ITMI981977A1

ITMI981977A1 - PROCEDURE AND DEVICE FOR THE GENERATION OF A SOLID AREOSOL

Info

Publication number: ITMI981977A1
Application number: IT98MI001977A
Authority: IT
Inventors: Molter Leander; Friedrich Munzinger
Original assignee: Plas Gmbh Partikel Und Laserme
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-08
Also published as: GB2329186B; GB2329186A8; GB2329186A; DE19740617A1; ITMI981977A0; GB9818838D0; IT1302186B1

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:

“PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO PER LA GENERAZIONE DI UN AEROSOL SOLIDO” "PROCEDURE AND DEVICE FOR THE GENERATION OF A SOLID AEROSOL"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

L’invenzione concerne un iprocedimento per la generazione di un aerosol solido da un aerosol in soluzione, nonché un dispositivo per la generazione di un aerosol solido. The invention concerns a procedure for the generation of a solid aerosol from an aerosol in solution, as well as a device for the generation of a solid aerosol.

L’invenzione si riferisce in particolare alla generazione di un aerosol solido nucleo di condensazione, dovendo essere generato sui nuclei di condensazione, nell’ambito di un secondo stadio, un aerosol secondario solido che abbia una dispersione altamente omogenea. E tale ad esempio un generatore di aerosol noto del tipo Sinclair-Lamer, in cui in un ugello per due sostanze viene trascinata, da aria compressa fatta passare attraverso il medesimo, una soluzione liquida, quale ad esempio una soluzione di cloruro di sodio, con la quale viene generato un aerosol (primario) in soluzione. Per la generazione di nuclei solidi di condensazione, esso deve essere essiccato, ciò che avviene in un essiccatoio a diffusione presentante, ad esempio, una sostanza essiccante come un gel di silice. L’aerosol primario solido secco viene poi fatto passare attraverso un generatore di aerosol secondario, che presenta un vaporizzatore per aerosol portato a temperatura di regime, ed un connesso tratto di condensazione con dispositivo di riscaldamento. Per lo stato della tecnica si rinvia, a titolo di esempio, a DE 43 12 983 Al . The invention refers in particular to the generation of a solid condensation core aerosol, having to be generated on the condensation cores, as part of a second stage, a solid secondary aerosol that has a highly homogeneous dispersion. For example, a known aerosol generator of the Sinclair-Lamer type is such, in which a liquid solution, such as for example a sodium chloride solution, is dragged into a nozzle for two substances by compressed air passed through it. which is generated a (primary) aerosol in solution. For the generation of solid condensation cores, it must be dried, which takes place in a diffusion dryer having, for example, a drying substance such as a silica gel. The dry solid primary aerosol is then passed through a secondary aerosol generator, which has an aerosol vaporizer brought to operating temperature, and a connected condensation section with a heating device. For the state of the art, reference is made, by way of example, to DE 43 12 983 A1.

Svantaggiosa è specialmente la necessità di un essiccatoio a diffusione, in particolare con un gel di silice quale siccativo, perché questo dev’essere continuamente sostituito e depurato e, inoltre, la sostanza al gel di silice può parimenti generare particelle nell’aerosol, che possono portare, nel generatore di dell’aerosol secondario, a particelle più grosse, pregiudicando così l’omogeneità della dispersione dell’aerosol finale generato. Ciò avviene specialmente quando, come spesso è il caso, siano necessarie particelle molto piccole dell’aerosol primario. Especially disadvantageous is the need for a diffusion dryer, in particular with a silica gel as a siccative, because this has to be continuously replaced and purified and, furthermore, the silica gel substance can also generate particles in the aerosol, which can lead, in the secondary aerosol generator, to larger particles, thus compromising the homogeneity of the dispersion of the final aerosol generated. This happens especially when, as is often the case, very small particles of the primary aerosol are needed.

Scopo delfinvenzione è dunque di creare un procedimento ed un dispositivo in cui sia evitata la necessità di un essiccatoio a diffusione, con gel di silice quale siccativo. The object of the invention is therefore to create a process and a device in which the need for a diffusion dryer, with silica gel as a siccative, is avoided.

In base all’invenzione il detto scopo si ottiene con un procedimento del tipo citato sopra, che si caratterizza per il fatto che l’aerosol in soluzione viene convogliato, con goccioline di grossezza inferiore a circa 1 μm, attraverso un vaso di espansione. Un dispositivo per il raggiungimento del detto scopo si caratterizza per un generatore di aerosol in soluzione per la generazione di un aerosol in soluzione, con goccioline di diametro inferiore a 1 pm ed un vaso di espansione connesso al medesimo. On the basis of the invention, the said purpose is achieved with a process of the type mentioned above, which is characterized by the fact that the aerosol in solution is conveyed, with droplets having a thickness of less than about 1 μm, through an expansion vessel. A device for achieving this purpose is characterized by an aerosol generator in solution for the generation of an aerosol in solution, with droplets having a diameter of less than 1 µm and an expansion vessel connected thereto.

In una conformazione preferita è previsto che l’aerosol in soluzione, dalla parte superiore del vaso di espansione entri nello stesso e/o che l’aerosol esca dal vaso di espansione attraverso la parte superiore di esso, o rispettivamente che il vaso di espansione presenti, nella propria parte superiore, un ingresso, e/o uno scarico. In a preferred configuration, the aerosol in solution enters the same from the upper part of the expansion vessel and / or the aerosol exits the expansion vessel through the upper part thereof, or respectively that the expansion vessel has , in its upper part, an inlet, and / or a drain.

Il perfezionamento dell’ invenzione prevede che, prima dell’entrata dell’aerosol in soluzione nel vaso di espansione, dall’aerosol in soluzione vengano siano separate goccioline in un separatore a ciclone o semplicemente in un separatore, entrando in particolare un aerosol in soluzione generato nel separatore a ciclone in direzione tangenziale. Una dimensione ridotta delle goccioline può essere assicurata specialmente per il fatto che il diametro del ciclone è inferiore a 30 mm e la lunghezza del tubo! che porta ad esso in direzione tangenziale è superiore a 15 mm, mentre il diametro del tubo misura meno di 4 mm. Preferibilmente è previsto che l’aerosol in soluzione venga generato da una corrente in volume della soluzione di 0,5-0,75 1/h, operandosi in particolare con una corrente in volume, per la generazione dell’aerosol, di 3-5 l/min. The improvement of the invention provides that, before the aerosol in solution enters the expansion tank, droplets are separated from the aerosol in solution in a cyclone separator or simply in a separator, entering in particular an aerosol in solution generated in the cyclone separator in the tangential direction. A small droplet size can be ensured especially by the fact that the cyclone diameter is less than 30mm and the tube length! leading to it in the tangential direction is greater than 15 mm, while the diameter of the pipe measures less than 4 mm. Preferably, it is envisaged that the aerosol in solution is generated by a stream by volume of the solution of 0.5-0.75 1 / h, operating in particular with a stream by volume, for the generation of the aerosol, of 3-5 l / min.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche dell’invenzione si ricavano dalle rivendicazioni e dalla seguente descrizione, nella quale è spiegato in dettaglio un esempio di realizzazione dell’ invenzione, con riferimento al disegno. In esso mostra: Further advantages and features of the invention are derived from the claims and the following description, in which an example of the invention is explained in detail, with reference to the drawing. In it it shows:

Fig. 1 un generatore di aerosol del tipo Sinclair-Lamer, con un dispositivo secondo l’invenzione per la generazione di un aerosol (primario); Fig. 1 an aerosol generator of the Sinclair-Lamer type, with a device according to the invention for the generation of a (primary) aerosol;

Fig. 2 il dispositivo secondo l’invenzione in sezione verticale; Fig. 2 the device according to the invention in vertical section;

Fig. 3 il dispositivo secondo l’invenzione in vista dall’alto, parzialmente tagliato; e Fig. 4 una rappresentazione ingrandita dell’ugello per due sostanze impiegato nel dispositivo secondo l’invenzione. Fig. 3 the device according to the invention in top view, partially cut; and Fig. 4 an enlarged representation of the nozzle for two substances used in the device according to the invention.

Un generatore di aerosol Sinclair-Lamer presenta una fonte 1 di gas inerte, ad esempio sotto forma di bombola sotto pressione, a valle della quale è sistemato un riduttore 2 di pressione. A questo può seguire un filtro 3. In base all’invenzione è inoltre previsto un generatore 4 dell’aerosol primario, per la generazione di un aerosol primario solido. Può essere presente inoltre un misuratore 6 di portata. In tutti i casi un generatore di aerosol Sinclair-Lemer presenta inoltre un generatore 7 di aerosol secondario, per la generazione di un aerosol secondario mediante condensazione di sostanza per aerosol evaporata, sui nuclei di condensazione della sostanza' solida generati dal generatore dell’aerosol primario, il generatore dell’aerosol secondario presenta] un vaporizzatore 8 per aerosol, portato a temperatura di regime, nel quale viene fatto evaporare aerosol in conformità alla temperatura portata a regime ed alla pressione di saturazione del vapore, fino alla concentrazione di saturazione. Al vaporizzatore 8 dell’aerosol si unisce un tratto 9 di condensazione, con un dispositivo 10 di riscaldamento. Qui la miscela nucleovapore viene dapprima riscaldata fin oltre il punto di ebollizione della sostanza per l’aerosol, venendo così fatti nuovamente evaporare i prodotti di condensazione formatisi prematuramente, sicché essi non svolgono azioni di disturbo sull’aerosol. Nel tratto di condensazione la miscela nucleo-vapore, con flusso laminare, viene raffreddata. Grazie alla soprassaturazione che in tal modo si produce, ha luogo una condensazione della sostanza dell’aerosol sui nuclei di condensazione. A Sinclair-Lamer aerosol generator has a source 1 of inert gas, for example in the form of a pressurized cylinder, downstream of which a pressure reducer 2 is arranged. This can be followed by a filter 3. According to the invention, a primary aerosol generator 4 is also provided, for the generation of a primary solid aerosol. A flow meter 6 may also be present. In all cases, a Sinclair-Lemer aerosol generator also has a secondary aerosol generator 7, for the generation of a secondary aerosol by condensation of substance by evaporated aerosol, on the condensation cores of the solid substance generated by the primary aerosol generator. , the secondary aerosol generator has a vaporiser 8 for aerosol, brought to steady-state temperature, in which the aerosol is evaporated in accordance with the steady-state temperature and the saturation pressure of the vapor, up to the saturation concentration. A condensation section 9 joins the aerosol vaporizer 8, with a heating device 10. Here the nucleovapor mixture is first heated to beyond the boiling point of the substance by the aerosol, thus the condensation products formed prematurely are evaporated again, so that they do not disturb the aerosol. In the condensation section the core-vapor mixture, with laminar flow, is cooled. Thanks to the oversaturation that is produced in this way, a condensation of the aerosol substance takes place on the condensation nuclei.

Inoltre nel generatore 7 dell’aerosol in condensazione può essere previsto un elemento di separazione dei nuclei, eventualmente con un bypass per la regolazione della condensazione dei nuclei di diffusione e, inoltre, un bypass lungo il vaporizzatore dell’aerosol, per la regolazione della concentrazione del vapore, in modo di per sé noto. Furthermore, a core separation element can be provided in the condensing aerosol generator 7, possibly with a bypass for regulating the condensation of the diffusion cores and, moreover, a bypass along the aerosol vaporizer, for regulating the concentration. of steam, in a way known per se.

Il generatore di aerosol primario, per la generazione di un aerosol solido presentante nuclei di condensazione, presenta innanzitutto un blocco 11 funzionale, sul cui lato 12 inferiore sono fissate, mediante filettature, da un lato una bottiglia 13 per soluzioni saline, che contiene una soluzione 14 salina, e d’altra parte una camera 16 di espansione. Al di sopra della bottiglia 13 per soluzioni è formata, nel blocco 11, una cavità 17, che è collegata alla bottiglia 13 tramite un elemento 18 a tubo. La cavità 17 è coperta, sul lato 18 (n.d.t.: 18’) del blocco 11 funzionale, da un blocco 19 di scarico che reca un manicotto 21 di scarico penetrante in profondità, ma non fino al fondo della cavità 17. The primary aerosol generator, for the generation of a solid aerosol having condensation cores, first of all has a functional block 11, on the lower side 12 of which a bottle 13 for saline solutions is fixed on one side by means of threads, which contains a solution 14 saline, and on the other hand an expansion chamber 16. Above the solution bottle 13 a cavity 17 is formed in the block 11, which is connected to the bottle 13 by means of a tube element 18. The cavity 17 is covered, on the side 18 (note: 18 ') of the functional block 11, by a discharge block 19 which has a discharge sleeve 21 penetrating deeply, but not up to the bottom of the cavity 17.

Di fianco alla cavità 17 è previsto, in direzione della medesima, un ingresso 22 per aerosol liquidi, che porta nella cavità 17 perpendicolarmente e tangenzialmente. L’ingresso 22 e la cavità 17 formano così insieme un ciclone 23, o separatore a ciclone. Next to the cavity 17 there is provided, in the direction of the same, an inlet 22 for liquid aerosols, which leads into the cavity 17 perpendicularly and tangentially. The inlet 22 and the cavity 17 thus together form a cyclone 23, or cyclone separator.

A monte dell’ingresso 22 è sistemato un ugello 24 per due sostanze che presenta un tubo capillare 26 centrale e, poco prima dello sbocco 27 del tubo capillare 26 di circa 20 mm di lunghezza e 0,5 mm di diametro, ha una camera 28 anulare nella quale sbocca radialmente un ingresso 29 per gas inerti. Il tubo 26 capillare il suo scarico 27 sboccano appena prima del tubo 22 di ingresso del ciclone. Upstream of the inlet 22 there is a nozzle 24 for two substances which has a central capillary tube 26 and, just before the outlet 27 of the capillary tube 26 of about 20 mm in length and 0.5 mm in diameter, has a chamber 28 annular in which an inlet 29 for inert gases opens radially. The capillary tube 26 and its discharge 27 open just before the cyclone inlet tube 22.

Esso è collegato, attraverso un tubo 31, alla bottiglia 13 delle soluzioni. Il manicotto 21 del blocco 19 di copertura è collegato, tramite un condotto 32, con un ingresso 33 che porta nella zona superiore del vaso 18 di espansione. Sempre dal lato superiore del vaso 16 di espansione, un condotto 34 di scarico prosegue e perviene, ad esempio, in modo particolare attraverso un dispositivo 6 di misurazione nonché eventualmente attraverso gli elementi citati sopra, ad un generatore 7 di aerosol secondario, come quello descritto sopra. It is connected, through a tube 31, to the bottle 13 of the solutions. The sleeve 21 of the covering block 19 is connected, by means of a conduit 32, with an inlet 33 which leads to the upper area of the expansion vessel 18. Still from the upper side of the expansion vessel 16, an exhaust duct 34 continues and reaches, for example, in particular through a measuring device 6 and possibly through the elements mentioned above, to a secondary aerosol generator 7, such as the one described. over.

Con il generatore di aerosol primario solido secondo l’invenzione, spiegato sopra, viene generato un aerosol sòlido con particelle secche di grandezza inferiore ad 1 μm di diametro, che possono essere impiegate in modo ottimale quali nuclei di condensazione in un generatore di aerosol secondario, come nel descritto generatore di aerosol Sinclair-Lamer. With the primary solid aerosol generator according to the invention, explained above, a solid aerosol is generated with dry particles smaller than 1 μm in diameter, which can be optimally used as condensation cores in a secondary aerosol generator, as in the described Sinclair-Lamer aerosol generator.

A tale scopo il tubo 22 di ingresso del ciclone 23 presenta, nell’esempio di realizzazione illustrato, un diametro di 3 mm ed una lunghezza di 18 mm e la cavità 17 un diametro di 25 mm. For this purpose, the inlet pipe 22 of the cyclone 23 has, in the illustrated embodiment example, a diameter of 3 mm and a length of 18 mm and the cavity 17 a diameter of 25 mm.

Attraverso l’ingresso 29 gas inerte sotto pressione, ad esempio ad una sovrappressione di un bar, fluisce nell’ugello 24 per due sostanze e trascina così, attraverso il tubo 26 capillare, una soluzione 14, come una soluzione di NaCl con una concentrazione di circa 10 mg/1, fuori dal recipiente 13 delle soluzioni, formando in tal modo un aerosol liquido che, attraverso il tubicino 22 del separatore a ciclone, entra tangenzialmente nella cavità 17, che presenta una parete perimetrale cilindrica. Concentrazioni di NaCl di 8-20 mg/1 sono senz’altro adatte. Nell’esempio di realizzazione si è operato con una corrente in volume di 0,64 1/h della soluzione pura, una corrente del gas di 4 l/min ed una velocità di afflusso di circa 185 m/sec. Con altre soluzioni possono essere opportune altre concentrazioni e parametri di funzionamento. È essenziale che essi siano impostati in modo tale per cui la grandezza delle goccioline che entrano nel vaso di espansione non superi sostanzialmente 1 μm, ciò che si può provare nei modi usuali, in modo da poter impostare i parametri. Through the inert gas inlet 29 under pressure, for example at an overpressure of one bar, it flows into the nozzle 24 for two substances and thus carries, through the capillary tube 26, a solution 14, such as a solution of NaCl with a concentration of about 10 mg / 1, out of the container 13 of the solutions, thus forming a liquid aerosol which, through the tube 22 of the cyclone separator, enters tangentially into the cavity 17, which has a cylindrical perimeter wall. NaCl concentrations of 8-20 mg / 1 are certainly suitable. In the example of realization, it was operated with a volume flow of 0.64 1 / h of the pure solution, a gas flow of 4 l / min and an inflow speed of about 185 m / sec. With other solutions, other concentrations and operating parameters may be appropriate. It is essential that they are set in such a way that the size of the droplets entering the expansion vessel does not substantially exceed 1 μm, which can be tested in the usual ways, in order to be able to set the parameters.

Le particelle più grosse vengono separate, mentre le particelle più piccole, a causa della sovrappressione, entrano, attraverso il manicotto 21 ed il tubo 22, nel vaso 16 di espansione, nel quale ha luogo una condensazione e quindi un consolidamento delle goccioline dell’aerosol liquido. Solo nuclei di sostanze solide escono attraverso il tubo 34 e possono essere ulteriormente impiegate, nel modo indicato sopra, quali nuclei di condensazione. The larger particles are separated, while the smaller particles, due to the overpressure, enter, through the sleeve 21 and the tube 22, into the expansion vessel 16, in which condensation and therefore a consolidation of the aerosol droplets takes place. liquid. Only cores of solid substances exit through the tube 34 and can be further used, in the manner indicated above, as condensation cores.

La massima grandezza delle particelle di sostanze solide può essere controllata specialmente attraverso i dati del generatore di aerosol in soluzione, nonché i parametri di funzionamento. Quanto minore è il diametro della cavità 17, tanto minori sono le particelle solide e anche più lungo è il tubo di ingresso. The maximum particle size of solid substances can be controlled especially through the data of the aerosol dispenser in solution as well as the operating parameters. The smaller the diameter of the cavity 17, the smaller the solid particles and also the longer the inlet pipe.

Claims

CLAIMS 1. Process for generating a solid aerosol from an aerosol in solution, characterized by the fact that the aerosol in solution, with droplets smaller than about 1 μm, is conveyed through an expansion vessel.

2. Process according to claim 1, characterized in that the aerosol in solution, from the upper part of the expansion tank, enters the same.

3. Process according to claim 1 or 2, characterized by the fact that the aerosol exits the expansion tank through the upper part of the same.

4. Process according to the preceding claims, characterized in that, before the aerosol in solution enters the expansion tank, droplets of the liquid are separated from the aerosol in solution in a separator.

5. Process according to claim 4, characterized in that the droplets of the liquid are separated in a cyclone separator.

6. Process according to claim 4 or 5, characterized in that a generated aerosol in solution enters tangentially into the separator.

7. Process according to claim 4, 5 or 6, characterized in that the separation of the droplets; of the solution takes place in a cyclone with a diameter of less than 30 mm.

8. Process according to one of claims 4 to 7, characterized in that the aerosol in solution enters the cyclone tangentially, through a tube longer than 15 mm.

9. Process according to claims 4-8, characterized in that the aerosol in solution enters the separator through a tube with a diameter of less than 4 mm.

10. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the aerosol in solution is generated in an emulsifying nozzle (nozzle for two substances).

11. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the aerosol in solution is generated with a volume flow of 0.5-0.75 1 / h of the solution.

12. Process according to one of claims 1 to 11, characterized in that it operates with a gas volume flow of 3-5 1 / h for the generation of the aerosol.

13. Process according to one of claims 4 to 12, characterized in that the aerosol in solution enters the separator at a speed between 150 m / sec and 200 m / sec.

14. Device for the generation of a solid aerosol, characterized by a generator (23) of aerosol in solution, for the generation of an aerosol in solution, with droplets having a diameter of less than 1 μm and an expansion vessel (16) to it united.

15. Device according to claim 14, characterized by the fact that the expansion vessel (16) has, in its upper part, an inlet and / or an outlet.

Device according to one of claims 14 or 15, characterized in that the solution aerosol generator has an emulsifying nozzle (24) (nozzle for two substances).

17. Device according to claim 14, 15, or 16, characterized in that the solution aerosol generator has a separator (23).

18. Device according to claim 17, characterized in that the separator is a cyclone separator (23).

19. Device according to claim 18, characterized by the fact that the cyclone separator (23) has an inlet tube that leads tangentially into it, upstream of which the emulsifier nozzle (24) is arranged.

20. Device according to claim 17, 18, or 19, characterized in that the separator (23) has a diameter of less than 30 mm.

21. Device according to claim 19 or 20, characterized in that the inlet pipe (22) has a length greater than 15 mm.

Device according to one of claims 19-21, characterized in that the inlet tube (22) has a diameter of less than 4 mm.