Пневматическая форсунка для распыливания жидких продуктов Советский патент 1992 года по МПК B05B17/00 

Изобретение относится к технике распылительной сушки и успешно может быть использовано в химической промышленности при диспергировании жидких продуктов, в том числе, химических реактивов и особо чистых химических веществ.

Наиболее близкими из известных к заявляемому является пневматическая форсунка для распыливания жидких продуктов, содержащая корпус с осевой жидкостной трубой, заканчивающийся соплом, охваты-- вающее жидкостную трубу, газовое сопло и колебательный контур.

Недостатком известной форсунки является сложность конструкции, низкое качество распыления, ограниченные эксплуатационные возможности.

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей, упрощение конструкции и повышение качества распыливания.

Это достигается тем, что в пневматической форсунке для распыливания жидких продуктов, содержащий корпус с осевой жидкостной трубой, заканчивающейся соплом, охватывающую жидкостную трубу, газовое сопло и колебательный контур, согласно изобретению, газовое сопло установлено с возможностью осевого перемещения относительно жидкостного сопла, выполнено с размещенной в нем коаксиальVION

4 vj

О v|

но охватывающей жидкостную трубу втулкой, разделяющей газовую полость сопла на прилегающую к жикостной трубе основную и дополнительную полость и выполненной с тангенциальными каналами, корпус снабжен цилиндрическим выступом, охватывающим наружную поверхность втулки и имеющим радиальные пазы для совмещения их с тангенциальными каналами втулки, при этом жидкостная труба выполнена с продольными пазами на наружной поверхности, а колебательный контур выполнен с осевой полостью для прохода жидкости и размещен между торцами жидкостной трубы и жидкостного сопла.

На фиг.1 изображен общий вид форсунки; на фиг.2 - выпускная часть форсунки при внешнем смешении; на фиг.З - выпускная часть форсунки при внутреннем смешении; на фиг.4 - нижняя часть форсунки с одним из вариантов выполнения колебательного контура, внешнее смешение; на фиг.5 - то же, внутреннее смешение; на фиг.6 - выпускная часть газового сопла; на фиг.7 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.9 - сечение В-В на фиг.4; на фиг. 10 - разрез Г-Г на фиг.5; на фиг. 11 - разрез Д-Д на фиг,5; на фиг. 12-разрез Е-Е на фиг.6; на фиг.13 - разрез Ж-Ж на фиг.5,

Пневматическая форсунка состоит из корпуса 1, жидкостной питательной трубки 2, жидкостного и газового сопл 3 и 4 соответственно. Коаксиально газовому соплу 4 расположена охватывающая жидкостное сопло 3 втулка 5, укрепленная на корпусе 1 с возможностью осевого перемещения. На наружной поверхности жидкостной трубы 2 выполнены вертикальные пазы 6 для осевого прохода газа.

Втулка 5 образует основную 7 и допол- нительную 8 газовую полости втулки 5. Цилиндрическая камера втулки 5 имеет тангенциальные каналы 9 для закручивания воздушного потока. Жидкостное сопло 3 со- единяется с жидкостной трубкой 2 через колебательный контур в виде упругого элемента 10 и вибратора 11, установленных в нижней части. Упругий элемент 10 может быть выполнен в виде сильфона 12, причем возможен вариант выполнения упругого элемента 10 в виде сильфона 13 с перфорацией во впадинах 9. Вибратор 11 представляет собой, например, полое кольцо 14 с прорезью и перемещающимся элементом 15 либо полый тор 16 с тангенциальными отверстиями на наружной поверхности и перемещающимся элементом в форме цилиндра 17 со смещенным центром тяжести (см. фиг.5 и 13).

В нижней части газового сопла 4 может быть выполнен паз 18 со встроенным в него вибратором 11, выполненным в виде полого кольца 19 с тангенциальными отверстиями на внутренней части боковой поверхности (см. фиг.6 и 12).

По оси жидкостной питательной трубы 2 установлен центральный стержень 20, снабженный в нижней части иглой 21 для прочистки жидкостного сопла 3 от нароста продукта.

В нижней концевой части корпус 1 имеет вертикальные отверстия 22 для прохода распиливающего газа. Наружная поверхность втулки 5 скользит по внутренней поверхности концевой части цилиндрического выступа корпуса 1. В крайнем верхнем положении втулка 5 упирается в ограничительную фиксирующую втулку 23. Осевое перемещение и фиксация положения газового сопла с коаксиально расположенной втулкой 5 осуществляется с помощью накидной гайки 24 и контргайки 25. Сжатый воздух поступает в корпус форсунки через патрубок 26, продукт - в питательную трубу 2 через патрубок 27. Корпус 1 форсунки крепится к крышке распылительной сушилки или другого аппарата фланцем 28. Пневматическая форсунка для распыливания жидких продуктов может быть снабжена рубашкой 29, показанной пунктирной линией на фиг.1.

Форсунка работает следующим образом.

Продукт через патрубок 27 поступает в питательную жидкостную трубу 2 и в виде пленки стекает по поверхности к упругому элементу 10. Сжатый воздух, необходимый для диспергирования, подается через патрубок 26 и проходит через отверстия в фиксирующей втулке 23.

При крайнем верхнем положении газового сопла 4 и коаксиально расположенной втулке 5 форсунка работает в режиме внешнего смешения потоков, что особенно важно при распыле продуктов, с низкой начальной концентрацией и низкой плотностью (т.е. для данного режима характерны малые скорости жидкости по сравнению со скоростью газа).

Поток сжатого воздуха, минуя отверстия фиксирующей втулки 23, проходит через вертикальные пазы 6 для осевого прохода газа, выполненные на наружной поверхности жидкостной трубы 2, тангенциальные каналы 9, в стенках цилиндрической камеры втулки 5 перекрыты цилиндрическим выступом корпуса 1 форсунки. При прохождении воздушного потока область, п рилежащую к упругому элементу 10, происходит его торможение, например, о гофры сильфона 12. Это приводит к появлению знакопеременных градиентов давления воздушного потока и генерации поля вы-- сокочастотных колебаний.

При прохождении воздушного потока вибратора 11, например, представляющего собой полое кольцо 14 с прорезью и перемещающимся элементом 15 в форме шара, через прорезь воздушный поток приводит в движение перемещающийся элемент 15. Вибратор 11, благодаря гибкости упругого элемента 10, вибрирует, (усиливая в свою очередь колебания упругого элемента 10), генерируя поле интегральных колебаний, охватывающее область, прилежащую и к тонкостенным жидкостному, и газовому соплам. Амплитуда колебаний определяется упругостью материала вставки и величиной давления подаваемого сжатого воздуха. При совпадении частот колебаний резко возрастает амплитуда за счет явлений резонанса, что интенсифицирует процесс диспергирования и способствует съему нароста с поверхности газового сопла. Сжатый воз- дух входит в газовое сопло 4 соосно с исходным раствором (организуется его осевая подача).

Исходный продукт через патрубок 27 поступает в питательную жидкостную трубу 2, откуда стекает по внутренней поверхности упругого элемента 10 к жидкостному соплу 3. Колебательные движения вибратора 11 и упругого элемента 10 генерируют высокочастотное поле, упругих колебаний воздействующее на пленку продукта, стекающего по его поверхности, способствуя ее предварительному дроблению (интенсифицирует процесс).

При выполнении упругого элемента 10 в виде сильфона с перфорацией во впадинах на пленку продукта, стекающую по внут- ренней поверхности сильфона, дополнительно воздействуют струи воздушного потока, врывающиеся через отверстия при достаточной растяжке сильфона. В этом случае форсунка в определенные периоды времени (весьма короткие) работает в режиме внутреннего смешения потоков.

Итак, выходя с большой скоростью из сопла 4, газ захватывает куски пленки продукта, дробя их. Предлагаемая конструкция, таким образом, позволяет осуществлять предварительное дробление продукта под действием высокочастотных упругий ко- лебаний, генерируемых высокоскоростным газовым потоком и усиливаемых упругим элементом 10 с вибратором 11.

В случае крайнего нижнего положения газового сопла 4 и -коаксиально расположенной фигурной вставки 5 форсунка работает в режиме внутреннего смешения потоков (см. фиг.З и 5). Для данного режима характерно приблизительное равенство скоростей дисперсной и газовой фаз.

Поток сжатого воздуха минуя отверстие - фиксирующей втулки 23 проходит через вертикальные окна отверстия 22, выполненные в цилиндрическом выступе корпуса 1 и через тангенциальные канавки втулки 5 (цилиндрической камеры), закручиваясь, входит во внутреннюю область газового сопла 4.

При прохождении воздушного потока область, прилежащую к упругому элементу

10,происходит его торможение, т.к. часть энергии расходуется на генерацию упругих колебаний (см. выше). При прохождении воздушного потока вибратора 11, например, представляющего собой тор 16 с тангенциальными отверстиями на наружной боковой поверхности и перемещающиеся элементом 17, выполненным в форме цилиндра со смещенным центром тяжести, происходит следующее: через тангенциальные отверстия на боковой поверхности воздух попадает во внутрь тора и приводит в движение цилиндр со смещенным центром тяжести 17. Одна шестая часть цилиндра 17 выполнена из вольфрама и имеет массу, равную остальной массе цилиндра, причем утяжеленная часть цилиндра расположена у торца.

При движении перемещающегося элемента 17 по сложной траектории вибратор

11,благодаря гибкости упругого элемента 10, вибрирует, усиливая в свою очередь колебаний упругого элемента 10. Генерируется поле упругих колебаний, охватывающее внешнюю поверхность тонкостенного жидкостного сопла 3. Амплитуда колебаний определяется упругостью материала вставки и величиной давления подаваемого сжатого воздуха. При совпадении частот колебаний резко возрастает амплитуда за счет явления резонанса. В результате чего интенсифицируется процесс диспергирования и организуется съем нароста с наружной поверхности жидкостного сопла,

При наличии встроенного вибратора 11 в нижнюю часть газового сопла (выполненного в виде полого кольца 19 с тангенциальными отверстиями на внутренней части боковой поверхности) воздушный поток через тангенциальные каналы 9 попадает во внутреннюю область кольца 19 и приводит в движение перемещающийся элемент 17. В результате чего вибратор 11, вибрируя, приводит в колебание тонкостенную стенку газового сопла 4, что, в свою очередь,

обеспечивает самоочищение (съем нароста продукта, образующегося в ходе процесса).

Исходный продукт через патрубок 27 поступает в питательную жидкостную трубу 2, откуда стекает по внутренней поверхно- сти упругого элемента 10 к жидкостному соплу 3 (см. выше в описании работы форсунки в режиме внешнего смешения потоков). Выходя из жидкостного сопла 3, куски пленки продукта захватываются и дробятся закрученным воздушным потоком, который вместе с дисперсной фракцией вырывается из вибрирующего газового сопла 4 в камеру аппарата.

При выходе из газового сопла 4 диспер- сная фаза испытывает тормозящее воздействие газовой фазы, но из-за значительной инерционности дисперсной фазы ее скорость по длине факела падает менее интенсивно, чем скорость газовой фазы. Т.е., на значительной части факела распыла форсунки в режиме внутреннего смешения гид- родинамическое воздействием фаз определяется скоростью дисперсной фазы,

3. В случае промежуточного положения газового сопла 4 и коаксиально расположенной втулки 5 форсунка работает в режиме внутреннего смешения потоков, в сочетании осевой и тангенциальной подач воздушного потока.

Использование предлагаемой форсунки позволит повысить эффективность рас- пыливания, расширить технологические возможности, снизить энергозатраты в реЮ

зультате более полного использования энергии сжатого воздуха, а также увеличить время непрерывной работы без дополнительной прочистки сопла.

Формула изобретения Пневматическая форсунка для распыли- вания жидких продуктов, содержащая корпус с осевой жидкостной трубой, заканчивающейся соплом, охватывающее жидкостную трубу газовое сопло и колебательный контур, отличающаяся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, упрощения конструкции и повышения качества распыливания, газовое сопло установлено с возможностью осе- вого перемещения относительно жидкостного сопла, выполнено с размещенной в нем коаксиально охватывающей жидкостную трубку втулкой, разделяющей газовую полость сопла на прилегающую к жидкостной трубе основную и дополнительную полость и выполненной с тангенциальными каналами, корпус снабжен цилиндрическим выступом, охватывающим наружную поверхность втулки и имеющим радиальные пазы для совмещения их с тангенциальными каналами втулки, при этом жидкостная труба выполнена с продольными пазами на наружной поверхности, а колебательный контур выполнен с осевой полостью для прохода жидкости и размещен между торцами жидкостной трубы и жидкостного сопла.

2В

/ 28

И«ы4

20

25

Ji

21

12

15

11

17

16

Фи.1. 7

Использование: распыливание в химической промышленности при диспергировании жидких продуктов, в том числе химических реактивов и особо чистых химических веществ при расширении эксплуата- ционых возможностей, упрощении конструкции и повышении качества распыливания. Сущность изобретения: газовое сопло 4 установлено с возможностью осевого перемещения относительно жидкостного сопла 3, выполнено с размещенной в нем коаксиально охватывающей жидкостную трубу 2 втулкой 5, разделяющей газовую полость сопла на прилегающую к жидкостной трубе основную полость 7 и дополнительную полость 8 и выполненной с тангенциальными каналами. Корпус снабжен цилиндрическим выступом, охватывающим поверхность втулки 5 и имеющим радиальные пазы для совмещения их с тангенциальными коническими втулками 5. Жидкостная трубка 2 выполнена с продольными пазами на наружной поверхности, колебательный контур с осевой полостью для прохода жид кости и размещен между торцами жидкостной трубы и жидкостного сопла. 13 ил. со с

Фиг. 8

фиг.9

15

14

24

Фиг. ;;

Фиг. 12 Ж-Ж