PL172020B1 - Sposób oczyszczania powierzchni przedmiotów z czastkowych zanieczyszczen PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1.Sposób oczyszczania powierzchni przed- miotów z czastkowych zanieczyszczen, w którym za- nurza sie przedmioty w cieklej kapieli 1 podpiera sie je ponad dnem pojemnika z kapiela, a nastepnie w yj- muje z kapieli, znamienny tym, ze jako kapiel stosuje sie ciekla mieszanine zamrazajaca, korzystnie ciekly azot, i zanurza sie przedmioty o temperaturze, korzys- tnie pokojowej, przy której róznica temperatur pomie- dzy temperatura wrzenia cieczy zam razajacej i temperatura przedmiotów wywoluje kolejno wrzenie warstewkowe cieczy zamrazajacej na powierzchni wszystkich przedmiotów, a nastepnie wrzenie peche- rzykowe jednoczesnie w calej objetosci cieczy zamra- zajacej, przy czym zanurza sie przedmioty w cieczy zamrazajacej z dostateczna szybkoscia doprowadza- jac najpierw do wrzenia warstewkowego kapieli jed- noczesnie na powierzchni wszystkich przedmiotów ulozonych na róznych glebokosciach w kapieli, a na- stepnie do wrzenia pecherzykowego jednoczesnie w calej objetosci kapieli, po czym przedmioty przetrzy- muje sie w kapieli zamrazajacej do osiagniecia pomie- dzy nimi i kapiela zamrazajaca równowagi termicznej FIG. 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszczania powierzchni przedmiotów z cząstkowych zanieczyszczeń.

Niepożądane substancje w postaci cząstek tworzą się na powierzchni przedmiotu albo już w procesie produkcji lub później, podczas pakowania, transportu, bądź podczas używania przedmiotu, jako jego powierzchniowe zanieczyszczenie. Katalizator, na przykład, ma postać granulek uformowanych z niklu i krzemionki. Po przygotowaniu takiego katalizatora na powierzchniach granulek można znaleźć drobne cząstki niklu i krzemionki.

172 020

Inny przykład stanowi granulowany absorbent uformowany z materiału filtracyjnego z czystego węgla, zeolitu. Często granulowany absorbent jest formowany z małymi cząstkami tego absorbenta przylegającymi do powierzchni granulek.

Również małe elementy mechaniczne, takie jakie występują w mechanizmach zegarowych, podczas pracy zbierają na swoich powierzchniach zanieczyszczenia w postaci cząstek. Znajdujące się na powierzchniach cząstki są w przypadku katalizatorów i absorbentów niepożądane, ponieważ podczas używania absorbentu lub katalizatora cząstki te mogą powodować zatykanie na przykład otworów filtrów.

Oczywistym jest, że z powierzchni mechanicznych części mechanizmu cząstki muszą zostać usunięte w celu zapewnienia ciągłości jego pracy.

Dotychczas granulowane katalizatory i absorbenty są oczyszczane poprzez fluidyzację warstwową, która polega na tym, że przez warstwę takiego granulowanego materiału przepuszcza się gaz. Małe cząstki znajdujące się na powierzchniach unoszone są wyżej niż większe granulki, co umożliwia zebranie cząstek u góry warstwy w workowym pojemniku.

Granulowane materiały są także oczyszczane poprzez wstrząsanie nad sitem. Ten ostatni sposób jest nieefektywny i może spowodować zniszczenie przeznaczonego do oczyszczania materiału.

Inny znany zespół oczyszczania absorbentów i katalizatorów, jak również części mechanicznych polega na użyciu rozpuszczalników, takich jak na przykład woda. Części zanurza się w ciekłej kąpieli, którą stanowi rozpuszczalnik, podpiera się je ponad dnem pojemnika z kąpielą, a następnie, po pewnym czasie wyjmuje z kąpieli. Przy oczyszczaniu tym sposobem istnieje jednak problem polegający na tym, że po oczyszczeniu części trudno jest je osuszyć. Poza tym niektóre absorbenty i katalizatory mogą ulegać niszczeniu przez rozpuszczalniki.

Z japońskiego zgłoszenia patentowego nr 1-45131 znany jest sposób oczyszczania półprzewodnikowych płytek, które zawiesza się w izolowanym, hermetycznie zamkniętym pojemniku i natryskuje się dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym. Rozpuszczone przez dwutlenek węgla zanieczyszczenia następnie odprowadza się razem z dwutlenkiem węgla poza izolowany pojemnik poprzez jednokierunkowy zawór.

Sposób oczyszczania według tej publikacji polega również na rozpuszczaniu zanieczyszczeń, a więc, podobnie jak w innych sposobach stosujących rozpuszczalniki, powierzchnie oczyszczanych przedmiotów mogą ulec uszkodzeniu.

Według wynalazku sposób oczyszczania powierzchni przedmiotów z cząstkowych zanieczyszczeń, w którym zanurza się przedmioty w ciekłej kąpieli i podpiera się je ponad dnem pojemnika z kąpielą, a następnie wyjmuje z kąpieli, charakteryzuje się tym, że jako kąpiel stosuje się ciekłą mieszaninę zamrażającą, korzystnie ciekły azot i zanurza się przedmioty o temperaturze, korzystnie pokojowej, przy której różnica temperatur pomiędzy temperaturą wrzenia cieczy zamrażającej i temperaturą przedmiotów wywołuje kolejno wrzenie warstewkowe cieczy zamrażającej na powierzchni wszystkich przedmiotów, a następnie wrzenie pęcherzykowe jednocześnie w całej objętości cieczy zamrażającej. Przy czym zanurza się przedmioty w cieczy zamrażającej z dostateczną szybkością doprowadzając najpierw do wrzenia warstewkowego kąpieli jednocześnie na powierzchni wszystkich przedmiotów ułożonych na różnych głębokościach w kąpieli, a następnie do wrzenia pęcherzykowego jednocześnie w całej objętości kąpieli. Przedmioty przetrzymuje się w kąpieli zamrażającej do osiągnięcia pomiędzy nimi i kąpielą zamrażającą równowagi termicznej i wyjmuje się je z kąpieli.

Korzystnie przedmioty, po wyjęciu z kąpieli zamrażającej przenosi się do wolnego od wilgoci środowiska i ogrzewa się przedmioty w tym środowisku.

Korzystnie przedmioty przenosi się do pojemnika, wewnątrz którego wytwarza się pozbawione wilgoci środowisko w temperaturze atmosfery, przy czym pojemnik przykrywa się luźno dopasowaną pokrywą i doprowadza się do desorpcji mieszaniny zamrażającej w postaci gazu z granulowanego materiału ogrzewając przedmiotów w tym środowisku do temperatury atmosfery, a następnie odprowadza się mieszaninę zamrażającą z pojemnika.

Korzystnie przedmioty przenosi się do pojemnika posiadającego w dnie otwór do wprowadzania suchego gazu, wytwarza się w pojemniku pozbawioną wilgoci atmosferę poprzez wprowadzanie suchego gazu do pojemnika pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego przez

172 020 otwór w dnie, a następnie odprowadza się suchy gaz z pojemnika spod luźno pasowanej pokrywy pojemnika.

Korzystnie przedmioty zanurza się w mieszaninie zamrażającej w izolowanym zbiorniku.

Korzystnie przed zanurzeniem w mieszaninie zamrażającej ogrzewa się przedmioty do temperatury przewyższającej temperaturę wrzenia mieszaniny zamrażającej, przy której różnica temperatur pomiędzy temperaturą wrzenia cieczy zamrażającej i temperaturą cieczy zamrażającej wywołuje kolejno wrzenie warstewkowe cieczy zamrażającej na powierzchni wszystkich przedmiotów a następnie wrzenie pęcherzykowe jednocześnie w całej objętości cieczy zamrażającej.

sposób oczyszczania powierzchni przedmiotów z cząstkowych zanieczyszczeń, według wynalazku, jest łatwiejszy niż sposoby znane, powoduje mniej uszkodzeń i jest tańszy od sposobów dotychczasowych, a poza tym nie wymaga stosowania rozpuszczalników takich jak woda, które są trudno usuwalne z powierzchni przedmiotów przed ich dalszą obróbką lub zastosowaniem.

Przedmiot według wynalazku jest przykładowo bliżej wyjaśniony na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kosz transportowy i kąpiel z ciekłej mieszaniny zamrażającej w przekroju poprzecznym, a fig. 2 - kosz transportowy i pojemnik zawierający środowisko pozbawione wilgoci w przekroju poprzecznym.

Sposób oczyszczania powierzchni przedmiotów z cząstkowych zanieczyszczeń polega na tym, że przedmioty, przeznaczone do oczyszczania umieszcza się w pokazanym na fig. 1 urządzeniu 10 do usuwania cząstek z powierzchni przedmiotów 12, zawierającym ciekłą mieszaninę zamrażającą 14, stanowiącą ciekłą kąpiel zamrażającą, umieszczoną wewnątrz izolowanego zbiornika 16, posiadającego od góry otwór 18. Ciekłą mieszaninę zamrażającą 14 stanowi dowolna ciekła mieszanina zamrażająca, która jest chemicznie obojętna w stosunku do przeznaczonych do oczyszczania przedmiotów 12. Korzystnie jest, gdy ciekłą mieszaninę zamrażającą 14 stanowi azot, ponieważ jest on z natury chemicznie obojętny i jest niedrogi, w przeciwieństwie do innych mieszanin zamrażających zawierających na przykład argon. Korzystnie również stosuje się ciekły tlen, jednak może to być niebezpieczne z uwagi na jego reaktywność.

Przedmioty 12 przenosi się do i z izolowanego zbiornika 16 poprzez jego górny otwór 18, za pomocą wykonanego z drucianej siatki kosza transportowego 20 mającego uchwyt 22. Siatkę drucianą dobiera się zależnie od wielkości oczyszczanych przedmiotów 12, tak aby uniemożliwić ich wypadanie poprzez otwory 24 istniejące pomiędzy drutami kosza 20, ale jednocześnie zapewnić przedostawanie się mieszaniny zamrażającej 14 do wnętrza kosza transportowego 20 przez jego boki i dno, w celu otoczenia przedmiotów 12. Kosz transportowy 20 korzystnie również wykonuje się z perforowanej blachy. Dla zapewnienia ciągłości procesu oczyszczania sposobem według wynalazku zamiast izolowanego zbiornika 16 i kosza transportowego 20 korzystnie stosuje się perforowany przenośnik taśmowy biegnący przez izolowaną rynnę.

Przedmioty 12 umieszczone w koszu transportowym zanurza się w ciekłej mieszaninie zamrażającej 14 wprowadzając je pod jej powierzchnię.

Sposób według wynalazku korzystnie stosuje się w otoczeniu o warunkach atmosferycznych. Wówczas początkowa temperatura przedmiotów 12 równa jest w przybliżeniu, temperaturze pokojowej i wynosi zwykle 294 K. Przedmioty 12 zanurza się w ciekłej substancji zamrażającej 14 na przykład w ciekłym azocie mającym temperaturę około 77 K. Wskutek ogrzania przez oczyszczane przedmioty cieczy zamrażającej, na powierzchni przedmiotów tworzą się zarodki nowej fazy, które powodują tworzenie się początkowo warstewki pary a następnie pęcherzy. Przedmioty 12 zanurza się z dostateczną prędkością, przy której najpierw pojawia się wrzenie warstewkowe ciekłej mieszaniny zamrażającej 14 jednocześnie na powierzchni wszystkich przedmiotów 12 ułożonych na różnych głębokościach w kąpieli w koszu transportowym 20, a następnie występuje wrzenie pęcherzykowe jednocześnie w całej objętości kąpieli.

W sposobie według wynalazku ważne jest, aby wrzenie warstewkowe pojawiło się na zewnętrznych powierzchniach wszystkich przedmiotów 12 zanim na powierzchni któregoś z nich wystąpi wrzenie pęcherzykowe. Jeśli wrzenie pęcherzykowe pojawia się na przedmiotach

172 020 znajdujących się na spodzie kosza transportowego 20 zanim wrzenie warstewkowe pojawia się na przedmiotach usytuowanych u góry kosza transportowego 20, strumień gazu w koszu może pędzić cząstki ku górze, wskutek czego przedmioty usytuowane w środku kosza 20 nie są oczyszczane lub pokrywają się większym nalotem cząstkowych zanieczyszczeń niż przed zastosowaniem sposobu według wynalazku. Może to wystąpić przy zbyt wolnym tempie zanurzania kosza 20 z przedmiotami w ciekłej mieszaninie zamrażającej 14.

Wspomniane uprzednio następstwo wrzenia pęcherzykowego po wrzeniu błonkowym występuje, gdy przedmioty 12 mają temperaturę początkową przed zanurzeniem w kąpieli zamrażającej odpowiednio wysoka względem temperatury punktu wrzenia cieczy zamrażającej. Jak uprzednio wspomniano, sposób oczyszczania według niniejszego wynalazku korzystnie stosuje się w temperaturze pokojowej i do przedmiotów 12 mających początkową temperaturę równą temperaturze pokojowej i korzystnie stosuje się ciekły azot jako mieszaninę zamrażającą. W tym przypadku różnica temperatur pomiędzy początkową temperaturą przedmiotów 12 i temperaturą ciekłej substancji zamrażającej 14, na przykład azotu, jest wystarczająca do wywołania wrzenia warstewkowego substancji zamrażającej 12 na powierzchniach wszystkich przedmiotów 12, zanim na ich powierzchniach wystąpi wrzenie pęcherzykowe, jeśli przedmiotów są szybko zanurzane.

Możliwe jest jednak stosowanie tego sposobu do oczyszczania przedmiotów 12 o niższych temperaturach, lecz nie niższych niż około 200 K. Alternatywnie jest także możliwe stosowanie sposobu według wynalazku dla przedmiotów mających temperaturę początkową nizszą od 200

K. W takim przypadku przedmioty 12 są ogrzewane do temperatury powyżej 200 K, aby zapewnić taką temperaturę początkową przedmiotów, która jest wystarczająca do uzyskania wspomnianego powyżej następstwa wrzenia pęcherzykowego po wrzeniu błonkowym.

Podczas wrzenia pęcherzykowego, znajdujące się na powierzchniach cząstki 27 są odrywane z przedmiotów 12 i poprzez otwory 24 w koszu transportowym 20 przechodzą do ciekłej mieszaniny zamrażającej 14. Następnie cząstki 27 opadają na dno izolowanego zbiornika 16. Kosz transportowy 20 wyposaża się w trzy lub więcej nóg (z których tylko dwie są widoczne na fig. 1 i fig. 2) podpierające go tak, że przedmioty 12 znajdują się ponad dnem izolowanego zbiornika 16. Takie podparcie kosza transportowego 20 umożliwia stykanie się ciekłej mieszaniny zamrażającej z dolnymi powierzchniami najniżej położonych przedmiotów 12, a także umożliwia gromadzenie się cząstek na dnie izolowanego zbiornika 16, w oddaleniu od przedmiotów 12.

Po ustaniu wrzenia pęcherzykowego, gdy przedmioty 12 są w termicznej równowadze z mieszaniną zamrażającą 14, kosz transportowy 20, a z nim przedmioty 12 wyjmuje się z izolowanego zbiornika 16 za pomocą uchwytu 22, poprzez górny otwór 18.

Kosz transportowy 20 wyjmuje się z izolowanego zbiornika 16 w tempie dostatecznie wolnym, aby możliwe było odsączenie ciekłej mieszaniny zamrażającej 14 z kosza transportowego 20 z powrotem do kąpieli zamrażającej 14 w celu zapobiegania stratom mieszaniny 14. W przypadku jednak, gdy sposób według wynalazku jest stosowany w środowisku atmosferycznym, takie wolne wyjmowanie kosza 20 może spowodować skraplanie wilgoci z atmosfery na przedmiotach 12. Aby temu zapobiec stosuje się zbiornik 16, który jest na tyle wysoki, że gdy kosz transportowy 20 jest w całości wyjęty z ciekłej substancji zamrażającej 14 znajduje się on jeszcze poniżej poziomu górnego otworu 18 izolowanego zbiornika 16.

Przestrzeń pomiędzy górnym otworem 18 i górną powierzchnią ciekłej substancji zamrażającej 14 stanowi wolne od wilgoci środowisko, w którym ciekła substancja 14 może być odsączona z kosza transportowego 20, ponieważ wrząca substancja zamrażająca wypełnia tę przestrzeń wypierając z niej powietrze. W tym przypadku straty ciekłej mieszaniny zamrażającej 14 są pomijalnie małe.

Sposób oczyszczania powierzchni przedmiotów według niniejszego wynalazku jest szczególnie korzystny w zastosowaniu do czyszczenia katalizatorów metali szlachetnych, takich jak platyna, ponieważ cząstki 27 mogą być później odzyskane z dna izolowanego zbiornika 16.

Jak uprzednio wspomniano, wiele materiałów jest trudnych do osuszenia lub wrażliwych na wilgoć. Gdy kosz 20, a wraz z nim przedmioty 12 są wyjmowane z ciekłej substancji zamrażającej 14 i z izolowanego zbiornika 16 wilgoć zawarta w atmosferze skrapla się na

172 020 zewnętrznych powierzchniach przedmiotów 12. Aby temu zapobiec, po usunięciu kosza transportowego 20 z izolowanego zbiornika 10, kosz 20 umieszcza się wewnątrz pojemnika 28 mającego luźno dopasowaną pokrywę 30. W przypadku materiałów porowatych, takich jak zeolit i materiał filtracyjny z czystego węgla, gdy przedmioty 12 ogrzewa się do temperatury pokojowej substancja zamrażająca 14 w postaci gazowej desorbuje się z przedmiotów 12. wypełnia pojemnik 28 i wysącza się z pojemnika 28 spod pokrywy 30 jak pokazują strzałki 31 na fig 2. W ten sposób wewnątrz pojemnika 28 tworzy się sucha atmosfera, wolna od powietrza i zawartej w nim wilgoci. W rezultacie, na powierzchniach przedmiotów 12 ogrzewanych do temperatury pokojowej nie występuje skraplanie.

W przypadku, gdy przedmioty 12 mają lustrzane powierzchnie, które nie są ani porowate ani nie ulegają łatwo zawilgoceniu, dno pojemnika 28 może być zaopatrzone w rurę wlotową 32, którą doprowadza się suche gazowe substancje, takie jak azot lub suche powietrze przy ciśnieniu na zaworze 34 wyższym od atmosferycznego. W podobny sposób jak desorbowany azot gazowy lub suche powietrze wypiera powietrze atmosferyczne powodując jego wydostawanie się z pojemnika 28 pod pokrywą 30 i tworząc w ten sposób pozbawione wilgoci środowisko, w którym przedmioty 12 ogrzewa się bez skraplania wilgoci atmosferycznej.

Przeprowadzono następujący przykładowy proces usuwania cząstek z powierzchni przedmiotów sposobem według wynalazku.

Przykład. Otwarty, izolowany zbiornik 16 o wysokości 60,96 cm i średnicy 15,24 cm wypełniono do połowy ciekłym azotem. Około 5 g granulek niklowego katalizatora o średnicy 0,3175 cm pokrytych cząstkowymi zanieczyszczeniami, umieszczono w koszu transportowym 20 z siatki drucianej, mającym prostokątne ściany o wymiarach 10,16 x 20,32 cm i kwadratowe dno o wymiarach 10,16 x 10,16 cm. Granulki znajdowały się w temperaturze pokojowej (293 K). Rozmiar oczek siatki kosza transportowego 20 odpowiadał numerowi sita 20. Kosz i granulki zanurzano w kąpieli ciekłego azotu, o temperaturze punktu wrzenia 77 K, zawartej w zbiorniku 16 do całkowitego zanurzenia. Na powierzchniach granulek, znajdujących się w koszu transportowym 20 na dowolnej głębokości, wystąpiło wrzenie warstewkowe. Po około 4 sekundach od całkowitego zanurzenia granulek w kąpieli z ciekłego azotu wystąpiło wrzenie pęcherzykowe jednocześnie w całej objętości kąpieli. Po następnej 1 minucie kosz transportowy 20 i granulki w mm zawarte oraz ciekły azot osiągnęły równowagę termiczną, a wrzenie pęcherzykowe ustało. Kosz transportowy wyciągnięto. Granulki były całkowicie czyste. Na dnie zbiornika 16 widoczne były niewielkie skupiska zanieczyszczeń.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób oczyszczania powierzchni przedmiotów z cząstkowych zanieczyszczeń, w którym zanurza się przedmioty w ciekłej kąpieli i podpiera się je ponad dnem pojemnika z kąpielą, a następnie wyjmuje z kąpieli, znamienny tym, że jako kąpiel stosuje się ciekłą mieszaninę zamrażającą, korzystnie ciekły azot, i zanurza się przedmioty o temperaturze, korzystnie pokojowej, przy której różnica temperatur pomiędzy temperaturą wrzenia cieczy zamrażającej i temperaturą przedmiotów wywołuje kolejno wrzenie warstewkowe cieczy zamrażającej na powierzchni wszystkich przedmiotów, a następnie wrzenie pęcherzykowe jednocześnie w całej objętości cieczy zamrażającej, przy czym zanurza się przedmioty w cieczy zamrażającej z dostateczną szybkością doprowadzając najpierw do wrzenia warstewkowego kąpieli jednocześnie na powierzchni wszystkich przedmiotów ułożonych na różnych głębokościach w kąpieli, a następnie do wrzenia pęcherzykowego jednocześnie w całej objętości kąpieli, po czym przedmioty przetrzymuje się w kąpieli zamrażającej do osiągnięcia pomiędzy nimi i kąpielą zamrażającą równowagi termicznej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze przedmioty, po wyjęciu z kąpieli zamrażającej przenosi się do wolnego od wilgoci środowiska i ogrzewa się przedmioty w tym środowisku.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przedmioty przenosi się do pojemnika, wewnątrz którego wytwarza się pozbawione wilgoci środowisko w temperaturze atmosfery, przy czym pojemnik przykrywa się luźno dopasowaną pokrywą i doprowadza się do desorpcji mieszaniny zamrażającej w postaci gazu z granulowanego materiału przez ogrzewanie przedmiotów w tym środowisku do temperatury atmosfery, a następnie odprowadza się mieszaninę zamrażającą z pojemnika.
4. 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przedmioty przenosi się do pojemnika posiadającego w dnie otwór do wprowadzania suchego gazu, wytwarza się w pojemniku pozbawioną wilgoci atmosferę poprzez wprowadzanie suchego gazu do pojemnika pod ciśnieniem wyzszym od atmosferycznego przez otwór w dnie, a następnie odprowadza się suchy gaz z pojemnika spod luźno pasowanej pokrywy pojemnika.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przedmioty zanurza się w mieszaninie zamrażającej w izolowanym zbiorniku.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed zanurzeniem w mieszaninie zamrażającej ogrzewa się przedmioty do temperatury przewyższającej temperaturę wrzenia mieszaniny zamrażającej, przy której różnica temperatur pomiędzy temperaturą wrzenia cieczy zamrażającej i temperaturą cieczy zamrażającej wywołuje kolejno wrzenie warstewkowe cieczy zamrażającej na powierzchni wszystkich przedmiotów a następnie wrzenie pęcherzykowe jednocześnie w całej objętości cieczy zamrażającej.