Zastosowanie rozpylaczy wirowych

Szerokie zainteresowanie tematyką rozpylania związane jest z powszechnością występowania tego zjawiska na różnych płaszczyznach. W warunkach domowych rozpylona struga cieczy powstaje chociażby poprzez głowice prysznicowe, węże ogrodowe, atomizery do perfum, środków czyszczących, czy kosmetyków. Z operacją tą spotkać się można również podczas stosowania aerozoloterapii, jako metody podawania leku. Wśród poznanych i opisanych konstrukcji wciąż największym zainteresowaniem cieszą się rozpylacze wirowe oraz ich modyfikacje.

Isa i inni (2019) w swojej pracy podają możliwość zastosowania rozpylaczy wirowych do automatycznego środka dezynfekującego do rąk (ang. Automatic Hand Sanitizer (AHS)).

71

Obrazuje to szerokie pole aplikacji tego typu konstrukcji: w szkołach, miejscach pracy i placówkach opieki zdrowotnej. Motywacją do podjęcia tego typu rozważań były pojawiające się problemy z natryskiem środka dezynfekującego. Standardowa aplikacja często wiąże się z tym, że nanoszony środek nie obejmuje wszystkich części dłoni, objętość substancji jest niewystarczająca lub nieprecyzyjnie dozowana. Przeprowadzono symulacje numeryczne, które obejmowały analizę kąta rozpylania oraz średniej średnicy Sautera.

Badanymi mediami były woda oraz alkohol etylowy, które mogłyby być bazami do potencjonalnego, rzeczywistego zastosowania.

Ponadto rozpylanie cieczy jest operacją jednostkową stosowaną powszechnie w wielu gałęziach przemysłu (rysunek 17), np.: podczas suszenia rozpyłowego, w energetyce, przemyśle lotniczym, inżynierii chemicznej, przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, lakiernictwie, przemyśle motoryzacyjnym, ochronie środowiska, czy rolnictwie.

Rysunek 17. Zastosowanie procesu rozpylania.

W najpowszechniejszym ujęciu rozpylaniu poddawane są zwykle woda i paliwa, w praktyce rozpylać można cieczy o ekstremalnie różnych właściwościach, przykładowo oleje, farby, lakiery, zawiesiny, czy roztopione metale.

Jedną z kluczowych dziedzin gospodarki, w której można znaleźć największe możliwości aplikacyjne dla procesu rozpylania jest energetyka. Rozpylanie cieczy jest tu wykorzystywane podczas takich operacji jak: spalanie, chłodzenie, czy czyszczenie ekranów kotłowych (Orzechowski i Prywer, 2008).

72

Spalanie jest realizowane w paleniskach kotłowych, dzięki zastosowaniu różnych palników, a także w turbinach gazowych. Taką aplikację ciśnieniowych rozpylaczy wirowych przedstawiają w swojej pracy np. Moon i inni (2009). Rozpylacze wirowe wykorzystywane w paleniskach kotłowych muszą zapewnić odpowiednią jakość rozpylenia. Należy pamiętać, że konstrukcje te pracują w zmiennych warunkach obciążeń kotła. Koniecznym jest, by zastosowane rozpylacze umożliwiały uzyskiwanie kropel o jednolitych rozmiarach oraz by kąt rozpylania również charakteryzował się małą zmiennością. Spośród rozpylaczy wirowych taki efekt najlepiej pozwalają osiągnąć rozpylacze dwustopniowe.

Rozpylanie podczas chłodzenia obejmuje schładzanie za pomocą rozpylonej wody gazów, cieczy, jak i ciał stałych. Efektywność chłodzenia wody można zwiększyć poprzez większe jej rozpylenie – uzyskiwanie mniejszych średnic kropel. Można to osiągnąć poprzez zmianę konstrukcji, czy geometrii rozpylacza, zmianę warunków przeprowadzenia procesu (np.

wzrost ciśnienia cieczy).

Rozpylacze wirowe z powodzeniem są również stosowane w transporcie i komunikacji: w silnikach spalinowych, silnikach przepływowych stosowanych w lotnictwie, czy silnikach rakietowych (Jayapal i inni, 2018). W przypadku silników spalinowych warunkiem koniecznym jest bardzo dobre rozpylenie paliwa, aby możliwie skrócić opóźnienie zapłonu. Rozpylacze wirowe wykorzystywane są zarówno do wtryskiwania paliwa Diesla, benzyny i gazu (LPG).

Także przemysł spożywczy oferuje szeroką gamę możliwości gdzie z powodzeniem wykorzystywane są rozpylacze o ruchu zawirowanym. Zjawisko rozpylania jest składową etapu czyszczenia urządzeń produkcyjnych, np. w browarach, czy zakładach destylacyjnych.

Aktualnie często stosuje się stacje mycia w systemie CIP. Pozwalają one na czyszczenie wewnętrznej powierzchni aparatury i instalacji po produkcji oraz przygotowują do potencjalnego zastosowania. Rozwiązanie to pozwala na znaczną redukcję zużycia środków myjących oraz wody. Inną możliwością wykorzystania w tej dziedzinie rozpylania jest natryskiwanie i powlekanie wyrobów spożywczych, a także konserwacja produktów spożywczych (Orzechowski i Prywer, 1991; Broniarz-Press i Ochowiak, 2007).

W przemyśle maszynowym rozpylanie cieczy spotkać można przede wszystkim w odniesieniu do nanoszenia różnorodnych powłok – farb, lakierów, klejów, tworzyw.

Ponadto wykorzystywane jest także na etapie wstępnego przygotowania powierzchni do dalszej obróbki. W tym kontekście rozpylona struga używana jest do mycia części, np.

metalowych, aby je oczyścić (przede wszystkim odtłuścić) oraz zneutralizować, chociażby

73

przed malowaniem (Qi i Zhao, 2013). Rozpylona ciecz służy również do chłodzenia wyrobów, jak i maszyn podczas produkcji wyrobów odlewniczych i hutniczych.

Aby otrzymać obfite plony o satysfakcjonującej jakości koniecznym jest stosowanie w rolnictwie płynnych chemikaliów. Opryskiwanie środkami ochrony roślin polega na możliwie równomiernym pokryciu obiektu (rośliny) niewielkimi kropelkami rozpylonej cieczy. Oprócz funkcji ochronnej rozpylanie jest wykorzystywane tu także do nawożenia, czy zraszania gleby. W zabiegach agrotechnicznych rozpylacze wirowe stosowane są głownie w dziale rolnictwa obejmującego uprawy warzywne oraz sadownictwo. Ponadto użytkowane są także w trudnych warunkach pogodowych i przy zwiększonej prędkości roboczej.

Zastosowanie procesu rozpylania w ochronie środowiska związane jest z kwestią oczyszczania gazów, stanowiących źródło skażenia atmosfery. Innym ważnym obszarem aplikacyjnym rozpylania jest tu nawilżanie materiałów sypkich podczas transportu oraz ochrona przed eksplozją pyłu w kopalni (Szponder, 2006). Za pomocą rozpylaczy możliwe jest wytworzenie zasłon wodnych, które pozwalają na zahamowanie rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w działalności przemysłowej.

Obszar ochrony przeciwpożarowej i bezpieczeństwa jako płaszczyzny do aplikacji rozpylania związany jest z systemami gaśniczymi oraz usuwaniem pyłów (Yule i Widger, 1996; Xie i inni, 2013; Xie i inni, 2014). Kluczowym wymaganiem dla dysz stosowanych w ochronie przed ogniem dotyczy możliwości uzyskania szerokiego kąta rozpylania. Ponadto wykorzystuje się także tzw. kurtyny wodne, w celu ochrony przed rozprzestrzenianiem się pyłów, neutralizacji gazów oraz chłodzenia zagrożonych obiektów.

Zjawisko rozpylania jest także powszechnie wykorzystywane w medycynie i przemyśle farmaceutycznym, czy kosmetyce. Występuje w takich procesach, jak chociażby produkcja kapsułek, pigułek, tabletek, tworzenie emulsji. Ponadto dotyczy wspomnianej już wcześniej nebulizacji, a także aplikowania środków dezynfekujących.