und der davon abhängigen Phasenaustauschfläche zwischen etwa 1,6 und 40 bar liegen, wobei meist Drücke in der Größenordnung von 5 bar üblich sein werden.
Für die Durchführung des Verfahrens bestehen zahlreiche konstruktive Ausfijhrungsmöglichkeiten. Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, aus dem sich weitere merkmale der erfindung ergeben.
Diese eichnung zeigt eine Mischkammer im Axialschnitt und darunter den Druckverlauf längs der 'lüssigkeits-bzw. der Gemisenströmung.
Eine Rohrleitung 1 ist an ihre m Ende von einer ringförmigen ammer 2 umgeben, in welche eine leitung 3 für das Gas mündet. Die ringförmige kammer 2 steht über mehrere Querbohrungen 4 mit dem Inneren der Rohrleitung 1 in Verbindung, so daß deren Endbereich als Islischkammer 5 fungiert.
Das Verhältnis von Gasstrom zu Flüssigkeitsstrom soll so bemessen sein, daß kurz vor dem Austritt aus der riischkammer 5 ein Gasvolumenanteil zwischen 30 und b0 7o vorliegt, d. h., der vom Gas eingenommene Rtrömungsauerschnitt soll 30 bis 0 ; des Gesamtströmungsquerschnittes einnehmen. Weiterhin sind beide Strömungen hinsichtlich ihrer relevanten Zustandgrößen, insbesondere hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit, ihres druckes und auch ihrer Temperatur so zu bemessen, daß am Ende der Mischkammer 5 die charakteristische Schallgeschwindigkeit des Zweiphasen-Gemisches, also der kritische Durchfluß mit maximal möglicher Strömungsgeschwindigkeit vorliegt.
Am Ende des Mischraumes 5 expandiert das Gemisch in einen nicht näher bezeichneten saum, wo ein niedrigerer Druck po herrscht. Der Drucksprung #ps bewerkstelligt die feine Zerstäubung.
Die zeichnerisch dargestellte Zerstäubungseinrichtung dient nur zur Veranschaulichung des prinzips. de nach den konstruktiven und verfahrensmälsigen Forderungen kann die Zerstäubungsdüse auch anders ausgelegt und gebaut werden. Insbesondere ist es möglich, am Ende der Mischkammer konvergente oder divergente Rohrstrekken einzubauen.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren für die Zerstäubung von Flüssigkeiten mit Hilfe von Gasen oder Dämpfen oder für die Zerteilung von Gasen in kleine Glasen mit ilfe einer Flüssigkeit, wobei beide Phasen miteinander vermischt werden, dadurch gekennzeicnriiet, daß die Zuströmgeschwindigkeiten und die Volumenströme der beiden einzelnen Phasen unter Berücksichtigung der übrigen Zustandsgrößen so im Einblich auf den gemeinsamen Abströmquerschnitt aus einem Mischkammer gewählt sind, daß die Ausströmgeschwindigkeit gleich der charakteristischen Schallgeschwindigkeit des Zweiphasen-Gemisches wird und daf das Gemisch beim Austritt aus der Mischkammer eine sprunghafte Druckerniedrigung erfcjhrt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Gasstrorn zu Flüssigkeitsstrom so bemessen ist, daß der Gasvolumenanteil zwischen 30 und 80 % des Mischungsvolumen beträgt.
3. Verfatlren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenr.-zeichnet, daß die Drücke der Gas- und der Flüssigkeitsströmung vor der Mischkammer zwischen 1,6 und 40 bar liegen.
4. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke bei etwa 5 bar liegen.
5. jorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einen aer Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitungen (1, 3j beider Phasen in eine gemeinsame Mischkammer (5) münden.
u. Vorrichtung nach anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da. aer Endbereich der einen Zuführleitung (1) als Mischkammer (5) fungiert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Zuführleitung (3) radial in diese Mischkammer (5) mündet.