Zweistoffdüsen oder pneumatische Zerstäuber als Alternative zu den Einstoff-Druckdüsen

Zweistoffdüsen, auch pneumatische Zerstäuber genannt, unterscheiden sich von ihrer Funktionsweise grundlegend von den Einstoff-Druckdüsen. Aus der vollkommen anderen Art der Energiespeisung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten oder Suspensionen resultieren einige nennenswerte Vorteile.

Mit Dampf beheizte Düsenlanze nach dem Prinzip der Zweistoffdüsen für hoch viskose Fluide. Eine Spezialanfertigung der IBR Zerstäubungstechnik GmbH.

Beispiel einer mit Dampf beheizten Düsenlanze.

Diese wird zum Zerstäuben hoch viskoser Flüssigkeiten bei größeren Volumenströmen genutzt. Spezialanfertigung der IBR Zerstäubungstechnik GmbH für eine industrielle Produktion. 

Zweistoffdüse nach dem Prinzip des Parfüm-Zerstäubers. Eine Entwicklung der IBR Zerstäubungstechnik GmbH für kleine Volumenströme.

Beispiel einer Zweistoffdüse für geringe Volumenströme.

Diese Zweistoffdüse wurde von der IBR Zerstäubungstechnik GmbH entwickelt, um extrem kleine Volumenströme eines speziellen Fluides zu sehr feinen Tropfen zu zerstäuben. 

 

Die Energie für das Zerstäuben mit Zweistoffdüsen liefert ein strömendes Gas! Also in erster Linie Druckluft oder Dampf. Dabei wird der Effekt genutzt, dass strömende Gase wegen ihrer relativ geringen Dichte ρG bereits bei verhältnismäßig geringen Druckdifferenzen Δp sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten erreichen.

Maximale Strömungsgeschwindigkeit eines Fluides als Funktion der Druckdifferenz und der Dichte. Diese Strömungsgeschwindigkeit kann üblicherweise maximal Schallgeschwindigkeit erreichen.

So erreicht beispielsweise Druckluft bei einer Druckdifferenz von etwas mehr als einem bar bereits Schallgeschwindigkeit! Bei einer Flüssigkeit mit weitaus höherer Dichte ρL hingegen wären bereits extrem hohe Drücke erforderlich, um diese Geschwindigkeitsbereiche zu erreichen. Dieses lässt sich nach neben stehender Formel leicht abschätzen.

Das bedeutet für die praktische Anwendung, dass die zu zerstäubende Flüssigkeit selbst nur eine geringe Strömungsgeschwindigkeit aufweisen muss. Bereits hier wird deutlich, welche Vorteile sich besonders beim Zerstäuben kleiner Volumenströme und / oder hoher Viskosität der zu zerstäubenden Flüssigkeit ergeben. Besonders für derartige Aufgabenstellungen stellen Zweistoffdüsen häufig die einzige praktikable Alternative zu Einstoff-Druckdüsen dar.

Ein weiterer wichtiger Aspekt beim Betrieb einer Zweistoffdüse ist, dass diese Düsenbauart in der Regel deutlich feinere Tropfengrößenverteilungen liefert als Einstoff-Druckdüsen. 

Die Vor- und Nachteile der Zweistoffdüsen kurz und nicht umfassend dargestellt:

  • Geringe Volumenströme an Flüssigkeiten lassen sich sehr fein zerstäuben. Hier versagen häufig Einstoff-Druckdüsen.
  • Höhere Viskositäten einer Flüssigkeit sind bei Zweistoffdüsen weniger problematisch als bei Einstoff-Druckdüsen.
  • Der Volumenstrom an Flüssigkeit kann bei Zweistoffdüsen in weiten Bereichen geregelt werden. Bei Einstoff-Druckdüsen ist dieses nur über den Differenzdruck Δp möglich. Gleichzeitig hat dieses dann einen nennenswerten Einfluss auf das Tropfengrößenspektrum.
  • Zweistoffdüsen liefern bei einer optimalen Auslegung sehr feine Tropfendurchmesser. Ein Vorteil für viele verfahrenstechnische Anwendungen.
  • Je nach Bauart der Zweistoffdüse kann diese deutlich unempfindlicher gegenüber Verstopfungen ausgelegt werden als Einstoff-Druckdüsen. Vorteilhaft insbesondere beim Zerstäuben verschmutzter Flüssigkeiten oder Suspensionen.
  • Das Erzeugen von Druckluft oder einem anderen Druckgas (Inertgas) ist energetisch gesehen aufwendig.
  • Vereinzelt dürfen in verfahrens- oder produktionstechnische Abläufe keine zusätzlichen Gase eingebracht werden.
  • Der Sprayimpuls an Zweistoff-Düsen ist aufgrund der großen Gasgeschwindigkeit hoch. Hier ist im Einzelfall zu entscheiden, ob Prozess bedingte Randbedingungen eingehalten werden können!

Abgesehen von der Tatsache, dass zudem zwischen Düsen dieses Types mit innerer Mischung und äußerer Mischung zu unterscheiden ist, muss im Vorfeld grundsätzlich immer eine eingehende und umfassende Analyse der gesamten Aufgabenstellung erfolgen.

Natürlich auch immer in Hinblick auf das gewünschte Ergebnis! Gleichgültig, ob es um das Quentchen von Gasen, dem gezielten Beschichten oder Kühlen von Oberflächen oder die Verbrennungstechnologie geht. Grundsätzlich ist es wichtig, bei der Entwicklung oder der Optimierung eines produktions- beziehungsweise verfahrenstechnischen Prozesses die Möglichkeiten aber auch die Grenzen einer bestimmten Düsentechnik im Zusammenhang mit dem gewünschten Gesamtergebnis zu sehen. Wird dieses vernachlässigt, sind häufig aufwendige und kostspielige anlagentechnische Änderungen die Folge.

Insbesondere im Bereich der optimalen Ausgestaltung von Zweistoffdüsen bietet das Team der IBR einen besonderen Service!

  • Bereits bei der Analyse, Beurteilung und Bewertung der Zielsetzung stehen Ihnen auf Wunsch Spezialisten der Zerstäubungs- und Strömungsmechanik zur Verfügung.
  • Diese führen bei Bedarf bereits im Rahmen der Erstanalyse rheologische Untersuchungen an Fluiden durch. Ferner berechnen Sie auf Wunsch Stoff- und Wärmeübergangsprozesse mittels CFD. 
  • Beim Erstellen von realistischen (und somit auch erfüllbaren!) Pflichtenheften verstärken Spezialisten der IBR Ihr eigenes Team. Diese erarbeiten auf Wunsch zudem effiziente und kostengünstige Versuchsreihen. Im Bereich der wissenschaftlich fundierten Ähnlichkeitstheorie und Dimensionsanalytik steht hier zudem mit unserem Geschäftsführer ein renommierter Spezialist zur Verfügung. Dieser verfügt über mehr als 30 Jahre praktische Erfahrung auf diesem Gebiet. Wissenschaftlich hat er sich zudem zehn Jahre lang als Dozent an einer Hochschule mit dieser Thematik befasst.
  • Ziel und Ergebnis ist es also, Ihre technisch realisierbare Lösung zu finden. Natürlich nicht nur in der Theorie, sondern in der reproduzierbaren und intelligenten Praxis-Lösung!        

Nicht zu unterschätzen: Reproduzierbare Messungen von Tropfengrößen an Zweistoffdüsen.

Die von Zweistoffdüsen gelieferten Tropfengrößen spielen für den gesamten verfahrenstechnischen Prozess eine große Rolle. So können Stoff- und Wärmeübergangsprozesse (zum Beispiel beim Kühlen von Gasen) nur dann verlässlich berechnet werden, wenn Informationen über das gesamte Tropfengrößenspektrum vorliegen. Der hohe Anteil an besonders kleinen Tropfen im Spray einer Zweistoffdüse führt unter Umständen zu einer erheblichen Problematik durch Overspray.

Dank der verfügbaren technischen Ausstattung ermitteln wir auch an Zweistoffdüsen berührungs- und beeinflussungsfrei die vollständige Tropfengrößenverteilung. Sofern es erforderlich ist, können mit dem Phasen-Doppler-Anemometer neben den Tropfengrößen zusätzlich die Tropfengeschwindigkeiten hochauflösend und in 3-D gemessen werden.

Somit lassen sich nicht nur wichtige Aussagen zu einem bestimmten Betriebspunkt der Zweistoffdüse treffen. Vielmehr kann ein vollständiges Kennfeld erstellt werden, mit dem man rasch und flexibel auf sich verändernde Bedingungen reagieren kann. Also zum Beispiel dann, wenn sich Volumenströme oder rheologische Eigenschaften von Fluiden ändern.

Beratung zu Zweistoffdüsen durch die Spezialisten für Zerstäubungstechnik. Bild: Fotolia, stockpicks

Hotline: +49 (0)251 – 2 87 99 53 – 0
Mo. – Fr. von 08.30 Uhr bis 16.30 Uhr

Beim Einsatz von Zweistoffdüsen sind wichtige Aspekte zu berücksichtigen! 

Besprechen Sie daher bitte Ihre geplante Anwendung mit uns. Bereits in einem ersten unverbindlichen Telefonat lässt sich so klären, ob Zweistoffdüsen zur Lösung Ihrer Aufgabenstellungen in Betracht kommen oder alternative Düsensysteme besser geeignet sind.