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Unter dem Zerstäuben von Flüssigkeiten und Suspensionen versteht man üblicherweise das Zerteilen eines Flüssigkeitsmassenstroms beziehungsweise Flüssigkeitsvolumenstroms zu einem Kollektiv aus einzelnen Tropfen, dem so genannten Spray oder Sprüh. Dieser kann entweder aus Tropfen bestehen, welche alle den selben Durchmesser x aufweisen, -monodisperser Spray-, oder verschieden große Tropfen beinhalten. In diesem Fall spricht man von einem polydispersen Spray.

Das Zerstäuben von Flüssigkeiten erfolgt in der Regel mit der Zielsetzung, eine große reaktive Flüssigkeitsoberfläche zu erzeugen. Dieses begünstigt Prozesse des Stoff- und Wärmeaustausches, wie sie beispielsweise bei Verdunstungs- und Verbrennungsprozessen stattfinden. Zudem werden Flüssigkeiten zerstäubt, um beispielsweise bei der Lackiertechnik gleichmäßige Oberflächenbeschichtungen zu gewährleisten oder bei Reinigungsaufgaben einen hinreichend hohen Impulsübertrag zu realisieren.

Zum Zerstäuben und somit zum Ausbilden neuer freier Oberflächen muss der Flüssigkeit Energie bzw. Arbeit zugeführt werden. Diese dient dazu, die wirksame Oberflächenspannung σ zu überwinden. Für die aufzubringende Arbeit gilt in erster Näherung

W_σ = Arbeit ; σ = Oberflächenspannung ; A_S = Sprayoberfläche

Je nach Art der Energiezufuhr kann man Zerstäuberdüsen in die folgenden Klassen einteilen:

Einstoff-Druckdüsen

Energielieferant ist die zu zerstäubende Flüssigkeit selbst. Diese wird unter Druck der Einstoff-Druckdüse zugeführt. An der Düsenmündung wird je nach Düsenbauart ein Flüssigkeitsstrahl oder eine Flüssigkeitslamelle erzeugt. Die Tropfenbildung setzt in einer gewissen Entfernung von der Düsenmündung ein. Typische Vertreter dieser Düsenbauart sind Turbulenz-, Flachstrahl-, Prall- und Hohlkegeldruckdüsen.

Zweistoff- oder pneumatische Düsen

Energielieferant ist ein mit hoher Geschwindigkeit strömendes Gas oder Dampf. Die zu zerstäubende Flüssigkeit kann nahezu drucklos zugeführt werden. Teilweise arbeiten diese Düsen selbstansaugend. Zweistoff-Düsen unterscheidet man in Düsen innerer- und äußerer Mischung.

Mechanische Zerstäuber Hier dienen oftmals rotierende Scheiben dazu, der Flüssigkeit die benötigte Energie aufzuprägen. Ebenso zählen Ultraschallvernebler zu dieser Gruppe.

Sonderzerstäuber

Zerstäuber nach dem Prinzip der elektrostatischen Zerstäubung; in der Praxis selten anzutreffen.

Eine einfache Möglichkeit monodisperse Tropfen zu erzeugen besteht darin, Flüssigkeit im Erdschwerefeld mit der Beschleunigung g und sehr geringer Fließgeschwindigkeit aus einer Kapillaren mit dem Innendurchmesser D abtropfen zu lassen. Im Fall der Nichtbenetzung zwischen Flüssigkeit und dem Kapillarwerkstoff resultiert hieraus ein theoretischer Tropfendurchmesser x von

In der Praxis sind die Tropfen etwas kleiner als die berechneten; dieses liegt daran, dass das Ablösen des Tropfens von der Kapillaren nicht bei der idealen Kugelform stattfindet, sondern der Tropfen etwas einschnürt. Ein gewisser Teil der Flüssigkeit strömt in die Kapillare zurück. Dieses Abtropfen von Flüssigkeiten aus Kapillaren nutzt man beispielsweise bei der Dosierung von flüssigen Medikamenten aus Tropfflaschen. Mit dieser Methode können praktikabel keine kleinen Tropfen bei hohem Volumenstrom erzeugt werden.

Literatur

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• Thomas Richter: Zerstäuben von Flüssigkeiten. expert-Verlag, Renningen, 2004, ISBN 3-8169-2309-7

siehe auch

• Zerstäuber (Spektroskopie)

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