PL212570B1 - Sposób osiągania wysokiej intensywności kawitacji przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w wodnych roztworach alkalicznych zawierających metakrzemian sodowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób osiągania wysokiej intensywności kawitacji przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w wodnych roztworach alkalicznych zawierających metakrzemian sodowy. 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 powierzchniowoczynnego. Alkaliczne środki oczyszczające składają się z 3-5 składników i stosowane są w ilości około 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 częstotliwość 40 kHz. Panuje bowiem pogląd, że przy 25 kHz osiągać można wyższe niż przy 40 kHz intensywności kawitacji wody, a zatem i roztworów wodnych, a ponieważ zanieczyszczenia oczyszczane w roztworach wodnych są silniej przywarte do podłoża, 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, obniża nieco maksymalną intensywność kawitacji, ciągle jednak intensywność ta jest wyższa niż w rozpuszczalnikach organicznych.

Jak się okazało w toku badań, 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 metakrzemianu sodu, nawet znacznie od niej intensywniej. Warunkiem jest stosowanie odpowiedniej częstotliwości i mocy ultradźwięków.

Sposób osiągania przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w wodnych roztworach alkalicznych intensywności kawitacji przewyższającej intensywność kawitacji wody polega na stosowaniu do oczyszczania roztworu wodnego metakrzemianu sodu jako samodzielnego środka oczyszczającego, przy czym częstotliwość ultradźwięków zawarta jest w granicach 35-42 kHz, a ich moc jest wysoka. Wysokość mocy elektrycznej pobieranej przez generator z sieci nie może być niższa niż 18 W na litr roztworu w myjce. Proces oczyszczania prowadzi się w temperaturze 50-65°C, przy stężeniu metakrzemianu sodu w roztworze wodnym 3-9%, w postaci Na₂SiO₃-5H₂O lub Na₂SiO₃-9H₂O.

Stosowanie częstotliwości 35-42 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 metakrzemianu przy znacznym podwyższeniu intensywności kawitacji wody.

Na przykład w przeprowadzonej próbie przy 26 kHz dla 5%-owego Na₂SiO₃-5H₂O w temperaturze 60°C, podwyższenie mocy myjki z 470 W (23, 5 W/l) do 620 W (31 W/l) powiększyło maksymalną intensywność kawitacji wody z 25 do 40 jednostek, a maksymalną intensywność kawitacji roztworu metakrzemianu z 24 do 26 jednostek. Osiągana według wynalazku intensywność kawitacji przewyższa intensywność kawitacji wody dla tych samych parametrów procesu nadźwiękawiania.

PL 212 570 B1

Ponieważ oczyszczanie ultradźwiękowe w roztworach wodnych przeprowadza się w zakresie temperatury 50-65°C (najczęściej około 60°C), to niespodziewanie wysoka intensywność kawitacji roztworu metakrzemianu sodu o stężeniu 3:9% może być wykorzystywana w praktyce przemysłowej.

P r z y k ł a d

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 temperatury 70°C z jednoczesnym nadźwiękawianiem. Następnie wodę studzi się do temperatury 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 kg Na₂SiO₃-5H₂O, co stanowi 5%. Roztwór ponownie odgazowuje się, nagrzewając do temperatury 70°C z równoczesnym nadźwiękawianiem i studzi do temperatury 60°C. Pomiar kawitacji roztworu daje wynik 40 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 metakrzemian sodowy w temperaturach w zakresie 50-65°C, znamienny tym, że stosuje się metakrzemian o stężeniu 3: 9% jako samodzielny środek oczyszczający i ultradźwięki o częstotliwości 35-42 kHz i mocy elektrycznej nie niższej niż 18 W/l.