Zařízení pro rozprašování kapalin

střední vrcholový úhel v rozmezí 140 až 180 a přechod trubice pro plyn je zaoblen s poloměrem rovným 0,1- až Ogłnásobku průměru výtokového otvoru rozprašovače, který je 1,0- až Länásxobkem průměru výtoklonrehlo otvoru trubice pro kapalinu, přičemž průchozí průřez výtokového otvoru rozprašovače je roven nejmenšímu průřezu prstencovitého sbíhajícího se kanálu nebo je menší.vynález umožňuje konstruovat rozprašovače způsobilé rozprašovat velká množství kapaliny, například v rozsahu 500 až 4 500 kilogramů kapaliny za hodinu, pomocí poměrně malého množství rozprašovacího plynu při pozoruhodné nízke výtokové rychlosti plynu menší než 100 m . s 1. Bylo zjištěn-o, že rozprašovač podle vynálezu málo podléhá opotřebení a neucpává se snadno. Tyto rozprašovače jsou kromě toho méně citlivé ke fluktuacím v přívodu kapaliny nebo plynu než známé rozprašovače.Rozprašovače podle vynálezu lze užívat pro rozprašování kapalných látek všeobecně. Výraz kapalná látka zahrnuje nejen kapalné roztoky, to jest vodu, organické rozpouštědla, vondlné roztoky, složky noztavené nebo dobře zkapalněné ohřevem a emulgováním ve vodné nebo organické stejnolrodé fázi a také suspenze pevná látka - kapaliH 5ako příklad lze uvést vodu, mléko, odpadní vody obsahující v roztoku organické složky, toluen, octan ethylnatý, glycerin,ropné složky, topný olej, a jiná kapalná toplva, laky, roztavenou močovinu nebo síru,roztaveně polymery a jiné látky zřejmě pro odborníka.Rozprašovače jsou vhodné zejména pro rozpraěování látek do fluidního lůžka z pevných částeček, přičemž dobrého rozprášení se dosáhne při nízké výhokové rychlosti plynu, takže dochází k velmi malému nebo žádnému opotřebení a rozmělnění pevných časteček v lůžku. Rozprašovače mohou být navrženy tak, že do nich nemlohuou být nasány pevné čéstečkyüľoto podstatné omezuje nebezpečí eroze a ucpäní.Rozprašwovače podle vynálezu mají podstatné výhody, zejména v naposled uvedené oblasti. .je pravda, že je známa velké množství rolzprašovačů vhodných pro rozprašování .napříkwlaid vody, ropných látek nebo laků do volnéhopmstoru, současně je však velká potřeba vhodných rozprašovačů,které by s velkým výkonem mohly rozprašovat kapaliny do fluidního lůžka si použitím nízké rychlosti plynu. Rozprašovače mohou být s výhodou použity v sušicích zařízeních a granulátorech s fluidnimi lůžky a pro vstřikování paliva nebo odpadní vody do spąalovací pece s fluidním lůžkem.Rozprašovače jsou velmi vhodné také pro rozprašování roztavené močoviny do fluidního lůžka pomocí amoniaku nebo směsi amoniaku s kysličnikem uhličitým, jak je obvyklé při přípravě melamínu na bázi močoviny.jako rozprašovacího plynu může být obecně použito široké řady plynů a směsi plynů. ako příklad lze uvést vodík, vzduch, kyslík,nízké uhlowodíky, vzácné plyny, kysličník uhličitý, dusík, amoniak a páru. Volba plynu závisí na druhu rozprašované látky a použití. jestliže je třeba, může být plyn chlazen nebo předehříván. Výhodná provedení ro-zpraěovače zařízení podle vynálezu jsou popsâna v bodech 2 až 9 definice předmětu vynálezu. Význam.těchto provedení je patrný z nasledujícíhoPodstata vynálezu je »objasňvována na příkladech provedení, které jsou popsany pomocí pripojených výkresůna Iobr. 1 je znázorněn podélný řez rozprašovačem podle vynálezu, na obr. 2 je znázorněn podélný řez jiným provedením rozprašovače podle vynálezu, Rozprašovače jsou oso-vě sy-metrické, takže není třeba dalších kolmých řezů.Rozprašovač sestava z trubice 1 pro přívod kapaliny s kanálkem 2 téměř kruhového průřezu, který je ukončen výtokovým otvorem 3, jehož rovina je kolmá. ke směru proudem. Čelní strana 4 trubice 1 je zkosena k ose rozprašovače pod úhlem aľ. Vnější okraj této čelní strany 4 je s výhodou poněkud vypukle zakřiven nebo zaoblen. Úhel a se má volit 70 až 90 °. v- Trubice B obklopuje souose trubici 1, takže mezi těmito trubicemi 1, 6 vzniká kanál o průřezu mezikruží určený pro přívod plynu. Trublce 6 se v místě blízko za koncom trubice 1 zužuje, takže v tomto místě tvoří kuželovitou část 8 s úhlem a k ose rozprašovače. Tato povrchová část přechází konvexně zaobleným přechodem 9 v krátký výtakový kanál 11 v koncové částí trubice li,který je souosý s trubicí 1. Výtokový kanál 11 končí výtokovým otvorem 12, jehož rovina je kolma 1 jose oozprašovače. Úhel .on se má volit rovněž 70 až 90 °. ~Čelní strana 4 trubice 1 pro kapalinu a kuželovita část 8 trubice pro plyn vymezují kanal 13 o průřezu mezikruží, kterýse ve směru proudění sbíhá k lose rozprašovače a má vrcholový úhel neho střední vrcholový ühel 140 až 180 °. «Vnitřní povrch trubice 6 pro plyn je v pře chodu 14 poněkud konkávně zaoblen. v Pod výrazem střední vrcholový úhel se rozumí střední hodnota ühlü 2 m a Zxa. estliže a nebo a je 70 ° nebo menší, je kapacita rozprašovače omezena, zatímco při hodnotě úhlu o nebo a 90 ° nebo .větší je rozprašovač náchylný k turbulentnímu proudění plynu. je výhodné používat rozprašovače, jehož střední hodnota o a a je 75 až 87,5. Zvláště dobrých výsledků se dosahuje, jestliže se tento střední úhel volí 77,5 až 82,5 °. Střední vrcholový úhel se proto volí s výhodou 150 až 175 °, zvláště 155 až 165 °.je výhodné volit úhly o a a tak, že úhela je větší než úhel a a že rozdíl mezi těmito úhly je menší než 5 °. Zvláště výhodné je provedení, ve kterém jsou úhly o a a shodné nebo přibližně shodné, takže sbíhající se kanál 13 má přibližně rovnobežne stěny. To znamená, že ve výhodném provedení rozprašovače podle vynalezu má kanál 13 o průřezu mezikružL kterým proudí plyn směrem k ose rozprašovače, přibližně rovnobežne stěny a vrcholový úhel 150 až 1752 zejména 155 až 165 °.U tohoto výhodnélio uspořádání je pročelné rozprašování třeba poměrně malého množství plynu a pravděpodobnost vzniku turbulentního proudění plynu ve výtokovém otvoru rozprašovače je obzvláště malá. je to zvlášť důležité u rozprašovačů používaných pro rozprašování kapaliny do fluidní vrstvy pevných částečelt.Trubice 1 pro kapalínu je známým způsobem, například svarovým nebo závltovým spojem, připojena k přívodnl truBici 16 pro kapalinu, která je opatřena svařeným vnějším pláštěm 17, jak je znážorněno, takže se vytvorí prostor 18, který může být vyplněn tepelně izvolačním materiálem nebo ho může být použito pro církulaci latky přenášející teplo nebo pro elektrický topný systém. Trubice 18 je pripojene neznázorněným potrubím k zařízení pro dodávání kapaliny. Trubice 6 je známým způsobem pripojene k trubíci 19, která je známým způsobem spojena s neznázorněným zařízením pro díodá.vání plynu.U rozprašovače podle obr. 1 má trubice 1 pro kapalinu rovnoměrně tlustou stěnu a kanál 7 p-ro plyn má v oblasti 15 poblíž svého druhéh-o konce v podstatě stejný průřez.U rozprašovače podle obr. 2 má trubice 21 pro kapalinu poblíž svého konce zesílenou stěnu a průchod 27 pro plyn přecházi V část 35 o menším průřezu.Výtokový kanál 11 je poměrně krátký, ve většině případů je koncová část 10 trubice B pro plyn dlouhá pouze pětinu až polovinu průměru výtokového otvoru 12. estlíže je výtokový kanal 11 delší, vzniká nebezpečí,že část 1 D trubice B bude smáčena kapalinou. Při rozprašovaní určitých kapalln, například roztavené močoviny nebo solných roztoků, by toto smáčení mohlo vyv-olat korozi. jestlíže je žádoucí poměrně dlouhý výtokový kanál 11, může se tento výtokový kanál 11 nálevkovitě rozšiřovat. V tomto případě se za průměr výtokového otvoru rozprašovače považuje nejmenší průměr výtokového kanálu 11.Trubice 1 pro kapalinu může být provedena tak, že kanál 2 pro kapalínu se směrem ke koncovému otvoru 3 mírně zužuje nebo rozširuje, je však třeba se vyhnout vzniku turbulentního proudění v -kapalíněnPrůměr výtokového otvoru 12 rozprašovače je 1,0- až Lônásołbkem, s výhodou 1,1- až 1,3 násobkem průměru koncového otvoru 3 trubice 1 pro kapallnu.Iestllže je výtokový otvor 12 rozprašova 6če příliš malý, je stěna výktokuovéh-o kanálu 11 smačena kapalinou. jestliže je výtokový otvor 12 příliš velký, je rozprášení nedokonalé a pro rozprášení je potreba velkého množství plynu nebo příliš velkých rychlostí plynu.vzdálenost mezi povrchy částí 4 a B, ktere vymezují sbíhající se kanál 13, musí být tak velká, že průřez volný pro průchod plynu je roven nebo větší než průřez výtokového otvoru rozprašovače. Plyn procházející lsanály 13 a 11 k výtokovému otvoru 12 musítedy mít konstantní nebo vzrůstající rychlost. Rychlost se s výhodou zvyšuje a tedy volný průřez kanálu 13 je s výhodou větší než průřez výtokového otvoru 12 rozprašovače.Za průchozí průřez sbíhajícího se kanálu 13 se považuje hlavně průchozí průřez tohoto kanálu 13 v nejbližší části výtokového otvoru rozpraš-ovače. V takovém případě může být rychlost plynu ve výtokovém otvoru 12 rozrušovače nižší než rychlost plynu ve zmíněněm sbíhajícím se kanálu 13,zvyšuje se tím však pravděpodobnost vzniku turbulentního proudění v blízkosti výtokového otvoru 12 rozprašovače a ve výtokovem kanálu 11, což má za následek erozi.estliže je rozprašovač určen pro rozprašování kapaliny do fluídního lůžka z katalyticky aktívních nebo inertních častíc, doporučuje se částečně zaoblít nebo zkovsit čelní stranu rozprašovače čelni stranu části 10 trubice 6 pro plynj, čímž se omezí oplotřebení a podpoří nasavání katalytíckých částeček, takže katalyzätor a kapallnase lépe promísí.Zaobleni povrchu prechodu 9 mezi kuželovitou částí 8 a výtoekovým kanálem 11 je velmi důležité. estliže je poloměr zakrivení prechodu 9 příliš malý neb-o jestliže přechod 9 není zaoblen, zvyšuje se opotřebení způsobovane kapkami kapalinami s pevnými částečkami dostávajícímí se do rozprašovací hlavy a na ní. jestliže je poloměr zaoblení příliš velký, je k dosažení potřebného stupně rozprášení třeba příliš velkého množství plynu nebo příliš vysoké rychlostí plynu. Poloměr zaoblenl prechodu 9 musí být volen tak, aby se zamezilo vzniku turbulentniho proudění v proudu plynu. Toto je splněno při volbě p-oloměru za-oblení v rozmezí 0,1- až ÚAIIĚSIGĎIÝU průměru výtlolkového otvoru 12 rozprašovače. Výhodne je zaoblení o poloměru v rozmezí 0,125- až 0,375 nás-obku, zvláště výhodne je zaoblení o poloměru v rozmezí 0,2- až 0,3 násobku uvedenéłro průměru.vnější »okraj 5 čelni strany 4 trubice 1 pro kapalinu je s výhodou rovněž poněkud zaoblen, čímž se zamezí turbulenci v proudu plynu. estliže tento. vnější okraj 5 není zaoblen, může vzniknout určitá turbulence,která způsobuje ulpívání kapaliny na čelní straně trubice, což může vyvolávat korozi. Dalším opatrením zabraňujíclm vzniku turbulentního proudění je mírně zaoblení přechodu 14. V těchto dvou místech neni poloměr zaoblení kritický. Rozměry rozprašovače jsou při respektovánl uvedených podstat ných poměrů určeny požadovaným výkonemVýkon rozprašovače kolem 4000 kg kapaliny za hodinu může být dosažen bez dalších opatření. Konstrukční materiál rozprašovače pro rozprašolvání látek s lnomozívními účinky by měl být odolný proti korozi a opotřebeni a nozměrově stabilní v provoznich podmínkách. vhodnými materiály jsou například Inconel, Hastalloy B nebo Hastalloy C. Časti rozprašovače nejvíce vystavené oupotřeberní, například, části 8, 9 a 10 mohou být pokryty vrstvou materiálu odolného proti opotřebeni nebo tvořeny vysoce odolným materiálem, například karbidem křemíku,karbidem wolframu nebo kysličnikem hlinitým.Kapallna může být podle vynálezu rozprašována plynem nebo směsi plynü v dvoufázovém riozprašovači, který sestava z trubice pro kapalinu s výtokovým otvorem, jehož rovina je kolmá ke směru proudění. Trubice pro kapalina je souose obklopená trubici pro prívod plynu přesahujici konec trubice pro kapalinu. Trubicí pro-udí plyn pohlcující .a rozprašujicí vytékající kapalinu. Charakteristickým znakem rozprašovače je skutečnost, že kapalina je přiváděna rychlostí v rozmezí 10 až 200 cm/s a že plyn je přiváděn bez turbulentniho proudění nebo jen s nevýrazným turbulentnim prouděním trubicí pro plyn konstatní nebo zvyšující se rychlostí, takže proud plynu prochâzejíci sbíhajícim se kanálem pohlcuje a nozprašuje vycházející kapalinu. Úhel, který svírají proudy plynu a kapaliny je v rozmezí 70 ° až 90 °. Plyn .a kapalina potom společně opouštějí rozprašovač krátkým výtokovým kanálem, jehož nejmenší průměr je 1,0- až Lñnásobkem průměru výtokového otvoru pro kapalinu a je zaoblen v místě,kde vnitřní stěna trubice pro plyn přecházi ve výtokový kanál. Poloměr zaoblení je v rozmezí 0,1- až 0,4 násobku průměru výtokuvého kanálu, takže nedochází k turbulentnímu proudění vystupujíciho proudu nebo dochází jen k nevýrazné turbulenci. Plynu je přiváděno takové množství, že váhový poměr plynu a kapaliny je v rozmezí 0,1 až 1.Uhel, pod kterým se proud plynu střetává s proudem kapaliny je s výhodou v rozmezí 75 ° až 87,5 °, zvláště výhodný je úhel v rozmezí 77,5 ° až 82,5Způsob je vhodný zejména pro rozprašování kapaliny do fluidního lůžka z pevných částeček. V tomto případě je podle provozních podmínek použiváno takového množství plynu, že výtoková rychlost plynu je v rozmezí 20 až 120 m . s, v zájmu zabránění rozmělněných částeček je zvláště výhodná výtoková rychlost plynu V rozmezí 40 až 100 m . S, Způsob tohoto druhu má význam například pro rozprašování paliv nebo odpadních vod do spalovacích peci s fluidnim lůžkem nebo pro hydrogenaci nebo zplynovaní ropy. Způsob je vhodný zejména pro rozprašování roztavené močoviny do fluidního lůžka z inertního nebo katalyticky aktivniho materiálu, ak je obvyklé při výrobě melamínu nebo kyseliny kyanourové. V tomto připaclě se jako nozprašovacího plynu používá amoniaku nebo směsi amoniaku skysličnikem uhličitým. Teplota močoviny je nejméně 133 °C, ve většině případü je teplota močoviny v rozmezí 135 až 150 °C.Teplota plynu není kritické, obvykle se používá plynu o teplotě v rozmezí 20 až 400 stupňů Celsia.Rychlost, kterou kapalina opoušti trubici pro plyn a setkáva se s nozprašovacĺm plynem, se může volit v širłokém rozmezí. Vhodná rychlost v rozmezí je 10 až 200 cm . s,zejménaivhodná je rychlost V rozmezí 50 až 150 cm . s.Množství použitého plynu se volí tak, že váhový poměr mezi plynem d-odávaným za jednotku času a kapallnou je v rozmezí 0,1 až 1,0, zvláště výhodný je poměr mezi 0,2 až 0,5.Lze používat většího množství plynu, je to však zbytočné. Rychlost, kterou plyn opouští otvor rozprašovače, se v závislosti na provozních podmínkách může volit v širokém rozmezí. Použitelné rychlosti jsou v rozmezí 20 až 120 m . s, výhodné je používat rychlosti plynu v rozmezí 4 D až 100 m . s 1, zvláště výhodné je používat rychlosti plynu v rozmezí 60 až 90 m . s. jestliže je do fluidního lůžka z částeček rozprašována Inočovina, musí být rychlost plynu, aby se zamezilo rozmělněni částeček nižší než 120 m . s 1, s výhodou nižší než 100 m . s.Zařízení podle vynálezu je vhodné zejména pro připravu melamínu, kde je močovina pomocí dvoufázového rozprašovače rozprašována do fluidního lůžka z katalyticky aktivnílilo nebo neaktlvníhvo materiálu v reaktoru, ve kterém je udržován tlak V nozmezi 10 až 245 MPa a teplota v rozmezí 300 až 500 °C. Reaktor obsahuje jedno nebo více fluidních lůžek, z nichž alespoň jedno je tvořeno katalyticky aktivnim materiálem.Syntéza melamínu a močoviny touto cestou je sama o sobě známa.Vynález bude vysvětlen pomoci následujících příkladů. Protože není dobře možné sledovat činnost rozprašovače v provozních podmínkách, kdy je pomocí amoniaku, jako rozprašovacího plynu, rozprašována močovina, jako v melaminovém reaktoru, byla V několika pokusech s různými rozprašovači pomoci vzduchu jako rozprašovacího plynu rozprašována voda. Toto umožňuje vizuální sledování a poskytuje obecné údaje o účinnosti rozprašovače. Bylo zjištěno, že noxzprašovače pracují za těchto podmínek nedosta 245752tečąně, nejsou vhodné pro rozprašování mločoviny.Pomocí vzduchu jako rozprašovacího plynu byla rozprašovačem podle obr. 1 rozprašována voda. Přechod 9 do výtokoveho kanálu 11 rozprašovače však nebyl za-oblen. Průměr výtokového otvoru rrozprašaovače byl 38 mm, průměr výtokového otvoru pro kapalinu byl 2 U mm a úhly a a a byly rovny 80 °. Množství rozprašované vody činilo 2000 kg/hod. a výtoková rychlost vzduchu. byla 116 m . 3. Při stejné hnací síle proudu plynu na kg kapaliny odpovídá tato rychlost vzduchu při rozprašování močoviny pomoci amoniaku rychlosti amoniaku 80 m .. s. Rozprašování vody bylo dostatečně, avšak na výstupu rozprašovače byl pozorován vír způsobující sání dovnitř. Kdyby byla močovina nozprašována do fluidního lůžka, tento rolzprašovač by anasával částečky fluidizovaného materiálu, což by podstatné zvýšilo opotřebení výtokového kanálu rozprašovače erozí.Pomocí vzduchu jako rozprašovacího plynu byla rozprašovačem podle obr. 1 rozprašována voda. Prechod 9 rovněž nebyl zaoblen, průměr výtokového otvoru rozprašovače pro kapalinu byl 20 mm a úhly a a a byly rovny 70 °. Zatížení vodou bylo 2000 kg za hodinu a výtoková rychlost vzduchu byla 116 m . s. Rozprášení bylo velmi nedostatečné a ve výtokovém kanálu se tvoril vír způsobující nasávání dovnitř. Toto se při nižším zatížení kapalinou nezmenil-o.Voda byla rozprašována vzduchem o výtokové rychlosti 116 m . s pomocí rozprašowače popsaného v pří-kladu 2, avšak průměr trubice pro kapalinu byl 27 mm. Při zatížení 1000 kg vody za hodinu bylo rozprášení přiměřeně dobré, avšak při zatížení 2000 kg vody za hodinu bylo rozprášení nedostatečné. V obou případech byl ve výtokovém kanálu pozonován vír způsobující nasávání d-ovnitř.Rozprašvovačem podle obr. 1 bylo rozprašováno 2000 kg vody za hodinu pomocí vzduchu o výtoknové rychlosti 116 m . s. Průměr výtokového otvoru rozprašovače byl 38 mm, průměr výtokového otvoru kapaliny byl 32 mm, úhly oc a a byly rovny 80 °. Plo 18loměr zaoblení prechodu 9 byl 19 mm a délka výtokoveho kanálu 11 od zaoblené části k výstupnímu otvoru 12 byla 26 mm. Za těchto podmínek bylo rozprašování nedostatečné, avšak Ve výstupním kanálu 11 nevznikala turbulence. Rozšírení výnokouvélro kanalu na 40 mm a v další variantě na 60 mm nepřrn-eslo zlepšení uozprašování. Dostatečného rozprašování nebylo. dosaženlo do výtokových rychlostí vzduchu kolem 170 m . s.Rozprašovačem podle obr. 1 bylo rozprašováno 2000 kg vody za hodinu pomocí vzduchu o výtokvové rychlosti 116 m . S 4. Rozměry rozprašovače byly tytorozprašovače 38 mm průměr výstupního otvorupro kapalinu 32 mm délka výtokového kanálu 2.6 mm pololměr zaoblení prechodu 9 9 mm proloměr zaobleni -okraje 5 0,7 mm úhly a a a 80 °vzdálenost mezi stenami sbíhajícího se kanálu 13 6,5 mmZa těchto podmínek rozprašovač rozprašoval vynikajícím způsobem bez turbulence poblíž nebo ve výtok-o-vém kanálu. Při zatížení kapalinou 3 000 kg za hodinu bylo rozprašování stále zcela dostatečně.Rozprašovač popsaný v příkladu 5 byl použit pro rozprašování uoztavené močoviny o teplotě kolem 135 °C přímo do fluidního lůžka z katalyticky aktivního materiálu v melaminovém reaktoru s použitím amoniaku jako rwozprašovacího plynu. Výstupní rychlost amoníaku byla v provozních podmínkách 8-0 m . s, zatímco zatížení močovinou se pohybovalo v rozmezí mezi 1000 kilogramů a 3600 kg močoviny za hodinu. Reakto-r a rozprašovač byly prohlédnuty potom, kdy rozprašovač prakticky bez přestávky pracoval 4 měsíce, nejčastěji se zatížením 2 000 kg močoviny za hodinu. Na rozprašovači nebyly patrny znamky eroze. Výslovné príznaky koroze, jako tvoření důlků,nebyly pozorovány ani v samotném reaktoru. Z uvedeného lze usuzovat, že rozprašovač po celou tuto dobu pracoval správně. Kdyby rozprašování bylo nedo-statečné, kapky močoviny by pri použití takového rozprašovače naräžely na stěnu reaktoru a tepelný výměník, takže by se brzy projevily výrazné príznaky knoroze.