PT95155B

PT95155B - Dispositivo para produzir uma dispersao

Info

Publication number: PT95155B
Application number: PT95155A
Authority: PT
Inventors: Colin Samuel Sinclair; Alan Tallentire
Original assignee: Univ Manchester
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1998-06-30
Also published as: US5301878A; CA2064857C; DE69014891T2; DK0489755T3; EP0489755A1; GR900100649A; DE69014891D1; ES2067039T3; EP0489755B1; IE903188A1; CA2064857A1; JP3091218B2; GR1000654B; PT95155A; GB8919767D0; AU637810B2; WO1991003270A1; DK23892A; ATE114979T1; JPH04507355A

Description

MEMÚRIft DESCRITIVA

Este invento refere-se a um dispositivo para a produção de uma dispersão, substancialmente uniforme, de gotas ou partículas de um material fluido, tal como um líquido ou suspensões sólido/líquido, ou sólidos em partículas que fluem livremente. Tais aerossóis ou dispersões são largamente usados nos campos da pesquisa biológica e médica, assim como na terapia de inalação, sendo geradas pela formação de aerossóis do líquido ou outra substância em partículas, por uma corrente de ar. A eficácia do processo está dependente do fluxo do material através de um orifício ou jacto.

Na prática, quando o material para dispersar está em partículas sólidas ou contém as mesmas, o orifício ou jacto tende a ser bloqueado restringindo assim a utilização de tais dispositivos principalmente para líquidos sem partículas.

É um objectivo do presente invento proporcionar um dispositivo que pode ser usado para dispersar materiais contendo sólidos em suspensão, ou até mesmo materiais em partículas secos,

De acordo com o presente invento é proporcionado um dispositivo para produzir uma dispersão em partículas, compreendendo, pelo menos, um tubo, no qual pode ser estabelecido e mantido um abastecimento de um material fluido a ser disperso, uma pluralidade de aberturas de saída comunicando com o tubo ou com cada tubo e geralmente dirigidas perpendicularmente ao eixo longitudinal do tubo ou de cada tubo, e uma pluralidade de jactos de gás pressurizados alinhados ou moviveis, em alinhamento com as aberturas de saída, para forçar o material através destas últimas a partir do tubo ou de cada tubo, para, deste modo, formar uma dispersão; caracterizado por a área da secção transversal de cada abertura de saida não ser maior do que a área da secção transversal do tubo que comunica com ela.

As concretizações do invento serão agora descritas, por meio de um único exemplo, com referência aos desenhos anexos, quais:

nos

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-3a Figura 1 ilustra, parcialmente em corte vertical, uma primeira forma de dispositivo fabricado de acordo com o invento;

a Figura 2 ilustra uma forma modificada de parte do dispositivo ilustrado na Figura 1;

e a Figura 3 ilustra em corte vertical uma forma adicional do dispositivo fabricado de acordo com o invento.

Referindo agora a Figura 1, um dispositivo para produzir uma dispersão em partículas compreende um recipiente 10 para conter um reservatório 11 de líquido ou uma suspensão liquido/sólido. 0 recipiente inclui um tubo de saída largo 12, o qual neste exemplo está dirigido para cima para o topo do recipiente. Um conjunto nebulizador compreende um tubo direito 13 fixado centralmente dentro do recipiente 10 e alinhado com a saída 12, tendo a sua abertura inferior aberta e submergida dentro do líquido 11. Concentricamente dentro do tubo 13 está uma linha de ar 14 ligada externamente do recipiente 10 para uma fonte de fornecimento de ar pressurizado. No topo da linha de ar 14 está um corpo 15, definindo uma pluralidade de jactos de ar 16, os quais comunicam com a linha de ar 14, tendo cada uma, uma boca divergente 17 abrindo-se para a coluna de líquido estabelecida dentro do tubo

13. 0 conjunto do tubo -13 e corpo 15 está fechado na sua extremidade superior por um bujão vedado 18 e pela tampa 19. Estas últimas partes são removíveis para limpeza.

Na parede do tubo 13 estão várias aberturas de saída 20 alinhadas com os jactos de ar 16,

Podem ser proporcionados seis a doze pares alinhados de jactos de ar 16 e aberturas 20 em posições espaçadas em volta do perímetro do tubo 13.

Em funcionamento, por conseguinte, o ar pressurizado saindo dos jactos 16 embate no líquido no topo da coluna dentro do tubo 13 e forma uma dispersão de pequenas gotícuias de líquido como um aerossol que passam para fora através das aberturas 20. As dimensões das gotículas de líquido dentro do aerossol variam e no caso de água pode estar entre 0,5 um e 500 um. Assim é possível

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-4dispersar uma suspensão de partículas sólidas dentro de um líquido, desde que a dimensão das partículas seja menor do que o diâmetro das aberturas 20.

As dimensões das partes do conjunto ilustrado na Figura 1 neste exemplo, são tais que a área em corte transversal combinada das aberturas 20 não é maior do que e preferivelmente menor do que a área em corte transversal da coluna anular de líquido no tubo 13, mas é maior do que a área em corte transversal combinada dos jactos de ar 16. Assim, não é requerido que o líquido/sólido flua através de uma constrição pequena e não existe a tendência para as aberturas 20 ficarem bloqueadas.

Será observado que as gotículas maiores dentro da gama de dimensões produzida, chocam com as paredes do recipiente 10 e podem assim retornar ao reservatório 11, enquanto as gotículas mais pequenas formam uma dispersão uniforme que sai do recipiente através da saída 12.

As gotículas no produto aerossol saindo através da saída 12 estão tipicamente na gama de 0,5 um a 20 um. ft dimensão máxima da gotícula é determinada pela geometria do aparelho e é inversamente proporcional ao nível de forças de impacto geradas pela pressão de entrada aplicada aos jactos de ar.

Referindo agora à Figura 2, o conjunto de nebulizador dentro do recipiente 10 é modificado devido à linha de ar ilustrada em 14’ entrar no conjunto a partir do topo, deixando o tubo inteiro 13 livre para transportar a partir do reservatório uma coluna liquida com área em corte transversal maior.

Referindo agora à Figura 3, numa concretização genericamente similar à mostrada na Figura 1, pode ser incluída uma placa deflectora 21 que circunda o topo do tubo 13 e apresenta, adjacentemente a cada abertura de saída 20 uma superfície curva ou outra divergindo para fora 22, na qual as gotículas maiores da dispersão podem chocar.

A alta velocidade do fluxo de ar através das superfícies 22 resulta numa produção secundária de pequenas gotículas pelo novo

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-5arrastamento do líquido com impacto, de modo que a dimensão total da gotícula cai dentro de uma gama similar à produzida pelo aparelho ilustrado na Figura 1, mas aqui a concentração de aerossol é significativamente maior uma vez que menor quantidade de líquido retorna ao reservatório. Mais uma vez, a dimensão máxima da gotícula e a quantidade produzida de aerossol secundário sao determinadas pela geometria do aparelho e estão inversa e directamente relacionadas, respectivamente, à pressão de entrada.

Deverá ser notado que em todas as concretizações do invento, para um líquido volátil, as gotículas de aerossol evaporarão com o tempo para uma nova dimensão. A extensão da evaporação está dependente da pressão de vapor do líquido no ar. Se no líquido estão presentes solutos e/ou partículas insolúveis, a evaporação completa pode deixar partículas quase secas de soluto e/ou partículas insolúveis dispersadas no ar.

Tipicamente, os jactos tíe ar 16 podem ser em número de seis, equidistantes, em volta do corpo 15 e entre 0,7 e 1,3 mm em diâmetro com as aberturas de saída 20 entre 3 e 6 mm em diâmetro. A área de corte transversal do tubo 13 seria consequentemente entre 140 mm² e 420mm². Em geral, o aumento da dimensão das aberturas de saída, requer um aumento do fluxo de ar para arrastar o líquido para cima na coluna a partir do reservatório» Isto pode ser obtido aumentando a pressão do ar para uma dada dimensão de jacto ou aumentando a dimensão dos jactos para uma dada pressão de ar. Não é essencial para todos os jactos de ar ou todas as aberturas de saída no aparelho serem de dimensão uniforme. Podem ser proporcionadas combinações de pares com dimensões diferentes de aberturas e os pares alinhados de jactos de ar e aberturas de saída podem estar em diferentes ângulos em volta da cabeça do nebulizador, de modo que a dispersão de aerossol é distribuída através de um volume aumentado do espaço dentro do aparelho. As dimensões relativas do tubo 13, dos jactos 16 e das aberturas de saída 20, podem conjuntamente ser escalonadas para cima ou para baixo para se adaptarem aos requisitos particulares do dispositivo»

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Foi descoberto que restringindo o fluxo do aerossol· através das aberturas de saída 20 se aumenta as forças que arrastam o líquido do reservatório, de modo que o aparelho é, com efeito, de limpeza automática, prevenindo uma depositação de liquido/sólido em volta das aberturas. Também, o funcionamento do aparelho pode ser controlado obturando as saídas como requerido a partir de uma condição completamente fechada a uma composição completamente aberta. 0 funcionamento não será indevidamente prejudicado por um ou mais dos jactos ou aberturas tornarem-se bloqueadas ou fechadas, enquanto as outras permanecem abertas.

dispositivo pode ser modificado rodando uma ou mais partes do conjunto do nebulizador de modo que, por exemplo, na Figura 3 a placa deflectora 21 podia ser rodada ou alternativamente o conjunto de jacto de ar pode ser rodado relativamente a ou em sincronismo com uma parte do tubo 13 contendo as aberturas de saída 20. Desta maneira a rotação de parte ou de todo o aparelho pode ser utilizada para aumentar o arrastamento de líquido do reservatório ou a extensão da formação de aerossóis secundária, ou em aplicações de separação quando uma fracção de partículas dentro do aerossol pode ser separada por forças centrífugas.

A principal vantagem conseguida por um nebulizador feito de acordo com o invento é que os materiais contendo sólidos ou até mesmo na forma de sólidos podem ser dispersados sem bloquear o aparelho, enquanto que às altas pressões de gás, as partículas podem emergir dos orifícios sem dano físico excessivo, pelo que o dispositivo pode ser aplicado para a dispersão de materiais delicados.

Não é intenção limitar o invento apenas aos exemplos acima, muitas variações, tais como podem rapidamente ocorrer aos peritos na arte, são possíveis sem sair do âmbito do invento como definido pelas reivindicações anexas.

Por exemplo, enquanto a parede 13 do tubo é, preferivelmente, em corte transversal circular, outras formas podem ser convenientes com configuração similar comensurável do corpo 15, contendo os jactos de ar 16. Além disso, o tubo transportando o

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-7líquido do reservatório 11 pode ser dividido internamente tal que cada de um número de tubos separados forneça o líquido a um ou a um grupo de aberturas de saída 20 e jactos 16.

Pode ser obtida uma vantagem adicional, aplicando uma pressão reduzida à saída 12, para assim se arrastar efectivamente maiores volumes do produto de dispersão a partir do dispositivo. Um efeito similar resultaria proporcionando uma ventoinha em linha dentro do recipiente 10 forçando a dispersão através da saída. Desta forma pode ser conseguida a humidificação de grandes volumes de gás ou a rápida evaporação de líquidos.

Na concretização ilustrada na Figura 1, uma figura típica para a concentração de goticulas, obtidas usando um dispositivo de seis jactos com um diâmetro de jacto de 1,1 mm e com um diâmetro de abertura de saída de 4 mm, funcionando a 103,4 kPa é

2,2 x 10³ cm ³ com um diâmetro médio da gotícula de 3,53 um.

Na concretização ilustrada na Figura 3, com a adição de uma placa deflectora, a concentração de goticulas aumenta até, por exemplo, 8,0 x 10³ cm^-3 com um diâmetro médio de 3,78 um.

A selecção apropriada de diâmetros de jactos e saídas, permite ao dispositivo operar a pressões de ar tão baixas como 17,24 kPa, por exemplo, com jactos de ar de 1,5 mm e saída de 3 mm.

Claims

REIVINDICftQSES

1 - Dispositivo para produzir uma dispersão em partículas, compreendendo, pelo menos, um tubo, no qual pode ser estabelecido e mantido um fornecimento de um material fluido a ser disperso, uma pluralidade de aberturas de saída, comunicando com o tubo ou com cada tubo e geralmente perpendiculares ao eixo longitudinal do tubo ou de cada tubo^ e uma pluralidade de jactos de gás, pressurizados, alinhados ou móveis em alinhamento com as aberturas de saída, para forçar o material através destas últimas a partir do tubo ou de cada tubo, para assim formar uma dispersão; caracterizado por a área da secção transversal ds cada abertura de saida não ser maior do que a área da secção transversal do tubo que comunica com ela.
2 - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as áreas das secções transversais das aberturas de saída combinadas, ssr menor do que a do tubo ou de cada tubo.
3 - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado por, pelo menos uma parte, do tubo ou de cada tubo estar colocada verticalmente num recipiente, para conter um reservatório do material fluido a ser disperso, estando uma extremidade de fundo aberto do tubo ou de cada tubo colocada de tal modo que, em utilização, será submergida pelo material.
4 - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por as aberturas de saída e jactos de gás estarem localizados no topo do tubo ou de cada tubo e interiores às paredes do recipiente, de tal modo que as gotículas grandes dentro da dispersão podem chocar contra as paredes do recipiente e voltar ao reservatório, incluindo o topo do recipiente, uma abertura através da qual uma parte substancial da dispersão pode sair e sendo proporcionados meios para induzir um fluxo de dispersão efectivo através da abertura.
5 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por existir um único tubo e os jactos de gás pressurizado serem alimentados a partir de uma linha que passa longitudinal71 38ό

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-9mente pelo interior do tubo.
6 - Dispositivo, de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por existir um único tubo e os jactos de gás serem definidos dentro de um corpo fixado dentro do topo do tubo.
7 - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado por existir um único tubo e os jactos de gás serem alimentados por uma linha, que entra no topo do tubo, a partir do exterior deste último, deixando todo o tubo livre para transportar desde o reservatório uma única coluna do dito material.
8 - Dispositivo de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por incluir uma placa deflectora que circunda o tubo, na zona das aberturas de saída e apresentar, adjacentemente a cada abertura, uma superfície divergindo para fora, com a qual as gotículas maiores da dispersão podem chocar.
9 - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a dita superfície divergindo para fora ser curvilínea.
10 - Dispositivo, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por o diâmetro de cada jacto de gás estar entre 0,7 e 1,3 mm, por o diâmetro de cada abertura de saída estar entre 3 mm e 6 mm e por. a área da secção transversal do tubo estar entre 140 mm² e 420 mm².
11 - Dispositivo, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado por incluir meios para rodar uma ou mais das partes constituintes do dispositivo relativamsnte a outras suas partes.
12 - Dispositivo, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por as dimensões relativas e disposição das aberturas de saída em relação ao tubo ou a cada tubo e aos jactos de ar ser tal que as ditas aberturas de saída são ds limpeza automática.