JPS624462A

JPS624462A - 複数の連続したベンチユリ管によるガス流中での液体の霧化装置

Info

Publication number: JPS624462A
Application number: JP14380585A
Authority: JP
Inventors: ルイ・オーギユスタン・トラニー; ミツシエル・ジヨルジユ・トウーサン
Original assignee: Compagnie Francaise de Raffinage SA
Current assignee: Compagnie Francaise de Raffinage SA
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、液体をガス流中で霧化させるための装置に
関づるものである。この装置は、直列に配置された複数
のベンチュリ管を含んでおり、その中で、ガス流は、ベ
ンチュリ管ののど部と直角に音速で流れ、それぞれのの
ど部に続く末広部の一部では超音速で流れる。

従来の技術おＪ：びその問題点この技術分野においては、ノズルによる液体の霧化装置
として、ベンチコリ型のものすなわち先細部、のど部お
よび末広部を含むものが知られている。この装置におい
ては、霧化されたガス状流体は、のど部の段階では音速
で流れ、のど部の下流では超音速で流れ、末広部のもう
少し下流では音速以下の速さで衝撃波の発生を伴って急
激に通過する。霧化される液体は、通常、ベンチュリ管
ののど部の段階で噴射される。

そして、のど部の段階でのガス流の速度勾配の影響によ
る最初の分散によって生じる液滴は、もう少し下流で衝
撃波のＩＩ’９によって多数の微細な液滴に分割される
。

このタイプの霧化装置を利用するような様々なタイプの
液体燃料のバーナまたは化学反応器の仕込物の噴射器が
提案されてきたが、このように製品化されたノズルは必
ずしも常に高−い反応収率を得るための液滴の細かさぁ
よび液滴の分散に関して充分な水準に達しているわけで
はない。とくに、燃料または仕込物が粘度の高い重質石
油誘導体であったり、液体中に固体粒子が分散した懸濁
液である場合がそうである。

それに、提案されている装置の構造は一般に複雑であり
、これにより、装置の組立や分解、どくにバーナの保守
が困難になっている。

この発明は、上記の問題を解決した霧化装置を提供する
ことを目的としている。この霧化装置は、その構造と機
能の単純さによって、種々の燃料の噴射にうまく適応さ
れるだろう。そして、このタイプの公知の装置と比較し
て大きい孔によって、固体状またはペースト状の粒子に
よる目詰りを最小限にし、装置を分解せずに保守するの
に適しでいる。

この発明は、また、液状仕込物が細かく霧化されしたが
って高温の流動性粒状物質と接触して気化させられるよ
うな全ての用途、たとえば接触クラッキングまたは水素
化クラッキングの反応器における噴射のために利用しつ
る霧化装置を提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段この発明によるガス流中での液体の霧化装置は、同軸に
かつ直列に配置され内部をガス流が流れる少なくとも２
つのベンチュリ管と、最上流に配置されたベンチュリ管
ののど部において前記ガス流中へ液体を噴射する噴射手
段とを備えており、ベンチュリ管の寸法は、各ベンチュ
リ管において、ガス流の速度がのど部の段階では盲速で
、その下流ののど部に続く末広部では超音速になり、ｎ
番目のベンチュリ管ののど部の流体の圧力をＰｉ　　こ
ののど部の断面積をｎ　ゝＳｎとすると、Ｐｉ　ｘｓ　−Ｐｉｎ＋１　　ｎ＋１ｎ　　ｎ　　　　　　ｘＳという関係になるようなものであることを特徴とするも
のである。

発明の作用および効果この発明の霧化装置によれば、非常に微細な液体粒子と
気体の二相混合物、とくにバーナ内で重質誘導体を燃焼
するのに適応する混合物を得ることができる。というの
は、燃料の液滴の燃焼時間は第１近似値において液滴の
直径の二乗に比例するからである。

このタイプの装置はまた、とくにクラッキングまたは水
素化クラッキングの反応器のような接触変換の反応器に
お（プる重質石油仕込物の噴射に適している。というの
は、これらの仕込物の噴射特性により、反応部において
炭化水素のほどんど瞬間的な気化が可能になり、よって
触媒の粒子とともに存在させるときに熱の伝達特性をか
なり改善させることが可能であるからである。この瞬間
的な気化は、また、クランキング触媒のコークス化を最
小限度にとどめ、クランキング触媒の活性部位を保持す
ることができ、このため、良好な活性と選択性が生じる
。

生成された液体粒子が微細であるため、この霧化装置は
、たとえば補助的な流体とともに重質仕込物を反応器の
中でできる限り細かく霧化しなければならないにつな他
の全ての反応器において液体生成物を噴射するのにもま
た適している。

この霧化装置を機械的な霧化装置（すなわち単に燃料の
圧力の助けをかりて作動するようなもの）に結合するこ
とも可能である。そして、この機械的な霧化装置は上流
に配置されて、いわゆる機械的に補助された１つの霧化
システムを構成することになるであろう。

この発明による霧化装置の適用により、この発明のその
他の対象が構成される。

装置の連続する２つのベンチュリ管の間のガス流を安定
させるために、好ましくは、円筒形の部分またはのど部
がそれぞれのベンチュリ管の末広部と次のベンチュリ管
の先細部との間に配置されるであろう。

霧化装置の最下流に配置された末広部の先端部では、ガ
ス流を複数の噴流に分割するために、曲率半径が一定で
ない断面形状の胴部を有するディフューザが備えられる
ことになるであろう。

その断面形状は、最終的な噴流を与えられた所定の角度
に広げるように、そして噴流の剥離を避けるように定め
られている。

この発明の重要な特徴によれば、それぞれのベンチュリ
管の先細部の角度は２０〜４５°の間に含まれ、好まし
くは、のど部と丸味をもってつながる断面形状を有づる
。そして、それぞれの末広部の角度はせいぜい１４°で
ある。末広部はまた、円錐台状にせずに曲線状の断面形
状にすることができる。円筒形ののど部の長さは用途に
よって変えることができるが、少なくとも直径の３倍に
なるであろう。

出願人は、実際、この数値で、相対圧力０゜５バール（
周囲の圧力が１バールならば絶対圧力１．５バール）以
下の低圧のガス状流体に対して第１ののど部内で音速に
近い速度を得ることが可能であることを明らかにした。

実際、末広部が１４°またはそれ以下のゆるい角度であ
るから、末広部内の圧力降下を最小限におさえて流れを
再圧縮することが可能である。

第１のベンチュリ管ののど部の段階における液体の噴射
は、この技術分野において知られている全ての方法で行
なわれるであろう。そして、種々の噴射器の製品化につ
いては次に説明されるであろう。

実　　施　　例この発明の種々の実施態様を添附図面によって説明する
。

第１図に示されているにうに、この発明による霧化装置
の本体は、一連のベンチュリ管で構成されており、それ
らのベンチュリ管の先細部は（１０）（１１）（１２）
（１３）で、のど部は（１）（１５）（１６）（１７）
で、末広部は（３）（４）（５Ｈ６）でそれぞれ表わさ
れている。液体の噴射は第１のベンチュリ管ののど部（
１）で行なわれ、ガス（または霧化流体）と液体の二相
混合物の流出は、最後のベンチュリ管の先端部で行なわ
れる。それぞれのベンチュリ管の先１１１部の角度（頂
点での総角度）は、この場合、約２７°で、それぞれの
末広部の角度は約１４°である。それぞれのベンチュリ
管ののど部は円筒形で、適当な長さを右する。

それぞれの末広部の出口に円筒形の胴部（７）（８）（
９）がそれぞれ配置されており、それらは流れを次の先
細部に至る前に安定さ往るためのものである。

それぞれのベンチュリ管ののど部の直径は、霧化流体の
最初の供給については、流れがのど部（第４図のＡＩ　
、Ａ２　、Ａａ　、Ａ４にそれぞれ対応する）と直角で
音速になり、それぞれの末広部（ＡＩ−８＋　、Ａ２−
Ｂ２、Ａ３〜Ｂ３にそれぞれ対応する）では超音速にな
り、流体の霧化を助ける垂直な衝撃波（Ｂ＋　、Ｂ２　
、Ｂ３にそれぞれ対応する）を通して再圧縮が行なわれ
るように定められている。

このために、第１のベンチュリ管の断面積Ｓ１の第１の
のど部において発生する圧力Ｐ　ｒ　１に基づいて、第
２のベンチュリ管ののど部の断面積Ｓ２は、第２のベン
チュリ管ののど部の段階で発生する圧力をＰｉ２とする
と、Ｐ　ｉ　　Ｘ　Ｓ　　＝、　Ｐ　ｉ　２　Ｘ　Ｓ　
２の関係を満足する幾何学的パラメータとして定義され
、のど部の段階における流体の流速は通常の作動条件下
においてマツハ数１に上がる。

実際に市販されている燃料の霧化装置のように、断熱的
な流れの場合すなわち霧化装置の壁を通して熱交換のな
い場合には、同様に、上記の関係式はｎ番目のベンチュ
リ管にまで広げられ、ｎ番目のベンチュリ管ののど部に
おいて発生する流体の圧力およびのど部の断面積をそれ
ぞれＰｉ　　および３ｉ　　どすると、ｎ　　　　　　　　　　　ｎＰ　ｉ　　ｘｓ１＝ｐ　ｉ　ｎＸＳｎとなる。のど部の段階で発生する圧力は上流から下流へ
と減少するので、のど部の断面積は上流から下流へと増
加するようにしなければならない。

液体と霧化流体の噴射は、この発明による装置の上流で
前もって混合することにより、それ自体公知の方法で有
利、に行なうことができる。

液体の噴射は、また、第２ａ図〜第２ｅ図のように第１
のベンチュリ管ののど部（１）に直角に行なうことがで
きる。良い結果をもたらす噴射器は第２ａ図のように第
１のベンチュリ管と同軸の管（２１）からなり、これは
液体を霧化流体（出願人の試験の場合は窒素、企業では
一般に水蒸気）の流れと同じ方向に流す。この液体噴射
器の出口の直径は様々であり（出願人によって行なわれ
た試験の場合は１〜４ＩＩＩｍ）、これにより、噴射器
の直径によって異なる圧力で与えられた液体の相当量を
噴射することができる。

のど部と直角な噴射器の周りの霧化流体の環状の流れは
、音速である。このタイプの噴射器の変形例（どれも同
様に良い結果をもたらすもの）は、中心用部（２２）を
有する噴射器を末広部内の下流側に延長することにより
構成される。

この場合、液体の噴射は、霧化流体の流れ（のど部では
音速）と交叉するように液体を流す第２ｂ図の孔（２４
）または第２Ｃ図のスリット（２３）のような形の開口
を通して行なわれる。

もう１つの例は、第２ｄ図および第２ｅ図のように、流
れに垂直な開口（２５）　（またはスリット）を用いて
液体を噴射することにより構成され、これらの開口は第
１ベンチユリ管ののど部（１）の環状外壁に位置してい
る。

この霧化ＩＩの利用法（バーナ、大気中での噴射、化学
反応器での噴射など）によって、二相混合物をある決め
られた角度によって様々に配分するのは有益であろう。

このように、二相噴流の角度が最後の末広部の角度とほ
ぼ同じであるように、霧化装置の出口の開口は第１図の
ように末広部の先端から構成されていてもよい。もし噴
流の角度をもう少し開きたいときには、第３ａ図のよう
に末広部の先端部分（２６）は二相流体を壁のある長さ
にわたって粘着させるような形状にされてもよい。

この場合、噴流の角度α′は、末広部の角度αよりも大
きくなる。

空間での混合物の分散を厳密に１ｔ１１１ｔＩｌシたい
ならＧｆ、第３ｂ図のように、主な流れを開口（２１）
を通して複数（通常６〜８）の噴流に分割することがで
きる。これらの開口を合わせた流路全体の断面積Ｓ　　
　は最後のｎ番目のベンチュｎ＋１り管ののど部の断面積より大きく、Ｐｉ　　１ＸＳ１　＝Ｐｉ、ｘＳｎ＝ｐｉ　　　　ｘ３ｎ＋１　　　ｎ＋１の関係が成立つ。これらの開口（２７）は角度α″の方
向を向けられており、それぞれの開口は単純な孔または
所定の断面形状（先細部、のど部、末広部）を有り”る
にうに構成される。

最後に、霧化装置の長さを最小にしなければならない場
合は、円錐形の末広部をもう少し短いらっは状の末広部
ととりかえることができる。

第５図は、比較のために、この霧化装＠（曲ｍｃ＞とｒ
Ｆｏｙｅｒｓ　　Ｔｕｒｂｉｎｅ　　ｔＶＤｅ　　ＭＶ
Ｊという商品名の公知のタイプの霧化装置（曲線Ｃ′）
について、霧化流体として粘度１５ｃＳｔの油と窒素を
用いて同じ作動条件下において霧化０台上で試験を行な
ったときの霧化窒素の割合に対するロジン・ラムラーの
平均直径を示す。

水蒸気が５％以下では、液滴は十分大きい。

反対に、霧化流体の消費量が増加すると、連続した音速
ののど部を有するこの発明による霧化装置は、従来の霧
化装置よりはるかに微細な液滴（５０％の水蒸気で２倍
以上微細な液滴）をつくることができる。

最後に、第６図は、連続したベンチュリ管の数の増加に
よる霧化特性の改善をグラフによって示している。

曲線Ｄ（ただ１つのベンチュリ管の場合）を曲線Ｅ（２
つの連続するベンチュリ管の場合）曲線Ｆ（３つの連続
するベンチュリ管の場合）、曲線Ｇ（４つの連続するベ
ンチュリ管の場合）と比較してみると、一般に５〜３０
％程度の水蒸気の噴射では、霧化特性は連続するベンチ
ュリ管の数の増加とともに向上することがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は霧化装置の本体を概略的に表わした図面、第２
ａ図〜第２ｅ図は第１のベンチュリ管ののど部と直角を
なす噴射器の様々な形を表わした図面、第３ａ図および
第３ｂ図は所定断面の胴部による出口の開口および霧化
装置の最後の末広部の出口に配置されたディフューザの
図面、第４図は連続したベンチュリ管内の流れの速度の
推移をグラフで示した図面、第５図は流体の割合の変化
に対するロジン・ラムラーの平均直径のグラフ、第６図
は１〜４個の連続したベンチュリ管を有する装置の霧化
流体の割合の変化に対するロジン・ラムラーの平均直径
のグラフである。（１）・・・のど部、（７）（８）（９）・・・１舅部
、（２０）・・・ディフューザ、（２１）・・・噴射手
段、（２２）・・・中心胴部、（２３）・・・スリット
、（２４）・・・孔、（２５）・・・開口、（２６）・
・・部分、（２７）・・・開口、（２８）・・・開口。以上ム一　　　　　　　　　　　−一 −一つ０り□

Claims

【特許請求の範囲】

（１）同軸にかつ直列に配置され内部をガス流が流れる
少なくとも２つのベンチユリ管と、最上流に配置された
ベンチユリ管ののど部（１）において前記ガス流中へ液
体を噴射する噴射手段（２１）とを備えており、ベンチユリ管の寸法は、各ベンチユリ管において、ガス
流の速度がのど部の段階では音速で、その下流ののど部
に続く末広部では超音速になり、ｎ番目のベンチユリ管
ののど部の流体の圧力をＰｉ＿ｎ、こののど部の断面積
をＳ＿ｎとするＰｉ＿ｎ×Ｓ＿ｎ＝Ｐｉ＿ｎ＿＋＿１×
Ｓ＿ｎ＿＋＿１という関係になるようなものであること
を特徴とする複数の連続したベンチユリ管によるガス流
中での液体の霧化装置。
（２）それぞれのベンチユリ管の間のそれぞれの末広部
の出口に、これに続く先細部の前で流れを安定させるこ
とに適している円筒形の胴部（７）（８）（９）を備え
ていることを特徴とする請求請求の範囲第１項に記載の
装置。
（３）最後の末広部の出口にディフューザ（２０）を備
えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
第２項に記載の装置。
（４）それぞれのベンチユリ管の先細部の角度が２０〜
４０°の間にあり、それぞれの末広部の角度が１４°以
下であることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項の
いずれか１項に記載の装置。
（５）噴射手段（２１）がのど部（１）の開口部に位置
している中心胴部（２２）を備えていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の装
置。
（６）中心胴部（２２）が霧化される液体を平行にかつ
ガス流の方向に流すための開口（２８）を備えているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
（７）中心胴部（２２）が霧化される液体をガス流と交
叉するように流すためのスリット（２３）または円形の
孔（２４）の形をした開口を備えていることを特徴とす
る特許請求の範囲第５項に記載の装置。
（８）霧化される液体の噴射が、のど部自体の中に作ら
れた孔またはスリットの形の開口（２５）によって、の
ど部（１）の段階でガス流と垂直に行なわれることを特
徴とする特許請求の範囲第１〜７項のいずれか１項に記
載の装置。
（９）出口の開口が所定の断面形状を与えられた部分（
２６）を含み、その曲率半径は一定ではなく、噴流の剥
離を避けるように、最終的な噴流を所定の角度α′に広
げるようになっていることを特徴とする特許請求の範囲
第１〜８項のいずれか１項に記載の装置。
（１０）ディフューザ（２０）が所定の角度α″の方向
を向けられた複数の円筒形または所定の断面形状の開口
（２７）を備え、開口全体の流路の断面積が、最後のベ
ンチユリ管ののど部の断面積と同等またはそれより大き
いことを特徴とする特許請求の範囲第１〜９項のいずれ
か１項に記載の装置。
（１１）液体状または液体中に固体粒子が分散した懸濁
液状の燃料をバーナに供給するために適用されることを
特徴とする特許請求の範囲第１〜１０項のいずれか１項
に記載の装置。
（１２）化学反応器、とりわけ接触クラッキングまたは
水素化クラッキングの反応器に供給するために適用され
ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜１０項のいず
れか１項に記載の装置。