Изобретение относится к технике распыления порошков в воздушной и газовой среде и может быть использовано для дезагрегации и перевода в аэрозольное состояние порошкообразных материалов при анализе их дисперсного состава, для получения модельных аэрозолей при лабораторных исследованиях в химической и металлургической отраслях промышленности, для создания равномерного аэрозоля в замкнутом объеме при моделировании пылевых заболеваний, а также для введения лекарственных веществ через органы дыхания.
Известен способ распыления порошков, реализованный в устройстве для распыления порошков.
Способ заключается в том, что засыпают порошок в емкость, воздействуют на порошок пульсирующим потоком воздуха, подаваемым в емкость сверху, тангенциально к поверхности, порошка, получают поток аэрозоля и пропускают его через сетку.
Устройство для распыления порошков содержит корпус, в котором установлена емкость, снабженная патрубком для ввода пульсирующего потока воздуха и соединенная трубкой с насадкой, в которой закреплена сетка с размещенным на ней рассекателем.
Пульсирующий поток воздуха, воздействующий на порошок сверху тангенциально, завихряет порошок. Полученный поток аэрозоля из емкости по трубке поступает в насадку и проходит через рассекатель и сетку.
При завихрении порошка не исключено осаждение частиц на стенках емкости, что способствует образованию агрегатов, которые могут отрываться со стенок емкости и выноситься в пульсирующий поток воздуха. Это приводит к неравномерным выбросам порошка на сетку, закрепленную в насадке. Сетка с рассекателем разбивает отдельные агрегаты частиц. Однако неравномерный характер поступления порошка на сетку приводит к его осаждению на сетке и забиванию ее ячеек. Следствием указанных процессов являются значительные флуктуации массового расхода распыляемого порошка.
Известен способ распыления порошков, реализованный в устройстве для распыления порошков. Способ основан на том, что засыпают порошок в емкость, оказывают на порошок механическое воздействие, формируя слой порошка на поверхности движущегося через емкость элемента, на выходе из емкости воздействуют на поверхность элемента потоком сжатого воздуха, осуществляя отрыв частиц порошка с поверхности элемента, и смешивают переведенные во взвешенное состояние частицы порошка с дополнительным потоков воздуха, получая поток аэрозоля.
Устройство для распыления порошков содержит основную емкость с размещенным в ней подвижным в осевом направлении элементом и выходным патрубком. Емкость установлена внутри основной камеры, образующей с выходным патрубком емкости кольцевое сопло для подачи потока сжатого воздуха. Внутри емкости размещен подпружиненный поршень, а подвижный в осевом направлении элемент выполнен в виде стержня с шероховатой поверхностью. Кроме того, устройство содержит дополнительную камеру и дополнительную емкость, охватывающую подвижный в осевом направлении элемент и обращенную к выходному патрубку основной емкости. Внутри дополнительной емкости установлен второй подпружиненный поршень. Основная и дополнительная камеры соединены общим коллектором с патрубком для отвода потока аэрозоля. Работа обеих камер аналогична. Они работают попеременно в зависимости от направления движения подвижного элемента, что исключает его холостой ход.
Под действием потока сжатого воздуха слой порошка, плотно прижатый к шероховатой поверхности движущегося элемента с помощью подпружиненного поршня, сначала уплотняется, а затем по мере продвижения элемента происходит отрыв частиц порошка с его поверхности. При формировании слоя порошка на поверхности движущегося элемента путем механического воздействия, а также при уплотнении слоя порошка под действием потока сжатого воздуха создаются условия для образования агрегатов частиц, которые затем неравномерно отрываются с поверхности движущегося элемента и смешиваются с дополнительным потоков воздуха. При возможных флуктуациях избыточного давления сжатого воздуха процесса агрегации частиц порошка и неравномерного их поступления в дополнительный поток воздуха интенсифицируется. Это приводит к флуктуациям массового расхода распыляемого порошка.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ распыления порошков, реализованный в устройстве для распыления порошков.
Способ заключается в том, что засыпают порошок в емкость с сетчатым дном, герметизируют входное отверстие емкости, воздействуют на порошок вибрационными колебаниями в вертикальной плоскости, осуществляя просеивание частиц порошка через сетчатое дно емкости, смешивают просеянные частицы с постоянным потоком воздуха, получая поток аэрозоля, и пропускают его через одновитковую спираль, на которую воздействуют вибрационными колебаниями, сообщая ей ударное ускорение.
Устройство для распыления порошков, реализующее описанный выше способ распыления, содержит корпус, в котором установлены емкость с сетчатым дном и съемной крошкой, герметично закрывающей входное отверстие емкости, и вибратор, соединенный с емкостью, смесительную камеру с патрубками соответственно для ввода порошка, для ввода постоянного потока воздуха и для отвода потока аэрозоля, дополнительный вибратор с продольным каналом, в котором размещена одновитковая спираль, соединенная одним концом с патрубком для отвода потока аэрозоля из смесительной камеры.
При воздействии на порошок вибрационными колебаниями в вертикальной плоскости частицы вследствие своей инерции смешиваются одна относительно другой, дезагрегируются и начинают просеиваться через сетчатое дно емкости. При прохождении частиц порошка через сетчатое дно и одновитковую спираль происходит дополнительная дезагрегация частиц. Возможное налипание частиц на отдельных участках одновитковой спирали, приводящее к агрегации частиц, устраняется сообщением спирали ударного ускорения.
Однако порошки обладают свойством аутогезии частиц, которая наиболее сильно проявляется у мелкодисперсных порошков. Вследствие этого при воздействии на порошок вибрационными колебаниями помимо дезагрегации происходит процесс объединения частиц в агрегаты. Причем, агрегация частиц с течением времени становится прогрессирующей. Это приводит к забиванию ячеек сетчатого дна емкости, осаждению частиц порошка внутри емкости и полному прекращению их поступления в постоянный поток воздуха.
Следствием указанных процессов являются флуктуации и постепенное снижение массового расхода распыляемого порошка и искажение его дисперсного состава в полученном потоке аэрозоля.
Кроме того, к числу недостатков следует отнести несоответствие дисперсного состава распыляемых порошков и дисперсного состава полученных потоков аэрозоля, вследствие недостаточной дезагрегации.
Целью изобретения является обеспечение равномерного распыления порошков.
Для достижения этой цели в известном способе распыления порошков, заключающемся в том, что засыпают порошок в емкость с сетчатым дном, герметизируют входное отверстие емкости, воздействуют на порошок вибрационными колебаниями в вертикальной плоскости, осуществляя просеивание частиц порошка через сетчатое дно емкости, и затем смешивают просеянные частицы с постоянным потоком воздуха, получая поток аэрозоля, согласно изобретению, одновременно с вибрационными колебаниями на порошок воздействуют вертикально направленным пульсирующим потоком воздуха, подаваемым через сетчатое дно емкости.
Для повышения эффективности распыления порошков частоту пульсаций вертикально направленного потока воздуха выбирают равной частоте вибрационных колебаний.
Для достижения указанной цели в известном устройстве для распыления порошков, содержащем корпус, в котором установлены емкость с сетчатым дном и съемной крышкой, герметично закрывающей входное отверстие емкости, и вибратор, соединенный с емкостью, смесительную камеру с патрубками соответственно для ввода порошка, для ввода постоянного потока воздуха и для отвода потока аэрозоля, согласно изобретению, емкость снабжена насадкой, выполненной в виде коаксиальных полых цилиндров, установленных соосно с емкостью и прикрепленных верхними основаниями к дну емкости, а нижними основаниями - к крышке, герметично закрывающей полость между цилиндрами, где размещен кольцевой вкладыш из пористого материала, прижатый к дну емкости, причем наружный цилиндр снабжен патрубком для ввода пульсирующего потока воздуха в полость между цилиндрами, а внутренним цилиндром соединено сетчатое дно емкости с патрубком для ввода порошка в смесительную камеру.
При воздействии на порошок одновременно с вибрационными колебаниями в вертикальной плоскости вертикальным пульсирующим потоком воздуха, направленным снизу вверх, поток воздуха устремляется вверх через слои порошка, а затем возвращается вниз. При этом образуются кратковременные повышения давления воздуха, при которых часть материала устремляется вверх, а затем опускается вниз, т. е. в порошке образуются волны разрушения. При этом частицы наиболее интенсивно смещаются одна относительно другой, ударяются о сетчатое дно емкости. Происходит эффективная дезагрегация частиц и устраняется влияние аутогезии частиц, приводящей к образованию и росту агрегатов, которые способствуют забиванию ячеек сетчатого дна емкости и прекращению процесса распыления порошков.
Осуществляется равномерное просеивание частиц порошка через сетчатое дно емкости и их смешение с постоянным потоком воздуха. В полученном потоке аэрозоля частицы имеют то же распределение по размерам, что и частицы распыляемого порошка.
Равенство частоты пульсаций вертикально направленного потока воздуха и частоты вибрационных колебаний обусловливает получение максимального массового расхода распыляемого порошка.
Одновременное воздействие на порошок вибрационными колебаниями в вертикальной плоскости и вертикальным пульсирующим потоком воздуха, направленным снизу вверх, которое обеспечивает равномерное распыление порошков, обусловлено тем, что соединенная с вибратором емкость с сетчатым дном и съемной крышкой, герметично закрывающей входное отверстие емкости, снабжена насадкой, выполненной в виде коаксиальных полых цилиндров, установленных соосно с емкостью и прикрепленных верхними основаниями к дну емкости, а нижними основаниями - к крышке, герметично закрывающей полость между цилиндрами, где размещен кольцевой вкладыш из пористого материала, прижатый к дну емкости. Пульсирующий поток воздуха, подаваемый в полость между коаксиальными цилиндpами через патрубок, расположенный на наружном цилиндре, поступает через вкладыш из пористого материала и сетчатое дно вертикально вверх в полость емкости, где равномерно распределяется между частицами порошка. Через слои порошка поток воздуха устремляется вверх, а затем возвращается вниз к сетчатому дну емкости.
Частицы порошка при этом интенсивно смещаются одна относительно другой, вследствие чего происходит эффективная дезагрегация порошка. Через ту часть сетчатого дна емкости, которая не перекрыта кольцевым вкладышем из пористого материала, происходит равномерное просеивание частиц порошка во внутренний цилиндр насадки, откуда частицы поступают в смесительную камеру, где смешиваются с постоянным потоком воздуха, образуя поток аэрозоля.
На фиг. 1 приведена схема устройства, реализуемого способ распыления порошков; на фиг. 2 приведены: 1 - экспериментальная зависимость массового расхода С распыляемого порошка от времени распыления, полученная при вибрационных колебаниях порошка с частотой fв= 5 Гц и частоте пульсаций вертикально направленного потока воздуха fп = 5 Гц; 2 - экспериментальная зависимость массового расхода С распыляемого порошка от времени распыления, полученная при вибрационных колебаниях порошка с частотой fв = 5 Гц и частоте пульсаций вертикально направленного потока воздуха fп = 0,5 Гц; 3 - экспериментальная зависимость массового расхода С распыляемого порошка от времени распыления, полученная при вибрационных колебаниях порошка с частотой fв= 1 Гц и частоте пульсаций вертикально направленного потока воздуха fп = 5 Гц; 4 - экспериментальная зависимость массового расхода С распыляемого порошка от времени распыления, полученная при вибрационных колебаниях порошка с частотой fв = 5 Гц и отсутствии пульсирующего потока воздуха, что соответствует способу распыления порошков, выбранному в качестве прототипа.
Устройство для распыления порошков содержит корпус 1, в котором установлены емкость 2 с сетчатым дном 3 и съемной крышкой 4, герметично закрывающей входное отверстие емкости 2, и вибратор 5, соединенный с помощью пластины 6 с емкостью 2. К сетчатому дну 3 емкости 2 прикреплена насадка 7, выполненная в виде коаксиальных полых цилиндров: наружного - 8 и внутреннего - 9. Коаксиальные цилиндры 8 и 9 установлены соосно с емкостью 2 и снабжены крышкой 10, имеющей отверстие с диаметром внутреннего цилиндра 9 и герметично закрывающей полость между цилиндрами 8 и 9, где размещен кольцевой вкладыш 11, выполненный из пористого материала, например из титанового порошка. Кольцевой вкладыш 11 прижат к сетчатому дну 3 емкости 2. Наружный цилиндр 8 насадки 7 снабжен патрубком 12, предназначенным для ввода пульсирующего потока воздуха от побудителя расхода в полость между цилиндрами 8 и 9. Внутренним цилиндром 9 насадки 7 соединено сетчатое дно 3 емкости 2 с патрубком 13 для ввода порошка в смесительную камеру 14, в корпусе которой закреплены патрубки 15 и 16 соответственно для ввода в камеру 14 постоянного потока воздуха от побудителя расхода и для отвода потока аэрозоля.
Побудители расходов пульсирующего и постоянного потоков воздуха на фиг. 1 не показаны.
Способ распыления порошков с помощью устройства, приведенного на фиг. 1, осуществляется следующим образом.
При поднятой крышке 4 через входное отверстие засыпают в емкость 2 навеску исследуемого порошка. Затем герметично закрывают входное отверстие емкости 2 крышкой 4, включают питание победителя расхода и вибратора 5. Емкость 2, соединенная пластиной 6 с вибратором 5, начинает вибрировать в вертикальной плоскости с частотой fв. Через патрубок 12 от побудителя расхода в полость между коаксиальными цилиндрами 8 и 9 насадки 7 поступает пульсирующий с частотой fп поток воздуха, который через кольцевой вкладыш 11 из пористого материала и сетчатое дно 3 вертикально снизу вверх подается в емкость 2.
На порошок в емкости 2 одновременно воздействуют вибрационные колебания в вертикальной плоскости и вертикально направленный пульсирующий поток воздуха, подаваемый снизу вверх. Под действием вибрационных колебаний частицы порошка смещаются одна относительно другой. Пульсирующий поток воздуха, направленный вертикально, устремляется снизу вверх через слои порошка, а затем возвращается вниз к сетчатому дну 3 емкости 2. При этом в емкости 2 образуются кратковременные повышения давления воздуха, при которых часть материала устремляется вверх, а затем опускается вниз, т. е. в порошке возникают волны разрушения. В результате частицы порошка начинают наиболее интенсивно смещаться одна относительно другой, ударяться о сетчатое дно 3 емкости 2. Эффективно происходит дезагрегация частиц порошка, устраняется влияние аутогезии частиц, приводящей к образованию и росту агрегатов, которые способствуют забиванию ячеек сетчатого дна 3 емкости 2 и прекращению распыления порошков. Осуществляется равномерное просеивание частиц порошка через часть сетчатого дна 3 емкости 2, которая не прикрыта кольцевым вкладышем 11 из пористого материала. Просеянные частицы порошка через внутренний цилиндр 9 насадки 7 поступают в смесительную камеру 14 через патрубок 13, где смешиваются с постоянным потоком воздуха, подаваемым от побудителя расхода через патрубок 15. Полеченный поток аэрозоля выходит из смесительной камеры 14 через патрубок 16.
Приведенные ниже примеры осуществления предлагаемого способа распыления порошков выполнены на порошке хлорида натрия NaCl.
Объемный расход постоянного потока воздуха поддерживался равным 20 л/мин. Контроль равномерности распыления порошка NaCl осуществлялся путем определения массового расхода С распыленного порошка во времени t. С этой целью использовались фильтры АФА-ВП-10, предназначенные для исследования и контроля аэрозолей, содержащихся в воздухе или других газах. За время to отбора пробы аэрозоля на фильтр АФА-ВП-10 получали интегральное значение массы m порошка, распыляемого за время to. Для взвешивания фильтров использовались аналитические весы ВЛР-20.
По полученным данным m и to определяли массовый расход распыляемого порошка NaCl, используя выражение
С = 
.
В таблице приведены примеры конкретного выполнения способа распыления порошков.
Из анализа экспериментальных данных можно сделать вывод о том, что предлагаемый способ распыления порошков и устройство для его осуществления обеспечивают равномерное распыление порошков.
При равенстве частоты fп пульсаций вертикально направленного потока воздуха и частоты fв вибрационных колебаний массовый расход распыляемого порошка максимален, что обеспечивает наибольшую эффективность распыления при сохранении равномерности процесса.
Исследования дисперсного состава получаемого аэрозоля под электронным микроскопом показали, что в аэрозоле частицы имеют те же размеры, что и в распыляемом порошке.
Равномерный процесс распыления порошков, реализуемый с помощью предлагаемого устройства, обеспечивает:
создание аэрозоля заданной концентрации в течение заданного отрезка времени;
равномерное распределение аэрозоля по всем объему камеры;
воспроизведение результатов при распылении одинаковых материалов. (56) Авторское свидетельство СССР N 542563, кл. B 05 B 7/14, 1977.
Авторское свидетельство СССР N 639610, кл. B 05 B 7/14, 1978.
Авторское свидетельство СССР N 472693, кл. B 05 B 7/14, 1975.
Использование: при распылении порошков в воздушной и газовой средах для обеспечения равномерного распыления. Сущность: одновременно с вибрационными колебаниями на порошок воздействуют вертикально направленным пульсирующим потоком воздуха. Частоту пульсаций вертикально направленного потока воздуха выбирают равной частоте вибрационных колебаний. Кроме того, емкость в устройстве для распыления порошков снабжена насадкой, выполненной в виде коаксиальных полых цилиндров, установленных соосно с емкостью и прикрепленных верхними основаниями к дну емкости; нижними основаниями - к крышке, герметично закрывающей полость между цилиндрами, где размещен кольцевой вкладыш из пористого материала, прижатый к дну емкости. Причем, наружный цилиндр снабжен патрубком, связанным с устройством для ввода пульсирующего потока воздуха в полость между цилиндрами, а внутренним цилиндром сетчатое дно емкости соединено с патрубком для ввода порошка в смесительную камеру. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил.
