УСТАНОВКА ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ ЛЬДООБРАЗУЮЩИХ И ГИГРОСКОПИЧЕСКИХ ЖИДКИХ РЕЦЕПТУР В АЭРОЗОЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ

Полезная модель относится к метеорологическому приборостроению, в частности к устройствам, с помощью которых получают высоко- и тонкодисперсные аэрозоли льдообразующих и гигроскопических жидких рецептур [Медников Е.П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей. - М.: Наука, 1981. - 158 с.]. Установка для диспергирования жидких рецептур в аэрозольное состояние предназначена для получения высоко- и тонко дисперсных аэрозолей. Предлагаемая полезная модель может быть использована в целях изучения распространения аэрозольного образования и механизма гетерогенного зародышеобразования в научно-исследовательских и промышленных лабораториях.
Известно устройство для возгонки кристаллизующих реагентов, содержащее кварцевую трубку, размещенную в электропечи, выполненной в виде толстостенной трубки из нержавеющей стали, нагреваемой нихромовой обмоткой, намотанной на слой глины. Печь снаружи изолирована слоем асбеста, а кварцевая трубка заполнена шихтой из керамиковых колец, пропитанных раствором гигроскопических веществ [Фукс Н.А., Сутыгин А.Г. Высокодисперсные аэрозоли / Коллоидный жур. - 1964. - Т.XXVI. - Вып.№1. - С.110-115].
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности определения массы возогнанного вещества в каждом опыте и конденсация паров возгоняемого вещества на стенках смесителя.
Известна установка для получения аэрозолей путем возгонки в токе воздуха, содержащая трубку-испаритель с расширенным выходным отверстием, которая устанавливается в электропечь, нагреваемую нихромовой обмоткой. Поток воздуха, создаваемый компрессором, проходит через трубку-испаритель, нагревается до заданной температуры и в конце расширенной части трубки-испарителя в окошко загружается возгоняемое льдообразующее вещество. [Бычков Н.В., Ярцева Н.Н., Бромберг А.В. Исследование льдообразующей активности аэрозолей метальдегида и флороглюцина / Труды ГГО. - 1966. - Вып.№186. - С.3-9].
Существенным недостатком этой установки является то, что температурный профиль потока газа в сечении расширенной части выходного отверстия трубки-испарителя весьма неоднороден. Максимальная разница температур у оси и у стенки трубки-испарителя не превышает 200°C. Небольшие колебания температуры в электропечи влияют на концентрацию и дисперсность аэрозоля на выходе из сопла установки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является генератор аэрозолей, содержащий кварцевую трубку-испаритель диаметром 6 мм, верхняя часть которой выполнена в форме щелевидного сопла шириной 1 мм. В нижнюю часть трубки-испарителя впаяна трубка длиной 2-3 см, через которую в расширенную часть трубки-испарителя вводится держатель с чашкой для возгонки твердых льдообразующих и гигроскопических веществ. В расширенную часть трубки-испарителя вмонтированы четыре форсунки для разбавления и интенсивного смешения горячего потока с воздухом (инертным газом). Процесс охлаждения и разбавления пара веществ, выходящих из трубки-испарителя, ускоряется дополнительным обдувом потока воздуха из форсунки с щелевидным соплом размерами 8,0×1,5 мм. С целью уменьшения охлаждения и предотвращения конденсации паров активных веществ в верхней части трубки-испарителя намотана нихромовая спираль второго нагревательного контура [Патент на полезную модель №105564 Российская Федерация, МКИ A01G 15/00. Генератор аэрозолей / Серебренников Б.В., Вельяминов А.С., Черний В.И., Нельга Д.Н., Кулешова Е.А.; заявитель и патентообладатель ФГУ «33 ЦНИИИ МО РФ». - 2010131972/21; заявл. 29.07.2010, опубл. 20.06.2011, Бюл. №17].
Недостатками указанного генератора аэрозолей являются:
- отсутствие возможности диспергирования льдообразующих и гигроскопических жидких рецептур;
- отсутствие возможности приготовления и хранения льдообразующих и гигроскопических жидких рецептур;
- отсутствие возможности работы с легколетучими растворителями;
- продолжительность работы ограничена по времени и зависит от количества загружаемого вещества.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является получение максимального выхода активных частиц, приготовление и применение насыщенных растворов, растворение веществ в низкокипящих жидкостях и возможность настройки устройства в зависимости от физико-химических свойств жидких рецептур.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей, позволяющий варьировать наиболее существенными условиями получения высоко- и тонкодисперсных аэрозольных частиц: скоростью разбавления газа, скоростью охлаждения газа, составом газовой среды и возможностью приготовления, хранения, применения, возгонки рецептур различного назначения и различного их сочетания в процессе использования.
Поставленная цель достигается тем, что установка для диспергирования льдообразующих и гигроскопических жидких рецептур в аэрозольное состояние, содержащая трубку-испаритель, электронагревательные элементы, выполненные из нихромовой спирали, термопару, регулятор расхода воздуха, баллон с инертным газом, отличающаяся тем, что она снабжена трубкой испарителем, выполненной из легированной стали с наконечником для сменных головок различного профиля, включающий круглые и щелевидные сопла диаметром и шириной от 4 до 40 мм, тангенциально расположенными форсунками для впрыскивания жидких рецептур, компрессором, гидронасосами, фильтрами, расходомерами жидкой рецептуры, герметичными аппаратами с мешалкой, рубашкой, питающими и сливными патрубками для приготовления и хранения жидких рецептур, при этом трубка-испаритель, форсунки, расходомеры жидкой рецептуры, фильтры, гидронасосы, и герметичные аппараты связаны между собой жидкостными трубопроводами, а регулятор расхода воздуха, компрессор и баллон с инертным газом связаны газовыми трубопроводами с трубкой-испарителем.
Преимущество предлагаемой установки состоит в возможности приготовления насыщенных растворов жидких рецептур, способствующих выходу активных частиц, возможности растворения веществ в низкокипящих жидкостях и возможности настройки устройства для получения высоко- и тонкодисперсных аэрозолей в зависимости от физико-химических свойств используемых жидких рецептур.
Установка для диспергирования льдообразующих и гигроскопических жидких рецептур в аэрозольное состояние работает по схеме: растворение и приготовление льдообразующих и гигроскопических веществ в воде и органических (высоко- и низкокипящих) растворителях и последующее их диспергирование в аэрозольное состояние. Она содержит связанные между собой по ходу технологического процесса транспортными и измерительными средствами аппараты растворения и приготовления льдообразующих и гигроскопических веществ в воде и органических растворителях и генератор аэрозоля.
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежом 1.
На фиг.1 показана установка для диспергирования жидких рецептур в аэрозольное состояние, включающая:
1 - трубку-испаритель;
2, 3 - контуры электронагревательных элементов;
4 - теплоизоляционный корпус;
5 - асбестовый шнур;
6 - речной песок;
7 - наконечник для установки круглых и щелевидных сопел;
8 - термопару;
9 - резисторы переменные;
10 - форсунки;
1,2
11 - расходомеры жидкостные;
12 - регулятор расхода воздуха;
1,2
13 - фильтры;
1,2
14 - гидронасосы;
15 - компрессор;
16 - баллон с азотом;
1,2
17 - герметичные аппараты;
1,2
18 - рубашки аппаратов;
1,2
19 - мешалки;
Установка для диспергирования льдообразующих и гигроскопических жидких рецептур в аэрозольное состояние содержит трубку-испаритель 1, выполненную из легированной стали. Выходное отверстие трубки-испарителя снабжено наконечником 7 для установки сменных головок различного профиля, включающим круглые и щелевидные сопла диаметром и шириной от 4 до 40 мм. Электронагревательные элементы контуров 2, 3 выполнены из нихромовой спирали и предназначены для создания температуры внутри генератора от 200°C до 700°C и предотвращения конденсации паров активных веществ. Трубка-испаритель 1 с электронагревательными элементами контуров 2 и 3 изолирована теплоизоляционным корпусом 4, в который засыпается сухой речной песок 6. Наружная часть теплоизоляционного корпуса 4 изолируется асбестовым шнуром 5. В сужающей части трубки-испарителя 1 установлена термопара 8, с помощью которой контролируют рабочую температуру внутри трубки-испарителя. Перед контурами нагревательных элементов 2 и 3 установлены две тангенциально расположенные форсунки 10 для впрыскивания жидких рецептур. Электронагревательные элементы контуров 2, 3 нагреваются от переменной электрической сети 220 В через переменный резистор 9. На вход в трубку-испаритель 1 через питающий патрубок подается инертный газ или сжатый воздух с избыточным давлением от 6 до 10 МПа через регулятор расхода воздуха 12 от компрессора 15 или от баллона с инертным газом 16.
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
Для приготовления и хранения жидких рецептур установлены герметичные аппараты 17 с рубашками 18, оборудованные мешалками 19, питающими и сливным патрубками, фильтрами 13, соединенные между собой трубопроводами. Подача жидкой рецептуры к форсункам 10 осуществляется гидронасосами 14, которые регулируются и контролируются жидкостными расходомерами 11.
Установка для диспергирования жидких рецептур в аэрозольное состояние работает следующим образом.
1,2
1,2
1,2
1,2
Перед началом работы в трубке-испарителе 1 устанавливают постоянную рабочую температуру до 700°C электронагревательными элементами контуров 2 и 3. После установления рабочей температуры в трубке-испарителе 1 в него подается воздух по газовым трубопроводам от компрессора 15 или инертный газ от баллона 16 через регулятор расхода воздуха 12 с объемным расходом, в зависимости от вида применяемой жидкой рецептуры. Затем приготовленная жидкая рецептура из аппарата 17 через сливной патрубок гидронасосом 14 через фильтр 13, расходомер 11 по жидкостным трубопроводам подается на тангенциально установленные форсунки 10 для впрыскивания жидких рецептур в трубке-испарителе 1, где происходит ее распыление в объеме тока воздуха или инертного газа. По мере продвижения распыленной жидкой рецептуры идет возгонка и образование газового и газокапельного потока. Образовавшиеся частицы, находящиеся в атмосфере сжатого воздуха или инертного газа, разбавляются, смешиваются и перемещаются к соплу в газовом и газокапельном потоке. Разбавление газового и газокапельного потока регулируется скоростью поступающего воздуха или инертного газа регулятором расхода воздуха 12. Эта скорость в определенной степени влияет на интенсивность смешения горячего потока с воздухом на выходе из сопла трубки-испарителя 1. Температура на выходе из сопла трубки-испарителя контролируется термопарой 8, Режим работы установки для диспергирования жидких рецептур в аэрозольное состояние регулируется температурой в трубке-испарителе, скоростью разбавления газа, скоростью охлаждения газа, составом газовой среды и со сменными головками различного профиля наконечника 7 в зависимости от физико-химических свойств и вида предназначения жидкой рецептуры.
Пример приготовления гигроскопической рецептуры
1
1
1
1
В чистый, сухой и герметичный аппарат 17 заливают через мерник техническую воду, а через дозатор загружают при перемешивании мешалкой 19 гигроскопическое вещество (например, карбамид) и пуском горячей воды или пара в рубашку 18 аппарата 17 рецептуру разогревают до температуры 80°C и перемешивают до полного растворения.
Пример приготовления льдообразующей рецептуры
2
2
2
При приготовлении жидких рецептур с низкокипящими растворителями в аппарат 17 загружают через дозатор льдообразующее вещество (например, йодистое серебро). Подачей охлаждающего рассола в рубашку 18 охлаждают его до температуры минус 20°C. Затем через мерник заливают необходимое количество низкокипящего растворителя и перемешивают мешалкой 19 до полного растворения льдообразующего вещества.
Предлагаемым техническим решением возможно получать аэрозольные образования из дымообразующих, имитационных и пестицидных жидких рецептур.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет расширить функциональные возможности установки за счет варьирования температурой, скоростью разбавления газа, скоростью охлаждения газа, составом газовой среды и возможностью приготовления, хранения, применения, возгонки рецептур различного назначения и различного их сочетания в процессе использования.