PL212002B1 - posób stabilizowania intensywności kawitacji przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w alkalicznych roztworach wodnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób stabilizowania intensywności kawitacji przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w alkalicznych roztworach wodnych.

Oczyszczanie ultradźwiękowe znanym sposobem przeprowadza się przez zanurzenie oczyszczanych przedmiotów w zbiorniku myjki ultradźwiękowej, napełnionym podgrzanym uprzednio roztworem wodnym soli o odczynie alkalicznym i poddanie ich tam działaniu ultradźwięków. Jako sole alkaliczne stosuje się najczęściej węglan, krzemian i fosforan sodu, zwykle w postaci mieszaniny z dodatkiem środka powierzchniowo czynnego. Stężenie roztworu nie przekracza 3%. Wszystkie źródła literaturowe podają, że ze wzrostem stężenia soli w roztworze spada intensywność kawitacji, która jest głównym czynnikiem sprawczym oczyszczania ultradźwiękowego. Przyjmuje się, że 2-3 procentowe stężenie roztworu jest optymalne.

Kawitacja ultradźwiękowa, jest głównym czynnikiem oczyszczania, ale nie jest jedynym czynnikiem. Nie mniej ważne dla procesu oczyszczania są reakcje chemiczne pomiędzy roztworem alkalicznym a zanieczyszczeniami. Jak wiadomo szybkość reakcji chemicznych rośnie wraz z temperaturą. Dlatego też celowe jest podgrzewanie roztworu oczyszczającego. Niestety ze wzrostem temperatury spada intensywność kawitacji. Ponadto w tych samych temperaturach intensywność kawitacji podczas ogrzewania roztworu jest inna niż w trakcie stygnięcia tego roztworu.

Przyczyną tego zjawiska jest różna zawartość powietrza rozpuszczonego w roztworze oczyszczającym. 3%-owe roztwory soli alkalicznych, jak wykazały próby, najintensywniej podczas ogrzewania kawitują w temperaturach około 28 - 30°C, po czym w miarę dalszego ogrzewania intensywność kawitacji gwałtownie spada, osiągając w okolicy temperatury 45°C bardzo niski poziom, utrzymujący się przy dalszym ogrzewaniu. Natomiast inaczej roztwory te zachowują się w trakcie chłodzenia. Przy chłodzeniu od temperatury około 70°C intensywność kawitacji gwałtownie rośnie, osiągając maksymalne wartości w temperaturach 25 - 45°C. Tak więc intensywność kawitacji roztworu oczyszczającego zależy od tego, czy w danym momencie roztwór jest ogrzewany czy chłodzony. Jest to dużą niedogodnością dla stabilności procesu oczyszczania ultradźwiękowego.

Jednym ze sposobów stabilizacji intensywności kawitacji jest stosowanie aktywatorów kawitacji według polskiego opisu patentowego PL 185395. Dodatek aktywatora powoduje częściowe odgazowanie roztworu, dzięki czemu intensywność kawitacji przy ogrzewaniu jest bliska intensywności przy chłodzeniu.

Inne rozwiązanie przedstawiono w opisie patentowym PL 209877. Polega ono na powiązaniu cyklów oczyszczania z cyklami ogrzewania i chłodzenia roztworu tak, aby oczyszczanie prowadzić tylko w czasie chłodzenia.

Natomiast sposób stabilizacji intensywności kawitacji przedstawiony w opisie patentowym PL 208600 polega na prowadzeniu oczyszczania w temperaturze, w której krzywe „kawitacja - temperatura dla chłodzonego roztworu i dla ogrzewanego roztworu krzyżują się ze sobą. Następuje to jednak w temperaturach 20 - 35°C, a więc stosunkowo niskich.

W praktyce oczyszczanie ultradź wię kowe w wodnych roztworach alkalicznych prowadzi się najczęściej w temperaturach bliskich 60°C. Stwierdzono bowiem, że w tych temperaturach intensywność kawitacji można utrzymywać na stosunkowo wysokim, chociaż niestabilnym poziomie, zaś reakcje chemiczne z zanieczyszczeniami przebiegają wystarczająco szybko.

Celowym jest jednak, aby intensywność kawitacji w tych temperaturach była stabilną możliwie bez ingerencji zewnętrznej w proces oczyszczania. Możliwe jest to do osiągnięcia przez zastosowanie sposobu według niniejszego wynalazku.

Sposób według wynalazku polega na stabilizowaniu intensywności kawitacji przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w wodnych roztworach soli alkalicznych przez stosowanie roztworów o znacznie wyższym niż w tradycyjnym oczyszczaniu stężeniu - powyżej 7%, korzystnie 8 - 10%. Szczególnie dobre wyniki uzyskuje się stosując jako sól alkaliczną węglan sodu lub mieszaninę soli, w której węglan sodu przeważa ilościowo.

Wprawdzie roztwory wodne o stężeniu większym niż 3% charakteryzują się niższą maksymalną intensywnością kawitacji, jednak średnia intensywność kawitacji dla roztworów ogrzewanych i chłodzonych jest w temperaturach około 60°C, a także w innych podwyższonych temperaturach, dużo wyższa dla roztworów powyżej 7% niż dla roztworów 3%-owych. Powodem jest inny przebieg krzywej kawitacja - temperatura. Krzywa ta dla roztworów powyżej 7%, podczas ich ogrzewania, ma przebieg zbliżony i tylko nieco niższy niż podczas ich chłodzenia. Dzięki temu różnica między intensywnością

PL 212 002 B1 kawitacji roztworów o stężeniu powyżej 7% podczas ogrzewania i chłodzenia jest niewielka, a intensywność kawitacji jest stabilna. Dodatkowym plusem dla procesu oczyszczania jest znaczna intensyfikacja reakcji chemicznych z zanieczyszczeniami, ponieważ bardziej stężone roztwory reagują szybciej i wydajniej.

P r z y k ł a d

W celu oczyszczenia przedmiotów stalowych zastosowany został ś rodek oczyszczający, którego podstawowym składnikiem jest węglan sodu.

Oczyszczanie ultradźwiękowe prowadzono w temperaturze 60°C, a celem stabilizacji intensywności kawitacji zastosowano roztwór o stężeniu 9%. Dla celów porównawczych wykonano w tych samych warunkach próbę oczyszczania z zastosowaniem roztworu 3%-owego, a więc tradycyjnym sposobem. W roztworze 9%-owym oczyszczanie przebiegł o szybciej i lepiej niż w roztworze 3%-owym.

Podczas obydwu prób mierzono intensywność kawitacji, zarówno w trakcie ogrzewania roztworów, jak i ich chł odzeniu. Wyniki przedstawiono na wykresie, przy czym grubsze linie to wykresy dla roztworu 9%owego, a cieńsze dla 3%-owego. Jak widać, w 60°C dla roztworu 9%-owego intensywność kawitacji była stabilna na poziomie 35 i wahała się w zakresie 34 - 36. Roztwór 3%-owy kawitował ze średnią intensywnością 26, przy wahaniach od 10 do 42.

Claims (1)

1. Sposób stabilizowania intensywności kawitacji przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w alkalicznych roztworach wodnych, polegający na zanurzeniu oczyszczanych przedmiotów w zbiorniku myjki ultradźwiękowej, napełnionym podgrzanym uprzednio roztworem soli o odczynie alkalicznym, będącej węglanem sodu lub mieszaniną, w której węglan sodu przeważa ilościowo, i nadźwiękowieniu go ultradźwiękami, znamienny tym, że stosuje się roztwór o stężeniu powyżej 7%, korzystnie 8 - 10%.