Розпилення

Основним енергетичним фактором, що приводить до розпаду рідини на краплі, є тиск нагнітання. Проходячи через розпилювальний пристрій, рідинної потік, по-перше, набуває досить високої швидкості і, по-друге, перетворюється у форму, що сприяє швидкому та ефективному розпаду (струмінь, плівка, великі частки, залежно від приналежності розпилювача до того чи іншого класу).

Гідравлічне розпилення є найекономічнішим за споживанням енергії (2-4 кВт на диспергування 1 т рідини), проте створюваний при цьому розпил — досить грубий і неоднорідний, утрудненими є регулювання витрати при заданій якості дроблення, а також розпилення високов'язких рідин. У той же час цей спосіб є поширеним внаслідок порівняльної його простоти.

При цьому способі рідина отримує енергію внаслідок тертя об робочий елемент, що швидко обертається. Набуваючи разом з робочим елементом обертального руху, вона під дією відцентрових сил зривається з розпилювача (у вигляді плівок або струменів) і дробиться на краплі.

До переваг цього способу слід віднести можливість розпилювання високов'язких і забруднених рідин та можливість регулювання продуктивності розпилювача без істотної зміни дисперсності. Недоліками є те, що обертові розпилювачі є дорогими, складними у виготовленні та експлуатації, енергоємні (15 кВт на диспергування 1 т рідини). Механічне розпилення використовують головним чином для дроблення в'язких рідин і суспензій.

При такому способі диспергування енергія підводиться до рідини головним чином у результаті динамічної її взаємодії з високошвидкісним потоком газу (розпилювальним агентом). Завдяки великій відносній швидкості потоків в розпилювачі або за його межами рідина спочатку розшаровується на окремі нитки, які потім розпадаються на краплі.

До переваг пневматичного способу належать невелика (у той час як при гідравлічному способі вона істотна) залежність якості розпилювання від витрати рідини, надійність в експлуатації, можливість розпилювання високов'язких рідин. Недоліками є підвищена витрата енергії на розпилювання (50-60 кВт на 1 т рідини), потреба у розпилювальному агенті та в обладнанні для його подавання.

Цей вид розпилення у багато в чому схожий з пневматичним. Рідина отримує енергію при взаємодії з потоком газу. Однак при цьому, на відміну від пневматичного розпилювання, газу надаються коливання ультразвукової частоти, що за інших рівних умов забезпечує тонше та однорідніше дроблення.

Цей спосіб розпилювання економічніший і перспективніший, ніж пневматичне диспергування, проте конструкції акустичних розпилювачів є дещо складнішими, ніж пневматичних.

За цим способом рідині ще до її витікання або в момент витікання надають електростатичний заряд. Під дією кулонівських сил струмінь (плівка) рідини розпадається на краплі таких розмірів, при яких сили взаємного відштовхування крапель врівноважуються силами поверхневого натягу.

Можливий і інший варіант, коли рідину подають в область сильного електростатичного поля, під дією якого на поверхні рідини відбувається деякий перерозподіл тиску. Це викликає деформацію струменя і розпадання його на краплі.

Недоліками електростатичного розпилювання є потреба в дорогому обладнанні, його висока енергоємність, мала продуктивність і складність обслуговування. Цей метод знаходить застосування в деяких розпилювальних сушарках і при фарбуванні методом розпилювання.

Рідина подається на елемент п'єзоелектричного або магнетострикційного генератора, що коливається з ультразвуковою частотою і зривається з нього у вигляді дрібних крапель.

Недоліками п'єзоелектричних і магнетострикційних розпилювачів є мала продуктивність (від 0,5 до 6 кг/год) і необхідність складного та дорогого устаткування.

Відмінною особливістю даного способу є накладення пульсацій тиску або витрати (частіше — і того, й іншого) на потік рідини, що розпилюється. Додаткові коливання рідинної плівки (або струменя), що виникають при цьому сприяють збільшенню поверхневої енергії, швидкій втраті стійкості потоку і, як наслідок, тоншому диспергуванню.

Пульсаційне розпилення може поєднуватися з будь-яким з розглянутих вище способів. При цьому до переваг того чи іншого способу додається підвищення якості та однорідності дроблення, що відбувається у ряді випадків без збільшення енерговитрат і при незначному ускладненні конструкції розпилювачів.

За цим способом рідину перед подачею в розпилювач або безпосередньо в самому розпилювачі насичують газом. Розподілений в рідині у вигляді бульбашок газ стискається до її тиску і частково розчиняється. При цьому зростає і поверхнева енергія потоку. Зростання енергії, а також швидке розширення бульбашок і десорбція газу при виділенні рідини з розпилювача призводять до її розпаду на дрібніші, ніж за умов звичайного гідравлічного розпилювання, краплі.

За цим способом потокові рідини надається додаткова енергія за рахунок високовольтного електричного розряду (пробою рідини) в порожнині розпилювача. У плазмовому шнурі, що утворюється, спостерігається стрибок температури до декількох тисяч градусів і стрибок тиску до декількох тисяч атмосфер. Відбувається викид високошвидкісного потоку крапель, які наздоганяють і додатково дроблять частинки, що покинули розпилювач в період між імпульсами. Крім того, ефекти, що супроводжують розряд (ударна хвиля, кавітація) тривають практично весь проміжок часу між імпульсами і також призводять до дроблення рідини, що покидає розпилювач за цей час.

Поєднання декількох перерахованих вище способів розпилювання дозволяє отримати такі характеристики розпилювання, які неможливо забезпечити застосуванням кожного з них окремо. Наприклад, поєднання пневматичного і гідравлічного методів (пневмо-гідравлічне розпилення) дозволяє отримати розпил з дисперсними характеристиками, що не поступаються отриманим при пневматичному розпилюванні, але при значно менших витратах енергії. Будь-який із згаданих способів розпилювання може виявитися найекономічнішим для конкретних умов виробництва та вимог до якості і дисперсності готового продукту.