FI77788C - Skumbekaempning med laserstraole. - Google Patents

Description

1 77788

Vaahdontorjunta lasersäteellä - Skumbekämpning med laser-sträle

Keksinnön kohteena on menetelmä vaahdon rajoittamiseksi ja/tai hävittämiseksi. Vaahdon poistamiseen käytetään nykyisin sekä preventiivisinä että repressiivisinä menetelminä toisaalta mekaanisia järjestelmiä ja toisaalta kemiallisia vaahdontorjunta-aineita.

Mekaaniset, preventiiviset laitteet edellyttävät yleensä rauhoitusaltaita, paisuntakammioita, virtausten järjestelyä ja kalliita investointeja edellyttäviä rakennelmia. Monissa olosuhteissa ne eivät ole laisinkaan mahdollisia, koska vaahdon muodostus syntyy prosessin siinä vaiheessa, jota ei tuotannollisista syistä tai muista syistä voida muuttaa. Repressiiviset mekaaniset keinot edellyttävät usein laajoja rakenteita, kuten saostuskammioita, roottoreita, kierrätysjärjestelmiä ja muita rakenteita, minkä lisäksi tuotanto-nopeutta on alennettava ja valvottava liiallisen vaahdon estämiseksi.

Preventiiviset kemialliset lisäaineet, joilla muutetaan nesteen kemiallisia ominaisuuksia, ovat paitsi kalliita myös usein sellaisia, jotka vaikuttavat varsinaiseen tuotantoprosessiin ja lopulliseen tuotteeseen. Muuttamalla nesteen pintajännitystä, pintakalvoa, pH-arvoa, hiukkasmäärää, ilmamäärää, kemiallisia tai muita ominaisuuksia, voidaan vaikuttaa vaahdon muodostumiseen, mutta tämä vaikuttaa usein haitallisesti loppuprosessiin tai lopputuotteeseen. Kun on kysymyksessä elintarvikkeet tai muut puhtaudeltaan tärkeät aineet, ei moniinkaan kemiallisiin muutoksiin voida ryhtyä lopputuotteen siitä kärsimättä.

Kemiallisten vaahdonmuodostukseen vaikuttavien aineiden lisäksi on käytetty ultraääniäaaltoja, jotka kuitenkin 2 77788 vaikuttavat varsin rajatulla alueella. Myös lämpötila vaikuttaa vaahdon pysyvyyteen. Kun vaahdon lämpötila nousee, sen viskositeetti pienenee; tällöin nesteen valuminen vaahdon lamelleista nopeutuu, vaahdon kuplat suurenevat ja kuplien häviämisvaikutus kertautuu nestepisaroiden tuhoamis-vaikutuksen takia. Prosessin kokonaislämpötilan nostaminen on kallista, ja muut tuotantoon liittyvät tekijät saattavat edellyttää muuta lämpötilaa.

Mekaanisilla vaahdon rajoittajilla ja poistajilla on tähän saakka ollut ongelmana niiden kalleus, energiankäyttö, heikko muuntuvuus ja tilantarve.

Kemiallisten aineiden suurin ongelma on kustannusten lisäksi se, että ne vaikuttavat joko teollisuuden jätteisiin haitallisesti, vaikuttavat haitallisesti varsinaiseen prosessiin jos nestekierron takia joutuvat takaisin prosessiin, tai rikastuvat prosessissa aiheuttaen negatiivisia seurausvaikutuksia ja/tai lisäkustannuksia. Osa kemiallisista aineista saostuu vaahtoa muodostavien aineiden kanssa, jolloin saadaan lisää ongelmia saoksesta ja limasta. Osa muodostaa uuden pintakalvon, johon vaahtoavat aineet liukenevat (kuten hiilivedyt, eräät alkoholit ja esterit), mutta nämä aiheuttavat työntekijöille ongelmia ja jopa palovaaran. Osa muodostaa emulsioita, jotka osittain tuhoavat prosessille tärkeitä aineita ja osittain aiheuttavat emulsioiden poisto-ongelmia. Pinta-aktiivisten aineiden käyttö vaatii jatkuvaa pintajännityksen seurantaa, koska aineiden kertausvaikutus aiheuttaa uusia ongelmia. Haihtuvia nesteitä (jotka helpottavat vaahtokuplien syntymistä) voidaan käyttää joissakin erikoistapauksissa, mutta ne soveltuvat vain suljettuihin järjestelmiin erityisolossuhteissa. Nestepintaan keskittyvät aineet kuten polyamidit tai kellunta-aineet estävät varsinaisen tuotantoprosessin nopeuttamista, koska ne on pidettävä paikoillaan ja estettävä niiden virtaus

II

3 77788 prosessin nesteen mukana. Mekaanisten partikkeleiden lisäksi voidaan käyttää silikoneja ja mineraaliöljyjä, jotka syrjäyttävät jo olemassa olevan vaahdonmuodostajän, sekaantumatta siihen. Ne eivät kuitenkaan sovellu laajamittaiseen tuotantoon.

Myös vaahdon laatuun voidaan vaikuttaa sekä mekaanisesti että kemiallisesti, jolloin eri järjestelmiä voidaan yhdistää. Vaahto on nesteen dispergoidusta kaasusta muodostuva kolloidaalinen systeemi. Vaahdolla on suuri nestepinta nestemäärään nähden, ja vaahdon laatu määräytyy kaasun ja nesteen suhteellisesta osuudesta (= vaahtoluku). Jos vaahdon kuplat ovat pienet ja selvästi erillään toisistaan, on usein kysymyksessä stabiili vaahto, jonka hävittäminen on mekaanisesti vaikeata. Kevyt vaahto muodostuu polyedrivaahdoksi, jossa kaasukuplat sijoittuvat siten, että kolmen lamellin kohtauspaikassa muodostuu kolmiomainen nestekolonni. Mitä ohuempi nestefaasiraja ja kuplien välinen nestekerros on, ja mitä pienempi Plateau-rajän nestemäärä on, sitä helpompi vaahdon hävittäminen mekaanisesti on, mutta tämä edellyttää yleensä vaahdon voimakasta (volyymin) kasvamista, jolla on omat haittavaikutuksensa. On osoittautunut hyvin vaikeaksi kontrolloida toisaalta vaahdon laatua (vaahtolukua ja kuplien suuruutta) ja toisaalta vaahdon kokonaisvolyymiä, ja suhteuttaa nämä prosessiin. Nyt esillä olevassa tapauksessa keskitytään hävittämään tai rajaamaan vaahto sen luonnollisessa synty-ympäristössä tai sen jälkeen käyttäen minimaalisesti energiaa ja niin vähän kemiallisia aineita, ettei se vaikuta prosessin varsinaiseen tuotteeseen.

Esillä oleva keksintö on tunnettu siitä, että vaahtoon tai välittömästi vaahdon muodostavan nesteen pinnan läheisyyteen suunnataan infrapuna-alueella oleva lasersäde.

« 77788

Innovaatio on infrapuna-alueella olevan lasersäteen käyttö vaahdon rajoittamiseksi ja eliminoimiseksi. Vaahtokuplissa olevat vesimolekyylit absorpoivat voimakkaasti infrapunasäteitä. Absorptio aiheuttaa kuplissa paikallista kuumenemista ja vaahtokuplan hajoamisen. Säteessä oleva keskitetty energia lämmittää kaasukuplien nestekalvoa ja pienentää siten nesteen viskositeettia ja pintajännitystä. Vaahtoon lisätty energia kiihdyttää epähomogeenisessa vaahdossa pienten kuplien kaasun diffundoitumista suurempiin kaasukupliin paine-eron vuoksi. Tuloksena on pienten kuplien häviäminen ja suurten suureneminen kunnes ne hajoavat. Vaahdon laadusta riippuen vaahdon komprimoituminen johtaa myös kuiva-ainepitoisuuden nousuun, joka suurentaa pintajännitystä ja joissakin olosuhteissa hajottaa vaahtoa.

Sopiva infrapunasäde voidaan muodostaa laserilla, jolle on ominaista säteilyn koherenttisuus, kiilan kapeus ja suunnat-tavuus sekä voimakkuus. Sopiva lasertyyppi on hiilidioksidi-laser, jonka allonpituus on noin 10 pm ja jolla on saatavissa suuri teho myös jatkuvassa käytössä.

Rikkomalla kuplia jatkuvasti saadaan rajoitettua vaahdon määrää jatkuvissa prosesseissa. Säde voi olla prosessin yhteydessä kiinteä tai liikkuva. Säteilylähde on sijoitettava niin, että säde osuu vaahdonmuodostumiskohtaan tai paikkaan, josta vaahto halutaan poistaa.

Aikaisemmin tunnettuja mekaanisia ja kemiallisia vaahdon rajoittamismenetelmiä voidaan yhdistää infrapuna-alueella olevaan lasersäteeseen perustuvaan menetelmään.

Menetelmä on sovellettavissa erityisesti metsäteollisuuden prosesseihin, joissa on vaahto-ongelmia.

Claims (4)

5 77788

1. Menetelmä vaahdon rajoittamiseksi ja hävittämiseksi, tunnett u siitä, että vaahtoon tai välittömästi vaahdon muodostavan nesteen pinnan läheisyyteen suunnataan irfrapuna-alueella oleva lasersäce.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kyseinen infrapunasäde muodostetaan hiilidioksidilaserilla, jonka aallonpituus cr. r.cin 10 um.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että lasersäde on kiinteä tai liikkuu vaahdon muodostavan nesteen pinnan tason lähellä estäen vaahdon muodostumisen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasersäde suunnataan jo syntyneeseen vaahtoon.