NL8001874A

NL8001874A - Inrichting voor het versproeien van een vloeistof met behulp van een gas.

Info

Publication number: NL8001874A
Application number: NL8001874A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1980-03-29
Filing date: 1980-03-29
Publication date: 1981-11-02
Also published as: CS235581A2; EP0037156A1; AU6926681A; ZA811938B; ES267981Y; ES267981U; YU82181A; CU35439A; BR8107946A; JPS644822B2; RO85210B; ATE8111T1; DE3164391D1; RO85210A; AU538754B2; NO154078B; EP0037156B1; NO154078C; IN154059B; CA1165539A

Description

f * STAMICARBON B.V. 3169

Uitvinders: Willem DE WIT te Heerlen

Winfried J.W. VERMIJS te Gel een -1-

INRICHTING VOOR·HET VERSPROEIEN VAN EEN VLOEISTOF MET BEHULP VAN EEN

GAS

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het versproeien van een vloeistof met behulp van een gas, bestaande uit een concentrisch in een gastoevoerleiding aangebrachte vloeistof-toevoer!eiding, waarbij het eindvlak van de vloeistoftoevoerleiding 5: en de binnenwand van het voorbij dit eindvlak stekende deel van de gastoevoerleiding onder een hoek van 70-90“ zijn afgeschuind, zodanig dat tussen dit vlak en deze wand een kegelvormig kanaal aanwezig is, en deze binnenwand via een afronding aansluit op de binnenwand van een co-axiaal ten opzichte van de vloeistoftoevoerleiding aangebracht 10 uitstroomkanaal waarvan de kleinste binnendiameter 1 tot 1,6 maal de binnendiameter van de uitstroomopening van de vloeistoftoevoerleiding en 2,5 tot 10 maal de kromtestraal van Üe afronding bedraagt, zoals bekend is uit het Amerikaanse octrooi schrift 4 109 090.

Met een dergelijke sproeier kunnen grote hoeveel heiden 15 vloeistof met een betrekkelijk lage gassnelheid worden versproeid.

Dit is in het bijzonder van belang bij het versproeien van een vloeistof in een gefluidiseerd bed van een vaste stof, daar bij toepassing van een lage uitstroomsnelheid minder vergruizing van de vaste stof optreedt waardoor de verblijftijd van de vaste stof in het 20 gefluidiseerde bed wordt vergroot. Verder is de toepassing van lage gassnelheden energetisch gunstig. De bekende sproeiers worden o.a. toegepast bij het granuleren van ureum of kunstmest, zoals ammoniumnitraat e.d. in een gefluidiseerd bed en bij de bereiding van melamine door het versproeien van ureum in een 25 gefluidiseerd bed van een inert of katalytisch actief materiaal met behulp van ammoniak of een mengsel van ammoniak en kooldioxide.

Een zeer belangrijk voordeel van deze sproeier ten opzichte van andere bekende sproeiers is dat het uitstroomkanaal minder aan slijtage is blootgesteld. Gebleken is echter, dat de sproeier zeer 30 gevoelig is voor afwijkingen van de optimale vorm, in die zin dat reeds bij een geringe afwijking van deze vorm het het stromingsbeeld 800 1 8 74 -2- * >

V

1n het uitstroomkanaal zodanig is, dat de uit het kanaal tredende straal loslaat van de wand van het kanaal. De statische druk langs de wand is dan lager dan de druk in de omgeving van de sproeier, hetgeen tot gevolg heeft dat vaste stof uit het gefluidiseerde bed in het 5 uitstroomkanaal wordt gezogen en in een ter plaatse van de wand optredende wervel de wand erodeert.

De uitvinding voorziet in een constructie, die minder gevoelig is voor afwijkingen van de optimale vorm of veranderingen van de bedrijfsomstandigheden van de sproeier.

10 Volgens de uitvinding is het uitstroomkanaal in de stro- mingsrichting gezien conisch vernauwd.

Door de vernauwing van het kanaal wordt een drukverhoging langs de wand gecreëerd en wel zodanig, dat onder alle omstandigheden de druk althans op de plaats waar het medium het mondstuk verlaat 15 groter is dan buiten het mondstuk. Er kan dan geen terugstroming van vaste stof uit het geflui diseerde bed in het kanaal plaats vinden.

Wel dient men er zorg voor te dragen dat de kleinste diameter van de vernauwing niet kleiner is dan de binnendiameter van de uitstroomo-pening van de vloeistoftoevoerleiding om te voorkomen dat slijtage 20 door langs de wand van het mondstuk stromende vloeistof optreedt.

Het is in het algemeen voldoende dat alleen het einde van het sproeier uitstroomkanaal voorzien is van een vernauwing, in welk geval het conisch vernauwde gedeelte van het uitstroommondstuk via een cilindrisch deel aansluit op de afgeronde overgang op de binnen-25 wand van de gastoevoerleiding. Zö er in dit geval plaatselijk langs de wand van het mondstuk een onderdruk mocht ontstaan, dan wordt terugstromen van medium vanuit de omgeving in het kanaal toch voorkomen door de aan het uiteinde van het kanaal heersende druk.

Het conisch vernauwde deel van het uitstroomkanaal kan uit 30 een in een cilindrisch kanaal aangebrachte ring bestaan. In dat geval is het moge!ijk de ring uit een harder materiaal te vervaardigen dan de rest van de sproeier.

Bij voorkeur vervaardigd men het uitstroomkanaal met de vernauwing uit ëën stuk.

35 Voor het verkrijgen van het met de uitvinding beoogde effect is het voldoende wanneer de verhouding tussen de kleinste en de grootste diameter van de conische vernauwing tussen 0,85 en 0,95 ligt.

800 1 8 74 -3- # >

Bij voorkeur kiest men de tophoek van het kegel vlak dat gevormd wordt door de wand van de conische vernauwing tussen 5“ en 90w, meer in het bijzonder tussen 15 en 45 “.

Bij dergelijke hoeken bereikt men een optimaal 5 sproeipatroon.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden.

Fig. 1 is een langsdoorsnede van een sproeier waarbij het uitstroommondstuk rechts in de oorspronkelijke toestand en links na 10 wijziging overeenkomstig de uitvinding is weergegeven;

Fig. 2 toont een langsdoorsnede van de wand van het uitstroommondstuk in de oorspronkelijke toestand waarbij in een grafiek de langs de wand heersende druk,onder verschillende belastingen is aangegeven; en 15 Fig. 3 t/m 6 tonen langsdoorsneden van verschillende uit voeringen volgens de uitvinding met de bijbehorende grafieken.

De te versproeien vloeistof wordt toegevoerd via een * leiding 1, waarvan het eindvlak 2 is afgeschuind onder een hoek van 80" met de kantlijn van de sproeier. Concentrisch om de leiding 1 is 20 een gastoevoerleiding 3 aangebracht, welke zich tot iets voorbij de vloeistoftoevoerleiding uitstrekt en aansluit op een mondstuk 4, waarvan de binnenwand eveneens een hoek van 80“ met de hartlijn van de sproeier maakt. Het mondstuk is voorzien van een centrale uitstroomopening 5 waarvan de binnenwand via een afronding 6 aansluit 25 op de afgeschuinde binnenwand van het mondstuk. De binnendiameter van de leiding 3 is groter dan de buitendiameter van de leiding 1, zodat het toegevoerde gas via het ringvormige kanaal 7 tussen deze leidingen, het kegelformige kanaal 8 tussen het eindvlak 2 en de binnenwand van het mondstuk en de uitstroomopening tezamen met de toege-30 voerde vloeistof naar buiten stroomt, bij voorbeeld in een reaktor, waarbij deze vloeistof versproeid wordt.

In het getekende uitvoeringsvoorbeeld bedraagt de diameter van de uitstroomopening van de vloei stoftoevoerbuis 32 mm. De diameter van de uitstroomopening 5 van het mondstuk bedraagt in het 35 rechter gedeelte van fig. 1, dat de bekende uitvoering weergeeft, 38 mm. De uitstroomopening heeft bij deze constructie een cilindrische vorm. In de in het linker gedeelte van fig. 1 weergegeven uitvoering volgens de uitvinding is de uitstroomopening in de 800 1 8 74 -4- stromingsrichting gezien conisch vernauwd. De kleinste diameter van deze vernauwing 9 bedraagt in het uitvoeringsvoorbeeld 32-36 mm. De kromtestraal van de afronding 6 bedraagt 9 mm.

In bedrijf ontstaat bij de bekende uitvoering ter plaatse 5 van de binnenwand van de uitstroomopening een onderdruk waardoor medium en vaste stof uit de omgeving waarin de sproeier zich bevindt in de sproeier wordt gezogen. Door de aangezogen vaste stof treedt erosie van de wand van het sproeieruitstroomkanaal op. Bij de uitvoering volgens de uitvinding is dit niet het geval, zoals in het 10 hierna volgende zal worden uiteengezet.

In een aantal proeven werden verschillende sproeiers onderzocht met water als te vernevelen vloeistof en lucht als vernevelend gas. De hoeveelheid lucht bedroeg bij alle proeven 550 m3/h en de hoeveelheid water 0-500-1000 en 2000 1/h. Met behulp van een dunne 15 meetsonde werd bij deze proeven op verschillende plaatsen langs de wand van de uitstroomopening de druk bepaald. De grafieken in de fig. 2 t/m 6 geven het verschil tussen deze druk en de omgevingsdruk aan. In deze grafieken geeft de lijn a het drukverloop langs de wand aan bij belasting door uitsluitend 550 m3/h lucht. De lijnen b, resp. c 20 en d geven dit drukverloop aan wanneer naast deze lucht nog 500, resp. 1000 en 2000 1/h water wordt toegevoerd.

Voorbeeld I (vergelijk!ngsvoorbeeld)

Een sproeier met een cilindrische uitstroomopening (diameter 38 mm) werd onderzocht. Uit deze proeven blijkt, dat de 25 druk langs de wand onder alle omstandigheden lager is dan de druk buiten het mondstuk. Afhankelijk van de plaats en de gas-vloeistofbelasting werden drukverschillen met de onmiddellijke omgeving van -400 mm WK tot meer dan -1000 mm WK gemeten (-3,9 kPa tot -9,8 kPa). In de praktijk is gebleken, dat deze sproeier sterk 30 aan slijtage overhevig is.

Voorbeeld II

In de uitstroomopening van het mondstuk is een conische inzetring 9 aangebracht. De kleinste diameter van deze ring is gelijk aan de diameter van de uitstroomopening van de vloeistof-35 toevoer!ei ding en bedraagt 32 mm, terwijl de tophoek van het 800 1 8 74 ♦ * -5- kegelvlak dat gevormd wordt door de wand van de conische vernauwing 41v bedraagt. Zoals in de grafiek van fig. 3 is aangegeven is de statische druk langs de wand bij alle belastingen over de gehele lengte van het uitstroomkanaal hoger dan de omgevingsdruk, zodat bij 5 toepassing van deze constructie in de praktijk geen slijtage wordt verwacht.

Voorbeeld·III

Deze uitvoering komt overeen met die van voorbeeld II met dit verschil, dat de kleinste diameter van de inzetring thans 34 mm, 10 en de tophoek 28“ bedraagt. Uit de grafiek in fig. 4 blijkt, dat gerekend vanaf het einde van het sproeieruittredekanaal de statische druk langs de wand over een bepaalde lengte hoger en verderop plaatselijk lager is dan de omgevingsdruk. Dit lage-druk gebied wordt echter geïsoleerd van de omgeving voor de hogere druk aan het einde 15 van het sproeiermondstuk, zodat geen terugstroming van medium vanuit de omgeving in het mbndstuk kan plaats vinden. Bij proeven met een belasting van 1000 resp. 2000 1/h water was de statische druk over de gehele lengte van de wand hoger dan de omgevingsdruk. Bij toepassing in de praktijk zal ook deze sproeier niet aan erosieve slijtage 20 blootstaan. Deze sproeier heeft het voordeel ten opzichte van de uitvoering volgens fig. 3 dat de stromingsweerstand geringer is.

Voorbeeld IV

Deze uitvoering komt overeen met die van de voorbeelden II en III met dit verschil, dat de kleinste diameter van de inzetring 25 thans 36 mm en de tophoek 14“ bedraagt. De statische druk langs de wand gerekend vanaf het uiteinde van het uittredekanaal over een bepaalde lengte hoger en verderop plaatselijk lager (ca. 1500 mm WK resp. 14,7 kPa) dan de omgevingsdruk rond de sproeier. Het lage-druk gebied wordt ook dan van de omgeving geïsoleerd door de hogere druk 30 aan het einde van de sproeiermond.

In de uitvoeringen volgens de fig. 3-5 heeft de conische vernauwking een zodanige lengte, dat zich tussen deze vernauwing en de afronding 6 nog een cilindrisch deel 11 bevindt. Bij de uitvoering volgens fig. 6 is een vloeiende overgang van de afronding op de 35 conische vernauwing aanwezig.

800 1 8 74 a * -6-

Voorbeeld-V

Onderzocht werd een sproeier waarbij cte vernauwing in het mondstuk vloeiend aansloot op de afronding van het kegel vormige kanaal en de kleinste diameter van de vernauwing 34 mm bedroeg. Uit 5 de in de grafiek van fig. 6 weergegeven meetresultaten blijkt, dat in het geval uitsluitend gasbelasting wordt toegepast de statische druk langs de wand over de eerste 2 mm gerekend vanaf het uiteinde van het sproeieruittredekanaal lager (-100 mm WK resp. -1,0 kPa) en verder over de gehele lengte hoger is dan de omgevingsdruk rond de sproeier. 10 Bij belasting met vloeistof en gas is de druk over de gehele lengte van het uittredekanaal hoger dan de omgevingsdruk. Bij deze sproeier is daarom bij toepassing in de praktijk geen erosieve slijtage te verwachten.

De uitvinding is niet beperkt tot de in de uitvoeringsvoor-15 beelden gegeven getallenvoorbeelden. Afhankelijk van de capaciteit van de inrichting waarin de sproeier wordt toegepast zal een * toepassing van de diameters van de verschillende onderdelen moeten plaatsvinden.

800 1 8 74

Claims

1. Inrichting voor het versproeien van een vloeistof met behulp van een gas, bestaande uit een concentrisch in een gastoevoerleiding aangebrachte vloeistoftoevoerleiding, waarbij het eindvlak van de vloeistoftoevoerleiding en de binnenwand van het voorbij dit 5 eindvlak stekende deel van de gastoevoerleiding onder een hoek van 70-90v zijn afgeschuind, zodanig dat tussen dit vlak en deze wand een kegelvormig kanaal aanwezig is, en deze binnenwand via een afronding aansluit op de binnenwand van een co-axiaal ten opzichte van de vloeistoftoevoerleiding aangebracht uitstroomkanaal waarvan 10 de binnendiameter 1 tot 1,6 maal de binnendiameter van de uitstroomopening van de vloeistoftoevoerleiding en 2,5 tot 10 maal de kromtestraal van de afronding bedraagt, met het kenmerk, dat het uitstroomkanaal in de stromingsrichting gezien conisch vernauwd is.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verhouding tussen de kleinste en de grootste diameter van de conische vernauwing van het uitstroomkanaal ligt tussen 0,85 en 0,95.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de tophoek van het kegel vlak dat gevormd wordt door de wand van de 20 conische vernauwing tussen 5 en 90v ligt.

4. Inrichting zoals in hoofdzaak beschreven en toegelicht aan de hand van de voorbeelden II-V en/of de figuren. 800 1 8 74