PL210080B1 - Sposób wyznaczania optymalnego stężenia wybranego środka oczyszczającego przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w alkalicznych roztworach wodnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania optymalnego stężenia wybranego środka oczyszczającego przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w alkalicznych roztworach wodnych. Środki służące do takiego oczyszczania składają się najczęściej z jednej lub kilku soli sodowych o odczynie alkalicznym z dodatkiem substancji powierzchniowo czynnej. Zwykle są to fosforany, krzemiany bądź węglan sodu. Bardzo często skład chemiczny środka oczyszczającego jest nieznany użytkownikowi, a środek taki dostępny jest w handlu pod nazwą firmową.

Oczyszczanie ultradźwiękowe zachodzi dzięki kawitacji ultradźwiękowej, powodującej odrywanie się od powierzchni cząstek zanieczyszczenia i dzięki reakcjom chemicznym zanieczyszczeń ze środkiem oczyszczającym. Reakcje chemiczne zachodzą tym intensywniej, im wyższa jest temperatura i stężenie środka oczyszczającego. Niestety nadmierne powiększanie obydwu tych parametrów prowadzi do znacznego zmniejszenia intensywności kawitacji ultradźwiękowej. W praktyce przemysłowej przyjmuje się na ogół za optymalną temperaturę oczyszczania w alkalicznych roztworach wodnych 60°C, natomiast za optymalne stężenie około 3%.

Jak jednak wykazały próby 3%-owe stężenie nie zawsze jest rzeczywiście optymalne. Są dwa powody:

- Po pierwsze czę sto stężenie 3% nie jest rzeczywistym stężeniem substancji czynnej chemicznie. Na przykład 3% ortofosforanu sodu Na₃PO₄-12H₂O to zaledwie 1,3% Na₃PO₄. Jeżeli skład chemiczny środka oczyszczającego jest nieznany, to dodając do roztworu 3% tego środka, w którym fosforan sodu jest głównym składnikiem, niepotrzebnie ponad dwukrotnie zmniejszamy stężenie substancji czynnej chemicznie, co odbija się ujemnie na intensywności reakcji chemicznej. Podobnie jak z fosforanem, rzecz się ma z niektórymi innymi substancjami chemicznymi.

- Po drugie nie wszystkie substancje chemiczne stosowane jako składniki środków oczyszczających w jednakowy sposób ze wzrostem stężenia obniżają intensywność kawitacji. Przeprowadzone badania, których wynikiem jest niniejszy wynalazek, wykazały, że podczas gdy na przykład dla węglanu sodu intensywność kawitacji spada mniej więcej proporcjonalnie do wzrostu jego stężenia, to dla metakrzemianu sodu i ortofosforanu sodu obserwuje się czasem nawet pewien wzrost intensywności kawitacji w 60°C dla stężeń 2 - 4%. Przebieg zależności stężenie-kawitacja jest związany w dużym stopniu z częstotliwością i mocą posiadanej myjki ultradźwiękowej.

Powyższe fakty prowadzą do wniosku o celowości wyznaczania stężenia wybranego środka oczyszczającego w zależności od parametrów posiadanego ultradźwiękowego urządzenia oczyszczającego i składu chemicznego tego środka. Należy tak dobierać stężenie środka w roztworze, aby przy możliwie dużej jego zawartości intensywność kawitacji w temperaturze oczyszczania była jak najwyższa. W toku prac nad wynalazkiem okazało się, że można ten dobór w prosty sposób przeprowadzać korzystając z faktu, że intensywnej kawitacji towarzyszy zwiększony pobór mocy generatora, a co za tym idzie, większe natężenie prądu elektrycznego.

Wyznaczanie optymalnego stężenia wybranego alkalicznego środka oczyszczającego przeprowadza się według wynalazku w następujący sposób: Do zbiornika posiadanej myjki ultradźwiękowej wlewa się kolejno roztwory wybranego środka oczyszczającego o kilku stężeniach, korzystnie w zakresie 2 - 6%, do stałego, jednakowego poziomu, przy którym zamierza się prowadzić proces oczyszczania. Roztwory w myjce odgazowywuje się nagrzewając je z jednoczesnym nadźwiękawianiem do temperatury korzystnie o 10° wyższej niż zakładana temperatura oczyszczania. Następnie po wyłączeniu grzania i nadźwiękawiania, zawartość zbiornika myjki intensywnie chłodzi się do temperatury oczyszczania, a osiągnąwszy tę temperaturę załącza się ultradźwięki i mierzy się natężenie prądu pobieranego przez generator z sieci. Tak postępuje się kolejno ze wszystkimi roztworami o stężeniach w zakresie 2 - 6%.

Za optymalne stężenie substancji oczyszczającej przyjmuje się to stężenie, dla którego natężenie prądu jest maksymalne. Jeżeli natężenie prądu było takie same lub zbliżone dla więcej niż jednego stężenia, jako optymalny wybrać należy roztwór o wyższym stężeniu, ponieważ dla takiego roztworu, przy równej intensywności kawitacji, intensywność reakcji chemicznych będzie wyższa.

Zamiast pomiarów prądu prościej byłoby oczywiście przeprowadzać pomiary natężenia kawitacji za pomocą miernika kawitacji. Mierniki takie są jednak bardzo drogie i rzadko używane w przemyśle. Stosowanie dokładnego amperomierza w tym przypadku w pełni zastępuje stosowanie miernika kawitacji.

PL 210 080 B1

P r z y k ł a d

Oczyszczanie przeprowadza się w myjce ultradźwiękowej o pojemności całkowitej 30 I, pracującej na częstotliwości 25 kHz, przy użyciu alkalicznego środka oczyszczającego o nazwie „lmpurex, wybranego uprzednio jako najskuteczniejszy dla danego procesu oczyszczania, w temperaturze 60°C. W celu wyznaczenia optymalnego stężenia tego środka sporządza się 9 roztworów o stężeniach od 2 do 6%. 20 litrów każdego z tych roztworów wlewa się kolejno do myjki, załączając ogrzewanie i ultradźwięki. Roztwory doprowadza się w ciągu około półtorej godziny do temperatury 70°C, następnie wyłącza się grzanie i ultradźwięki, a na zbiornik myjki kieruje się silny wentylator. Po ostudzeniu każdego roztworu do 60°C załącza się ultradźwięki i mierzy się natężenie prądu płynącego z sieci do generatora.

Otrzymano następujące wyniki: 2% - 2,07 A, 2,5% - 2,05 A, 3% - 2,17 A, 3,5% - 2,16 A, 4% - 2,16 A, 4,5% - 2,06 A, 5% - 1,99 A, 5,5% - 1,95 A, 6% - 1,88 A.

Dla kontroli uzyskanych wyników równolegle prowadzono pomiary kawitacji miernikiem kawitacji firmy Branson. Najwyższą intensywność kawitacji (32 jednostki) uzyskano dla trzech stężeń: 3; 3,5 i 4%.

Jako optymalne stężenie środka oczyszczającego wybrano 4%.

Claims (1)

1. Sposób wyznaczania optymalnego stężenia wybranego środka oczyszczającego przy oczyszczaniu ultradźwiękowym w alkalicznych roztworach wodnych, znamienny tym, że roztwory wodne wybranego środka oczyszczającego, o stężeniach korzystnie w zakresie 2-6%, wlewa się kolejno do zbiornika posiadanej myjki do stałego poziomu, przy którym zamierza się prowadzić oczyszczanie, odgazowywuje się przez ogrzanie z jednoczesnym nadźwiękawianiem do temperatury korzystnie o 10°C wyższej niż zakładana temperatura oczyszczania, a następnie po wyłączeniu grzania i nadźwiękawiania, chłodzi się intensywnie zawartość zbiornika do temperatury, w której zamierza się prowadzić oczyszczanie, i załączając ponownie ultradźwięki, mierzy się natężenie prądu pobieranego przez generator z sieci, przy czym za optymalne stężenie przyjmuje się to stężenie, dla którego natężenie prądu jest maksymalne.