Способ аэродинамического получения аэрозолей

 

841157 ку с высокой скоростью и выступает в роли высокоэффективного трущего абразива, При этом срок службы пневмоускорителей (основной элемент струйного измельчителя) составляет при непрерывной работе от нескольких часов до нескольких недель; широкий дисперсный состав готового продукта (в большинстве случаев 2 — 10 мкм, иногда верхняя граница дисперсности достигает 30 мкм, а нижняя опускается за

1 мкм) определяется низкой энергией удара и малой вероятностью соударений, Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ аэродинамического получения аэрозолей путем контактирования газовой струи, несущей твердые или жидкие частицы, с твердым телом.

Недостатком этого способа является ограниченное количество твердых или жидких частиц, подвергаемых распылению, недостаточность дисперсности аэрозолей, а также недостатки, перечисленные выше.

Целью изобретения является получение аэрозолей с повышенной дисперностью.

Поставленная цель достигается при реализации описываемого способа получения аэрозолей, состоящего в контактировании газовой струи, несущей твердые или жидкие частицы, с твердым телом.

Изобретение отличается тем, что газовую струю, несущую жидкие или твердые частицы, подвергают симметричному обжатию газовыми струями, скорость которых в

1,2 — 20 раз превышает скорость струи, несущей жидкие или твердые частицы, причем симметричные газовые струи направляют так, чтобы обеспечить гомоцентричное схождение их на твердом теле под углом

30 — 90 .

Способ осуществляют следующим образом.

Газовый поток, истекающий из сопла со скоростью 90 — 100 м/с, пневмораспыляет жидкость или разгоняет твердые частицы.

Далее осуществляют симметричное обжатие газового потока, содержащего распыленную жидкость или твердые частицы, спутными газовыми струями со скоростью истечения 110 — 300 м/с, имеющими гомоцентричное схождение, т. е. осевые составляющие струй сходятся в одной точке (угол схождения спутных газовых струй

30 — 90 ) . .При этом происходит явление, аналогичное прохождению газового потока через стенки суживающегося диффузора, образованные спутными газовыми потоками, движущимися со скоростью в 1,2—

20 раз большей, чем основной несущий поток, и уменьшение сечения несущего потока происходит без потерь энергии на трение. По мере сужения сечения происходит резкое возрастание кинетической энергии основного несущего потока. Далее энергию

1О

20 5

3О

4О

55 со

G5 движения предварительно распыленной жидкости или разогнанных твердых частиц преобразуют в ударную за счет того, что в точке схождения осевых составляющих спутных газовых струй устанавливают оотекаемое твердое препятствие, например стальной шар с диаметром равным 2 — -6 диаметрам основного распыливающего сопла. Таким образом, частицы жидкости или твердой фазы подвергают ударному воздействию и дополнительно разрушают с образованием монодисперсного жидкого или твердого аэрозоля с размером частиц менее 1 мкм.

Изменяя скорость спутных газовых потоков, регулируют дисперсность распыления (измельчения) в сторону уменьшения или увеличения размеров частиц распыленной жидкости (измельчаемых частиц).

В предлагаемом изобретении при симметричном обжатии основной несущей газовой струи спутными газовыми потоками происходит трансформация энергии несущей струи, т. е. резкое возрастание ее скорости.

На фиг. 1 схематично изображена схема для реализации предлагаемого процесса аэродинамического получения дисперсных аэрозолей с использованием симметричного обжатия спутными газовыми потоками основной газовой струи, несущей дисперсируемую жидкость или твердую фазу; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3— схема струи, свободно истекающей из сопла; на фиг. 4 — схема струи с симметричным обжатием ее спутными газовыми потоками.

Схема для реализации предлагаемого процесса содержит распылительное сопло

1, патрубок 2 для подачи распыливаемой жидкости или твердых частиц, струю 3, несущую распыливаемую жидкость или твердую фазу, сопло 4 для подачи спутных газовых потоков, спутные газовые потоки 5, обтекаемое препятствие 6, корпус 7 соплового аппарата. р — угол схождения осевых составляющих спутных газовых потоков.

Подача твердой фазы может быть осуществлена непосредственной эжекцией ее в устье струи 3.

Стрелками на чертежах показано движение сжатого воздуха.

Уменьшение сечения несущего потока приводит к возрастанию его кинетической энергии, которую в точке а переводят в энергию удара. С этой целью в точке схождения осевых составляющих спутных потоков устанавливают обтекаемое препятствие 6, например, в виде стального шарика.

При этом в каждой твердой или жидкой частице, столкнувшейся с препятствием 6, возникает ударное давление, достигающее значительной величины, которое и приводит к дальнейшему разрушению капель

841152

I0

Значение кинетической энергии несущей струи, Дж

Высота отсчета от сопла, мм симметричное обжатие несущей струи (фиг. 4) свободное истечение из сопла (фиг. 3) 15,5

4,9

6,0

47

15,5

4,9

2,5

1,5

1,1

0,5

60 жидкости или твердых частиц до монодисперсного аэрозольного состояния.

На фиг. 3 и 4 на вертикальной оси Х отложены значения средней скорости несущей струи (м/с), с шагом 10 мм.

Лля получения ударного давления в точке а (фиг. 4), равного 450 кг/сма, при обычном пневморасиылении необходимо, чтобы скорость истечения газа из сопла составляла -2100 м/с. Максимальная скорость истечения воздуха из сопла при 20 С не может превысить 776 м/с. Таким образом, физически невозможно получить при струйном измельчении или при распылении жидКак видно из таблицы, величина кинетической энергии несущей струи при симметричном обжатии спутными газовыми потоками возрастает по мере удаления от сопла.

В точке а (фиг. 3, 4 — контакт струи с твердым сферическим препятствием) значение кинетической энергии несущей струи при симметричном обжатии для данного случая, примерно, в 120 раз превышает энергию струи, двигающей свободно.

Пример 1. В пневматическую форсунку (диаметром выходного отверстия 3 мм) подают воздух с температурой 20 С. Скорость потока газа на выходе из сопла

90 м/с. Массовая подача жидкости к пневмофорсунке 5 кг/ч. Несущую струю потока на выходе из форсунки обжимают четырьмя спутными потоками газа со скоростью истечения 110 м/с. Угол схождения в осевых составляющих спутных струй составляет 30 . В точке схождения струй устанавливают закаленный шар диаметром 6 мм.

Полученный аэрозоль имеет дисперсный состав 5 — 20 мкм.

Пример 2. В пневматическую форсунку с диаметром выходного отверстия 3 мм подают воздух с температурой 20 С. Скорость потока газа на выходе из сопла 100 м/с.

Массовая подача жидкости к пневмофорсунке 3 кг/ч. Несущую струи потока на выходе из форсунки обжимают четырьмя спутными потоками газа со скоростью истечения 300 м/с. Угол схождения осевых составляющих спутных струй составляет

50 кости обычным пневматическим способом высокой концентрации энергии, достигаемой в предлагаемом способе.

С учетом скоростных характеристик потоков (фиг. 3, 4) в таблице приведены значения кинетической энергии несущей распыленную жидкость (твердую фазу) струи при обычном распылении с симметричным обжатием спутными потоками. При этом диаметр сопла истечения основной несущей струи равен 2 мм, расход газа в основной несущей струе 5 нм /ч, скорость истечения из сопла основной струи 300 м/с, скорость истечения в спутных струях обжатия

310 м/с.

90 . В точке схождения струй устанавливают закаленный стальной шар диаметром

18 мм. Полученный аэрозоль имеет дисперсный состав 0,3 — 0,5 мкм.

Пример 3 (способ обычного пневматического распыления жидкости).

Распыление воды проводят на высоконапорной пневматической форсунке внешнего смешения с диаметром выходного сопла

3 мм. Скорость потока газа на выходе из сопла 90 м/с, температура 20 С. Массовая подача жидкости к пневматической форсунке 5 кг/ч. Полученный аэрозоль имеет дисперсный состав 30 — 100 мкм.

Пример 4. (Способ-прототип).

В вертикальную камеру, заполненную шаровой насадкой с диаметром 5 мм, с помощью пневматической форсунки с диаметром выходного отверстия 3 мм подают воздух с температурой 20 С. Скорость потока воздуха на выходе из форсунки

100 м/с. Через выходной канал подают жидкость в таком количестве, что соотношение веса жидкости к площади шаровой кг ° жидкости насадки составляет 0,01 . Посм частиц лученный аэрозоль имеет дисперсный состав 3 — 5 мкм.

Пример 5 (сравнительный) .

Измельчению подвергают ионообменную смолу марки Ку-2 со средним размером частиц 1000 мкм на установке для струйного измельчения с плоской помольной камерой типа СПВ-240. Расход сжатого воздуха давлением 0,7 мн/м (7 атм) составляет

841157

300 м /ч. Отбор продуктов помола производят непрерывно в количестве 10 кг/ч.

Полученный дисперсный состав помола составляет 5 — 20 мкм.

Пример 6. Измельчению подвергают двуокись титана марки АВ-1 со средним размером частиц и агрегатов до 100 мкм па установке для струйного измельчения типа

СПВ-240. Расход сжатого воздуха давлением 0,7 мн/м- составляет 300 м /ч. Отбор продуктов помола осуществляют непрсрывпо в количестве 20 кг/ч. Полученный дисперсный состав помола составляет 3—

5 мкм.

Пример 7. Измельчепию подвергают ионообменную смолу марки Ку-2 со средним размером частиц 1000 мкм на установке для струйного измельчения по предлагаемому способу. Скорость несущего потока газа составляет 150 м/с. Диаметр несущего сопла 5 мм.

Несущую струю потока па выходе из сопла обжимают четырьмя спутными потоками газа со скоростью 300 м/с. Угол схождения осевых составляющих спутных струй составлят 90 . В точке схождения струй установлен и закаленный шар диаметром

30 мм. Отбор продуктов помола осуществляют непрерывно в количестве 5 кг/ч. Расход сжатого воздуха давлением 0,6 мн/м составляет 50 м /ч. Дисперсный состав полученного твердого аэрозоля составляет

1 — 5 мкм.

П р и M е р 8. Измельчснию подвергают двуокись титана марки АВ-1 по средним ЗГ> размерам частиц и агрегатов до 100 мкм на установке для струйного измельчения по предлагаемому способу. Скорость несушсго газового потока сотавляет 100 м/с.

Диаметр основного несушего твсрдую 40 фазу сопла составляет 3 мм. Несущую струю потока на выходе из сопла обжимают четырьмя спутными потоками газа со скоростью 300 м/с. Угол схождения осевых составляющих спутных струй составляет 30 . B точке схождения струй установлен закаленный шар диаметром 6 мм.

Дисперсный состав полученного твердого аэрозоля составляет 0,5 — 1 мкм.

Из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ по сравнению с известными дает возможность получения состава распыла в любом желаемом диапазоне; получения аэрозольно распыленной кидкости с узким диапазоном размера частиц 0,3 — 0,5 мкм; одновременного регулирования дисперсионного состава распыла и количества распыливаемой жидкости.

Он отличается простотой аппаратурного оформления; снижением энергозатрат при образовании твердого аэрозоля в 1,5 — 2 раза; достижением предельных разрушающих напряжений сжатия измельчаемого материала до 400 — 600 кг/см -; отсутствием износа пневмоускорителей; меньшим дисперсным составом получаемого твердого аэрозоля.

Формула изобретения

Способ аэродинамического получения аэрозолей путем контактирования газовой струи, несущей твердые или жидкие частицы, с твердым телом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения дисперсности аэрозолей, газовую струю, несущую жидкие илн твердые частицы, подвергают симметричному обжатию газовыми струями, скорость которых в 1,2 — 20 раз превышает скорость струи, несущей жидкие или твердые частицы, причем симметричные газовые струи направляют так, чтобы обеспс iHTh гомоцентричное схождение их на твердом теле под углом 30 — 90 .