CH672321A5

CH672321A5 -

Info

Publication number: CH672321A5
Application number: CH327886A
Authority: CH
Inventors: Francis John Figiel
Original assignee: Allied Corp
Priority date: 1985-03-11
Filing date: 1986-08-14
Publication date: 1989-11-15
Also published as: EP0194589A3; FR2602801A1; DE3666962D1; EP0194589B1; EP0194589A2

Description

DESCRIPTION

Cette invention a trait à un système de solvant azéotrope amélioré pour le nettoyage et le séchage qui inclut un solvant volatil qui est capable d'éliminer l'eau, les résidus hydrophiles ou autres films de la surface de substrats et un appareil et un procédé nouveaux. L'élimination des résidus hydrophiles et contenant de l'eau de la surface des substrats à nettoyer est effectuée par déplacement ou dissolution; cette façon de nettoyer évite la multiplication des étapes de nettoyage et de séchage et, dans le cas des métaux, elle évite une corrosion potentielle de la sorte qui résulte de l'emploi de procédés de nettoyage aqueux.

Dans le travail du métal, on se sert d'une variété de lubrifiants, y compris le type classique du kérosène, des huiles solubles dans l'eau et des fluides synthétiques et semi-synthétiques. Certains de ces fluides posent un problème difficile lorsque l'on essaie de rincer, de sécher et de nettoyer la surface de tels matériaux. Les dégraisseurs à vapeur qui utilisent des solvants chlorés tels que le trichloro-1,1,1 éthane, le trichloroéthylène, le perchloréthylène ou le chlorure de méthylène font partie des méthodes courantes de nettoyage de surfaces métalliques et autres surfaces non absorbantes et ils agissent efficacement sur les films superficiels hydrophiles qui sont constitués de façon typique d'agents tensioactifs agissant sur l'eau, l'huile, de sels métalliques, etc. Ces solvants chlorés se décomposent cependant fréquemment et forment de l'acide chlorhydrique corrosif en présence d'eau. De plus, de nombreux programmes de nettoyage ne sont pas conçus pour éliminer l'eau en même temps qu'ils nettoient les surfaces, un problème qui est particulièrement aigu lorsqu'il faut nettoyer les fluides employés en métallurgie et qui sont diluables dans l'eau, dans un dégraisseur à vapeur à l'aide d'un solvant chloré.

Alors que l'on pourrait «soulager» les problèmes résultant de la manutention de fluides de nettoyage contaminés par Feau en ne plaçant que les parties séchées ou exemptes d'eau, chauffées dans le dégraisseur, cette option n'est pas pratique en particulier parce qu'il est souvent difficile d'éliminer de façon satisfaisante un film sec présent sur un article. De plus, le temps qu'il faut passer à laisser sécher les pièces augmente le stock du travail en cours. Le fait de faire reposer les pièces avant le nettoyage augmente la manutention, abaisse la productivité et diminue la flexibilité de fabrication.

Dans les brevets américains Nos 3.559.297, 2.589.023 et 3.710.450, des systèmes ont été décrits pour éliminer les films d'eau des substrats nettoyés. La présente invention se rapporte à un système pour le traitement de substrats qui sont contaminés et qui exigent un nettoyage ainsi qu'un séchage, l'opération étant effectuée par un système unique de nettoyage/séchage.

Il est donc apparent qu'il existe un besoin d'un système de solvant efficace pour nettoyer et sécher des surfaces et, en particulier, d'un système qui soit aisément renouvelable en séparant l'eau et les contaminants de surface accumulés dans celui-ci, pendant l'utilisation du solvant sans rencontrer d'interférence importante par accumulation d'eau et de contaminants dans le solvant.

La présente invention a pour but de proposer un système de nettoyage et de séchage et des compositions de solvant qui résultent en des capacités de séchage améliorées. Le solvant employé peut résister à un usage intensif dans les opérations de désorption de l'eau et de nettoyage sans qu'il y ait de modification substantielle de la capacité de nettoyage et de séchage du solvant. L'invention a plus particulièrement pour but de proposer une composition de solvant azéotrope efficace qui résiste à la formation d'une émulsion stable et qui permet au solvant de nettoyage de déplacer les films hydrophiles avec des pertes minimales d'efficacité nettoyante pour le fluide.

Cette invention propose un procédé et un appareil capable d'éliminer efficacement les films superficiels contaminés d'articles non absorbants.

A cet effet, l'invention propose un procédé tel que défini dans les revendications 1 et 4, et un appareil tel que défini dans la revendication 8.

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Le film liquide superficiel est éliminé en étant soit déplacé, soit dissous par le solvant azéotrope. Les articles que l'on fait passer à travers une phase vapeur du solvant azéotrope sont retirés propres et secs.

Les compositions azéotropes utilisées ont de préférence une bonne capacité de mouillage et une bonne puissance dissolvante pour déplacer les résidus hydrophiles associés à l'eau et pour dissoudre les contaminants organiques. De façon typique, ces azéotropes doivent pouvoir bouillir entre 30 et 46° C, avoir un pouvoir dissolvant de l'eau compris entre 0,001 et 1,0% en poids par rapport au poids du solvant azéotrope, et être stables en présence d'eau et des métaux blancs, tels que l'aluminium et l'acier galvanisé. Ces solvants liquides de nettoyage/séchage employés sont la composition azéotrope de trichlorofluoroéthane et d'au moins un alcool aliphatique de 1 à 5 atomes de carbone et peuvent contenir le cas échéant un ou plusieurs composants. Des exemples typiques de mélange sont: trichlorotrifiuoroéthane-isopropanol ; trichlorotrifluoroéthane-isopropanol-nitrométhane ; trichlorotrifluoroéthane-isopropanol-éthanol-nitrométhane et trichlorotrifluoroéthane-acétone-hexane-nitrométhane.

La figure du dessin est une vue schématique d'un mode de réalisation de l'appareil de l'invention montrant les composants du système qui comprend un récipient principal de traitement du produit, le purificateur de solvant, le sécheur primaire de solvant et le sécheur secondaire de solvant.

Comme on le voit en se référant à la figure 1 du dessin, l'appareil décrit comprend une pluralité de compartiments séquentiels de traitement du produit. Les compartiments incluent fondamentalement le récipient de traitement du produit ou récipient principal 10, l'alambic purificateur de solvant 29, le récipient du système primaire de séchage du solvant ou conteneur 38, et le récipient 13 de séchage secondaire du solvant.

Le récipient principal de traitement 10 est constitué d'un ou pré-férablement de deux compartiments rectangulaires de traitement, un premier compartiment 11 et un second compartiment 12. Le récipient principal de traitement 10 est équipé d'un manchon réfrigérant 16 qui sert à condenser les vapeurs et empêcher les pertes de solvant à l'intérieur et à l'extérieur de la zone de vapeur 37 au-dessus du liquide azéotrope bouillant et équipé d'éléments de chauffage 11', 12'. De plus, on peut se servir de moyens d'agitation A, B et/ou, en variante, d'un générateur d'ultrasons (non représenté) pour fournir de l'énergie ultrasonique afin de favoriser le décollement des particules ou des résidus de sels métalliques qui se trouvent sur les articles traités au cours du procédé de nettoyage. Les dispositifs d'agitation sont aussi employés pour maintenir les matières non dissoutes en suspension, pour les empêcher de se redéposer, en particulier si la nature des articles qui sont traités ne permet pas l'emploi de températures auxquelles le solvant bouillant fournirait une agitation suffisante. De plus, le premier récipient principal de traitement 10 est équipé d'un bain 17 légèrement incliné vers l'entrée 17 du système de séchage secondaire du solvant pour permettre aux vapeurs et à l'humidité condensées de s'écouler par gravité vers le point 17' où le solvant est alimenté dans le récipient de séchage secondaire 13. Chacune des quatre opérations composantes représentées par les récipients 10, 13, 29 et 38 est liée aux autres par une tuyauterie en général désignée par les conduits 22, 25, 27, 32, 50,17, 21 qui permettent au solvant de s'écouler à travers les quatre sections composantes de l'appareil, et dont le flux est modulé par une série de pompes 23, 61 et de vannes 26, 62, 63.

Les opérations de séchage primaire et secondaire, effectuées respectivement dans les sections du sécheur de solvant primaire 38 du sécheur secondaire 13, se sont chacune constituées de deux compartiments, respectivement 45, 41 et 19, 20, séparés par les cartouches de filtre, respectivement 43 et 14, de telle façon que la matière parti-culaire éjectée ou entraînée en dehors des tamis moléculaires est retenue et ne contamine pas le solvant dans les compartiments 11 et 12 du récipient de traitement principàl 10. Chacun des récipients 38 et 13 dispose d'un couvercle amovible, respectivement 48 et 47. La taille des compartiments 19 et 45 dépend du volume nécessaire pour contenir une masse approximativement de 10 à 20 livres de dessicca-teur de solvant contenus dans les cartouches C et D qui sont insérées dans les compartiments 45 et 19. Le dessiccateur de solvant est une résine de tamis moléculaire que l'on peut se procurer dans le commerce à diverses sources telles que, par exemple, Union Carbide Corporation, Fisher Scientific Company, et qui est vendue sous divers noms de marques, tels que les granules de type Davison 3A ou 4A, de qualité 514, de 8-12 mesh. La capacité d'absorption d'eau de ces tamis est d'au moins 10% en poids, le taux de rétention d'eau de 40-70% en poids, à un débit d'environ 3 1/h/kg de tamis, à chaque passage, pour donner une efficacité de séchage capable d'éliminer au moins 40% de l'eau présente à chaque passage à travers le tamis moléculaire. On peut régénérer ces tamis par des moyens connus tels que le passage par une désorption en les plaçant dans une étuve à 140° C pendant environ 48 heures. Les récipients inférieurs 41, 20 des systèmes primaire et secondaire de séchage du solvant 38 et 13 contiennent une quantité suffisante de solvant pour maintenir un volume de travail constant. On garde un volume suffisant de solvant dans l'espace 41, avec une libération contrôlée par la vanne 63, pour disposer d'un volume de travail du solvant azéotrope dans les récipients 11 et 12. Le flux du solvant à travers la vanne 63 doit être en équilibre avec le débit de solvant éliminé par la pompe 23.

Le volume de solvant dans l'espace 20 doit être suffisant pour rincer les articles lors du retrait de l'article des étapes d'immersion dans les compartiments 11 et 12. Dans le système secondaire de séchage du solvant, le solvant propre s'écoule du compartiment 20 par la vanne 62, la pompe 61, le tuyau 21 et la sortie 64. On peut relier de façon convenable la sortie 64 à un dispositif tel qu'un gicleur (non représenté) qui facilite le rinçage de l'article à nettoyer et à sécher avec le solvant azéotrope.

Dans le système primaire de séchage du solvant, le solvant propre s'écoule du récipient 41 par le tuyau 50 et la vanne 63 vers les bassins principaux de traitement 11,12. On se sert d'un système auxiliaire de filtration 24 pour éliminer les matières particulaires qui passent par inadvertance dans le solvant au cours du traitement des articles et peuvent, à cause des forces physiques associées à la distillation par détente, contaminer les vapeurs de solvant dans l'alambic 29. L'alambic 29, qui purifie le solvant, comprend un compartiment convenable 30 équipé d'éléments de chauffage 31, d'un manchon réfrigérant 33 et d'un bac de condensation 32 qui est relié à 32' au système primaire de séchage du solvant 38. L'alambic 29 sert à éliminer des composants à point d'ébullition relativement élevé du mélange azéotrope contaminé maintenu opérationnel par un moyen convenable de contrôle du niveau classique de flux du solvant (non représenté) qui coupe le courant lorsque le niveau du solvant tombe en dessous d'un niveau prédéterminé. On se sert de l'isolation 67 pour maintenir l'efficacité et conserver l'énergie. Un couvercle amovible 28' empêche les émissions de solvant.

Dans le circuit du procédé, le solvant venant du récipient de traitement 11 s'écoule par le tuyau 22, la pompe 23, le filtre 24, le tuyau 25, la vanne 26 et le tuyau 27 vers l'alambic 29 où il est transformé en vapeur et condensé au niveau du manchon réfrigérant 33 dans le purificateur 29 et il s'écoule par le bac 32 dans le récipient 38 à 32'; là, il passe à travers la cartouche de dessiccateur de solvant C dans la chambre 45, le filtre 43 et il passe de 43 dans la chambre 41 d'où il s'écoule ensuite par le tuyau 50 et la vanne 63 dans les récipients de traitement de 11 et 12.

Dans les récipients de traitement, lors du contact avec les articles contaminés par de l'eau et des contaminants associés, par exemple les résidus hydratés de lubrifiants à base aqueuse ou des métaux précieux de solutions de plaquage, le solvant mouille les surfaces non absorbantes et, ce faisant, remplace les contaminants par un film de solvant. Les contaminants décollés de la surface de l'article se mélangent et sont entraînés avec le solvant. Le solvant azéotrope de nettoyage est formé de diverses compositions. Ce solvant, qui est maintenu à l'état agité, est éliminé par le tuyau 22, la pompe 23 et le filtre auxiliaire 24, et passe au purificateur 29. Simultanément, l'ali5

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mentation en solvant est complétée constamment par le flux du solvant des compartiments 41 et 20, ce qui maintient une pureté de solvant et un volume de travail appropriés. L'article est rincé au moyen du solvant filtré à partir du compartiment 20 pour garantir un niveau élevé de propreté de l'article. De plus, l'article est maintenu dans la zone de vapeur 15 où tout le film liquide du solvant de rinçage est transformé en sa vapeur, tandis que la température de l'article est élevée au-dessus de la température ambiante; cela empêche la condensation d'humidité à la surface de l'article.

Le procédé peut varier dans les séquences par rapport au procédé ci-dessus, par exemple une première immersion de l'article dans le solvant bouillant, puis éventuellement dans du solvant non bouillant, un rinçage et finalement une exposition de l'article dans la zone de vapeur. Le procédé est avantageusement indépendant de la quantité du film aqueux sur l'article, la pureté de celui-ci, la présence de certains autres résidus hydratés dans le film et du type d'articles traités, le matériel de verre, de métal et de plastique, et d'autres articles ayant des surfaces non absorbantes.

Le solvant employé dans le système nouveau de l'invention est un mélange azéotrope trichloro-1,1,2 trifluoro-1,2,2 éthane (R-l 13) ou un mélange de ses isomères avec un ou plusieurs cosolvants qui forment un azéotrope. Ces cosolvants appartiennent au groupe des alcools et des cétones aliphatiques et du nitrométhane. Sont inclus spécifiquement l'éthanol, l'isopropanol, le nitrométhane et l'acétone. Les mélanges azéotropes dont on peut se servir incluent ceux qui sont décrits dans les brevets US Nos 3.789.006 et 4.052.328. Les azéotropes de solvant peuvent s'évaporer complètement, en ne laissant aucun résidu, ils sont inflammables et ont des concentrations maximales admissibles d'environ 500 ppm telles qu'elles sont définies par l'American Conference of Governmental and Industry Hygie-nists (Conférence américaine des hygiénistes du gouvernement et de l'industrie) (ACGIH). Ces solvants azéotropes sont compatibles avec le matériau de construction des articles traités. De plus, ces solvants ont une capacité de dissolution de l'eau limitée à au plus 0,1 % en poids et de préférence à au plus 0,05% en poids d'eau et qui ne sont eux-mêmes pas solubles dans l'eau à plus de 0,1 % en poids. Les azéotropes peuvent être des mélanges à deux ou plusieurs composants, qui sont reconnus par les hommes de métier comme étant des mélanges du type azéotrope ou à point d'ébullition constante. Il est important que lesdits mélanges aient une bonne capacité de mouillage et une bonne stabilité chimique.

Les données ci-dessus montrent que le système est capable d'éliminer en continu de grandes quantités d'eau sans modifier cette capacité de sécher parfaitement des articles mouillés.

Conformément à l'invention, on va décrire maintenant un procédé typique de nettoyage de pièces d'aluminium destinées à l'industrie aéronautique, l'appareil et un azéotrope envisagé par l'invention. Les pièces d'aluminium, qui ont été usinées et qui sont couvertes d'un film de lubrifiant à base aqueuse, sont nettoyées et séchées par le système de l'invention. Le résidu sur les pièces est typiquement une émulsion d'huile dans l'eau dont on se sert comme lubrifiant dans l'usinage des pièces, et il comprend, comme ingrédients principaux, de l'eau, un détergent soluble dans l'eau et de l'huile. Ces lubrifiants sont souvent difficiles à éliminer complètement de la surface à cause de forces électrostatiques ou polaires. De plus, la nature des films est telle qu'ils ne sont normalement pas entièrement solubles dans les solvants organiques, et l'on se sert, au cours des opérations de nettoyage classiques, de solvants chlorés tels que le trichloroéthylène et le trichloroéthane. De tels produits présentent souvent des problèmes pour l'environnement ou des problèmes de stabilité et ils sont en général peu pratiques.

Dans l'opération de nettoyage et de séchage, lorsqu'on se sert du système de l'invention, les pièces sont placées dans un portoir ouvert (perforé) d'acier inoxydable et immergées dans le solvant dans le compartiment contenant une composition azéotrope de trichlorotri-fluoroéthane, d'éthanol, d'isopropanol et de nitrométhane, dans un rapport en poids respectivement de 93,5:3,5:2,0:1,0.

Les pièces sont maintenues dans le solvant bouillant dans le bassin 11 pendant 1 à 2 minutes, puis elles sont rincées avec du solvant purifié et séchées dans la zone de vapeur 15. On peut, le cas échéant, immerger encore les pièces dans le solvant dans le compartiment 12, auquel cas le rinçage ne serait alors effectué qu'après la seconde immersion. Les pièces sont ensuite élevées dans la zone de vapeur 15 où elles sont maintenues jusqu'à ce que la condensation sur les pièces s'arrête, une période d'environ 1-2 minutes. Les pièces sont ensuite retirées et transférées pour un traitement ultérieur. Le film d'émulsion éliminé des pièces est partiellement dissous et contamine le mélange solvant azéotrope dans le compartiment 11 et, dans une moindre mesure, le mélange à solvant dans le compartiment 12. Ce film forme aussi une phase séparée avec certains composants de l'émulsion. Lors de la purification du solvant azéotrope contaminé, il est prélevé dans le tuyau 22 et filtré à 24 pour éliminer les particules insolubles et il est introduit dans l'alambic purificateur 29. Dans l'alambic 29, le mélange azéotrope est entraîné par distillation dans le sécheur primaire 38 où le solvant azéotrope est séché à travers le tamis moléculaire C pour éliminer l'humidité et il est ensuite filtré à travers le filtre 43 pour éliminer les particules résiduelles ou les parcelles de particules qui peuvent être générées par les granules de tamis moléculaire. Le solvant filtré est ensuite recueilli dans la chambre 41 et transféré par le tuyau 50 au bain de traitement 12. Lorsque le compartiment 12 est rempli, l'excès déborde par le déversoir W dans le compartiment 11. L'effet est de maintenir une composition relativement pure dans le compartiment 12 dans la mesure où le solvant azéotrope contaminé est déplacé par du solvant purifié et séché venant des chambres 41 et 20 et où il est transporté par le déversoir W dans le compartiment 11. Dans la zone de vapeur 15, la vapeur qui se condense est recueillie dans le bac 17 et dirigée à travers le tamis moléculaire D. Le condensât contient de façon typique des quantités d'humidité, dont la quantité exacte peut varier dans une certaine mesure selon l'humidité ambiante. Le solvant azéotrope qui passe à travers le tamis moléculaire est débarrassé de son contenu d'humidité, filtré à 14, recueilli à 20 et ensuite pompé par la ligne 21 et il comprend éventuellement, au moins en partie, le solvant de rinçage que l'on peut diriger sur les pièces après que les pièces ont été sorties du bain et qu'elles sont maintenues dans la zone de vapeur.

Il sera apparent aux hommes de métier que l'on peut apporter des modifications et des changements nombreux aux modes de réalisation décrits ici, sans sortir du cadre et de l'esprit de l'invention.

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REVENDICATIONS

1. Procédé pour nettoyer et sécher la surface d'articles non absorbants qui comprend les étapes suivantes :

(a) immerger l'article dans un solvant organique azéotrope liquide bouillant dont la densité est supérieure à celle de l'eau et dans lequel l'eau est soluble dans des quantités comprises entre environ 0,005 et 1,0% en poids;

(b) sortir l'article du solvant liquide et le placer dans la phase vapeur dudit solvant azéotrope;

(c) rincer l'article tandis qu'il est dans ladite phase de vapeur à l'aide dudit solvant azéotropique qui vient d'être condensé et qui est sensiblement dépourvu d'humidité, et

(d) maintenir ensuite ledit article dans la zone de vapeur dudit solvant azéotrope jusqu'à ce que la condensation de vapeur sur l'article ait cessé.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après l'étape (a), on sort l'article du solvant liquide et qu'on le réimmerge dans un second bain du solvant azéotrope liquide dont la pureté est supérieure à celle de l'étape (a).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fournit une agitation dans le bain de réimmersion.
4. Procédé pour purifier un bain de mélange de solvants azéotro-pes contaminés lors de la mise en œuvre du procédé de nettoyage selon la revendication 1 par des matériaux solubles et insolubles, y compris de l'eau, et qui comprend les étapes suivantes:

(a) filtrer le mélange de solvant azéotrope contaminé pour le débarrasser des matières particulaires;

(b) soumettre le mélange azéotrope filtré de l'étape (a) à la distillation pour en séparer les composants à points d'êbullition relativement élevés;

(c) soumettre le distillât de l'étape (b) à un séchage sur tamis moléculaire dans lequel le tamis moléculaire a un taux de rétention d'eau de 40-70% en poids à un débit d'environ 31/h/kg de tamis, pour éliminer essentiellement au moins 40% de l'humidité résiduelle, et

(d) moduler le flux de retour audit bain du mélange azéotrope de l'étape (c).
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le mélange azéotrope de l'étape (c) est filtré avant d'être introduit à l'étape (d).
6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la vapeur au-dessus du bain est condensée, recueillie, séchée et réintroduite dans le bain.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le condensât séché est filtré avant d'être réintroduit dans le bain.
8. Appareil pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant:

(a) un récipient de traitement pour recevoir et chauffer un bain de solvant liquide organique azéotrope et pour créer une zone de vapeur liquide organique au-dessus du bain liquide;

(b) des moyens pour retirer en continu un courant de liquide du bain;

(c) un filtre pour le courant retiré à (b);

(d) un alambic purificateur pour distiller et séparer l'azéotrope des contaminants présents dans le courant filtré de l'étape (c);

(e) un tamis moléculaire pour éliminer essentiellement au moins 40% de l'humidité résiduelle du mélange organique azéotrope distillé dès qu'il est obtenu de l'étape (d), et

(f) des moyens pour recycler le produit sensiblement séché de l'étape (c) au bain de l'étape (a).
9. Appareil selon la revendication 8, comprenant des moyens d'agitation pour le bain.
10. Appareil selon la revendication 8, comprenant un filtre pour filtrer le produit obtenu à partir du tamis moléculaire de l'étape (e) avant de réintroduire le produit dans le bain du récipient (a).