Устройство для пневматического распыливания жидкости

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО РАСПЫЛИВАНИЯ ЖИДКОСТИ , содержащее корпус с каналами 1 подачи жидкости в камеру смешения, средства тангенциального подвода воздуха в камеру смешения и выходное сопло, отличающееся .тем, что, с целью повышения степени монодисперсности и плотности факела распыла, оно снабжено размещенной в камере смешения с зазором к корпусу кольцевой стенкой, при этом каналы для подачи жидкости сообщены с полостью, образованной между корпусом и пористой стенкой, корпус с противоположной соплу стороны выполнен с отбойной поверхностью, а средства тангенциальной подачи воздуха выполнены в виде расположенных по хорде к внутренней поверхности пористой кольцевой стенки со стороны сопла патрубков. Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(д) В 05 В 710

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

- ; " и 1а . q

gi4Q,, Pt

12

Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3475336/23-05 (22) 23.07.82 (46) 28.02.84. Бюл. № 8 (72) E В. Мислюк, Ю. Г. Шевченко, А. С. Афанасьев и E. И. Ефимов (71) Ленинградский технологический институт им. Ленсовета (53) 66.069.83 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 914093, кл. В 05 В 1/34, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР № 822914, кл. В 05 В 7/02, 1979 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО РАСПЫЛИВАНИЯ ЖИДКОСТИ, содержащее корпус с каналами

„„SU„„1076151 А подачи жидкости в камеру смешения, средства та н ген ци ал ьн ого подвода воздуха в камеру смешения и выходное сопло, отличаюи ееся .тем, что, с целью повышения степени монодисперсности и плотности факела распыла, оно снабжено размещенной в камере смешения с зазором к корпусу кольцевой стенкой, при этом каналы для подачи жидкости сообщены с полостью, образованной между корпусом и пористой стенкой, корпус с противоположной соплу стороны выполнен с отбойной поверхностью, а средства тангенциальной подачи воздуха выполнены в виде расположенных по хорде к внутренней поверхности пористой кольцевой стенки со стороны сопла патрубков.

1076151

Изобретение относится к технике распыления жидкостей и расплавов и может быть использовано в химической технологии, энергетике и смежных с ними отраслях промышленности, а также при конструировании форсунок для распыливания жидкостей в тепло- и массообменных аппаратах.

Известен генератор высокодисперсных аэрозолей, содержащий камеру распыления, в которой смесь воздуха с жидкостью приобретает вращательное движение благодаря установленным в ней распылительным соплам. Воздух с жидкостью смешивается заранее в распылительных соплах. Камера распыления состоит из улавливателя мелких ка пель жидкости, сборника жидкости, системы подачи газа и жидкости и вывод15 ной кольцевой щели (1).

Недостатком известного генератора является повышенный расход газа и энергии на распыливание, так как смешение газа с жидкостью происходит еще до камеры, а из камеры часть смеси в виде конденсата и отработанного воздуха с мелкими каплями уходит в дренаж. Кроме того, генератор характеризуется сложностью конструкции и наличием возможности слияния капель во время их выхода через кольцевую щель, так как нет ускоряющего их выхода сопла.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для пневматического распыливания жидкости, содерзо жащее корпус с каналами подачи жидкости в камеру смешения, средства тангенциального подвода воздуха в камеру смешения и выходное сопло (2).

Недостатками такого устройства являются полидисперсность капель в факеле распыла, неодинаковая плотность факела по его поперечному сечению (так как выходное сопло не имеет отверстия по центральной оси, в нем расположен сплошной насадок и дополнительно закреплен с зазором диск), 40 а также большие давления жидкости и воздуха и повышенный расход воздуха.

Цель изобретения — повышение степени монодисперсности и плотности факела распыла.

Указанная цель достигается тем, что

45 устройство для пневматического распыливания жидкости, содержащее корпус с каналами подачи жидкости в камеру смешения, средства тангенциального подвода воздуха в камеру смешения и выходное сопло, снабжено размещенной в камере смешения с зазором к корпусу кольцевой стенкой, при этом каналы для подачи жидкости сообщены с полостью, образованной между корпусом и пористой стенкой, корпус с противоположной соплу стороны выполнен с отбойной поверхностью, а средства тангенциальной подачи воздуха выполнены в виде расположенных по хорде к внутренней поверхности пористой кольцевой стенки со стороны сопла патрубков.

Ввиду того, что в камере происходит смешение жидкости с воздухом не непосредственно, а через пористую кольцевую стенку с определенным соотношением давлений, жидкость перед распыливанием имеет наибольшую поверхностную энергию и наиболее неустойчивую быстро распадающуюся форму в виде тончайшей пленки.

Поэтому на ее распыливание требуется гораздо меньший расход воздуха и энергии.

Благодаря патрубкам, расположенным по хорде к внутренней поверхности пористой стенки со стороны сопла, а также отбойной поверхности корпуса, установленной с противоположной соплу стороны на определенном расстоянии от сопла, происходит раскручивание смеси воздуха с жидкостью по круговой траектории и центробеж ное разделение разных по величине капель жидкости. Для предотвращения слияния капель между собой они ускоряются в конической формы выходном сопле.

На фиг. 1 представлено устройство для пневматического распыливания жидкости, разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — кривые зависимости радиального давления и расхода жидкости от тангенциального давления воздуха; на фиг. 4— кривые зависимости относительного расхода жидкости от относительного давления воздуха.

Устройство состоит из корпуса 1, внутри которого с помощью верхней (отбойной) 2 и нижней 3 стенок закреплена пористая кольцевая стенка 4 таким образом, что все вместе они образуют периферийную полость 5 и центральную камеру 6 смешения.

Для подвода жидкости имеются осевой штуцер 7, выполненный заодно с крышкой 8, распределительная полость 9 и каналы 10, соединяющие распределительную и периферийную полости. Для тангенциального подвода воздуха в камере смешения имеются два сопловых патрубка 11, установленных по хорде к внутренней поверхности пористой кольцевой стенки. Для выхода капель жидкости из камеры наружу имеется выходное сопло 12. Верхняя стенка камеры имеет обойную поверхность 13. Сопло является сменной деталью и выполнено конической формы или, например, в форме сопла Лаваля для придания ускорения движению капель и предотвращения их слияния друг с другом. Пористая стенка выполнена, например, из металлокерамической трубки диаметром 34-52 мм с необходимой степенью пористости (25-44 /ц) и проницаемости по жидкости (1,8-14,5 м /м - мин) .

Размеры стенки составляют и = (0,8-2) }1, а расстояние от отбойной поверхности до верхнего среза выходного сопла 1= (0,30,8) h, где d — внутренний диаметр пори10761

0,69

1,19

0,79

0,149

0,09

1,38

1,17

1,21

1,20

1,10

8,4

5,8

0,058

0,090

0,099

0,150

0,240

0,080

0,105

О, 120

8,4

10,0

14,4

111,6

231,0

11,5

0,180

16,6

21,6

0,270

3 стой стенки, м; h — высота пористой стенки, м.

В случае распыливания вязких жидкостей или расплавов на корпусе предусматривается рубашка 14 для обогрева горячим теплоносителем (на фиг. 1 рубашка пока- 5 зана пунктиром). Для очистки и фильтрации распыляемой жидкости, как правило, в трубопроводе перед устройством устанавливается фильтр тонкой очистки из аналогичной металлокерамической трубки (не показан).

Устройство работает следующим образом.

Жидкость подается в устройство через осевой штуцер 7 в распределительную полость 9, откуда через каналы 10 — в пери- 15 ферийную полость 5. Просачиваясь под небольшим радиальным давлением Pw через поры кольцевой пористой стенки 4, жидкость образует черезвычайно тонкую равномерную плен ку на внутрен ней боковой поверхности этой стенки. Воздух в устройство подается тангенциально под давлением

Р через патрубки 11 на эту же внутреннюю боковую поверхность. В камере 6 смешения создается осесимметричный вихрь (как показано стрелками на фиг. 2), скорость и направление которого зависят от величин Pity (0,08-027 МПа) и P®< (0,060,24 МПа). Чем Рв() Р®, тем более ярко выражено спиральное движение вихря и тоньше жидкостная пленка и тем более тонкое происходит диспергирование жидкости ЗО на капли. Соотношение Р к Pga выбирают в пределах (1,0-1,4):1 в зависимости от степени диспергирования. При относительно больших значениях Pq)y вследствие .2

На фиг. 3 показаны зависимости расхода жидкости (кривая 1) и радиального давления жидкости (кривая 2) от тангенциального давления воздуха, полученные при работе устройства.

51

4 радиального градиента давления в камере может произойти прекращение подачи жидкости. На фиг. 4 показана характеристика изменения относительного расхода жидкости Йк/б„, AKñ в зависимости от относительного давления Р -Ркк /Рц (кривая

1 для давления жидкости Г(р, = 0,1 МПа, кривая 2 — Р „=0,15МПа). Здесь бх,„ „ — расход жидкости при отсутствии вихревого движения в камере смешения. На рабочие характеристики предлагаемого устройства оказывают влияние также свойства жидкости и размеры d, h, !.

После дробления жидкостной пленки капли увлекаются в круговое движение мощным круговым потоком воздуха и разгоняются в камере до определенной скорости.

При этом происходит центробежное отделение мелкой фракции капель от крупной. У более малой капли величина центростремительной силы превышает центробежную, поэтому малая капля, увеличенная потоком воздуха, движется от периферии к центру и затем попадает в выходное сопло 12.

Крупная капля, имеющая большую центробежную скорость, отбрасывается к периферии и на отбойную поверхность 13 и заново дробится на более мелкие капли. Получается тонкое разделение капель по их величине, и мелкая фракция капель почти одинакового размера выводится центростремительной силой из зоны измельчения в сопло и затем наружу.

Примеры конкретного выполнения устройства (экспериментальные данные режимов работы при d =52 мм, h =45 мм, = !5...

25 м м) и риведен ы в та бли це.

Использование предлагаемого устройства дает возможность получить по сравнению с известными, высокую степень монодисперсности распыла жидкости, причем факел распыла более качественный, рав1076151

Perp у/ И7

0,2

005

5 ной плотности по его поперечному сечению.

Ввиду того, что жидкость перед распыливанием обладает большей поверхностной энергией и наиболее неустойчивой быстро распадающейся формой в виде пленки, требуется меньше в 1,5-2 раза расход воздуха на ее распад и более низкое давление воздуха (чем у прототипа) . Предлагаемое устройство эффективно можно использовать в технологических процессах, где требуется более тонкий и качественный распыл с равными каплями. Для диспергирования жидкости на капли с размером меньше

50 мкм или, например, 160-315 мкм требует6 ся относительный расход воздуха Й /бц ——

=0,09-1,2 и энергии на распыливание 2040 кВт на 1 т жидкости по сравнению с известными форсунками (50-60 кВт на lт жидкости) .

5 Устройство изготовлено и проверено в работе с различными сопловыми насадками. Получены положительные результаты при распыливании воды. Оценка дисперсности распыла производилась методом улавливания капель и микроскопическим анализом с фотографированием. Экономический эффект от внедрения одного устройства составит около 240 руб. в год.

1076151

0,8

06

0Р

Редактор Н. Безродная

Заказ 587/8 бу 10

Ь (макс

025 05 0,75 70 725 0 ц У- Рэ;

О я

Составитель В. Ляпина

Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4