PL209859B1 - Sposób osiągania wysokiej intensywności kawitacji przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w wodnych roztworach alkalicznych zawierających ortofosforan trójsodowy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób osiągania wysokiej intensywności kawitacji przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w wodnych roztworach alkalicznych zawierających ortofosforan trójsodowy. Osiągana według wynalazku intensywność kawitacji przewyższa intensywność kawitacji wody dla tych samych parametrów procesu nadźwiękawiania.

Kawitacja jest głównym czynnikiem sprawczym oczyszczania ultradźwiękowego. Intensywność kawitacji roztworu oczyszczającego, przewyższająca intensywność kawitacji wody w temperaturze procesu oczyszczania, pozwala osiągać najwyższą możliwą w danych warunkach efektywność tego procesu. W dotychczasowej praktyce nie była ona możliwa do osiągnięcia.

Oczyszczanie ultradźwiękowe znanym sposobem przeprowadza się przez zanurzenie oczyszczanych przedmiotów w zbiorniku myjki ultradźwiękowej, napełnionej podgrzanym uprzednio roztworem wodnym mieszaniny soli o odczynie alkalicznym i poddanie ich działaniu ultradźwięków. Jako sole alkaliczne stosuje się najczęściej węglan sodu, krzemian sodu i różnego rodzaju fosforany sodu jak ortofosforan, trójfosforan, sześciometafosforan, pirofosforan czy polimetafosforan, zwykle z dodatkiem środka powierzchniowo czynnego. Alkaliczne środki oczyszczające składają się z 3-5 składników i stosowane są w iloś ci okoł o 3%.

Myjki ultradźwiękowe pracują zwykle na częstotliwościach około 25 kHz i około 40 kHz, przy czym do oczyszczania w roztworach wodnych stosuje się częstotliwość 25 kHz, a do oczyszczania w rozpuszczalnikach organicznych czę stotliwość 40 kHz. Panuje bowiem poglą d, ż e przy 25 kHz osią gać można wyższą niż przy 40 kHz intensywność kawitacji wody, a zatem i roztworów wodnych, a ponieważ zanieczyszczenia oczyszczane w roztworach wodnych są silniej przywarte do podł o ż a, zaś same roztwory wodne zdolne są kawitować intensywniej niż rozpuszczalniki organiczne, to niższa częstotliwość jest bardziej odpowiednia.

Natomiast przy wyższej częstotliwości (40 KHz) silniejsze są prądy hydrodynamiczne wywołane ciśnieniem promieniowania ultradźwięków, będące drugim po kawitacji czynnikiem sprawczym oczyszczania i dlatego wyższa częstotliwość jest bardziej odpowiednia dla rozpuszczalników organicznych, gdzie oczyszczanie zachodzi przez rozpuszczanie zanieczyszczeń.

Roztwory wodne kawitują intensywniej od rozpuszczalników organicznych dlatego, że woda jest cieczą zdolną kawitować intensywniej od innych cieczy. Dla każdej cieczy temperatura maksymalnej intensywności kawitacji jest inna. Dla wody wynosi ona 35°C. Zawartość w wodzie rozpuszczonych w niej soli alkalicznych, stosowanych w procesach oczyszczania, obniż a nieco maksymalną intensywność kawitacji, ciągle jednak intensywność ta jest wyższa niż w rozpuszczalnikach organicznych.

Jak się okazało w toku badań nad tym zagadnieniem, wodne roztwory soli kawitują słabiej niż woda w temperaturze bliskiej 35°C, ale w temperaturze oddalonej od 35°C mogą kawitować z intensywnością bliską intensywności kawitacji wody w danej temperaturze, a w przypadku ortofosforanu sodu, nawet znacznie od niej intensywniej. Warunkiem jest stosowanie odpowiedniej częstotliwości i mocy ultrad ź wię ków. Fakt ten jest tym bardziej znamienny, ż e dla innych soli fosforowych, w tym również trójpolifosforanu, sześciometafosforanu, pirofosforanu i polimetafosforanu - zwiększonej intensywności kawitacji nie stwierdzono, przeciwnie, kawitują one wyraźnie słabiej niż woda.

Według wynalazku sposób osiągania przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w wodnych roztworach alkalicznych zawierających ortofosforan trójsodowy wysokiej intensywności kawitacji, polega na stosowaniu do oczyszczania roztworu wodnego ortofosforanu trójsodowego jako samodzielnego środka oczyszczającego, przy czym częstotliwość ultradźwięków zawarta jest w granicach 32-42 kHz, a ich moc jest wysoka. Wysokość mocy elektrycznej pobieranej przez generator z sieci, przy czę stotliwości 32-36 kHz nie może być niższa niż 30 W na litr roztworu w myjce, a przy częstotliwości 37-42 kHz - niż 18 W/l. Proces oczyszczania prowadzi się w temperaturze 50-65°C, przy stężeniu ortofosforanu trójsodowego w roztworze 5-12%.

Stosowanie częstotliwości 32-42 kHz w sposobie według wynalazku jest warunkiem koniecznym do osiągnięcia założonego rezultatu, ponieważ, jak wykazały przeprowadzone próby przy niższych częstotliwościach intensywność kawitacji roztworu jest zawsze niższa od intensywności kawitacji wody, a powiększanie mocy prowadzi do nieznacznego podwyższenia intensywności kawitacji roztworu ortofosforanu trójsodowego przy znacznym podwyższeniu intensywności kawitacji wody. Na przykład w przeprowadzonej próbie przy 26 kHz dla 7%-owego Na₃PO₄-12H₂O w 60°C, podwyższenie mocy myjki z 470 W (23,5 W/l) do 620 W (31 W/l) powiększyło maksymalną intensywność kawitacji

PL 209 859 B1 wody z 25 do 40 jednostek, a maksymalną intensywność kawitacji roztworu ortofosforanu z 24 do 27 jednostek.

Ponieważ oczyszczanie ultradźwiękowe w roztworach wodnych przeprowadza się w zakresie temperatur 50-65°C, a najczęściej około 60°C, to niespodziewanie wysoka intensywność kawitacji roztworu wodnego Na₃PO₄-12H₂O o stężeniu 5-12% może być wykorzystywana w praktyce przemysłowej.

P r z y k ł a d 1

Do myjki ultradźwiękowej dużej mocy, o pojemności zbiornika 30 I, pracującej na częstotliwości 34 kHz, wlewa się 20 I wody wodociągowej i w celu odgazowania podgrzewa się ją do temperatury 70°C z jednoczesnym nadźwiękawianiem. Następnie wodę studzi się do 60°C, załącza ultradźwięki i miernikiem kawitacji mierzy intensywność kawitacji, jednocześnie dokonując pomiaru mocy elektrycznej, pobieranej przez generator z sieci. Maksymalna intensywność kawitacji wynosi 31 jednostek przy mocy 646 W (32,3 W/l). Następnie w wodzie rozpuszcza się 1 kg Na₃PO₄-12H₂O, co stanowi 5%. Roztwór ponownie odgazowuje się, nagrzewając do 70°C z równoczesnym nadźwiękawianiem i studzi do 60°C. Pomiar kawitacji roztworu daje wynik 34 jednostki przy mocy 612 W (30,06 W/l). Przystępuje się do oczyszczania przygotowanych uprzednio zanieczyszczonych detali. Rezultat oczyszczania jest pozytywny.

P r z y k ł a d 2

Do myjki ultradźwiękowej dużej mocy, o pojemności zbiornika 30 I, pracującej na częstotliwości 38 kHz, wlewa się 20 I wody wodociągowej i w celu odgazowania podgrzewa się ją do 70°C z jednoczesnym nadźwiękawianiem. Następnie wodę studzi się do 60°C, załącza ultradźwięki i miernikiem kawitacji mierzy intensywność kawitacji, jednocześnie dokonując pomiaru mocy elektrycznej, pobieranej przez generator z sieci. Maksymalna intensywność kawitacji wynosi 29 jednostek przy mocy 432 W (21,6 W/l). Następnie w wodzie rozpuszcza się 1,4 kg Na₃PO₄-12H₂O, co stanowi 7%. Roztwór ponownie odgazowuje się, nagrzewając do 70°C z równoczesnym nadźwiękawianiem i studzi do 60°C. Pomiar kawitacji roztworu daje wynik 41 jednostek przy mocy 430 W (21,5 W/l). Przystępuje się do oczyszczania przygotowanych uprzednio zanieczyszczonych detali. Rezultat oczyszczania jest pozytywny.

Claims (1)

1. Sposób osiągania wysokiej intensywności kawitacji przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w wodnych roztworach alkalicznych zawierających ortofosforan trójsodowy, w temperaturze w zakresie 50-65°C, znamienny tym, że stosuje się Na₃PO₄-12H₂O o stężeniu 5-12% jako samodzielny środek oczyszczający i ultradźwięki o częstotliwości 32-42 kHz i mocy elektrycznej nie niższej niż 30 W/I dla częstotliwości 32-36 kHz i nie niższej niż 18 W/l dla częstotliwości 37-42 kHz.