PL208600B1

PL208600B1 - Method of keeping stable, high intensity of cavitation in ultrasonic purification methods in water solutions

Info

Publication number: PL208600B1
Application number: PL379231A
Authority: PL
Inventors: Bogdan Niemczewski
Original assignee: Inst Tele I Radiotech
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2011-05-31
Also published as: PL379231A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób utrzymywania stałej, wysokiej intensywności kawitacji w procesach oczyszczania ultradźwiękowego w roztworach wodnych.The present invention relates to a method of maintaining constant, high cavitation intensity in ultrasonic cleaning processes in aqueous solutions.

Oczyszczanie ultradźwiękowe znanym sposobem przeprowadza się zwykle w temperaturach bliskich 60°C. W tych temperaturach reakcje chemiczne zanieczyszczeń zachodzą z dużą intensywnością, a równocześnie intensywność kawitacji, choć niezbyt wysoka, jest wystarczająca.Ultrasonic cleaning is usually carried out in a known manner at temperatures close to 60 ° C. At these temperatures, the chemical reactions of the pollutants occur with high intensity, and at the same time, the intensity of cavitation, although not very high, is sufficient.

Nie zawsze jednak reakcja chemiczna zanieczyszczenia z roztworem oczyszczającym stanowi główny czynnik wpływający na skuteczność oczyszczania ultradźwiękowego.However, the chemical reaction of the pollutant with the cleaning solution is not always the main factor affecting the effectiveness of ultrasonic cleaning.

Przy niektórych rodzajach zanieczyszczeń reakcja chemiczna spełnia wprawdzie istotną rolę, ale zanieczyszczenie na tyle mocno przylega do podłoża, że intensywna kawitacja jest konieczna. Intensywność kawitacji roztworu przy temperaturach bliskich 60°C, którą uzyskuje się stosując znany sposób oczyszczania, jest wówczas zbyt niska. Obniżenie temperatury o 10-15°C również nie prowadzi do dobrych rezultatów. Kawitacja jest wprawdzie wówczas wyższa, ale jej intensywność nie jest stabilna i waha się, podobnie zresztą jak przy temperaturze 60°C, w szerokim zakresie.For some types of contamination, the chemical reaction plays an important role, but the contamination adheres so tightly to the substrate that intense cavitation is necessary. The cavitation intensity of the solution at temperatures close to 60 ° C, which is obtained using the known cleaning method, is then too low. Lowering the temperature by 10-15 ° C also does not lead to good results. Cavitation is then higher, but its intensity is not stable and it fluctuates, similarly to the temperature of 60 ° C, within a wide range.

Przyczyną braku stabilności intensywności kawitacji jest fakt przemiennego ogrzewania się i chł odzenia roztworu. Chcą c utrzymać stałą temperaturę procesu, na przykł ad bliską 60°C, roztwór ogrzewa się przy pomocy grzałek, w które zaopatrzona jest myjka. Układ termostatowania na przemian załącza grzanie, doprowadzając temperaturę do nieco wyższej od założonej, na przykład do 65°C, a następnie wyłącza grzanie i roztwór stygnie do temperatury na przykład 55°C, po czym następuje kolejne załączenie grzania.The cause of the instability of the cavitation intensity is the fact that the solution is alternating heating and cooling. In order to keep the process temperature constant, for example close to 60 ° C, the solution is heated by means of heaters with which a washer is provided. The thermostatic system alternately turns on the heating, bringing the temperature to a little higher than assumed, for example to 65 ° C, and then turns off the heating and the solution cools down to a temperature of, for example, 55 ° C, and then the heating is turned on again.

Badania wykazały, że roztwór wodny w trakcie ogrzewania w podwyższonych temperaturach kawituje ze znacznie niższą intensywnością niż w trakcie chłodzenia w tych samych temperaturach. Stąd duże wahania intensywności kawitacji.Studies have shown that the aqueous solution cavitates during heating at elevated temperatures with a much lower intensity than during cooling at the same temperatures. Hence the large fluctuations in cavitation intensity.

Na rysunku przedstawiono wykresy intensywności kawitacji w funkcji temperatury dla roztworu oczyszczającego, przykładowo 3% roztworu kwasu siarkowego, przy czym kawitacja mierzona jest miernikiem kawitacji, osobno dla procesu ogrzewania tego roztworu i jego chłodzenia. Krzywe chłodzenia i grzania krzyżują się ze sobą (lub bardzo znacznie zbliżają się do siebie) w dwóch miejscach. Jednym z tych miejsc jest temperatura leżąca w zakresie ponad 70°C, a drugim temperatura leżąca w przedziale 20-45°C. W miejscach przecięcia krzywych kawitacja jest stabilna i nie zależy od tego czy roztwór jest ogrzewany czy chłodzony. Okazuje się, że w temperaturach odpowiadających punktowi przecięcia krzywych kawitacji dla cykli chłodzenia i grzania, intensywność kawitacji, zwłaszcza roztworów zasadowych, w bardzo niewielkim stopniu zależy od poziomu cieczy w myjce. Nie jest celowe utrzymywanie temperatury w miejscu przecięcia krzywych leżącym w okolicy 70°C, bowiem kawitacja jest tam wprawdzie stabilna, ale zawsze dość niska. Natomiast w temperaturze odpowiadającej przecięciu krzywych w niższych temperaturach intensywność kawitacji jest wysoka, najczęściej bliska maksymalnej wartości kawitacji możliwej do uzyskania. Prowadząc proces oczyszczania w niższej temperaturze odpowiadającej drugiemu punktowi przecięcia krzywych, wykonanych dla zastosowanego roztworu oczyszczającego w posiadanej myjce, uzyskuje się znaczne przyspieszenie tego procesu oczyszczania dla zanieczyszczeń silnie przywierających do podłoża, mimo że intensywność przebiegu reakcji chemicznych jest w tej temperaturze niższa niż przy 60°C. Przeprowadzone badania wykazały, że dla około 3% roztworów kwasów niższa wartość temperatury, odpowiadająca punktowi przecięcia krzywych dla procesu grzania i chłodzenia, leży najczęściej w zakresie temperatur 30-38°C, natomiast dla roztworów zasadowych w zakresie temperatur 25-30°C.The figure shows graphs of cavitation intensity as a function of temperature for a cleaning solution, for example a 3% sulfuric acid solution, where cavitation is measured by a cavitation meter, separately for the heating and cooling of this solution. The cooling and heating curves cross each other (or are very close to each other) in two places. One of these places is a temperature in the range of over 70 ° C, and the other is a temperature in the range of 20-45 ° C. At the intersection of the curves, cavitation is stable and does not depend on whether the solution is heated or cooled. It turns out that at the temperatures corresponding to the intersection of the cavitation curves for the cooling and heating cycles, the intensity of cavitation, especially in alkaline solutions, depends very little on the liquid level in the washer. It is not advisable to keep the temperature at the intersection of the curves around 70 ° C, because cavitation is stable there, but always quite low. On the other hand, at the temperature corresponding to the intersection of the curves at lower temperatures, the cavitation intensity is high, most often close to the maximum possible cavitation value. By carrying out the cleaning process at a lower temperature corresponding to the second point of intersection of the curves made for the cleaning solution used in the washer, a significant acceleration of the cleaning process is achieved for impurities strongly adhering to the substrate, despite the fact that the intensity of the course of chemical reactions at this temperature is lower than at 60 ° C. C. The conducted tests showed that for about 3% of acid solutions the lower temperature value, corresponding to the point of intersection of the curves for the heating and cooling process, most often lies in the temperature range of 30-38 ° C, while for basic solutions in the temperature range of 25-30 ° C.

Sposób utrzymywania stałej, wysokiej intensywności kawitacji w procesach oczyszczania ultradźwiękowego w roztworach wodnych, według wynalazku polega na tym, że proces oczyszczania prowadzi się w temperaturach bliskich temperaturze, przy której na uprzednio wykonanym wykresie intensywności kawitacji w funkcji temperatury, w procesie grzania i w procesie chłodzenia stosowanego w danym procesie roztworu wodnego, wartoś ci intensywnoś ci kawitacji są sobie równe lub róż nica wartości intensywności kawitacji jest najmniejsza, przy czym z dwóch tak zdefiniowanych temperatur wybiera się temperaturę, przy której występuje wyższy poziom kawitacji.The method of maintaining a constant, high intensity of cavitation in the processes of ultrasonic cleaning in aqueous solutions, according to the invention, consists in the fact that the cleaning process is carried out at temperatures close to the temperature at which, in the previously made graph of cavitation intensity as a function of temperature, in the heating process and in the cooling process used in a given aqueous solution process, the cavitation intensity values are equal to each other or the difference in the cavitation intensity value is the smallest, and the temperature at which the higher level of cavitation occurs is selected from the two temperatures thus defined.

Przeprowadza się czyszczenie przedmiotów stalowych, których powierzchnia pokryta jest rdzą i zendrą . Do usuwania tego rodzaju zendry, stosuje się 3% roztwór kwasu siarkowego.Cleaning of steel objects is carried out, the surface of which is covered with rust and scale. A 3% sulfuric acid solution is used to remove this type of scale.

Myjkę ultradźwiękową, zaopatrzoną w termometr elektroniczny, napełnia się roztworem kwasu siarkowego o stężeniu 3%, do poziomu ¾ objętości komory. Załącza się ogrzewanie i ultradźwięki a następnie ogrzewając roztwór do temperatury 70°C, co około 3°C mierzy się intensywność kawitacji,An ultrasonic washer equipped with an electronic thermometer is filled with a 3% sulfuric acid solution to the level of ¾ of the chamber volume. Heating and ultrasounds are turned on, and then by heating the solution to a temperature of 70 ° C, the intensity of cavitation is measured every 3 ° C,

PL 208 600 B1 stosując miernik kawitacji, działający na zasadzie pomiaru intensywności szumów kawitacyjnych. Po osiągnięciu temperatury 70°C nadźwiękawianie i ogrzewanie przerywa się i rozpoczyna się chłodzenie cieczy, poprzez ustawienie myjki w możliwie chłodnym miejscu i zastosowanie wentylatorów intensyfikujących chłodzenie. Co około 3°C załącza się na krótko ultradźwięki, notując wskazania miernika kawitacji i termometru. Po osiągnięciu temperatury około 25°C chłodzenie przerywa się.Using a cavitation meter operating by measuring the intensity of cavitation noise. After reaching the temperature of 70 ° C, the sonication and heating are stopped and the cooling of the liquid begins by placing the washer in a possibly cool place and using fans to intensify the cooling. Every 3 ° C, ultrasounds are briefly switched on, noting the indications of the cavitation meter and the thermometer. Cooling is stopped when a temperature of about 25 ° C is reached.

Uzyskane wartości intensywności wykresy kawitacji w funkcji temperatury przedstawione są na rysunku w formie wykresu. Jak widać krzyżują się one w temperaturze 31°C. Termostat myjki ustawia się na temperaturę 31°C i utrzymując tę temperaturę przeprowadza się oczyszczane kolejnych szarż przedmiotów stalowych.The obtained intensity values, the graphs of cavitation as a function of temperature, are presented in the figure in the form of a graph. As you can see, they cross at 31 ° C. The thermostat of the washer is set to a temperature of 31 ° C and, maintaining this temperature, the cleaning of successive batches of steel objects is carried out.

Claims

A method of maintaining a constant, high intensity of cavitation in ultrasonic cleaning processes in aqueous solutions, characterized in that the cleaning process is carried out at temperatures close to the temperature at which, in the previously prepared graph of cavitation intensity as a function of temperature, in the heating process and in the cooling process used in a given process of aqueous solution, the cavitation intensity values are the same or the difference in the cavitation intensity values is the smallest, the temperature at which the higher cavitation level occurs is selected from the two temperatures thus defined.