WO1994021383A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerstäuben von flüssigkeiten - Google Patents

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WO1994021383A1
WO1994021383A1 PCT/DK1994/000113 DK9400113W WO9421383A1 WO 1994021383 A1 WO1994021383 A1 WO 1994021383A1 DK 9400113 W DK9400113 W DK 9400113W WO 9421383 A1 WO9421383 A1 WO 9421383A1
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cylinder
liquid
bores
holes
range
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PCT/DK1994/000113
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Walzel
Christian Reedtz Funder
Søren Birk FLYGER
Poul Bach
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Niro A/S
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/001—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements incorporating means for heating or cooling, e.g. the material to be sprayed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces
    • B05B3/1007—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member
    • B05B3/1021—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member with individual passages at its periphery

Definitions

  • the invention relates to a method for producing drops with a narrow size distribution from liquids.
  • liquids are both clear liquids and solutions, e.g. Metal melts and flowable dispersions, e.g. Suspensions.
  • the production of drops from liquids is often described with the term "atomization”.
  • Common atomization processes used on an industrial scale are spraying with pressure in single-component pressure nozzles, e.g. Hollow cone nozzles, atomization with a gas in two-substance nozzles or with pneumatic atomizers, and atomization with rotary atomizers.
  • the invention relates to the latter principle of the method.
  • narrow droplet size distributions are desirable.
  • spray dryers must be dimensioned according to the largest drop in the spray, since these drops require the longest dwell times for drying.
  • a broad range of drops means, despite the smaller average drop size, large and therefore disadvantageous dimensions.
  • the finest drops in the spray make great efforts in cleaning the exhaust air in the form of filters and cyclones or similar devices necessary.
  • a wide range of droplet sizes also leads to a broad particle size distribution of the spray-dried powder produced and thus in some cases to undesirable technical properties.
  • the droplet diameter is defined in this text as the mean droplet size d 5Q , in which the 50% - Volume distribution value is reached; ie that 50% of the sprayed liquid volume takes on smaller - and 50% of the sprayed liquid volume larger drop diameters than d 50 .
  • the atomizers commonly used in spray drying consist of a flat cylindrical body, usually referred to as a disk atomizer, which usually has 10-50 bores or channels. In the case of bores, these generally have diameters in the range from 5 to 30 mm.
  • the liquid is often fed into the body centrally, flows radially outwards and leaves the atomizer through the holes to the outside.
  • the design has the advantage that the relatively large flow-through bores generally do not become blocked, the throughput for large-scale industrial applications is selected so high that the liquid emerges from the bores in thick turbulent jets. Due to the high relative velocity of liquid and the ambient gas, the strands of liquid already emerging from the openings are broken up.
  • Holes in the wall of a rotating hollow cylindrical body (cylinder) is set to a comparatively very low and the same value.
  • a large number of bores is required in order to achieve technically desired throughputs.
  • the liquid flows in a laminar manner at suitable low throughputs in the bores, so that a laminar jet decay occurs at the outlet of the bores.
  • the diameter of the holes can, provided that the throughput per hole remains the same and if sufficient hole lengths are provided, can surprisingly be changed within wide limits without any noticeable influence on the drop size. In this way, surprisingly fine droplets with a narrow size distribution can be produced at comparatively low speeds and comparatively large bores with a low tendency to clog.
  • the drop size is determined to a high degree by the throughput and the number of bores, to an astonishingly small extent by the atomizer speed and to a very small extent by the liquid density and the surface tension.
  • the low flow velocity in the bores also has the advantage that hardly any wear occurs.
  • the minimum throughput per bore results from the lower limit that is required for jet formation.
  • the throughput per bore is based on measurements for low-viscosity liquids:
  • V ß 16 ( ⁇ 5 D / a3 J p5 D ) 0 u '25 0
  • the Reynolds number can be determined from the liquid throughput
  • the uniformity parameter of the RRSB distribution lies in the range of 6 ⁇ m ⁇ 8, which is characteristic of laminar beam decay.
  • the invention now relates to a method for atomizing liquids with the aid of rotating Hollow cylinders with holes in the cylinder wall, characterized in that the liquid is distributed evenly inside the cylinder to the inner cylinder wall and on the holes and that the volume flow of the liquid per hole in the area
  • V ß means the volume flow of the liquid per hole
  • D_ the diameter of the holes
  • a - the centrifugal acceleration on the outer cylinder surface
  • p - the density of the liquid
  • ⁇ - the surface tension of the liquid
  • D means the diameter of the outer cylinder surface and n - the speed of the cylinder.
  • the total volume flow V results from the volume flow V "per hole, times the number N of holes in the cylinder.
  • the invention also relates to a method that is characterized in that in addition to the cylinder Liquid gases are also introduced.
  • the liquid can be introduced into the cylinder, for example, with a tube which is arranged above a baffle plate which rotates with the cylinder.
  • the baffle plate is expediently arranged in the middle of the cylinder height and fastened to the bottom of the cylinder.
  • the liquid emerges from the tube in the form of a jet, is thrown outwards through the baffle plate and thus onto the inner cylinder surface and is thus distributed over the holes.
  • the uniform distribution of the liquid on the inner cylinder surface can be done particularly easily by spraying with single-component nozzles or with pneumatic atomizing nozzles, often also called dual-substance nozzles.
  • Single-substance nozzles which produce a conical spray jet have proven particularly advantageous.
  • Another advantageous possibility of distributing the liquid inside the cylinder is to spray it with concentrically arranged rotating nozzles, in particular flat jet nozzles, inside the cylinder.
  • the invention relates to a method, characterized in that the liquid is sprayed into the cylinder with a single-substance nozzle or with a pneumatic atomizing nozzle and is thus distributed evenly over the inner cylinder surface and the bores, and a method in that is characterized in that the liquid is sprayed into the cylinder via one or more rotating nozzles.
  • the invention also relates to a method in which the nozzle generates a hollow-cone spray.
  • An advantageous device for carrying out the method according to the invention consists of a hollow cylinder in the wall of which a large number, at least 200, in the simplest case cylindrical bores are made for liquid throughputs which can be used in practice.
  • the cylinder is closed at the bottom with a bottom and bounded at the top with a lid with a central opening. This prevents the liquid from escaping axially.
  • the diameter of the bores in the cylinder wall should be such that, on the one hand, the largest possible number can be accommodated on the cylinder surface, and on the other hand clogging of the bores by adequate dimensions is still avoided.
  • the division of the bores should be as narrow as possible so that the largest possible number of bores can be made in the cylinder jacket. A sufficient length of the holes ensures that all droplets from the atomizing nozzles are deposited in the holes and flow together to form a liquid channel.
  • Typical ratios of pitch t of the bores on the outer cylinder jacket to diameter D_ of the bores are in the range 1.1 ⁇ t / D ß ⁇ 5.
  • the minimum division results from the strength of the body which is still sufficient for the required speed.
  • the minimum diameter of the holes should not be less than
  • a 2 ⁇ 2 D n2 mean the centrifugal acceleration on the outer surface of the cylinder with the diameter D, ⁇ - the surface tension of the liquid, p - the density of the liquid. Due to this choice of diameter, the full cross section of the bore is not filled with liquid; rather, the effect of the Coriolis acceleration forms a liquid channel similar to the flow in a partially filled sewer pipe with a slight incline. Although there is no maximum value for the bore diameter, it makes sense not to use the maximum diameter for medium droplet sizes d ⁇ n > 100 ⁇ m
  • cylindrical bores for rectangular and triangular holes and holes with several V-shaped channels, an expression for the hydraulic depth of the channel can be determined and a condition for sufficient laminarity can be obtained. As for cylindrical bores, conditions can also be set up to avoid blockages and to achieve a sufficient number of channels.
  • a particularly even distribution of the liquid current with the low throughput per bore typical for the method takes place in a device in which the bore edges on each bore are raised inwards by the same amount. This results in a cylindrical liquid level in the rotating cylinder. When more liquid is added, it flows evenly over the raised edges of the holes into the holes.
  • Such a device can be produced in a simple manner by inserting small tubes into the initially larger bores in the cylinder wall, all of which protrude internally by the same amount over the inner cylinder wall.
  • Another possibility for producing a device with internally raised bore edges consists in introducing grooves in the direction of the cylinder generator and grooves in the circumferential direction between the bores in the interior of the cylinder. This method is particularly suitable for holes that are arranged in a rectangular division.
  • the invention also relates to a device for atomizing liquids with a rotating hollow cylinder which is closed on the lower side by a bottom and is delimited on the upper side by a lid with a central opening, characterized by bores with the diameter D "in the Cylinder wall a bore pitch t on the outer cylinder surface in the range of 1.1 D ß ⁇ t ⁇ 5 D ß , a ratio of bore length L- to the bore diameter D ß of at least
  • Another object of the invention is a
  • Device for atomizing liquids with hollow cylinders with at least 200 bores in the cylinder wall, a device with cylindrical bores and a
  • the invention also relates to a device for atomizing liquids with hollow rotating cylinders, which are characterized in that the edges of the bores in the interior of the cylinder are raised and protrude by the same amount over the inner cylinder surface.
  • the bores in the cylinder, in the plane of rotation have an inclination towards the radial direction.
  • the turbulence of the strand of liquid flowing out in the bore can be reduced by the fact that the outwardly elongated bore axes at the point of intersection with the outer cylinder surface form an angle ⁇ ⁇ 90 ° (forward inclination) against the vector of the peripheral speed, so that the rotation creates a liquid jam in the bore. This measure reduces the acceleration effective in the axial direction of the bores.
  • the angle ⁇ > 90 ° should be chosen (backward inclination) to avoid sedimentation of solid particles.
  • the higher viscosity ensures sufficient laminarity of the flow even at ⁇ > 90 °.
  • the holes can be straight but also curved.
  • the invention relates to a device which is characterized by bores, the extension of the bore axes beyond the outer cylinder surface, all taking the same angle ⁇ in the range 10 ° ⁇ ⁇ 170 ° against the vector of the peripheral speed, and a device which thereby is characterized in that the bore axes, which are elongated beyond the outer cylinder surface, are inclined by the angle ⁇ in the range 0 ⁇ ⁇ 80 ° relative to the plane of rotation.
  • Irregularities in the distribution of the liquid on the inner cylinder wall and on the bores can be avoided by a rotationally symmetrical distributor body which is installed concentrically in the cylinder and whose diameter increases towards the bottom of the cylinder.
  • a distributor body which is fastened in the cylinder is particularly simple to carry out. If the distributor body is made to rotate independently of the cylinder, a favorable speed of the distributor body for distributing the liquid in the cylinder can be set at any speed of the cylinder.
  • a particularly advantageous embodiment of a distributor body consists of a body which has grooves on its surface which run in the circumferential direction, so that a plurality of circular flinging edges arise. As a result, liquid components are thrown away at different heights in the direction of the inner cylinder surface. This causes the liquid distribution to be evened out.
  • An advantageous embodiment of a distributor body consists of circular plates, which are assembled with spacers between the plates. In this embodiment, the diameter and spacing of the circular plates can be easily changed in accordance with the requirements for the distribution of the liquid fed into the cylinder.
  • the invention relates to a device for atomizing liquids with hollow rotating cylinders, which is characterized by a rotationally symmetrical distributor body concentrically installed in the cylinder, the diameter of which increases towards the bottom, and a device which is characterized by a distributor body fastened in the cylinder.
  • the invention also relates to a device for atomizing liquids with hollow rotating cylinders, which is characterized in that the distributor body is attached to the cylinder so that it can rotate independently.
  • the invention further relates to a device for atomizing liquids with hollow rotating cylinders, which is characterized in that the surface of the distributor body has grooves which run in the circumferential direction, and a device in which the distributor body is composed of circular plates and spacers is.
  • the invention also relates to a device for atomizing liquids with hollow cylinders, characterized by bores in the cylinder wall, the edges of which are raised inside the cylinder and protrude by the same amount over the inner cylinder surface.
  • the same throughput through each bore in the cylinder can be especially with liquids that are not solid particles included, can also be achieved by a cylindrical porous layer with a uniform wall thickness, which is located on the inside of the cylinder.
  • a cylindrical porous layer with a uniform wall thickness which is located on the inside of the cylinder.
  • filter layers or porous sintered bodies are suitable.
  • Irregularities in the spray pattern of the nozzles can also be compensated for by baffles built into the cylinder.
  • the baffles can rotate with the cylinder or rotate in a different direction or speed than the cylinder. They bring about a radial and axial distribution of the liquid in the cylinder.
  • Particularly advantageous embodiments of these baffles consist in co-rotating, concentrically drilled cylinders fastened in the cylinder, in spirally arranged perforated sheets or in wire mesh.
  • the mesh size or the size of the holes in the baffles should be larger than the diameter of the holes in the cylinder.
  • the invention relates to a device for atomizing liquids with rotating hollow cylinders, which is characterized in that a second cylindrical porous body with a uniform wall thickness is installed concentrically in the cylinder, and a device which is characterized by baffles built into the cylinder.
  • the invention also relates to a device for atomizing liquids with rotating hollow cylinders, characterized by baffles in the cylinder which can be rotated independently of the cylinder, and characterized by baffles in the form of perforated plates arranged concentrically in the cylinder and in the form of concentrically in the cylinder arranged wire mesh fabrics, as well as by baffles in which the hole diameter or the machine width is larger than the diameter of the bores in the cylinder wall.
  • the invention also relates to a device for atomizing liquids with rotating hollow cylinders, with built-in baffles in the form of Perforated sheets and or wire mesh that are spirally wound.
  • the device according to the invention for atomizing liquids with rotating hollow cylinders is particularly suitable for producing spray-dried powder in the medium drop size range from 50 ⁇ m to 400 ⁇ m from liquids, for producing powders from organic melts in the grain or drop size range 0.5 mm. 3 mm and particularly suitable for metal powder from melts in the grain or droplet size range from 10 to 100 ⁇ m.
  • the drop sizes mentioned here are only typical values for the applications listed. Of course, it is also possible to cover a wider range of drop sizes with the device according to the invention.
  • Another area of application of the device according to the invention is scrubbers for gases for removing dust and for washing out chemical substances.
  • the invention relates to the use of a device for atomizing liquids, with rotating hollow cylinders for spray drying, for the manufacture of powders from melts, and the use of the device for gas cleaning.
  • the materials for the cylinder are preferably metals, plastics and ceramics.
  • the liquid 4 is introduced into the rotating hollow cylinder consisting of the cylinder wall 1, the base 2 and the cover 3 with a central opening. It leaves the cylinder through the bores 5 in the cylinder wall 1. The drops occur at the outlet of the bores 5 due to laminar jet decay.
  • the cylinder wall is delimited on the inside by the inner cylinder surface 6 and on the outside by the outer cylinder surface 7.
  • the liquid 4 is evenly distributed on the inner cylinder surface 6 and thus on the bores 5.
  • the gas 8 also flows into the cylinder. It leaves the cylinder together with the liquid 4 through the bores 5.
  • the even distribution of the liquid 4 on the inner cylinder surface 6 can e.g. with a single-substance nozzle 9 - the nozzle used here produces a hollow-cone-shaped spray jet - or with two-substance nozzles 10.
  • the distribution of the liquid 4 in the cylinder is improved by a distributor body 11. In the case shown, it consists of a body concentric with the cylinder, the diameter of which increases towards the bottom 2.
  • the surface of the distributor body 11 has grooves 12 in the circumferential direction.
  • the cylindrical perforated plates are located as baffles 13 in order to distribute the liquid evenly over the inner cylinder surface 6 and over the bores 5.
  • the cylinder is driven via the hollow shaft 13.
  • Fig. 2a shows a section through the hollow cylinder with holes 5 in the cylinder wall 1 and the designations used.
  • the cylinder wall 1 is delimited by the inner cylinder surface 6 and the outer cylinder surface 7.
  • the cylinder is closed at the bottom with the bottom 2.
  • the lid 3 At the top is the lid 3 with a central opening.
  • Figure 2c is a section of the drilled cylinder in a plane of rotation.
  • the cylinder wall 1, the outer cylinder surface 7, the inner cylinder surface 6 and the bores 5 in the cylinder wall 1 can be seen.
  • Fig. 3 shows a rotating cylinder with bores
  • the direction of rotation according to arrow x or ⁇ ⁇ 90 ° is preferably used for low-viscosity liquids or to reduce the Re ⁇ number, the direction of rotation according to arrow y or ⁇ > 90 ° is preferably used for higher-viscosity liquids and suspensions .
  • Fig. 5 shows a cylinder in which the axes 14 of the bores 5 in the cylinder wall 1 make an angle ⁇ against the plane of rotation.
  • gas 8 also flows into the cylinder.
  • the gas 8 flowing out of the cylinder through the bores 5 deflects the drops from the liquid 4 in the axial direction of the cylinder.
  • the Re number is reduced in comparison to radially running bores 5.
  • Fig. 6 is a section through a cylinder which is particularly suitable for suspensions.
  • the bores 5 are provided with countersinks 15 in the interior of the cylinder. Because of the complex geometry of the surface, only the intersections of the bore axes 14 with the inner cylinder wall are shown. A rectangular division is shown here.
  • FIG. 7 is a sectional drawing of a cylinder, preferably for solids-free liquids.
  • the porous cylindrical body 16 which is arranged concentrically to the cylinder and which limits and homogenizes the liquid throughput at each bore 5.
  • Fig. 8 shows an advantageous embodiment of the cylinder.
  • this embodiment which is particularly suitable for pure liquids and melts, the edges of the bores 5 are raised inwards. It turns out thereby a cylindrical liquid level, which leads to the uniform overflow of the excess liquid 4 in each bore 5.
  • tubes 17 are inserted into the bores, all of which protrude inwards by the same amount.
  • FIG. 9 shows a rotationally symmetrical distributor body 11, the diameter of which increases towards the bottom 2, consisting of circular plates 18 and the spacers 19.
  • FIG. 10 shows a cylinder with triangular holes 32 in side view.
  • the cylinder wall consists of pieces 20 with V-shaped channels 21.
  • the triangular holes 32 are bounded in part by the grooves 21 of the piece 20, in part by the rear side 22 of the adjacent piece.
  • Fig. 11 shows a cross section in plane A-A through the embodiment of the cylinder shown in Fig. 10.
  • FIG. 12 shows a cross section in plane B-B through the embodiment of the cylinder shown in FIG. 10.
  • Fig. 13 shows a single one of the pieces 20 that make up the cylinder wall, viewed against the surface that supports the V-shaped grooves 21.
  • Fig. 14 shows the same piece 20 seen from above.
  • Fig. 15 shows the same piece 20, but seen from the side.
  • the angle ⁇ shown is the angle between the two surfaces of a channel.
  • the width of the hole formed by a gutter 21 and the adjacent flat rear surface of another piece 20, as shown in Figs. 10 and 12, is indicated by B and the height of this hole by H.
  • Fig. 16 is a cylinder with Larger holes 24 with several V-shaped channels 21.
  • the cylinder wall consists of pieces 20 with V-shaped channels 21.
  • the holes 24 are from the channel side of a piece 20, from the rear 22 of an adjacent piece 20, from the bottom of the cylinder. Lindner 2 and limited by the cover of the cylinder 3.
  • FIG 17 shows a cross section of an embodiment form where the holes in the cylinder wall are rectangular holes 27.
  • a wall 28 serves as a flow area.
  • each of the holes 29 is formed by two cylindrical bores, one 30 of which has a substantially larger diameter than the other 31.
  • the latter, narrower bore serves as a U-shaped channel for the flow.
  • Drop size is 250 ⁇ m.
  • the suspension throughput (4) is 1.0 t / h.
  • a cylinder with an outer diameter of 300 mm is selected for this task.
  • the specific bore diameter is D B / ( ⁇ / pa) 0'5
  • the number of bores is a significant factor influencing the drop diameter. With this number of holes, the same liquid (4) and the same speed as in example 1, drops with an average diameter of 215 ⁇ m are now created.
  • this corresponds to a speed of 49 m / s.
  • the outer diameter D of the cylinder is 80 mm.
  • the thickness of the cylinder wall (1) is 5 mm.
  • the cylinder is used to start hot gas (8), for example heated with argon, which flows through the holes (5) in the body.
  • the liquid lead (1) is discharged from a melt container after the heating phase and flows as a jet onto an impact surface or a distributor body (11) inside the cylinder. Due to the built-in baffles (13) in this case several layers of wound wire mesh, the melt (1) is evenly distributed over the inner cylinder surface (6) and thus over the bores (5).
  • the gas stream (8) remains upright during operation in order to prevent the cylinder from cooling down and the bores (5) from overgrowing.

Landscapes

  • Nozzles (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

In einem hohlen rotierenden Zylinder wird die zu zerstäubende Flüssigkeit gleichmäßig auf die innere Zylinderoberfläche, z.B. mit Hilfe von Ein- oder Zweistoffdüsen aufgesprüht und damit auf die Bohrungen in der Zylinderwand verteilt. Die Flüssigkeit strömt infolge der Rotation des Zylinders durch die Bohrungen nach außen. Die Tropfen entstehen beim Austritt der Flüssigkeit aus den Bohrungen durch laminaren Strahlzerfall. Für den Durchsatz in jeder Bohrung gilt der Bereich ∫ 1,0 VB (a?3 ς5¿ / σ5)0,25 ∫ 16, damit die Tropfen nicht zu groß werden, sowie die Bedingung für eine ausreichende Laminarität der Strömung, bzw., daß der Wert der Reynoldszahl für die Flüssigkeitsgerinne in den Bohrungen den Wert von Re¿δ? = 400 nicht übersteigt. Dabei bedeuten VB - der Flüssigkeitsdurchsatz in jeder Bohrung, a - die Zentrifugalbeschleunigung an der äußeren Zylinderoberfläche, ς - die Dichte der Flüssigkeit und σ - die Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Die große Anzahl N ⊃ 200 an Bohrungen mit dem Durchmesser DB in der Zylinderwand bewirkt einen vergleichsweise niedrigen Flüssigkeitsdurchsatz in jeder Bohrung, so daß sich auch bei niedrigen Viskositäten und technisch brauchbaren Gesamtdurchsätzen eine laminare Strömung in Form eines Gerinnes in jeder Bohrung einstellt. In der Zylinderwand befinden sich vorzugsweise zylindrische Bohrungen mit einer Mindestlänge die dem 3-fachen Bohrungsdurchmesser entsprichen und mit einer engen Teilung im Bereich 1,1 ∫ t / DB ∫ 5, damit eine möglichst große Zahl in der Zylinderwand untergebracht werden kann.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Tropfen mit enger Größenverteilung aus Flüssigkeiten. Als Flüssigkeiten gelten im Sinn der Erfindung sowohl klare Flüssigkeiten als auch Lösungen, z.B. Metallschmelzen, und fließfähige Dispersionen, wie z.B. Suspensionen. Das Herstellen von Tropfen aus Flüssigkeiten wird häufig mit dem Begriff "Zerstäuben" beschrieben. Übliche im großtechnischen Maßstab eingesetzte Zerstäubungsverfahren sind das Verdüsen mit Druck in Einstoff-Druckdüsen, z.B. Hohlkegeldüsen, das Verdüsen mit einem Gas in Zweistoff- düsen bzw. mit pneumatischen Zerstäubern sowie das Zer¬ stäuben mit Rotationszerstäubern. Die Erfindung bezieht sich auf das letztgenannte Verfahrensprinzip.
Bei vielen technischen Prozessen sind enge Tropfen¬ größen Verteilungen erwünscht. So müssen Sprühtrockner in ihren Abmessungen nach dem größten Tropfen im Spray dimensioniert werden, da diese Tropfen die längsten Verweilzeiten zum Trocknen erfordern. Ein breites Tropfen¬ spektrum bedeutet daher trotzt geringerer mittlerer Tropfengröße große und damit unvorteilhafte Abmessungen. Die feinsten Tropfen im Spray machen große Aufwendungen bei der Reinigung der Abluft in Form von Filtern und Zyklonen oder ähnlichen Einrichtungen notwendig. Ein breites Tropfengrößenspektrum führt außerdem zu einer breiten Partikelgrößenverteilung des erzeugten sprühgetrockneten Pulvers und damit in einigen Fällen zu unerwünschten anwendungstechnischen Eigenschaften.
Bislang erzeugen alle bekannten im großtechnischen Maßtab, d.h. für einen Durchsatzbereich größer als 100 kg/h, eingesetzten Zerstäubungsverfahren Tropfen mit relativ breiten Größenspektren. Siehe z.B., Chem.-Ing.Tech- n. 62 (1990) 12, S. 983-994.
Mit Rotationszerstäubern herkömmlicher Bauart können lediglich in bestimmten engen Betriebsbereichen Tropfen mit einer relativ engen Größenverteilung erzeugt werden. Dabei wird der Effekt des laminaren Strahlzerfalls ausgenützt. Gibt man z.B. auf einer ebenen runden rotierenden Scheibe die Flüssigkeit im Zentrum der Scheibe auf, so strömt diese, wenn ein bestimmter begrenzter Flüssigkeitsdurchsatz eingehalten wird, als laminarer Film radial nach außen und bildet an der Abströmkante der Scheibe Flüssigkeitsfäden aus. Die Flüssigkeitsfäden bilden sich am Umfang der Abströmkante auf natürliche Weise in regelmäßigen Ab¬ ständen. Der anschließende Zerfall der Flüssigkeitsfäden führt zu Tropfen mit einem sehr engen Größenspektrum. Beschreibt man die Größenverteilung der so erzeugten Tropfen z.B. mit der RRSB Funktion nach DIN 66 141 so ergibt sich ca. ein Gleichmäßigkeitsparameter von 6 < m < 8. Als mittlere Tropfengröße d 5Q wird beim diesem Text der Tropfendurchmesser definiert, bei der der 50%-Wert der Volumenverteilung erreicht wird; d.h. daß 50% des ver¬ sprühten Flüssigkeitsvolumens kleinere - und 50% des versprühtenFlüssigkeitsvolumensgrößereTropfendurchmesser annimmt, als d 50.
Der grosse Nachteil der Zerstäubungsmethode mit ebenen rotierenden Scheiben besteht darin, daß der Flüssig¬ keitsdurchsatz in diesem Strömungsbereich sehr gering ist. Überschlägig kann man angeben, daß der Durchsatz V niedrig¬ viskoser Flüssigkeiten im Bereich
0,21 < V(p3n2/D3σ3)0'25 < 0,32 liegt. Es bedeuten D - Scheibendurchmesser, p - Dichte der Flüssigkeit, σ - Oberflächenspannung der Flüssigkeit, n - Drehzahl. Sowohl die engen Grenzen des Durchsatzbereichs als auch der niedrige Wert des Flüssigkeitsdurchsatzes steht einer breiten Anwendung dieses Verfahrens entgegen.
Zum Erzielen höherer Durchsätze wurde vorgeschlagen, mehrere Scheiben übereinander anzuordnen, Chem.-Ing.-Techn. 36 (1964) 1, S. 52-59. Das gleichmäßige Aufteilen der Flüssigkeit auf die Scheiben mit einer verstopfungsarmen Vorrichtung ist jedoch schwierig. Der enge Durchsatzbereich ist auch hier ein Nachteil.
In letzter Zeit werden Scheiben oder Becher, die am Umfang in regelmäßigen Abständen Kerben bzw. Nuten auf¬ weisen, insbesondere zum Versprühen von Lacken eingesetzt. Auf diese Weise kann der Durchsatzbereich für die laminare Strahlbildung erweitert werden. Dennoch ist auch hier der Durchsatzbereich für viele technische Anwendungen nicht ausreichend.
Die in der Sprühtrocknung üblicherweise verwendeten Zerstäuber bestehen aus einem flachen zylindrischen Körper, meist als Scheibenzerstäuber bezeichnet, der meist 10 - 50 Bohrungen oder Kanäle aufweist. Im Fall von Bohrungen haben diese in der Regel Durchmesser im Bereich von 5 - 30 mm. Die Flüssigkeit wird in den Körper häufig zentral aufgege- ben, strömt radial nach außen und verläßt den Zerstäuber durch die Bohrungen nach außen. Die Bauform hat zwar den Vorteil, daß die relativ großen durchströmten Bohrungen in der Regel nicht verstopfen, jedoch wird der Durchsatz für großtechnische Anwendungen so hoch gewählt, daß die Flüssigkeit in dicken turbulenten Strahlen aus den Bohrun¬ gen austritt. Durch die hohe Relativgeschwindigkeit von Flüssigkeit und dem Umgebungsgas werden die bereits turbulent aus den Öffnungen austretenden Flüssigkeits¬ strähnen zerteilt. Dadurch entsteht bei den gleichzeitig für kleine Tropfenabmessungen erforderlichen hohen Drehzah¬ len Tröpfchen mit einem sehr breiten Größenspektrum. Gleichzeitig tritt wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit in den Bohrungen bei Suspensionen häufig ein erheblicher Verschleiß der Bohrungswände auf. Die Turbulenz in den Flüssigkeitsstrahlen wird durch die hohe Relativgeschwindigkeit zwischen Flüssigkeit und dem Gas, das den Zerstäuber umgibt, noch weiter verstärkt. Es ist bekannt, daß eine hohe Strahlturbulenz immer zu Tropfen mit einem breiten Größenspektrum führt. Übliche Gleichmäßigkeitsparameter der RRSB Verteilung bei diesem Verfahren liegen ca im Bereich 2 < m < 4. Typische Flüssig¬ keitsdurchsätze liegem beim herkömmlichen Verfahren, z.B. für eine mittlere Tropfengröße von 250 μm bei ca 20 - 200
1/h und Bohrung. Dazu werden typischerweise Drehzahlen von n = 10.000 - 30.000 min" angewendet, die je nach
4 Durchmesser Zentrifugalbeschleuigungen von 5.1o < a < l.lofi m/s2 zur Folge haben. Hier wird die Grenze durch die
Festigkeit des Werkstoffes erreicht.
Erfindungsgemäss werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß der Durchsatz der Flüssigkeit in den
Bohrungen in der Wand eines rotierenden hohlen zylin- drischen Körpers (Zylinders) auf einen vergleichsweise sehr geringen und gleichen Wert eingestellt wird. Gleichzeitig ist wegen der Durchsatzbegrenzung pro Bohrung eine Viehl- zahl von Bohrungen erforderlich, um technisch erwünschte Durchsätze zu erzielen. Die Flüssigkeit strömt bei ge- eigneten niedrigen Durchsätzen in den Bohrungen laminar, sodaß am Austritt der Bohrungen ein laminarer Strahlzerfall eintritt. Der Durchmesser der Bohrungen kann, unter der Voraussetzung daß der Durchsatz pro Bohrung gleich bleibt und wenn ausreichende Bohrungslängen vorgesehen werden, überraschenderweise in weiten Grenzen verändert werden, ohne merklichen Einfluß auf die Tropfengröße. Auf diese Weise können bei vergleichweise niedrigen Drehzahlen und vergleichweise großen Bohrungen, mit geringer Verstopfungs¬ neigung, überraschenderweise feine Tropfen mit enger Größenverteilung erzeugt werden. Dabei wird die Tropfen¬ größe in hohem Maß durch den Durchsatz und die Anzahl der Bohrungen, in erstaunlich geringem Maß durch die Zer¬ stäuberdrehzahl und in sehr geringem Maß durch die Flüssig¬ keitsdichte und die Oberflächenspannung bestimmt. Die geringe Strömungsgeschwindigkeit in den Bohrungen hat außerdem den Vorteil, daß kaum Verschleiß auftritt.
Der Mindestdurchsatz pro Bohrung ergibt sich aus der unteren Grenze, die für eine Strahlbildung erforderlich ist. Der Durchsatz pro Bohrung beträgt nach Messungen für niedrigviskose Flüssigkeiten:
B = 1,0 (σ5/a3p5)0'25. Der maximal sinnvolle Durchsatz ergibt sich aus der Erkenntnis, daß mit zunehmendem Flüssigkeitsdurchsatz bei diesem Verfahren die Tropfengröße ca mit Vß zunimmt und dass die Turbulenz in den abströmenden Flüssigkeitsfäden bei niedriger Viskosität zu einer Verbreitung des Tropfen¬ spektrums führt. Als praktischer Grenzwert für den Durch¬ satz kann der Wert
Vß = 16 (σ 5D/a3Jp5D)0u'250
angegeben werden. Außerdem soll bei diesem Verfahren gewährleistet sein, daß die Reynoldszahl des Gerinnes in den Bohrungen den Wert Reß = 400 nicht überschreit, damit die Strömung in den Bohrungen laminar bleibt. Dies ist eine Voraussetzung für das gewünschte enge Tropfenspektrum. Wenn man die Reynoldszahl Reß = 200 nicht überschreitet, ist man im jeden Fall sicher, dass die Strömung laminar bleibt. Die Reynoldszahl kann aus dem Flüssigkeitsdurchsatz nach
Reδ = a δ3 hyp2 / 3 η2
berechnet werden. Dabei ist η die dynamische Viskosität der Flüssigkeit. Die hydraulische, den Strömungszustand beschreibende Tiefe des Gerinnes in den Bohrungen mit dem Durchmesser Dß ergibt sich mit guter Näherung für den das Verfahren charakterisierenden Bereichs aus:
δhy = 1 - 06 [^B η / ( a P ^ ) ] 277 ' Aus diesen Beziehungen wird mit einer Reynoldszahl Reoc =
400 die Bedingung für eine ausreichende Laminarität der Strömung nämlich
Vß < 3195 (η2 / a p2)7/6(a p
Figure imgf000007_0001
) erhalten. Der Gleich¬ mäßigkeitsparameter der RRSB-Verteilung liegt unter dieser Bedingung in dem für den laminaren Strahlzerfall charak¬ teristischen Bereich von 6 < m < 8.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit Hilfe von rotierenden hohlen Zylindern mit Bohrungen in der Zylinderwand, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Flüssigkeit gleichmäßig im Inneren des Zylinders auf die innere Zylinderwand und auf die Bohrungen verteilt wird und daß der Volumenstrom der Flüssigkeit pro Bohrung im Bereich
1,0 < Vß (a3p5 / σ5)0,25 < 16 liegt und daß Vß < 3195 (η2 / a p2)7/6 (a p fΕ^ / η) eingehalten wird. Dabei bedeutet Vß - der Volumenstrom der Flüssigkeit pro Bohrung, D_ - der Durchmesser der Bohrun- gen, a - die Zentrifugalbeschleunigung an der äußeren Zylinderoberfläche, p - die Dichte der Flüssigkeit, σ - die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und η - die dynamische
Viskosität der Flüssigkeit, wobei die Zentrifugalbeschleu- nigung mit der Beziehung a = 2 D π 2n2 bestimmt wird. Dabei bedeutet D - der Durchmesser der äußeren Zylinderoberfläche und n - die Drehzahl des Zylinders. Der Gesamtvolumenstrom V ergibt sich aus dem Volumenstrom V„ pro Bohrung, mal der Anzahl N der Bohrungen im Zylinder.
Insofern man mit einer Reynoldszahl des Gerinnes in den Bohrungen zu arbeiten wünscht, die den Wert 200 nicht überschreitet, muss die Bedingung Vß < 1410 (η / a p ) ' (a p D_ / η) erfüllt werden.
Beim Sprühtrocknen kann es vorkommen, daß sich am Austritt der Bohrungen des Rotationszerstäubers Produkt- ansätze bilden. Derartige Ansätze können durch das Ein¬ leiten von Gas, vorzugsweise dem Trocknungsgas, das mit dem Lösemitteldampf gesättigt ist, oder durch das Einleiten von Lösemitteldampf oder Wasserdampf in den Zylinder vermieden werden. Beim Zerstäuben von Schmelzen bewirkt das Einleiten von aufgeheiztem Gas in den Zylinder ein Vorheizen des Körpers und während des Betriebs ein Aufrechterhalten der Betriebstemperatur zum Vermeiden der Ansatzbildung. Wie noch gezeigt wird, kann bei geeigneter Orientierung der Bohrungsachsen mit dem Gas auch ein Ablenken der Tropfen in Achsrichtung bewirkt werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß in den Zylinder außer der Flüssigkeit auch Gase eingeleitet werden.
Das Einleiten der Flüssigkeit in den Zylinder kann, z.B., mit einem Röhrchen erfolgen, das über einer mit dem Zylinder mitrotierenden Prallplatte angeordnet ist. Die Prallplatte wird zweckmäßigerweise in der Mitte der Zylinderhöhe angeordnet und am Boden des Zylinders befe¬ stigt. Aus dem Röhrchen tritt die Flüssigkeit in der Form eines Strahls aus, wird durch die Prallplatte nach außen und damit auf die innere Zylinderfläche geschleudert und dadurch auf die Löcher verteilt.
Das gleichmäßige Verteilen der Flüssigkeit auf die innere Zylinderoberfläche kann besonders einfach durch das Eindüsen mit Einstoffdüsen oder mit pneumatischen Zer¬ stäuberdüsen, auch oft Zweistoffdüsen genannt, erfolgen. Besonders vorteilhaft haben sich dabei Einstoffdüsen erwiesen, die einen kegeligen Sprühstrahl erzeugen. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit die Flüssigkeit im Inneren des Zylinders zu verteilen besteht darin, sie mit konzen¬ trisch angeordneten rotierenden Düsen insbesondere Flach- Strahldüsen im Inneren des Zylinders zu versprühen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Flüssigkeit mit einer Einstoffdüse oder mit einer pneumatischen Zerstäuberdüse in den Zylinder hineingesprüht wird und auf diese Weise gleichmäßig auf die innere Zylinderfläche und auf die Bohrungen verteilt wird, sowie ein Verfahren, daß dadurch gekennzeichnet is, daß die Flüssigkeit über eine oder mehrere rotierende Düsen in den Zylinder hineingesprüht wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren bei der die Düse einen hohlkegeligen Sprühstrahl erzeugt.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem hohlen Zylinder in dessen Wand eine Vielzahl, für in der Praxis brauchbare Flüssigkeitsdurchsätze mindestens 200, im einfachsten Fall zylindrischen Bohrungen eingebracht sind. Der Zylinder ist unten mit einem Boden verschlossen und oben mit einem Deckel mit zentraler Öffnung begrenzt. Dadurch wird ein achsiales Austreten der Flüssigkeit verhindert.
Die Bohrungen in der Zylinderwand sollen im Durch¬ messer so gewählt werden, daß einerseits eine möglichst große Zahl auf der Zylinderfläche untergebracht werden kann, andererseits ein Verstopfen der Bohrungen durch ausreichende Abmessungen noch vermieden wird. Die Teilung der Bohrungen soll möglichst eng sein, damit wiederum eine möglichst große Zahl von Bohrungen in den Zylindermantel eingebracht werden kann. Durch eine ausreichende Länge der Bohrungen wird sichergestellt, daß alle Tröpfchen aus den Zerstäuberdüsen in den Bohrungen niedergeschlagen werden und zu einem Flüssigkeitsgerinne zusammenfließen.
Typische Verhältnisse von Teilung t der Bohrungen am äußeren Zylindermantel zum Durchmesser D_ der Bohrungen liegen im Bereich 1,1 < t/Dß < 5. Die Mindestteilung ergibt sich aus der für die erforderliche Drehzahl noch aus¬ reichenden Festigkeit des Körpers. Der Mindestdurchmesser der Bohrungen soll nich kleiner als
Dß = 10 (σ / p a)0'5
ausgeführt werden, damit die notwendige Sicherheit gegen
Verstopfen gewährleistet ist. Dabei bedeuten a = 2 π 2 D n2 die Zentrifugalbeschleunigung an der äußeren Oberfläche des Zylinders mit dem Durchmesser D, σ - die Oberflächen¬ spannung der Flüssigkeit, p - die Dichte der Flüssigkeit. Durch diese Durchmesserwahl wird die Bohrung nicht im vollen Querschnitt mit Flüssigkeit gefüllt, es bildet sich vielmehr durch die Wirkung der Coriolisbeschleunigung ein Flüssigkeitsgerinne ähnlich der Strömung in einem teilge¬ füllten Abwasserkanalrohr mit geringer Neigung. Obwohl es vom Prinzip hier für den Bohrungsdurchmesser keinen Maximalwert gibt, ist es sinnvoll, den maximalen Durch- messer für mittlere Tropfengrößen d ςn > 100 μm nicht
0 5 v.ou größer als DR = 50 (σ / p a) ' , für mittlere Tropfengrößen d 50 < lOOμm, den Bereich Dß < 200 (σ / p a) 0'5 zu wählen, damit eine ausreichende Anzahl an Bohrungen in den Zylinder untergebracht werden kann. Das Verhältnis von Bohrungslänge LR zum Bohrungsdurchmesser D_ soll mindestens 3 betragen. Dadurch gleichen sich Schwankungen die durch die Flüssig- keitsaufgabe entstehen, bis zum Bohrungsaustritt aus. Neben runden bzw. zylindrischen Bohrungen können auch Bohrungen oder Löcher mit anderen als kreisförmigen Querschnitts¬ formen, z.B. auch rechteckige oder dreieckige Bohrungen oder grösseren Löcher mit mehreren V-förmigen Strömungs- rinnen verwendet werden. Quadratische Bohrungen haben z.B. den Vorteil, daß sich in den Bohrungen bei gleichem Durch¬ satz und gleichem Öffnungsabmessungen niedrigere Reynolds- zahlen einstellen. Sie sind jedoch schwerer zu fertigen und führen zu einer geringeren Festigkeit des Zylinders. Wie für zylindrische Bohrungen kann man auch für rechteckigen und dreieckigen Löcher und Löcher mit mehreren V-förmigen Rinnen einen Ausdruck für die hydraulische Tiefe des Gerinnes bestimmen und dadurch eine Bedingung für eine ausreichende Laminarität erhalten. Wie für zylindrische Bohrungen kann man auch Bedingungen aufstellen um Ver¬ stopfungen zu vermeiden und eine ausreichende Anzahl an Rinnen zu erreichen.
Beim Zerstäuben von Suspensionen ist es sinnvoll, eine Vorrichtung zu verwenden, bei der die Bohrungen im Inneren des Zylinders so angesenkt sind, daß innen keine zylindrische Fläche verbleibt. Durch diese Maßnahmen wird vermieden, daß dispergierte Partikel aus der Suspension auf der Zylinderoverfläche sedimentieren und dort zu Anbackun¬ gen bilden. Auch mit grösseren Löchern mit mehreren V-förmigen Rinnen kann man durch die Lochbreite die innere Zylin¬ deroberfläche vermindern. Mit grösseren Lochern mit mehreren V-förmigen Rinnen kann man auch die Sicherheit gegen Verstopfen verbessern. Man kann dieselbe Strömung in einer V-förmigen Rinne als in der Ecke eines dreieckigen Loches erreichen.
Eine besonders gleichmäßige Aufteilung des Flüssig- keitsstroms bei dem gleichzeitig für das Verfahren typi¬ schen niedrigen Durchsatz pro Bohrung erfolgt in einer Vorrichtung, bei der die Bohrungsränder an jeder Bohrung um das gleiche Maß nach innen erhaben sind. Dadurch stellt sich im rotierenden Zylinder ein zylindrischer Flüssig¬ keitsspiegel ein. Bei Aufgabe von mehr Flüssigkeit strömt diese gleichmäßig über die erhabenen Bohrungsränder in die Bohrungen ein.
Auf einfache Weise kann eine derartige Vorrichtung dadurch hergestellt werden, daß in die zunächst größer gebohrten Bohrungen in der Zylinderwand, Röhrchen einge¬ setzt werden, die innen alle um das gleiche Maß über die innere Zylinderwand herausragen. Eine andere Möglichkeit zur Herstellung einer Vorrichtung mit innen erhabenen Bohrungsrändern besteht im Einbringen von Nuten in Richtung der Zylindererzeuger sowie Nuten in Umfangsrichtung zwischen den Bohrungen im Inneren des Zylinders. Diese Methode ist vorzugsweise für Bohrungen geeignet, die in Rechteckteilung angeordnet sind. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit einem rotierenden hohlen Zylinder der auf der unteren Seite mit einem Boden verschlossen ist und an der oberen Seite mit einem Deckel mit zentraler Öffnung begrenzt ist, gekennzeichnet durch Bohrungen mit dem Durchmesser D„ in der Zylinderwand eine Bohrungsteilung t an der äußeren Zylinderoberfläche im Bereich von 1,1 Dß < t < 5 Dß, einem Verhältnis von Bohrungslänge L-, zum Bohrungsdurchmesser Dß von mindestens
3, sowie Bohrungsdurchmessern im Bereich 10 < DR (p a/ σ) 0'5 < 50 für mittlere Tropfengrößen größer oder gleich um
100 μm und Bohrungsdurchmessern im Bereich 10 < D„ (p a / σ) 0'5 < 200 für mittlere Tropfengrößen kleiner als 100 μm.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine
Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit hohlen Zylindern mit mindestens 200 Bohrungen in der Zylinderwand, eine Vorrichtung mit zylindrischen Bohrungen und eine
Vorrichtung, bei der die Bohrungen in der Zylinderwand im Inneren des Zylinders derartige Einsenkungen aufweisen, daß keine innere Zylinderwand verbleibt. Ebenso ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssig¬ keiten mit hohlen rotierenden Zylindern die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Ränder der Bohrungen in Inneren des Zylinders erhaben sind und um das gleiche Maß über die innere Zylinderfläche hervorragen.
Insbesondere bei niedrigviskosen Flüssigkeiten, bzw. dann wenn die Reynoldszahl Reß in Bohrungen die radial verlaufen, Werte größer als 400 annimmt, ist es von Vorteil, wenn die Bohrungen im Zylinder, in der Rotations¬ ebene eine Neigung gegen die radiale Richtung aufweisen. Bei niedrigviskosen Flüssigkeiten kann die Turbulenz der in der Bohrung abströmenden Flüssigkeitssträhne dadurch vermindert werden, daß die nach außen verlängerten Boh¬ rungsachsen am Schnittpunkt mit der äußeren Zylinderober¬ fläche gegen den Vektor der Umfangsgeschwindigkeit einen Winkel α < 90° einnehmen (Vorwärtsneigung), sodaß durch die Rotation ein Flüssigkeitsstau in der Bohrung entsteht. Durch diese Maßnahme wird die in Achsrichtung der Bohrungen wirksame Beschleunigung herabgesetzt. Z.B., ist bei einem Neigungswinkel von α = 27,5° nur noch die halbe Beschleuni¬ gung in Achsrichtung der Bohrungen wirksam, im Vergleich zu α = 90°. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit in den Bohrungen herabgesetzt und die Tiefe 6. des Gerinnes vergrößert. Bei hochviskosen Flüssigkeiten und insbesondere bei Suspensionen soll der Winkel α > 90° gewählt werden (Rückwärtsneigung) um die Sedimentation von Feststoff- partikeln zu vermeiden. Hier sorgt die höhere Viskosität auch bei α > 90° für eine ausreichende Laminarität der Strömung. Die Bohrungen können gerade aber auch gekrümmt ausgeführt sein.
Werden die Bohrungen so ausgeführt, daß die Bohrungs¬ achsen eine Neigung ß gegen die Rotationsebenen aufweisen, die durch jene Kreise definiert werden, die durch die rotierende Durchtrittspunkte der Bohrungsachsen durch die äußere Zylinderoberfläche beschrieben werden, erhalten die Tropfen außerdem einen Impuls in Achsrichtung des Zylin¬ ders. Besonders effektiv ist die Ablenkung in Achsrichtung des Zylinders durch das in den Zylinder aufgegebene Gas. Die radiale Ausdehnung des Sprühs wird dadurch vermindert und ein Einsatz des Verfahrens in schlankeren Sprühtürmen ermöglicht. Auch bei dieser Vorrichtung tritt der Effekt auf, daß sich bei gleichem Durchsatz eine kleinere Re - Zahl einstellt, als bei radial verlaufenden Bohrungen.
Werden die beschriebenen Neigungsrichtungen der Bohrungsachsen kombiniert, erhält man eine windschiefe Anordnung der Bohrungsachsen zur Zylinderachse. Auch diese Ausführung ist z.B. bei der Sprühtrocknung von nieder¬ viskosen Flüssigkeiten in schlanken Türmen von Vorteil.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die durch Bohrungen gekennzeichnet ist, deren Verlängerung der Bohrungsachsen über die äußere Zylinderoberfläche hinaus, alle den gleichen Winkel α im Bereich 10° < α < 170° gegen den Vektor der Umfangsgeschwindigkeit einnehmen, sowie eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß deren über die äußere Zylinderoberfläche hinaus verlängerten Bohrungs¬ achsen um den Winkel ß im Bereich 0 < ß < 80° gegen die Rotationsebene geneigt sind.
Unregelmäßigkeiten beim Aufteilen der Flüssigkeit auf die innere Zylinderwand und auf die Bohrungen können durch einen rotationssymetrisehen Verteilerkörper vermieden werden, der konzentrisch im Zylinder eingebaut ist und dessen Durchmesser zum Boden des Zylinders hin zunimmt. Besonders einfach auszuführen ist ein Verteilerkörper der im Zylinder befestigt ist. Wird der Verteilerkörper unabhängig drehbar vom Zylinder ausgeführt, kann bei jeder beliebigen Drehzahl des Zylinders eine günstige Drehzahl des Verteilerkörpers zum Verteilen der Flüssigkeit im Zylinder eingestellt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Verteilerkörpers besteht in einem Körper, der an seiner Oberfläche Nuten aufweist, die in Umfangsrichtung ver¬ laufen, sodaß mehrere kreisförmige Abschleuderkanten entstehen. Dadurch werden Flüssigkeitsanteile auf ver¬ schiedenen Höhen in Richtung der inneren Zylinderoberfläche weggeschleudert. Dies bewirkt eine Vergleichmäßigung der Flüssigkeitsaufteilung. Eine vorteilhafte Ausführung eines Verteilerkörpers besteht aus kreisförmigen Platten, die mit Abstandshaltern zwischen den Platten zusammengesetzt ist. Bei dieser Ausführungsform können die kreisförmigen Platten, entsprechend den Anforderungen an die Verteilung, der in den Zylinder aufgegebenen Flüssigkeit, in ihrem Durchmesser und Abstand auf einfache Weise verändert werden.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit hohlen rotierende Zylin¬ dern, die durch einen rotationssymetrischen konzentrisch im Zylinder eingebauten Verteilerkörper gekennzeichent ist, dessen Durchmesser zu Boden hin zunimmt, sowie eine Vorrichtung die gekennzeichnet ist durch einen im Zylinder befestigten Verteilerkörper.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vor- richtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit hohlen rotierenden Zylindern, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Verteilerkörper unabhängig drehbar im Zylinder befe¬ stigt ist.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vor- richtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit hohlen rotierenden Zylindern, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Verteilerkörper in seiner Oberfläche Nuten aufweist, die in Umfangsrichtung verlaufen, sowie eine Vorrichtung bei der der Verteilerkörper aus kreisförmigen Platten und Abstandshaltern zusammengesetzt ist.
Ebenso ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit Hohlzylindern, gekennzeichent durch Bohrungen in der Zylinderwand deren Ränder im Inneren des Zylinders erhaben sind und um das gleiche Maß über die innere Zylinderfläche vorstehen.
Der gleiche Durchsatz durch jede Bohrung im Zylinder kann insbes. bei Flüssigkeiten die keine festen Partikel enthalten, auch durch eine zylindrische poröse Schicht mit gleichmäßiger Wanddicke erzielt werden, die sich auf der Innenseite des Zylinders befindet. In Frage kommen z.B. Filterschichten oder poröse Sinterkörper. Unregelmäßigkeiten im Sprühbild der Düsen können außerdem durch in den Zylinder eingebaute Schikanen ausgeglichen werden. Die Schikanen können mit dem Zylinder mitrotieren oder auch mit einer anderen Drehrichtung oder Drehzahl rotieren als der Zylinder. Sie bewirken eine radiale und achsiale Verteilung der Flüssigkeit im Zylin¬ der. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen dieser Schikanen bestehen in mitrotierenden, im Zylinder befestig¬ ten konzentrischen gebohrten Zylindern, in spiralig angeordneten gelochten Blechen oder in Drahtgeweben. Die Maschenweite, bzw. die Größe der Löcher in den Schikanen soll größer sein als der Durchmesser der Bohrungen im Zylinder.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit rotierenden hohlen Zylindern, die dadurch gekennzeichnet ist, daß konzentrisch im Zylinder ein zweiter zylindrischer poröser Körper mit gleichmäßiger Wanddicke eingebaut ist, sowie eine Vor¬ richtung die durch im Zylinder eingebaute Schikanen gekennzeichnet ist. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit rotierenden hohlen Zylindern, gekennzeichnet durch Schikanen im Zylinder, die unabhängig vom Zylinder drehbar sind, sowie gekennzeichnet durch Schikanen in der Form von konzentrisch im Zylinder angeordneten Lochblechen und in der Form von konzentrisch im Zylinder angeordneten Drahtmaschengeweben, sowie durch Schikanen bei denen der Lochdurchmesser bzw. die Machenwei¬ te größer ist als der Durchmesser der Bohrungen in der Zylinderwand. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit rotierenden hohlen Zylindern, mit eingebauten Schikanen in der Form von Lochblechen und oder Drahtgeweben, die spiralig gewickelt sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit rotierenden hohlen Zylindern ist beson- ders zum Herstellen von sprühgetrocknetem Pulver im mittleren Tropfengrößenbereich von 50 μm bis 400 μm aus Flüssigkeiten, zum Herstellen von Pulvern aus organischen Schmelzen im Korn- bzw. Tropfengrößenbereich 0,5 mm - 3 mm sowie insbesondere für Metallpulver aus Schmelzen im Korn- bzw. Tropfengrößenbereich von 10 bis 100 μm geeignet. Die hier genannten Tropfengrößen sind jedoch lediglich typische Werte für die aufgeführten Anwendungen. Selbstverständlich ist es möglich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch einen breiteren Bereich der Tropfengrößen abzudecken. Ein weiterer Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung sind Wäscher für Gase zum Entfernen von Staub und zum Auswaschen chemischer Stoffe.
Gegenstand der Erfindung ist die Anwendung einer Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, mit rotieren- den Hohlzylindern für die Sprühtrocknung, für das Her¬ stellen von Pulvern aus Schmelzen, sowie die Verwendung der Vorrichtung zur Gasreinigung.
Als Werkstoffe für den Zylinder kommen vorzugsweise Metalle, Plastik und Keramik in Frage.
Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen näher erläutert
Fig. 1 zeigt eine typische Ausführungsform der Erfindung. In den rotierenden hohlen Zylinder bestehend aus der Zylinderwand 1, dem Boden 2 und dem Deckel 3 mit zentraler Öffnung wird die Flüssigkeit 4 eingebracht. Sie verläßt den Zylinder durch die Bohrungen 5 in der Zylin¬ derwand 1. Die Tropfen entstehen am Austritt der Bohrungen 5 durch laminaren Strahlzerfall. Die Zylinderwand wird innen durch die innere Zylinderoberfläche 6 und außen durch die äußere Zylinderoberfläche 7 begrenzt. Die Flüssigkeit 4 wird gleichmäßig auf die innere Zylinderoberfläche 6 und damit auf die Bohrungen 5 verteilt. In den Zylinder strömt neben der Flüssigkeit auch das Gas 8 ein. Es verläßt den Zylinder gemeinsam mit der Flüssigkeit 4 durch die Bohrun- gen 5.
Das gleichmäßige Verteilen der Flüssigkeit 4 auf die innere Zylinderoberfläche 6 kann z.B. mit einer Einstoff- düse 9 - die hier verwendete Düse erzeugt einen hohlkegel¬ förmigen Sprühstrahl - oder mit Zweistoffdüsen 10 erfolgen. Die Verteilung der Flüssigkeit 4 im Zylinder wird durch einen Verteilerkörper 11 verbessert. Es besteht im gezeich¬ neten Fall aus einem zum Zylinder konzentrischen Körper dessen Durchmesser zum Boden 2 hin zunimmt. Der Verteil¬ erkörper 11 weist in seiner Oberfläche Nuten 12 in Umfangs- richtung auf.
Im inneren des Zylinders befinden sich als Schikanen 13 die zylindrische Lochbleche um die Flüssigkeit gleichmä¬ ßig auf die innere Zylinderoberfläche 6 und auf die Bohrungen 5 zu verteilen. Der Antrieb des Zylinders erfolgt über die Hohlwelle 13.
Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch den hohlen Zylinder mit Bohrungen 5 in der Zylinderwand 1 und den verwendeten Bezeichnungen. Die Zylinderwand 1 wird durch die innerere Zylinderoberfläche 6 und die äußerere Zylinderoberfläche 7 begrenzt. Der Zylinder ist unten mit dem Boden 2 ver¬ schlossen. Oben befindet sich der Deckel 3 mit zentraler Öffnung.
Fig. 2b zeigt einen Ausschnitt der äußeren Zylin¬ deroberfläche 7 mit einer Ansicht der Bohrungen 5 und den dazugehörigen Bezeichnungen; hier ist eine Dreiecksteilung dargestellt.
Fig. 2c ist ein Schnitt des gebohrten Zylinders in einer Rotationsebene. Erkennbar ist die Zylinderwand 1, die äußere Zylinderoberfläche 7, die innerere Zylinderober- fläche 6 und die Bohrungen 5 in der Zylinderwand 1.
Fig. 3 zeigt einen rotierenden Zylinder mit Bohrungen
5 in der Zylinderwand 1 und zwei rotierenden Flachstrahldü- sen 9, die die Flüssigkeit 4 auf die innerere Zylinderober¬ fläche 6 gleichmäßig verteilen, sodaß der Flüssigkeits¬ durchsatz in jeder Bohrung 5 gleich ist.
Fig. 4 ist ein Schnitt eines Zylinders in einer Rotationsebene, bei dem die über die äußerere Zylinderober¬ fläche 7 verlängerten Achsen 14 der Bohrungen 5 gegen die Richtung des Vektors der Umfangsgeschwindigkeit einen Winkel α ^ 90° einnehmen. Die Drehrichtung gemäß Pfeil x bzw. α < 90° wird vorzugsweise für niederviskose Flüssig- keiten, bzw. zur Verkleinerung der Re~ - Zahl, die Dreh¬ richtung gemäß Pfeil y bzw. α > 90° wird vorzugsweise für höherviskose Flüssigkeiten und Suspensionen angewendet.
Fig. 5 zeigt einen Zylinder bei dem die Achsen 14 der Bohrungen 5 in der Zylinderwand 1 einen Winkel ß gegen die Rotationsebene einnehmen. In den Zylinder strömt neben der Flüssigkeit 4 auch Gas 8 ein. Das aus dem Zylinder durch die Bohrungen 5 ausströmende Gas 8 lenkt die Tropfen aus der Flüssigkeit 4 in Achsrichtung des Zylinders ab. Auch hier ist die Re-Zahl im Vergleich zu radial verlaufenden Bohrungen 5 reduziert.
Fig. 6 ist ein Schnitt durch einen Zylinder, der insbesondere für Suspensionen geeignet ist. Die Bohrungen 5 sind im Inneren des Zylinders mit Ansenkungen 15 ver¬ sehen. Wegen der komplexen Geometrie der Oberfläche sind nur die Schnittpunkte der Bohrungsachsen 14 mit der inneren Zylinderwand gezeichnet. Hier ist eine Rechteckteilung dargestellt.
Fig. 7 ist eine Schnittzeichnung eines Zylinders, vorzugsweise für feststofffreie Flüssigkeiten. Im Zylinder befindet sich der konzentrisch zum Zylinder angeordnete poröse zylindrische Körper 16, der eine Begrenzung und Vergleichmäßigung des Flüssigkeitsdurchsatzes an jeder Bohrung 5 bewirkt.
Fig. 8 stellt eine vorteilhafte Ausführung des Zylinders dar. Bei dieser Ausführung, die besonders für reine Flüssigkeiten und Schmelzen geeignet ist, sind die Ränder der Bohrungen 5 nach innen erhaben. Es stellt sich dadurch ein zylindrischer Flüssigkeitsspiegel ein, der zum gleichmäßigen Überlaufen der überschüssigen Flüssigkeit 4 in jede Bohrung 5 führt. In diesem Fall sind in die Bohrungen Röhrchen 17 eingesetzt, die alle um das gleiche Maß nach innen herausragen.
Fig. 9 zeigt einen rotationssy etrischen Verteil¬ erkörper 11, dessen Durchmesser zum Boden 2 hin zunimmt, bestehend aus kreisförmigen Platten 18 und den Abstands¬ haltern 19. Fig. 10 zeigt in Seitenansicht einen Zylinder mit dreieckigen Löchern 32. Die Zylinderwand besteht aus Stücken 20 mit V-förmigen Rinnen 21. Die dreieckigen Löcher 32 werden teils durch die Rinnen 21 des Stückes 20, teils durch die Hinterseite 22 des anliegenden Stückes begrenzt. Fig. 11 zeigt einen Querschnitt in Ebene A-A durch die in Fig. 10 gezeigte Ausführungsform des Zylinders.
Fig. 12 zeigt einen Querschnitt in Ebene B-B durch die in Fig. 10 gezeigte Ausführungsform des Zylinders.
Fig. 13 zeigt ein einzelnes der Stücke 20, die die Zylinderwand ergeben, gegen die Fläche, welche die V- förmigen Rinnen 21 trägt, gesehen.
Fig. 14 zeigt dasselbe Stück 20, von oben gesehen. Fig. 15 zeigt dasselbe Stück 20, jedoch von der Seite gesehen. Der angezeigte Winkel Θ ist der Winkel zwischen den zwei Flächen einer Rinne. Die Breite des Loches, die von einer Rinne 21 und der angrenzenden ebenen Hinterseite eines anderen Stückes 20 gebildet wird, wie in Fig. 10 und 12 gezeigt, ist mit B angegeben und die Höhe dieses Loches mit H. Fig. 16 ist ein Zylinder mit grösseren Löchern 24 mit mehreren V-förmigen Rinnen 21. Die Zylinderwand besteht aus Stücken 20 mit V-förmigen Rinnen 21. Die Löcher 24 werden von der Rinnenseite eines Stückes 20, von der Hinterseite 22 eines angrenzenden Stückes 20, von dem Boden des Zy- linders 2 und von dem Deckel des Zylinders 3 begrenzt. In jedem Loch 24 gibt es mehrere V-förmige Rinnen 21.
Fig. 17 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungs- form, wo die Bohrungen in der Zylinderwand rechteckige Löcher 27 sind. Eine Wand 28 dient als Strömungsfläche.
Fig. 18 zeigt eine andere Ausführungsform, in der jedes der Löcher 29 von zwei zylindrischen Bohrungen gebildet wird, von welchen die eine 30 einen wesentlich grösseren Durchmesser als die andere 31 aufweist. Bei Betrieb dient die letztgenannte, schmalere Bohrung als U- förmige Rinne für die Strömung.
Ausführungsbeispiele
Beispiel 1
Zur Herstellung eines sprühgetrockneten Pulvers aus
3 einer Suspension (4) mit der Dichte p = 1000 kg/m , σ = 60"10 -3 N/m und einer Viskosität η = 5"10-3 Pas wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet. Die mittlere
Tropfengröße ist 250 μm. Der Suspensionsdurchsatz (4) beträgt 1,0 t/h.
Für diese Aufgabe wird ein Zylinder mit einem Außendurchmesser von 300 mm gewählt. Die Höhe des gebohrten Zylinderabschnitts wird mit H = 150 mm ausgeführt. Bei einer quadratischen Bohrungsteilung von t = 5 mm und einem Bohrungsdurchmesser von Dß = 3 mm beträgt die Bohrungszahl N = 5600. Die Dicke der Zylinderwand (1) des Zylinders wird mit s = 15 mm gewählt. Sie entspricht hier der Bohrungs¬ länge. Als Drehzahl werden n = 2000 min" eingestellt. Der für die Erfindung charakteristischen Flüssigkeitsdurchsatz pro Bohrung (5) ist V •B = 4,9"10—8 m3/s, dies entspricht einem spezifischen Bohrungsdurchsatz VB/(σ 5/a3p5)0'25 6,85. Die Reynoldszahl, gerechnet nach der in der Be¬ schreibung erläuterten Methode, beträgt ReA = 10,3. Der spezifische Bohrungsdurchmesser beträgt DB/(σ / p a) 0'5
30. Das Verhältnis von Bohrungslänge Lß zu Bohrungsdurch¬ messer Dß beträgt 6,7; das Verhältnis von Bohrungsteilung t zu Bohrungsdurchmesser Dß liegt mit 1,67 in dem für die Erfindung typischen Bereich. Beispiel 2
Es wird hier der gleiche Durchmesser D = 300 mm und die gleiche gebohrte Zylinderhöhe H„ = 150 mm gewählt. Die Bohrungen (5) sind mit ß = 45° gegen die Rotationsebene nach unten geneigt. Die Bohrungsteilung in Umfangsrichtung ist t = 4 mm, die Bohrungsteilung in Richtung der Zylin¬ dererzeugenden beträgt t __b = 4,5 mm, die Bohrungen (5) werden im Dreieck angeordnet. Durch diese Maßnahme ist es möglich, eine besonders große Zahl, N = 7850, von Bohrungen (5) auf der Zylinderfläche (7) unterzubringen. Bei gleichem Durchsatz ist die Bohrungsanzahl eine wesentliche Einflu߬ größe auf die Tropfendurchmesser. So entstehen bei dieser Bohrungsanzahl, gleicher Flüssigkeit (4) und gleicher Drehzahl wie beim Beispiel 1, jetzt Tropfen von im Mittel 215 μm Durchmesser. Das Verhältnis von Bohrungslänge zu Bohrungsdurchmesser beträgt ca 7. Durch die Bohrungen ( 5 ) strömt Gas ( 8 ) mit einer Geschwindigkeit in den Bohrungen (5) von 40 m/s, um die gebildeten Tropfen nach unten abzulenken. Das Gas (8) hat keinen Effekt auf den Tropfen- bildungsvorgang. Ein weiteres Zerteilen der gebildeten
2
Tropfen tritt erst ab Gasweberzahlen Weß = (v GpG d / σ) >
12 auf. Dies entspricht in diesem Beispiel einer Geschwin¬ digkeit von 49 m/s.
Beispiel 3
Beim Zerstäuben von 100 kg/h flüssigem Blei (4) bei einer Temperatur der Schmelze von 400°C soll eine Tropfen¬ größe d 50 - 30 μm erzielt werden. Zum Vermeiden von Verstopfungen werden die Bohrungen (5) im Zylinder mit D_ = 0,8 mm relativ im Vergleich zur geforderten Partikel- abmessung groß ausgeführt. Die Bohrungsteilung beträgt t = 0,5 mm, die Bohrungsanzahl im Zylinder beträgt N = 2020, der Außendurchmesser D des Zylinders ist 80 mm. Die Dicke der Zylinderwand (1) ist 5 mm. Bei einer Drehzahl von 15.000 min -1 wird eine Beschleunigung von a = 92.000 m/s2 erreicht, die zur gewünschten mittleren Tropfengröße von d 50 = 30 μm führt. Zum Anfahren wird der Zylinder mit heißem Gas (8), z.B. mit Argon aufgeheizt, das durch die Bohrungen (5) des Körpers strömt. Das flüssige Blei (1) wird nach der Aufheizphase aus einem Schmelzebehälter abgelassen und strömt als Strahl auf eine Prallfläche oder einen Verteilerkörper (11) im Inneren des Zylinders. Durch die eingebauten Schikanen (13) in diesem Fall mehrere Lagen von gewickeltem Maschendraht wird die Schmelze (1) gleich¬ mäßig auf die innere Zylinderfläche (6) und damit auf die Bohrungen (5) verteilt. Der Gasstrom (8) bleibt auch während des Betriebs aufrecht, um ein Abkühlen des Zylin¬ ders und ein Zuwachsen der Bohrungen (5) zu vermeiden.

Claims

A N S P R Ü C H E 1. Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeiten (4) mit Hilfe von rotierenden hohlen Zylindern mit Bohrungen (5) in der Zylinderwand (1), dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Flüssigkeit (4) gleichmässig im Inneren des Zylinders auf die innere Zylinderoberfläche (6) und auf die Bohrungen (5) verteilt wird und daß der Volumenstrom der flüssigkeit (4) pro Bohrung (5) im Bereich 1,0 < Vß (a3 p5 / σ 5)0'25 < 16 liegt und daß Vß < 3195 (η2 / a p2)7/β (a p flx / η) eingehalten wird, dabei bedeuten Vß - der Volumenstrom der Flüssigkeit (4) pro Bohrung (5), a - die Zentrifugalbeschleunigung an der äußeren Zylinderoberfläche (7), p - die Dichte der Flüssig¬ keit (4), σ - die Oberflächenspannung der Flüssigkeit (4) und η - die dynamische Viskosität der flüssigkeit (4), wobei die Zentrifugalbeschleunigung mit der Beziehung a = 2 D τι 2n2 bestimmt wird, dabei bedeutet D - der Durchmesser der äußeren Zylinderoberfläche (7), Dß - der Durchmesser der Bohrungen (5) und n - die Drehzahl des Zylinders.
2. Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeiten (4) mit Hilfe von rotierenden hohlen Zylindern mit rechteckigen Löchern (27) in der Zylinderwand (1), dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t, daß die Flüssigkeit (4) gleichmäßig im Inneren des Zylinders auf die innere Zylinderoberfläche (6) und auf die Löcher (27) verteilt wird,, und dass der Volumenstrom der Flüssigkeit (4) pro Loch (27) im Bereich 1,0 < Vτ L . (a3 p5 / σ 5)0'25 < 16 liegt, und dass
η * H
Vτ 400
dabei bedeutet V. der Volumenstrom der Flüssigkeit (4) pro Loch (27), H - die Höhe des rechteckiges Loches, und die übrigen Symbole sind wie in Anspruch 1 definiert.
3. Verfahren zum Zerstäuben von Flüssigkeiten (4) mit Hilfe von rotierenden hohlen Zylindern mit dreieckigen Löchern (32) oder größeren Löchern (24) mit mehreren V- förmigen Rinnen (21) in der Zylinderwand (1), dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die Flüssigkeit (4) gleichmä¬ ßig im Inneren des Zylinders auf die innere Zylinderober¬ fläche (6) und auf die Löcher (32) oder Rinnen (21) verteilt wird, und dass der Volumenstrom der Flüssigkeit
3 (4) pro Loch (32) oder Rinne (21) im Bereich 1,0 < VR (a
" p5 / σ 5)0'25 < 16 liegt und dass
Figure imgf000025_0001
dabei bedeutet VR der Volumenstrom der Flüssigkeit (4) pro Rinne (21) oder für dreieckige Löcher Volumenstrom pro Loch, Θ ist der Winkel zwischen den zwei Strömungsflächen, und die übrigen Symbole sind wie in Anspruch 1 definiert.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß in den Zylinder außer der Flüssigkeit (4) auch Gase (8) eingeleitet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die Flüssigkeit (4) mit einer Einstoffdüse (9) oder mit einer pneumatischen Zerstäuberdü¬ se (10) in den Zylinder hineingesprüht und auf diese Weise gleichmäßig auf die innere Zylinderoberfläche (6) und die Bohrungen (5) verteilt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die Flüssigkeit (4) über eine oder mehrere rotierenden Düsen (9) oder (10) in den Zylinder hineingesprüht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t, daß die Düse (9) oder (10) einen hohlkegelförmigen Sprühstrahl erzeugt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n - z e i c h n e t, daß
Vß < 1410 (η2 / a p2)7/6 (a p fΕ^ / η).
9. Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten (4) mit einem rotierenden hohlen Zylinder, der auf der unteren Seite mit einem Boden (2) verschlossen ist und an der oberen Seite mit einem Deckel (3) mit zentraler Öffnung begrenzt ist, g e k e n n z e i c h n e t durch Bohrungen (5) mit dem Durchmesser Dß in der Zylinderwand (1), eine Bohrungsteilung t an der äußeren Zylinderoberfläche (7) im Bereich von 1,1 Dß < t < 5 Dß, einem Verhältnis von Länge Lß der Bohrungen (5) zum Durchmesser Dß der Bohrungen (5) von mindestens 3, sowie Bohrungsdurchmessern im Bereich 10 < Dß (p a / σ) 0'5 < 50, zur Herstellung von Tropfen mit mittleren Tropfengrößen größer oder gleich 100 μm und Bohrungsdurchmessern im Bereich 10 < Dß (p a / σ) 0'5 < 200, zur Herstellung von Tropfen mit mittleren Tropfengröße kleiner als 100 μm.
10. Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten (4) mit einem rotierenden hohlen Zylinder, der auf der unteren
Seite mit einem Boden (2) verschlossen ist und an der oberen Seite mit einem Deckel (3) mit zentraler Öffnung begrenzt ist, g e k e n n z e i c h n e t durch Löcher (27), (32) mit der Höhe H und Breite B in der Zylinderwand (1), einem Verhältnis von Länge L der Löcher (27), (32) zur
Breite B der Löcher (27), (32) von mindestens 3, sowie Lochbreiten im Bereich 10 < B . (p a / σ) 0'5 < 50 und Lochhöhen im Bereich 10 < H (p a / σ) 0'5 < 50, zur Her¬ stellung von Tropfen mit mittleren Tropfengrößen größer oder gleich 100 μm und Lochbreiten im Bereich 10 < B . (p a / σ) 0'5 < 200 und Lochhöhen im Bereich 10 < H (p a / σ) 0'5 < 200, zur Herstellung von Tropfen mit mittleren
Tropfengrößen kleiner als 100 μm.
11. Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten (4) mit einem rotierenden hohlen Zylinder, der auf der unteren
Seite mit einem boden (2) verschlossen ist und an der oberen Seite mit einem Deckel (3) mit zentraler Öffnung begrenzt ist, g e k e n n z e i c h n e t durch Löcher (24) mit mehreren Rinnen (21) mit der Rinnenhöhe H und Loch- breite W, in der Zylinderwand (1), einem Verhältnis von Länge L der Löcher (24) zur Breite W der Löcher (24) von mindestens 3, sowie Lochbreiten W im Bereich 10 < W " (p a / σ)0,5 und Rinnenhöhen H im Bereich H (p a / σ) '5 < 50, zur Herstellung von Tropfen mit mittleren Tropfengrößen größer oder gleich 100 μm und Lochbreiten im Bereich 10 < W (p a / σ) '5 und Rinnenhöhen im Bereich H (p a / σ)π'-■•> < 200, zur Herstellung von Tropfen mit mittleren
Tropfengrößen kleiner als 100 μm.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch mindestens 200 Bohrungen (5), Löcher (27), (29), (32) oder Rinnen (21).
13. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 12, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch zylindrische, rechteckige oder dreieckige Bohrungen oder Löcher.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13, g e k e n n - z e i c h n e t durch Löcher mit einer oder mehreren V- förmigen oder U-förmigen Rinnen (21).
15. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch Bohrungen (5) oder Löcher (24, 27, 29, 32) in der Zylinderwand (1), die im Inneren des Zylinders derartige Einsenkungen (15) aufweisen, daß keine innere Zylinderoberfläche (6) verbleibt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 9, 12 oder 13, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch Bohrungen (5) in der Zylinderwand (1) deren Ränder im Inneren des Zylinders erhaben sind und um das gleiche Maß über die innere Zylinderfläche hervorragen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 16, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch Bohrungen (5) oder Löcher (24), (27), (29), (32) deren Verlängerung der Bohrungsachsen (14) über die äußere Zylinderoberfläche (7) hinaus, alle den gleichen Winkel α im Bereich von 10° < α < 170° gegen den Vektor der Umfangsgeschwindigkeit einnehmen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 12 bis 17, g e - k e n n z e i c h n e t durch Bohrungen (5) deren über die äußere Zylinderoberfläche (7) verlängerte Bohrungsachsen (14) um den Winkel ß im Bereich 0 < ß < 80° gegen die Rotationsebenen geneigt sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 18, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch einen rotationsymetrischen, konzen¬ trisch im Zylinder eingebauten Verteilerkörper (11) dessen Durchmesser zum Boden (2) hin zunimmt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 19, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch einen Verteilerkörper (11) der im Zylinder befestigt ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 19, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch einen unabhängig vom Zylinder drehbaren Verteilerkörper (11).
22. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 20, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch einen Verteilerkörper (11) der in seiner Oberfläche Nuten (12) aufweist, die in Umfangs- richtung verlaufen.
23. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 21, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch einen Verteilerkörper (11) der aus kreisförmigen Platten (18) und Abstandhaltern (19) zu¬ sammengesetzt ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 20, g e k e n n - z e i c h n e t durch einen im Zylinder konzentrisch eingebauten zweiten zylindrischen porösen Körper (16) mit gleichmäßiger Wanddicke.
25. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 21, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch im Zylinder eingebaute Schikanen (13).
26. Vorrichtung nach Anspruch 22, g e k e n n z e i c h ¬ n e t durch unabhängig vom Zylinder drehbare Schikanen (13).
27. Vorrichtung nach Anspruch 18 und 19, g e k e n n - z e i c h n e t durch Schikanen (13) in Form von konzen¬ trisch angeordeneten zylindrischen Lochblechen mit Loch¬ durchmessern größer als die Bohrungen (5).
28. Vorrichtung nach Anspruch 18 und 19, g e k e n n ¬ z e i c h n e t durch Schikanen (13) in Form von konzen- trisch angeordeneten zylindrischen Drahtmaschengeweben mit Maschenweiten größer als die Bohrungen (5).
29. Vorrichtung nach Anspruch 18 und 19, g e k e n n - z e i c h n e t durch Schikanen (13) in Form von spiralig gewickelten Lochblechen mit Lochdurchmessern größer als die Bohrungen (5).
30. Vorrichtung nach Anspruch 18 und 19, g e k e n n - z e i c h n e t durch Schikanen (13) in Form von spiralig gewickelten Drahtmaschengeweben mit Maschenweite groß als die Bohrungen (5).
31. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 30 zum Sprühtrocknen von Produkten.
32. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 30 zum Herstellen von Pulvern aus Schmelzen.
33. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 30 zur Gasreinigung in Wäschern.
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