Параметри розпилювання рідин

Розпилення

Розпилення — процес дроблення струменя або плівки рідини на велике число крапель і розподіл їх у просторі (об'ємі апарату).

Рис.1.1. Способи розпилення рідини

Пристрої розпилення. Форсунки.

Пристрої для розпилення рідини називають розпилювачами. В більшості випадків для розпилення рідини використовують форсунки. Це пояснюється універсальність та простотою у використанні, компактністю і теоретичною обґрунтованістю використання форсунок.

Рис.1.2. Різновиди форсунок

Принцип роботи відцентрової форсунки полягає у закручуванні води, що проходить крізь неї. Потік води у форсунці обумовлений діями моменту кількості руху краплин води щодо сопла, який виникає внаслідок закручування рідини. Вода рухається вздовж стінки соплового каналу форсунки у вигляді обертової плівки, а ядро потоку захоплює так званий вихровий повітряний потік. При витіканні із сопла водяна плівка розпадається, утворюючи факел у вигляді конуса, частинки якого розлітаються по прямолінійних траєкторіях.

Для розпилення рідини використовують в основному механічні відцентрові і ударні форсунки. У цих форсунках розпилювання відбувається за рахунок енергії рідини, що подається під надлишковим тиском 0,25-0,3 МПа.

Перший тип використовується в барометричних конденсаторах. Полки робляться або плоскими, або, набагато рідше, конічними. Плоскі полки перфоруються для кращого розбризкування води. Форсункові дозволяють отримати набагато більшу поверхню міжфазового контакту завдяки тонкому розпиленню рідини форсунками напірної дії, які працюють під тиском 4-20 атм.

Розпилення рідин, що піддаються сушці, проводиться різними способами швидкообертовими дисками, за допомогою механічних і пневматичних форсунок. Розпилення дисками придатне для суспензій і в'язких рідин, але вимагає великих витрат енергії. Розпилення чистих рідин проводиться форсунками, в які подаються рідини під тиском 3-20 МПа. Розпилення рідин форсунками за допомогою стиснутого повітря (пневматичне розпилення) також вимагає багато енергії.

Рис.1.3. Розпилення рідини

Способи розпилення

Пневматичний спосіб.

При пневматичному способі розпилення відбувається за рахунок впливу потоку газу, який виходить з каналу на великій швидкості на потік рідини з відносно невеликою швидкістю. Дисперсність аерозолю при такому способі розпилення становить 50-200 мкм. Механічний спосіб. При механічному способі розпилення енергія до рідини підводиться за рахунок тертя потоку об швидкісний обертовий апарат. За рахунок відцентрових сил рідина відривається від розпилювача і подрібнюється на краплі, що дозволяє отримати аерозоль з дисперсністю 200-600 мкм.

Рис.1.4. Конструкція механічних розпилювачів (а-дисковий робочий елемент; б-конусоподібний робочий елемент

Електростатичний спосіб. При електростатичному способі розпилення під дією електричного поля на поверхні плівки рідини відбувається нерівномірне розподілення тисків, що призводить до деформації плівки і втрати нею стійкості. Плівка руйнується і розпадається на краплі. Такий спосіб є зручним, оскільки дозволяє змінювати форму факелу та дисперсність аерозолю.

Рис.1.5. Конструкція схема електростатичного розпилення (а-форсунка для розпилення рідини; б-форсунка для нанесення покриття

Акустичний спосіб розпилення.

При такому способі розпилення відбувається за рахунок підведення до рідини високочастотних ультразвукових коливань (1-3 МГц). Розпилення може відбуватись у фонтані та у тонкому шарі рідини. Якщо у фонтані неможливо регулювати дисперсність аерозолю, яка становить близько 0,5-5 мкм, то у тонкому шарі використовується досить цікаве явище кавітаційно-хвильового розпилення. При застосуванні такого способу дисперсність аерозолю становить 5-20 мкм, що дозволяє відносно регулювати форму факелу аерозолю.

Рис.1.6. Схема реалізації ультразвукового розпилення у фонтані (1-п'єзокерамічний елемент; 2-акустична лінза

Параметри розпилення рідини

Характеристики дисперсного розпилення

При розпиленні рідин форсунками краплі мають виходить полідисперсний розпил крапель різного діаметру. Розподілення крапель по діаметри носить ймовірнісний характер і визначається кривою розподілення. Для практичного застосування зазвичай користуються усередненим діаметром крапель. Частіше за все застосовують середній об’ємно-поверхневий діаметр, який визначається за формулою:

[math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaCbiaeaaca % WGKbaaleqabaGaeyOeI0caaOGaeyypa0ZaaSaaaeaacqqHJoWucaWG % KbWaaWbaaSqabeaacaaIZaaaaOGaamOBaaqaaiabfo6atjaadsgada % ahaaWcbeqaaiaaikdaaaGccaWGUbaaaaaa!41DC! \[\mathop d\limits^ - = \frac{{\Sigma {d^3}n}}{{\Sigma {d^2}n}}\][/math]

Де n – кількість капель діаметром d. Дослідження дисперсності розпилу показали, що середній діаметр крапель [math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaCbiaeaaca % WGKbaaleqabaGaeyOeI0caaaaa!3815! \[\mathop d\limits^ - \][/math] описується безрозмірним рівнянням:

[math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaSaaaeaada % WfGaqaaiaadsgaaSqabeaacqGHsislaaaakeaacaWGKbWaaSbaaSqa % aiaaicdaaeqaaaaakiabg2da9iaadgeadaqadaqaamaalaaabaGaeq % iVd02aaWbaaSqabeaacaaIYaaaaOGaamiCaaqaaiabeg8aYnaaBaaa % leaacaWGWbaabeaakiabeo8aZjaadsgadaWgaaWcbaGaaGimaaqaba % aaaaGccaGLOaGaayzkaaWaaWbaaSqabeaacqGHsislcaWGTbaaaOGa % aiOuaiaacwgadaWgaaWcbaGaamiCaaqabaGcdaahaaWcbeqaaiabgk % HiTiaad6gaaaaaaa!4E9F! \[\frac{{\mathop d\limits^ - }}{{{d_0}}} = A{\left( {\frac{{{\mu ^2}p}}{{{\rho _p}\sigma {d_0}}}} \right)^{ - m}}R{e_p}^{ - n}\][/math]

Де [math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamizamaaBa % aaleaacaaIWaaabeaaaaa!37C5! \[{{d_0}}\][/math] - діаметр вихідного отвору форсунки, [math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaaiOuaiaacw % gadaWgaaWcbaGaamiCaaqabaaaaa!38D6! \[R{e_p}\][/math] - критерій Рейнольдса, розрахований відносно діаметру [math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamizamaaBa % aaleaacaaIWaaabeaaaaa!37C5! \[{{d_0}}\][/math] і швидкості витікання рідини з форсунки.

Швидкість крапель і поверхня контакту фаз.

При розпиленні рідини, краплі що утворюються мають досить велику початкову швидкість. В залежності від того спрямований потік вгору чи вниз, каплі поступово будуть набувати сталої швидкості під дією тих чи інших чинників. Стала швидкість падіння крапель визначається за формулою:

[math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqyYdC3aaS % baaSqaaiaaicdaaeqaaOGaeyypa0ZaaOaaaeaadaWcaaqaaiaaisda % caWGNbGaamizaiabeg8aYnaaBaaaleaacaWGWbaabeaaaOqaaiaaio % dacqaH2oGEcqaHbpGCdaWgaaWcbaGaeqyUdKgabeaaaaaabeaaaaa!456C! \[{\omega _0} = \sqrt {\frac{{4gd{\rho _p}}}{{3\zeta {\rho _\iota }}}} \][/math]

Де d - діаметр краплі, [math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqyWdi3aaS % baaSqaaiaadchaaeqaaaaa!38D7! \[{{\rho _p}}\][/math] - густина рідини, [math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqyWdi3aaS % baaSqaaiabeM7aPbqabaaaaa!3991! \[{{\rho _\iota }}\][/math] - густина газу середовища,[math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqOTdOhaaa!37B3! \[\zeta \][/math] - коефіцієнт опору.

Знаючи об’ємно-поверхневий діаметр крапель [math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaWaaCbiaeaaca % WGKbaaleqabaGaeyOeI0caaaaa!3815! \[\mathop d\limits^ - \][/math] можна визначити поверхню крапель, що утворюється при розпиленні рідини. Питома поверхня контакту фаз становить:

[math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamyyaiabg2 % da9maalaaabaGaaGOnaiaadwfaaeaacaWG1bWaaCbiaeaacaWGKbaa % leqabaGaeyOeI0caaaaakiaad2gadaahaaWcbeqaaiaaikdaaaGccq % GHflY1caWGTbWaaWbaaSqabeaacaaIZaaaaaaa!42BA! \[a = \frac{{6U}}{{u\mathop d\limits^ - }}{m^2} \cdot {m^3}\][/math]

Де U - щільність зрошення, [math]% MathType!MTEF!2!1!+- % feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamyDaaaa!36F0! \[u\][/math] - абсолютна швидкість краплі.Розпилення рідини часто застосовується у сушильних камерах.
Рис.1.7. а-Залежність питомої поверхні частинок F від їх діаметру d, б- Схема сушильної камери розпилювального апарату

Література

Посилання