ГЕНЕРАТОР АЭРОЗОЛЕЙ

Генератор аэрозолей предназначен для получения высокодисперсных аэрозолей льдообразующих и гигроскопических веществ путем возгонки их в потоке воздуха. Полезная модель относится к метеорологическому приборостроению, в частности к приборам, с помощью которых получают высокодисперсные и активные льдообразующие и гигроскопические аэрозоли в научно-исследовательских и промышленных лабораториях.
Известно устройство для возгонки кристаллизующих реагентов, содержащее кварцевую трубку, вставленную в электропечь, выполненную из 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 льдообразующих веществ [Фукс Н.А., Сутыгин А.Г. Высокодисперсные аэрозоли // Коллоидный журнал. - 1964. - Т. XXVI. - Вып.№1. - С.110-115].
Недостатком этого устройства, в отличие от известных генераторов монодисперсных аэрозолей, является невозможность определения массы возогнанного вещества в каждом опыте.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Установка для получения аэрозолей путем возгонки в токе воздуха» [Бычков Н.В., Ярцева Н.Н., Бромберг А.В. Исследование льдообразующей активности аэрозолей метальдегида и флороглюцина // Труды ГТО. - 1966. - Вып.№186. - С.3-9].
Существенным недостатком этого аппарата является то, что температурный профиль потока газа в сечении выходного отверстия испарительной трубки весьма неоднороден. Максимальная разница температур у оси и у стенки превышает 200°С. Также достижение в генераторе температуры, необходимой для испарения льдообразующих и гигроскопических веществ, весьма затруднительно при помощи имеющегося нагревательного элемента.
Цель полезной модели - получение максимального выхода активных частиц льдообразующих и гигроскопических веществ.
Техническое решение основывается на возгонке и испарении льдообразующих и гигроскопических веществ в трубчатой печи, с последующим охлаждением полученного пара путем его разбавления воздухом или инертными газами.
Поставленная цель достигается тем, что генератор содержит кварцевую трубку-испаритель диаметром 6 мм с глухим цилиндрическим расширением на конце, верхняя часть которой выполнена в форме щелевидного сопла. Трубка-испаритель имеет: окошко для загрузки возгоняемых веществ, электропечь, термопару, нагревательный контур печи, второй контур нагревательного элемента, форсунку с щелевидным отверстием для охлаждения и разбавления полученного аэрозоля, держатель чашки, нагревательный элемент чашки, чашку для возгонки льдообразующих и гигроскопических веществ, четыре форсунки для обдувания воздухом или инертными газами полученного аэрозоля. В нижнюю часть трубки-испарителя впаяна стеклянная трубка, в которую через расширенную часть установлен держатель с чашкой для возгонки льдообразующих и гигроскопических веществ. В расширенную часть трубки-испарителя вмонтированы четыре форсунки для разбавления и интенсивного смешения горячего потока пара с воздухом или инертными газами. Процесс охлаждения и дальнейшего разбавления пара льдообразующих и гигроскопических веществ, выходящих из трубки-испарителя ускоряется путем обдува дополнительным потоком воздуха из форсунки с щелевидным соплом. С целью уменьшения охлаждения и предотвращения конденсации паров льдообразующих и гигроскопических веществ на верхнем конце трубки-испарителя имеется второй нагревательный контур из ни-хромовой спирали.
Чертеж модели генератора аэрозолей представлен на фиг.1. Предложенный генератор аэрозолей содержит кварцевую трубку-испаритель 1 диаметром 6 мм, верхняя часть которой выполнена в форме щелевидного сопла шириной 1 мм. В нижнюю часть трубки-испарителя 1 впаяна кварцевая трубка длиной 2-3 см, через которую в расширенную часть трубки вводится держатель 9 с нагревательным элементом 10, на который устанавливается чашка 8 для возгонки льдообразующих и гигроскопических веществ 5. В расширенную часть трубки-испарителя 7 вмонтированы четыре форсунки 4 для разбавления и интенсивного перемешивания горячего потока аэрозоля с воздухом или инертными газами. Процесс охлаждения и разбавления паров льдообразующих и гигроскопических веществ, выходящих из трубки-испарителя 7, ускоряется обдувом дополнительного потока воздуха или инертными газами из форсунки 6 с щелевидным соплом, имеющий размеры 8,0×1,5 мм. Форсунка установлена у выходного отверстия трубки-испарителя 7. С целью уменьшения охлаждения и предотвращения конденсации паров льдообразующих и гигроскопических веществ на верхнем конце трубки-испарителя 7 имеется второй нагревательный контур из нихромовой спирали 7. Нихромовая спираль 2 первого нагревательного контура предназначена для увеличения нагревания трубки-испарителя 7 и предотвращения конденсации на ней паров льдообразующих и гигроскопических веществ. Трубка-испаритель 7 с нагревательными контурами 2 и 7 имеет теплоизоляционный корпус 3.
Предлагаемый генератор аэрозолей работает следующим образом. Перед началом работы в трубке-испарителе 7 устанавливают постоянную рабочую температуру от 760 до 780°С с нагревательными контурами 2 и 7, время достижения которой составляет 30-40 мин. После установления рабочей температуры на чашке 8 взвешивается навеска порошка льдообразующего и гигроскопического вещества 5 и вставляется в держатель 9, который устанавливается в нижнюю часть трубки-испарителя 1. Затем чашке 8 держателя 9 нагревается до температуры плавления льдообразующего и гигроскопического вещества. Одновременно с возгонкой льдообразующего и гигроскопического вещества 5 через форсунки 4 и 6 подается воздух или инертные газы в нижнюю и верхнюю части трубки-испарителя 1 с расходом 1,5-2,5 л/мин. После первичной возгонки пар льдообразующего и гигроскопического вещества 5 конденсируется в непосредственной близости от нагревательного элемента 10 в нижней относительно холодной части трубки-испарителя 7. Образовавшиеся аэрозольные частицы льдообразующего и гигроскопического вещества разбавляются, перемешиваются потоком газа и поступают в верхнюю горячую зону, нагреваемую нихро-мовой спиралью 7 второго нагревательного контура, где некоторая часть конденсированного аэрозоля льдообразующего и гигроскопического вещества вновь испаряется. Разбавление образующего пара льдообразующего и гигроскопического вещества регулируется скоростью поступающего через форсунки 4 потока воздуха или инертных газов. Эта скорость в определенной степени влияет на интенсивность перемешивания горячего потока с воздухом или инертными газами на выходе трубки-испарителя 7. Процесс разбавления и охлаждения пара льдообразующего и гигроскопического вещества ускоряется дополнительным обдувом воздуха или инертными газами через форсунку 6 с щелевидным соплом размерами 8,0×1,5 мм, установленную у выходного отверстия на теплоизоляционном корпусе 3 генератора. Скоростью обдува составляет 15-21 м/с. Затем полученные пар и мелкодисперсная аэрозоль вводятся в холодильную камеру для количественного исследования льдообразующей и гигроскопической активности аэрозоля.
Учитывая многообразие факторов, влияющих на качественные характеристики аэрозоля свойства в процессе его генерации, предлагаемый генератор такой конструкции позволяет варьировать всеми наиболее существенными условиями получения аэрозолей с высоким содержанием монодисперсных частиц:
- температурой испарения льдообразующих и гигроскопических веществ;
- скоростью разбавления пара;
- интенсивностью охлаждения пара;
- составом газовой среды.
Преимуществом предложенного генератора аэрозолей является возможность увеличения выхода активных ядер конденсации на два порядка, по сравнению простой возгонкой, а также настройки работы генератора в зависимости от физико-химических свойств используемых льдообразующих и гигроскопических веществ.
Генератор прост в изготовлении и эксплуатации.