Спосіб розпилу рідини та пристрій для його здійснення

1 Спосіб розпилу рідини, який включає розподіл її на окремі потоки, попарне їх підведення назустріч один одному у вигляді закручених у протилежних напрямках тонких конусоподібних плівок і подальше їх зіткнення, який відрізняється тим, що розпил рідини здійснюється при взаємодії принаймні чотирьох потоків рідини, які утворюють принаймні два розташовані на тій самій осі пари суміжних зустрічно спрямованих потоків, принаймні два з яких після зіткнення з суміжним потоком вдруге зіштовхують між собою де W - вихідна швидкість рідини з сопла, м/с, D - діаметр камери розпилювача, м, d - діаметр ПІДВІДНОГО патрубка розпилювача, м 5 Пристрій по п 4, який відрізняється тим, що відцентрові розпилювачі виконано з двома протилежно спрямованими соплами і двома авто 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що вихідна швидкість потоків, суміжних з крайніми з послідовно розташованих на тій самій осі попарно зустрічно спрямованих потоків рідини, нижче, ніж вихідна швидкість суміжних з ними потоків рідини 6 Пристрій по п 4, який відрізняється тим, що він містить блок автоматичного регулювання надходження рідини в кожний з відцентрових розпилювачів і в кожну з послідовно розташованих на тій самій осі пару відцентрових розпилювачів пари відцентрових розпилювачів, ВИХІДНІ ДІЛЯНКИ яких являють собою короткі сопла, а відстань між соплами визначається за формулою номними ПІДВІДНИМИ патрубками о ГО О Винахід належить до техніки розпилу рідини, зокрема до вдосконаленої техніки розподілу рідини в потоці газу, а саме до техніки розподілу регулюємого потоку рідини в потоці газу зі змінними фізико-хімічними характеристиками, яка застосовується в ХІМІЧНІЙ, харчовій, енергетичній та інших галузях промисловості Багато технологічних процесів в різних галузях промисловості на одному з етапів передбачають здійснення контакту рідини та газу Цей контакт здійснюється, зокрема, шляхом розподілу рідини в потоці газу Зрозуміло, що процес взаємодії рідини та газу буде найбільш ефективним тоді, коли площа їх контакту буде найбільшою Тому одним з оптимальних методів здійснення такого про Зоя цесу можна вважати розподіл в потоці газу рідини у вигляді дрібнодисперсного розпилу Широко відомий в промисловості метод розпилу рідини, коли її струмені різноманітної конфігурації перетинають одна одну з утворенням хмари дрібнодисперсного розпилу Відоме технічне рішення (заявка ФРН № 053440901, публікація 85 07 11, № 28, МКИ 4 В 05 В 1/34, А 62 С 35/34), згідно якого основний потік рідини розподіляють на декілька і за допомогою завихрювачів випускають їх у вигляді конусів під таким кутом один до одного, що забезпечується їх перетин в зоні бокових поверхонь Таким чином, здійснюється подрібнення водяних струменів один одним з утворенням в зоні розподілу хмари тонкого розпилу води Однак, для здійснення такого роз 42043 пилу застосовується складний пристрій, що містить певну КІЛЬКІСТЬ організованих певним чином завихрювачів Конструктивні особливості пристрою обмежують сферу його застосування і роблять його непридатним для розподілу, наприклад, забрудненої рідини з механічними домішками Крім того, фіксовані завихрювачі, КІЛЬКІСТЬ яких не може бути збільшена або зменшена, передбачають утворення хмари певного розміру, яке не може бути збільшено або зменшено Між тим, в промисловості, як правило, присутні періодичні зміни фізико-хімічних характеристик потока газу, наприклад, його швидкості, наявності пилу або кислотності В цьому випадку для дотримання технології здійснення контакту рідини та газу в цілому необхідно регулювати КІЛЬКІСТЬ рідини, що розпилюється, без змін якісних характеристик хмари розпилу, що отримують Застосування цього відомого технічного рішення робить таке регулювання неможливим Відомо також технічне рішення (патент США № 5180103, публікація 19 01 93, том 1146, № З, МКИ В 05 В 1/26, МКИ 239-1), згідно якому потік рідини розподіляють на декілька, оформлюють їх у вигляді тонких плівок рідини, які організують в просторі таким чином, що кожна з них перетинається із суміжними кілька разів Таким чином, досягають повного подрібнення тонких плівок рідини на окремі краплі майже одинакового розміру та їх рівномірного розподілу в обмеженому просторі Однак це технічне рішення передбачає створення первинних плоских стабільних низькоенергетичних плівок рідини, які при неодноразовому зіткненні розпадаються на окремі краплі, але не розпилюються зі створенням дрібнодисперсної хмари розпилу Крім того, це технічне рішення передбачає використовування складної конструкції з форсунками особливої форми, яка не передбачає регулювання КІЛЬКОСТІ рідини для розподілу, а також коштовної та складної в експлуатації Відомо також технічне рішення (патент РФ № 2050203, публікація 20 12 95, Бюл № 35, МКИ В 05 В 1/14), згідно якому потік рідини розподіляють на два і зіштовхують один з одним, направляючи їх при цьому назустріч один одному у вигляді закручених у протилежних напрямках тонких конусоподібних плівок Обертаючись з великою радіальною складовою швидкості, оформлені таким чином зустрічні потоки рідини при зіткненні мають великий кут удару, що призводить до створення хмари дрібнодисперсного розпилу Цей спосіб розпилу рідини здійснюють за допомогою пристрою, який містить дві СПІВВІСНО встановлені камери, які мають дно і направлені одна до одної вихідними ділянками, а рідину підводять до них тангенційно Однак, конусоподібні плівки рідини згідно з цим технічним рішенням формуються за участю конусних сопел, якими устатковані ВИХІДНІ ДІЛЯНКИ камер Тертя рідини об сопло зменшує радіальну складову швидкості плівки рідини і в результаті знижує дисперсність розпилу Крім того, подача рідини до другої камери передбачена за допомогою патрубку, який проходить крізь сопло першої камери, що спричинює необхідність збільшення розмірів сопел камер, знижує потенційні можливості створення високих вихідних швидкостей при малому тиску подаваємої рідини і, таким чином, знижує галузь застосування пристрою Треба також відзначити, що це технічне рішення не тільки не передбачає регулювання КІЛЬКОСТІ рідини, що надходить для розпилу, але й передбачає також збереження якісних характеристик хмари розпилу при неминучих технологічних коливаннях тиску рідини, що надходить у камери Коливання тиску рідини спричиняє зміни вихідної швидкості рідини, а оскільки, зона зіткнення двох конусоподібних плівок рідини стабілізована конусними соплами для остаточного розпилу рідини лише при певних параметрах потоку рідини, то їх зміни призводять до сковзання окремих струменів рідини, що не зазнали розпилу, і, як результат, до зниження дисперсної хмари розпилу в цілому В основу винаходу поставлено задачу здійснення розпилу змінного об'єму рідини з утворенням однорідної дрібнодисперсної хмари розпилу і створення призначеного для здійснення цього способу пристрою, конструктивне рішення якого дозволить в широких межах регулювати КІЛЬКІСТЬ рідини, що надходить на розпил Для рішення поставленої задачі згідно з винаходом пропонується спосіб розпилу рідини, ВІДПОВІДНО якому потік рідини, що підлягає розпилу, розподіляють на парну КІЛЬКІСТЬ окремих потоків таким чином, що їх загальна КІЛЬКІСТЬ складає не менше чотирьох Ці ПОТОКИ попарно підводять один до одного назустріч у вигляді закручених у протилежних напрямках тонких конусоподібних плівок рідини, в результаті чого утворюється принаймні дві пари суміжних зустрічно направлених потоків, які розташовують послідовно на одній осі Оформлені таким чином потоки рідини зіштовхують, а принаймні два з них, після зіткнення з суміжним потоком зіштовхують один з одним вдруге Внаслідок такої взаємодії окремих потоків рідини утворюється дрібнодисперсна хмара розпилу рідини Далі, згідно з винаходом, ВИХІДНІ ШВИДКОСТІ ПОТОКІВ, суміжних з крайніми, з послідовно розташованих на одній осі попарно зустрічно направлених потоків рідини нижчі, ніж ВИХІДНІ швидкості інших потоків рідини Це корегування вихідних швидкостей окремих потоків дозволяє забезпечити однорідність дрібнодисперсної хмари розпилу, в якому фактично відсутні нерозпилені великі краплі Далі, згідно з винаходом, у випадку розпилення рідини при взаємодії принаймні трьох пар суміжних зустрічно направлених потоків, принаймні два з них зіштовхують з іншими потоками неодноразово Така схема взаємодії окремих потоків дає можливість отримувати форму хмари розпилу ВІДПОВІДНО до технологічних потреб Також для вирішення поставленої задачі, згідно з винаходом, пропонується пристрій для здійснення зазначеного способу розпилення рідини, яке уявляє собою принаймні дві пари повздовжньо встановлених на тій самій осі центробіжних розпилювачів, що зафіксовані послідовно на тій самій осі Розпилювачі з'єднані тангенційно з патрубками для надходження рідини, а їх ВИХІДНІ ДІЛЯНКИ у кожній парі повернуті назустріч одна одній і уявляють собою короткі сопла Відстань між соплами залежить від вихідної швидкості кожного із зустрічно направлених потоків рідини і від параметрів розпилювачів і підводячих патрубків Ця 42043 відстань, з урахуванням особливостей технологічного процесу, визначається згідно з формулою wd H-f\ де W - вихідна швидкість рідини з сопла, м/с, D - діаметр камери розпилювача, м, d - діаметр підводячого патрубку розпилювача, м Далі, згідно з винаходом, передбачено, центробіжні розпилювачі, які застосовуються в пристрої, виконуються з двома протилежно направленими соплами і двома автономними ПІДВІДНИМИ патрубками Така конструкція центробіжних розпилювачів в окремих випадках дозволяє спростити пристрій в цілому Крім того, згідно з винаходом, пропонується устаткувати пристрій блоком автоматичного регулювання надходження рідини як у кожний з центробіжних розпилювачів, так і в кожну з послідовно розташованих на тій самій осі, пару таких центробіжних розпилювачів Такий блок автоматики дозволить змінювати форму і розміри хмари розпилу рідини без зміни якісних характеристик розпилу На фіг 1 наведено схему розпилу рідини На фіг 2 наведено схему взаємодії окремих потоків рідини, що надходить на розпил На фіг 3 наведено схему пристрою для розпилення рідини На фіг 4 наведено схему окремого елементу пристрою розпилення рідини На фіг 5 наведено графік залежності відстані між соплами парних центробіжних розпилювачів в окремому елементі пристрою На фіг 6 наведено схему пристрою, в якому використовуються центробіжні розпилювачі з двома протилежно направленими соплами і двома автономними ПІДВІДНИМИ патрубками На фіг 7 наведено схему пристрою, устаткованого блоком автоматичного регулювання Як наведено на фіг1, спосіб розпилення рідини, згідно з винаходом, полягає в розподілі основного потоку рідини 1 на чотири окремих потоки та їх подальше попарне підведення в розташовані послідовно на тій самій осі парні пристрої 2, 3, 4 і 5, які перетворюють їх у закручені в протилежних напрямках тонкі конусоподібні плівки 6, 7, 8 та 9, спрямовують їх назустріч один одному і зіштовхують, спричиняючи розпил рідини При цьому крайні з послідовно розташованих на одній осі, оформлених таким чином потоків 5 та 9, після зіткнення з суміжними потоками 7 та 8 ВІДПОВІДНО зіштовхують між собою вдруге Внаслідок цього підлягають розпилу окремі струмені потоків 6 та 9, які не були повністю розпилені внаслідок зіткнення з суміжними потоками 7 та 8 ВІДПОВІДНО Потоки 7 та 8 після зіткнення з суміжними, крайніми, з послідовно розташованих на тій самій осі, потоками 6 та 9, на відміну від останніх не можуть зіткнутися вдруге з іншими потоками Для уникнення неповного розпилу рідини з цих потоків їх вихідну швидкість знижено і об'єм рідини, що надходить на розпил у ці потоки, ВІДПОВІДНО зменшено В зоні взаємодії організованих згідно з цією схемою потоків рідини створюється дрібнодисперсна хмара розпиленої рідини високого ступеню однорідності, яка обмежується зоною А Різниця розмірів окремих крапель при цьому складає не більше 20% Як наведено на фіг 2, у випадку взаємодії більш як двох пар суміжних зустрічно направлених потоків 14, частина з них при відповідному корегуванні їх вихідних швидкостей і об'ємів рідини, що надходить на розпил у ці потоки, можна зіштовхувати з іншими потоками неодноразово В цьому випадку хмара розпиленої рідини обмежена зоною А, може поширюватися на доволі значну відстань від парних пристроїв 2,3,4,5,10,11,12,13, які організують окремі потоки 14 рідини у ВІДПОВІДНОСТІ з пропонуємою, згідно з винаходом, схемою Корегування вихідних швидкостей потоків 14 і КІЛЬКОСТІ рідини в них дозволяє у випадку технічної необхідності зменшити об'єм рідини, що розпилюють, і обменшити його зоною В Розміри зони В визначаються місцями другого перетину потоків 14 Зміни ЯКІСНИХ характеристик одержуємої хмари розпилу при цьому не відбувається Як наведено на фіг 3, пристрій для здійснення запропонованого згідно з винаходом способу складається з розташованих послідовно на тій самій осі пар СПІВВІСНО встановлених центробіжних розпилювачів 2,3,4,5, ВИХІДНІ ДІЛЯНКИ ЯКИХ уявляють собою короткі сопла 15 і звернуті назустріч одна одній Центробіжні розпилювачі 2,3,4,5 тангенційно з'єднані з підводящими патрубками 16, які підключаються до загальної системи постачання рідини 17 Пристрій працює наступним чином Рідина з системи постачання рідини 17 крізь ПІДВОДЯЧІ патрубки 16 надходить в центробіжні розпилювачі 2,3,4,5, які організують її в окремі потоки і спрямовують їх попарно назустріч один одному крізь короткі сопла 15, що перетворюють потоки рідини в закручені в протилежних напрямках тонкі конусоподібні плівки рідини Отримані плівки рідини при цьому зіштовхують певну КІЛЬКІСТЬ разів у ВІДПОВІДНОСТІ з технологічною задачею і отримають хмару дрібнодисперсного розпилу Короткі сопла 15 центробіжних розпилювачів 2,3,4,5 дозволяють змінювати кут розкриття конусоподібних плівок рідини в межах 85°-110° без шкоди для ступеню дисперсності розпилу Таким чином неминучі технологічні коливання тиску рідини в системі постачання рідини 17 не впливають на процес розпилу рідини згідно з винаходом Відстань між соплами у кожній парі розпилювачів визначає місце зіткнення двох суміжних зустрічно спрямованих потоків, які перетворюють у центробіжних розпилювачах в закручені в протилежних напрямках тонкі конусоподібні плівки рідини Це місце зіткнення безпосередньо впливає на ЯКІСНІ характеристики хмари розпилу і було визначено дослідним шляхом Внаслідок практичних досліджень було встановлено залежність відстані між соплами від вихідної швидкості рідини, діаметру камери розпилювача і еквівалентного діаметру підводячого патрубку Як наведено на фіг 4, Н - відстань між соплами центробіжних розпилювачів 2,3,4,5, D - діаметр камери розпилювачів 2,3,4,5, d - діаметр підводячого патрубку 16 розпилювачів 2,3,4,5 42043 Як наведено на фіг 5, величина Н являє соWd бою функцію від співвідношення , де W - виD хідна швидкість рідини, D - діаметр камери розпилювача, a d - діаметр підводячого патрубку розпилювача Wd Приклад обчислення величини Н В промисловій градирні тиск в системі водопостачання складає в середньому 0,7 атм При підключенні до цієї системи пристрою, що містить дві пари центробіжних розпилювачів, витрати води на нього складе 60 м/г або 15 м/г на один центробіжний розпилювач В таких умовах вихідна швидкість рідини W складає 4,6 м/с Якщо у пристрої використовуються центробіжні розпилювачі з діаметром камери D = 195 мм і діаметром підводячого патрубку d = 50,5 мм, то значення співвідношен, . _ _ D ВІДПОВІДНО буде складати 1,2 В цьому випадку, як наведено на фіг 5, величина Н буде дорівнювати 230 мм Тобто, в цьому пристрої центробіжні розпилювачі кожної пари мають бути встановлені на відстані між соплами 230 мм Як наведено на фіг 6, в пристрої для здійснення запропонованого згідно з винаходом способу встановлюються центробіжні розпилювачі 18 з двома протилежно спрямованими соплами 15 і двома автономними ПІДВІДНИМИ патрубками 16 Один такий розпилювач 18 замінює два звичайні центробіжні розпилювачі з одним ПІДВІДНИМ патрубком, які встановлюються торцями один до одного Ці конструктивні особливості дозволяють в окремих випадках розширити діапазон промислової придатності пристрою і полегшити конструкцію в цілому ня Wd Як наведено на фіг 7, встановлені на тій самій осі пари центробіжних розпилювачів 2, 3, 4, 5, 10, 11, 12, 13, із яких згідно з винаходом складається пристрій, підключено до загальної системи постачання рідини V Кожну таку пару центробіжних розпилювачів 2-3, 4-5, 10-11, 12-13 підключено до блоку Q автоматичного регулювання по витратам рідини, що дозволяє при ЗМІНІ умов технологічного процесу змінювати КІЛЬКІСТЬ рідини, що надходить на розпил, за рахунок включення чи відключення кількох центробіжних розпилювачів і не змінюючи при цьому якісних характеристик хмари розпилу Кожний з парних центробіжних розпилювачів автономно підключено також до блоку Р автоматичного регулювання по тиску рідини Цей блок Р дозволяє корегувати ВИХІДНІ ШВИДКОСТІ КОЖНОГО з потоків рідини, які приймають участь в розпилі Робота блоку Q і блоку Р координується загальним блоком QP автоматичного регулювання процесу розпилу рідини, який призначено для керування формою і розмірами хмари розпилу у ВІДПОВІДНОСТІ ЗІ змінами технологічних умов Пристрій, що пропонується згідно з винаходом, може бути використаним у вигляді окремих модулів, варіанти, комбінації яких між собою у кожному конкретному апараті практично не обмежені і дозволяють організувати процес розпилу рідини у широкому діапазоні технологічних умов Технічне рішення згідно з винаходом може бути застосоване в ХІМІЧНІЙ, харчовій, енергетичній або металургійній галузях промисловості в апаратах, які призначені для здійснення тепломасообмінних процесів, таких, як нагрів або охолодження рідини, конденсація низькопотенційної пари, мокре очищення газів від ХІМІЧНИХ та механічних домішок Фиг. 1 42043 42043 Фиг. 3 и £ „E.mnUtm ________ , __ v _ -- 1 • к ^ Фиг. 4 •