VDI 3491 Blatt 2-2017 Measurement of particles - Methods for generating test aerosols - Dispersing liquids.pdf

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1、ICS 13.040.01 VDI-RICHTLINIEN Januar 2017 January 2017 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Messen von Partikeln Herstellungsverfahren fr Prfaerosole Dispergierung von Flssigkeiten Measurement of particles Methods for generating test aerosols Dispersing liquids VDI 3491 Blatt 2 / Part 2 Ausg. deutsch/englisc

2、h Issue German/English Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this standard has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzei

3、ger (Federal Gazette). The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltmesstechnik VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Ban

4、d 4: Analysen- und Messverfahren I Vervielfltigungauch fr innerbetriebliche Zwecke nichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgaben:12.80;05.15Entwurf,deutschFormereditions:12/80;05/15Draft,inGermanonlyZu beziehen durch/ AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevor

5、behalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2017Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 3 4 Abkrzungen . 4 5 Grundlage des Verfahrens . 4 6 Partikelmaterialien 6 7 Methoden zur Dispergierung von reine

6、n Flssigkeiten, Suspensionen, Emulsionen und Lsungen . 9 7.1 Allgemeines . 9 7.2 Pneumatische Zerstuber . 9 7.3 Mechanische Zerstuber 11 7.4 Elektrostatische Zerstuber 14 8 Technische Realisierungen 16 8.1 Pneumatische Zerstuber . 16 8.2 Schwingblenden-Aerosolgenerator 31 8.3 Elektrospray-Aerosolgen

7、erator 37 9 Funktionsprfung und Wartung 43 10 Dokumentation 44 Schrifttum 45 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Normative references . 3 3 Terms and definitions 3 4 Abbreviations 4 5 Principle of the method 4 6 Particle materials 6 7 Methods for the dispersion of pure liquids, suspens

8、ions, emulsions and solutions 9 7.1 General . 9 7.2 Pneumatic atomizers 9 7.3 Mechanical atomizers 11 7.4 Electrostatic atomizers . 14 8 Technical realizations 16 8.1 Pneumatic atomizers 16 8.2 Vibrating Orifice Aerosol Generator . 31 8.3 Electrospray Aerosol Generator . 37 9 Function testing and ma

9、intenance 43 10 Documentation 44 Bibliography 45 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-02 2 VDI 3491 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 Vorbemerkung

10、 Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dies

11、er Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this st

12、andard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of e

13、xtracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Die Richtlinienreihe VDI 3491 beschr

14、eibt Metho-den zur Herstellung von Prfaerosolen, die z. B. zum Kalibrieren bzw. Justieren von Partikelmess-gerten (siehe VDI 3867 Blatt 1 bis Blatt 6) oder zur Bestimmung von Abscheide- bzw. Durchlass-funktionen abscheidender bzw. trennender Syste-me eingesetzt werden knnen. Ein Prfaerosol (in einig

15、en technischen Bereichen auch als Teststaub“ bezeichnet) im Sinne dieser Richtlinie ist ein Aerosol, dessen fr die jeweilige Verwendung relevanten Eigenschaften bekannt sind und dessen Produktionsprozess die Reprodu-zierbarkeit und Konstanz dieser Eigenschaften im Rahmen der Anforderungen sicherstel

16、lt. Dabei um-fassen die Eigenschaften des Prfaerosols sowohl die Eigenschaften der Partikel als auch die Eigen-schaften des Trgergases. VDI 3491 Blatt 1 beschreibt die einzelnen Prinzipien, die zur Erzeugung von Prfaerosolen eingesetzt wer-den knnen. Es definiert die zur Beschreibung eines Prfaeroso

17、ls notwendigen Gren und spezifiziert allgemeine Anforderungen an ein Prfaerosol. In Blatt 2 bis Blatt 5 der Richtlinienreihe VDI 3491 werden die Verfahren, zusammengefasst nach dem Prinzip des Aerosolerzeugungsprozes-ses, nher beschrieben und die Anforderungen verfahrensspezifisch genauer definiert:

18、 Blatt 2 Dispergierung von Flssigkeiten Blatt 3 Dispergierung von Haufwerken Blatt 4 Kondensationsverfahren Blatt 5 Herstellung durch Verbrennungsprozesse/ chemische Reaktion Die Richtlinie VDI 3491 Blatt 6 behandelt Trans-port und Konditionierung der Prfaerosole vor ihrer Anwendung. Introduction Th

19、e series of standards VDI 3491 describes meth-ods for generating test aerosols that can be used, for example, for the calibration or adjustment of particle measuring instruments (see VDI 3867 Part 1 to Part 6) or for the determination of the separation or permeation performance of precipita-tion or

20、separation systems. A test aerosol (also known as “test dust” in some technical fields) under the terms of this standard is an aerosol whose properties relevant to the applica-tion in question are known and whose production process ensures the reproducibility and constancy of these properties in the

21、 context of the require-ments. The properties of the test aerosol comprise both the properties of the particles and the proper-ties of the carrier gas. VDI 3491 Part 1, describes the various principles that can be applied in the generation of test aerosols. It defines the quantities necessary for de

22、scribing a test aerosol and specifies the general requirements that a test aerosol shall meet. In Part 2 to Part 5 of the series of standards VDI 3491, the methods, grouped according to the principle of the aerosol generation process, are described in greater detail and the requirements are defined

23、with greater precision for the specified methods. Part 2 Dispersion of liquids Part 3 Dispersion of powders Part 4 Condensation methods Part 5 Production by combustion processes/ chemical reaction The standard VDI 3491 Part 6 deals with the han-dling and conditioning of the test aerosol before its u

24、se. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-02All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 VDI 3491 Blatt 2 / Part 2 3 Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienrei

25、he ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3491. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3491. 1 Anwendungsbereich Die Richtlinie beschreibt Verfahren zur Herstel-lung von Prfaerosolen, die auf der Dispergierung von Flssigkeiten

26、(Reinsubstanzen, Lsungen, Suspensionen, Emulsionen) beruhen. Die Verfah-ren knnen zum Kalibrieren, Justieren oder ber-prfen von partikelzhlenden Messgerten sowie zum berprfen der zugehrigen Probenahme-, Konditionierungs- und Verdnnungssysteme ein-gesetzt werden. Zudem knnen mit diesen Prfaerosolen A

27、bschei-de- bzw. Durchlassfunktionen abscheidender bzw. trennender Systeme (z. B. Filter, Zyklone) be-stimmt werden. Weitere Anwendungsmglichkeiten sind in der Be-reitstellung von Tracerpartikeln zur optischen Str-mungsgeschwindigkeitsmessung und von Testmate-rialien und standardisierten Proben fr we

28、itergehende Analysen (z. B. EC/OC-Analyse) gegeben. Auch in der medizinischen Forschung (z. B. Inhala-tionsexperimente, toxikologische Untersuchungen) finden diese Verfahren Anwendung. 1 Scope This standard describes methods for generating test aerosols based on the dispersion of liquids (pure subst

29、ances, solutions, suspensions and emulsions). The methods can be used for calibrating, adjusting or checking particle-counting measuring instru-ments and for checking the associated sampling, conditioning and diluting systems. In addition, these test aerosols can be used for de-termining the separat

30、ion or permeation perfor-mance of precipitation or separation systems (e.g. filters and cyclones). Further possible applications exist in the provision of tracer particles for optical flow rate measure-ment and of test materials and standardised sam-ples for more detailed analysis (e.g. EC/OC analy-

31、sis). These methods are employed as well in medical research (e.g. inhalation experiments, toxicological investigations). 2 Normative Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 3491 Blatt 1:2016-07 Messen von Partikeln; Herstellungsverfahren fr

32、Prfaerosole; Grund-lagen und bersicht 2 Normative references The following referenced document is indispensa-ble for the application of this standard: VDI 3491 Part 1:2016-07 Measurement of parti-cles; Methods for generating test aerosols; Prin-ciples and overview 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser

33、Richtlinie gelten die Begriffe nach VDI 3491 Blatt 1 sowie die folgen-den Begriffe: Dispergiergasvolumenstrom Volumenstrom zum Dispergieren und zum Ansau-gen der Flssigkeit in einer Zweistoffdse Trgergasvolumenstrom Summe aus Dispergiergas- und Verdnnungs -gasvolumenstrom Anmerkung: Der Trgergasvolu

34、menstrom ist identisch mit dem Volumenstrom am Generatorausgang. Verdnnungsgasvolumenstrom Volumenstrom zum Verdnnen des erzeugten Ae-rosols und, zusammen mit dem Dispergier gas-volumenstrom, zur Aufnahme des Lsungs- oder Suspensionsmediums 3 Terms and definitions For the purposes of this standard,

35、the terms and definitions as per VDI 3491 Part 1 and the follow-ing terms and definitions apply: dispersion gas volumetric flow volumetric flow for the dispersion and aspiration of the liquid in a pneumatic atomizing nozzle carrier gas volumetric flow sum of the dispersion gas and diluent gas volume

36、tric flows Note: The carrier gas volumetric flow is identical to the vol-umetric flow at generator outlet. diluent gas volumetric flow volumetric flow of gas for the dilution of the gen-erated aerosol, and, together with the dispersion gas volumetric flow, for uptake of the solvent or suspension age

37、nt B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FB2DEE1A29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2017-02 4 VDI 3491 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2017 4 Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend a

38、ufge-fhrten Abkrzungen verwendet: DEHS Diethylhexylsebacat PAO Polyalphaolefin PSL Polystyrol-Latex 4 Abbreviations The following symbols are used throughout this standard: DEHS di-ethylhexyl sebacate PAO polyalphaolefin PSL polystyrene latex 5 Grundlage des Verfahrens Flssigkeiten knnen als reine S

39、ubstanzen, Lsun-gen des eigentlichen Partikelmaterials in einem Lsungsmittel (z. B. NaCl in Wasser oder DEHS in Propanol), als Suspensionen (z. B. Latexpartikel in Wasser) oder als Emulsionen (z. B. Khlschmier-stoff) dispergiert werden. Anmerkung: Das Dispergieren von Flssigkeiten wird hufig auch Ze

40、rstuben oder Vernebeln genannt. Die erzeugten Aerosole sind in den meisten Fllen polydispers. Bei der Verwendung von Lsungen kann die mittlere Partikelgre ber die Konzen-tration des Partikelmaterials im Lsungsmittel eingestellt werden. Bei der Dispergierung von Flssigkeiten kann man mehrere Verfahre

41、nsschritte unterscheiden. Der erste Verfahrensschritt ist die Dosierung, also die definierte Zufuhr eines konstanten Massenstroms der zu dispergierenden Flssigkeit. Dies kann ber Spritzenpumpen, Schlauchpumpen oder aber auch ber einen freien Zulauf der Flssigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft e

42、rfolgen. Zweistoffdsen knnen die zu dispergierende Flssigkeit auch ansaugen. Dabei stellt sich der Massenstrom nach dem Gesetz von Bernoulli in Abhngigkeit vom Dispergiergasvolumenstrom selbst ein. Der zweite Verfahrensschritt ist die eigentliche Partikelproduktion, also das Dispergieren der Fls-sig

43、keit. Die zur Dispergierung notwendige Energie kann dabei pneumatisch (z. B. Zweistoffdse), mechanisch (z. B. Rotationszerstuber), elektrosta-tisch oder thermisch zugefhrt werden. Die Stoffeigenschaften der Flssigkeit (vor allem Viskositt und Oberflchenspannung) beeinflussen den Dispergiervorgang un

44、d zum Teil auch den Dosiervorgang mageblich. Da diese Stoffeigen-schaften wiederum temperaturabhngig sind, kann die Dispergierung durch ein Beheizen des Flssig-keitsreservoirs gezielt beeinflusst werden. Ist das Flssigkeitsreservoir nicht beheizt bzw. thermosta-tisiert, wird die Umgebungstemperatur

45、zur Ein-flussgre fr den Dispergiervorgang. Als Dispergier- und/oder Verdnnungsgas wird meist partikelfreie Luft verwendet. Bei pneumati-schen Zerstubern wird ber das Dispergiergas die zur Dispergierung notwendige Energie zugefhrt. 5 Principle of the method Liquids can be dispersed as pure substances

46、, solu-tions of the particle material in a solvent (e.g. NaCl in water or DEHS in propanol), as suspensions (e.g. latex particles in water) or as emulsions (e.g. cooling fluids). Note: The dispersion of liquids is often termed “atomization” or “nebulization”. The generated aerosols are in most cases

47、 polydis-perse. When solutions are used, the mean particle size can be set by means of the concentration of the particle material in the solvent. Several process steps can be distinguished in the dispersion of liquids. The first process step is me-tering, i.e. the defined supply of a constant mass f

48、low of the liquid to be dispersed. This can be done with syringe pumps, hose pumps or also by free flow of the liquid (gravity feed). Pneumatic atom-izing nozzles are also capable of aspirating the liquid for dispersion. The mass flow automatically sets itself on the Bernoulli principle as a functio

49、n of the volumetric flow of the dispersion gas. The second process step is particle production proper, i.e. the dispersion of the liquid. The energy required for dispersion can be supplied pneumati-cally (e.g. pneumatic atomizing nozzle), mechani-cally (e.g. rotary atomizer), electrostatically or thermally. The liquids physical properties (especially vis-cosity and surface tension) have a decisive effect on the dispersion process and in some cases