Способ очистки изделий растворителями
Владельцы патента RU 2399437:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Гермес" (RU)
Изобретение относится к технологии и технике достижения высокой чистоты поверхностей изделий растворителями. Способ содержит помещение изделий в герметичную моечную камеру, удаление воздуха из объема моечной камеры, заполнение объема моечной камеры растворителем до необходимого уровня, нагрев растворителя до рабочей температуры, выдержку для очищающего воздействия растворителя. В процессе выдержки объем растворителя продувается его горячим паром в течение технологического времени τ=τ1+τ2 с массовым расходом G
где τ1 - длительность нагрева растворителя в моечной камере до рабочей температуры, с; τ2 - длительность выдержки в растворителе после нагрева для достижения необходимого очищающего воздействия, Δt=t2-t1 - повышение температуры системы (моечная камера, очищаемое изделие, растворитель) за период очищающего воздействия растворителя, °С; - понижение температуры пара при продувке (среднее значение), °С; t1 - температура системы до начала продувки горячим паром, °С; tn - температура продувочного пара, °С; t2 - рабочая температура растворителя в процессе выдержки, °С; G - расход продувочного пара, кг/с; mk, mu, mp - соответственно массы конструкционных материалов моечной камеры, очищаемого изделия и растворителя, заполняющего моечную камеру, кг; ck, cu, cp - соответственно средние значения теплоемкости конструкционных материалов моечной камеры, изделия и жидкой фазы растворителя в диапазоне температур t1…t2, ккал/кг, °С; cn - среднее значение теплоемкости пара растворителя в диапазоне температур t1…tn, ккал/кг, °С; r - среднее значение теплоты конденсации паров растворителя в диапазоне температур t1…tn, ккал/кг. Способ обеспечивает повышение эффективности и качества очистки поверхностей изделий от растворимых и механических загрязнений за счет совокупного теплового и гидродинамического воздействия растворителя, форсирование процесса подогрева растворителя за счет развитой поверхности взаимного контакта горячего пара и жидкости, интенсивного турбулентного ее перемешивания при прогреве, обеспечения неизменной температуры жидкости при достижении ее порогового значения в течение периода очищающего действия при сохранении расхода продувочного пара. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к технологии и технике достижения высокой чистоты поверхностей изделий растворителями.
Известны способы очистки изделий в растворителях, при повышенной температуре (вплоть до температуры кипения растворителя). При этом изделия помещаются в моечную камеру, которая заполняется предварительно подогретым растворителем. (РД 92-0254-84. Методические указания. Очистка деталей и сборочных единиц изделий моющими средствами).
Известен способ пароконденсатной очистки, при котором изделие помещается в герметичную камеру, в объем которой подаются горячие пары растворителя; конденсация паров на поверхностях изделий обеспечивает растворение и удаление с поверхностей загрязняющих веществ (РД 92-0254-84. Методические указания. Очистка деталей и сборочных единиц изделий моющими средствами).
Известны способы интенсификации процесса очистки растворителями, за счет высокой скорости движения растворителя у очищаемых поверхностей, турбулизации жидкого растворителя продувкой газами (РД 92-0199-88. Методы гидродинамической очистки каналов пневмогидросистем). Перечисленные способы не всегда применимы и практически осуществимы, не во всех случаях обеспечивают высокую эффективность очистки поверхностей. Кроме того, практическая реализация этих методов часто связана с необходимостью создания сложного и дорогостоящего технологического оборудования.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является изобретение по патенту RU №2000006, С23С 5/00, опубл. 15.02.93 г., в котором описан способ очистки поверхностей радиоэлектронных изделий с использованием в качестве растворителя сжиженного газа. Продувка сжиженного газа его паром используется для перевода пара в жидкое состояние, при этом повышение температуры жидкости незначительно, поскольку исключение температурного воздействия на очищаемые радиоэлектронные изделия и является одной из главных задач предлагаемого способа. Направленного и контролируемого теплового воздействия растворителя в такой технологии не предусматривается. Поэтому эффект совокупного теплового и гидродинамического воздействия в способе по патенту RU №2000006 практически не реализуется.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности и качества очистки поверхностей изделий от растворимых и механических загрязнений за счет совокупного теплового и гидродинамического воздействия растворителя, форсирование процесса подогрева растворителя за счет развитой поверхности взаимного контакта горячего пара и жидкости, интенсивного турбулентного ее перемешивания при прогреве, обеспечение неизменной температуры жидкости при достижении ее порогового значения в течение периода очищающего действия при сохранении расхода продувающего газа.
Поставленная цель достигается тем, что в способе очистки изделий растворителями, заключающемся в помещении их в герметичную моечную камеру, удалении воздуха из объема моечной камеры, заполнении объема моечной камеры растворителем до необходимого уровня, нагреве растворителя до рабочей температуры, выдержке для очищающего воздействия растворителя, согласно изобретению в процессе выдержки объем растворителя продувается его горячим паром в течение технологического времени τ=τ1+τ2 массовым расходом G.
Отличительным признаком предложенного способа от аналогичных является то, что в процессе выдержки в течение технологического времени τ=τ1+τ2 объем растворителя продувают его горячим паром с массовым расходом G
где τ1 - длительность нагрева растворителя в моечной камере до рабочей температуры, с;
τ2 - длительность выдержки в растворителе после нагрева для достижения необходимого очищающего воздействия, с;
Δt=t2-t1 - повышение температуры системы (моечная камера, очищаемое изделие, растворитель) за период очищающего воздействия растворителя, °C;
- понижение температуры пара при продувке (среднее значение), °C;
t1 - температура системы до начала продувки горячим паром, °C;
tn - температура продувочного пара, °C;
t2 - температура растворителя, которая должна поддерживаться неизменной при выдержке для достижения необходимого очищающего воздействия растворителя, °C;
G - расход продувочного пара, кг/с;
mk, mu, mр - соответственно массы конструкционных материалов моечной камеры, очищаемого изделия и растворителя, заполняющего моечную камеру, кг;
ck, cu, cp - соответственно средние значения теплоемкости конструкционных материалов моечной камеры, изделия и жидкой фазы растворителя в диапазоне температур t1…t2, ккал/кг °C;
cn - среднее значение теплоемкости пара растворителя в диапазоне температур t1…tn ккал/кг °C;
r - среднее значение теплоты конденсации паров растворителя в диапазоне температур t1…tn, ккал/кг.
Совокупное тепловое и гидродинамическое воздействие растворителя обеспечивают высокое качество достигаемой чистоты промываемых изделий. Кроме того, в связи с эффективным турбулентным перемешиванием растворителя и большой интегральной поверхностью взаимного контакта продувочного пара и нагреваемого растворителя в процессе продувки обеспечивается эффективная теплопередача, и скорость нагрева растворителя повышается.
Другим отличительным признаком является то, что благодаря конденсации паров растворителя над поверхностью жидкости со скоростью, равной расходу продувочного пара, обеспечивается постоянство температуры растворителя в период выдержки для очищающего воздействия.
В предлагаемом способе очистки, включающем обработку поверхностей растворителем, изделия помещаются в объем моечной камеры, из которого после герметизации удаляется атмосферный воздух, камера заполняется растворителем, нагрев растворителя осуществляется продувкой его объема горячим паром растворителя, поступающего из устройства его генерации, обработку поверхностей изделия растворителем выполняют в режиме его псевдокипения.
Такая технология очистки обеспечивает повышенную эффективность и качество очистки, благодаря совокупности теплового и гидродинамического воздействия растворителя на поверхностные загрязнения, которая реализуется в процессе продувки объема растворителя его горячим паром. При этом потери растворителя исключаются, т.к. объем камеры герметизирован, и практически весь поступающий пар конденсируется в объеме камеры, выделяя при этом тепловую энергию.
При необходимости длительного совокупного воздействия подогретого псевдокипящего растворителя при неизменных значениях его температуры и давления паров в объеме моечной камеры, после достижения рабочей температуры растворителя в камере пар растворителя над поверхностью жидкости конденсируют охлаждением со скоростью, равной расходу пара, поступающего из парогенератора.
Способ осуществляют следующим образом.
Изделие размещают в моечной камере, которую герметизируют. Из полости моечной камеры вакуумным насосом удаляют атмосферный воздух. Объем моечной камеры заполняют растворителем. Затем растворитель продувают его горячим паром до достижения установленной технологическим процессом температуры. После достижения необходимой температуры растворителя, не прекращая его продувки, начинают конденсировать пар растворителя у поверхности жидкости со скоростью, равной расходу продувочного пара. После истечения времени, предусмотренного для эффективной очистки изделия, подачу продувочного пара и конденсацию его паров над поверхностью жидкости прекращают, сливают растворитель из моечной камеры, откачивают из объема моечной камеры до полной осушки камеры и изделия пары растворителя и рекуперируют их. В объем моечной камеры напускают атмосферный воздух, камеру разгерметизируют и извлекают из нее промытое изделие.
Практическая отработка заявленного способа очистки произведена при использовании растворителей хладон 113, хладон 141b, метиленхлорид.
Для отработки использована моечная камера, изготовленная из хромоникелевой стали 12Х18Н10Т, масса камеры ~4 кг. Очистке подвергались детали и сборочные единицы гироскопических приборов, изготовленные из хромоникелевых и никелевых сплавов общей массой ~0,5 кг. При очистке камера заполнялась растворителем с объемом 1 л. Длительность нагрева растворителя в моечной камере до рабочей температуры 40°С согласно технологического процесса равна 120 сек. Длительность периода очистки изделий при рабочей температуре - 120…150 сек.
Предварительная оценка необходимого массового расхода продувочного горячего пара произведена по соотношению, представленному в формуле изобретения, с учетом следующих значений входящих показателей:
- при использовании для очистки хладона 113 (Б.Н.Максимов, В.Г.Барабанов, И.Л.Серушкин, В.С.Зотиков и др. Промышленные фторорганические продукты. Справочное изд., «ХИМИЯ», г.С-Петербург, 1996 г.):
| ск | си | ср | сп | t1 | t2 | tn | r |
0,12 
|
0,12 
|
0,223
|
0,168
|
20°С | 40°С | 80°С | 34,8 
|
- при использовании для очистки хладона 141b (Б.Н.Максимов, В.Г.Барабанов, И.Л.Серушкин, В.С.Зотиков и др. Промышленные фторорганические продукты. Справочное изд., «ХИМИЯ», г.С-Петербург, 1996 г.):
| ск | си | ср | сп | t1 | t2 | tn | r |
| 0,12
|
0,12
|
0,186
|
0,186
|
20°С | 40°С | 80°С | 51,65 
|
- при использовании для очистки метиленхлорида (Л.А.Ошин, Ю.А.Трегер и др. Промышленные хлорорганические продукты. Справочник, изд. «ХИМИЯ», г.Москва, 1978 г.):
| ск | си | ср | сп | t1 | t2 | tn | r |
| 0,12
|
0,12
|
0,2987
|
0,153
|
20°С | 40°С | 80°С | 75,7 
|
Полученные оценки массового расхода продувочного горячего пара растворителя по соотношению, представленному в формуле изобретения:
- при использовании для очистки хладона 113:
- при использовании для очистки хладона 141b:
- при использовании для очистки метиленхлорида:
Экспериментальная проверка и отработка способа очистки производились на опытной установке, снабженной специальным устройством - парогенератором, позволяющим осуществлять нагрев растворителя до температуры ~80…82°С. При этом давление паров растворителя повышалось:
- в случае применения хладона 113 - до ~0,27 МПа, [1];
- в случае применения хладона 141b - до ~0,43 МПа, [1];
- в случае применения метиленхлорида - до ~0,36 МПа, [2].
Предварительно произведена настройка системы подачи паровой фазы подогретых до температуры ~80°С паров растворителя с массовым расходом:
- в случае применения хладона 113 - 4…5 г/с;
- в случае применения хладона 141b - 2,7…3 г/с;
- в случае применения метиленхлорида - 2,4…2,6 г/с.
При этом расход горячего пара определялся по количеству образующегося в единицу времени конденсата в объеме моечной камеры, первоначально свободной от растворителя.
Затем производились операции очистки деталей и сборочных единиц гироскопических приборов при назначенных режимах технологического процесса:
- количество растворителя в моечной камере - 1 л;
- степень чистоты исходного растворителя: остаточное содержание жировых загрязнений - не более 1 мг/л, класс чистоты растворителя от механических загрязнений по ГОСТ 17216 - 4…5;
- исходная температура растворителя - 19…21,5°С;
- массовый расход горячего (температура ~80°С) пара растворителя:
- в случае применения хладона 113 - 4…5 г/с;
- в случае применения хладона 141b - 2,7…3 г/с;
- в случае применения метиленхлорида - 2,4…2,6 г/с;
- длительность периода очистки изделий при рабочей температуре растворителя (~40°С) - 120…150 сек.
После помещения изделий, подлежащих промывке, в моечную камеру крышка камеры герметично закрывалась, из объема камеры удалялся атмосферный воздух, и камера заполнялась растворителем в объеме 1 л. В объем растворителя через специальные форсуночные устройства подавался пар растворителя, подогретый до температуры ~80°С.
При повышении температуры жидкой фазы растворителя до ~40°С в змеевиковый конденсатор, расположенный над поверхностью растворителя, подавалась охлаждающая вода с температурой 14…16°С, причем, расход охлаждающей воды устанавливался таким, чтобы температура жидкой фазы растворителя поддерживалась на уровне ~40°С: при этом количество подводящегося в единицу времени пара равно количеству конденсируемого в объеме растворителя и на поверхностях охлаждающего змеевика.
В процессе выполнения работы регистрировались:
- время нагрева растворителя в моечной камере до температуры ~40°С;
- эффект псевдокипения растворителя, вызываемый барботирующим горячим паром;
- возможность поддержания установленной температуры растворителя (~50°С) в течение всего периода очистки (120…150 сек);
- достигаемая чистота изделий после операции очистки.
По окончании процесса очистки использованный растворитель сливался из моечной камеры и ее полость вновь заполнялась чистым растворителем. После выдержки в течение 10 минут отбиралась проба растворителя и люминисцентным методом оценивалось содержание в ней жировых загрязнений (контрольное обезжиривание). Одновременно оценивалась степень чистоты растворителя от механических загрязнений и устанавливался класс его чистоты по ГОСТ 17216.
После этого растворитель сливался из моечной камеры, пары растворителя откачивались из объема рабочей камеры в систему рекуперации, производился напуск сухого обеспыленного воздуха в объем моечной камеры до атмосферного давления, крышка камеры открывалась, промытые изделия извлекались из моечной камеры и дополнительно исследовались с помощью микроскопа на присутствие остаточных механических загрязнений.
Результаты проведенных испытаний показали:
- фактическая длительность достижения температуры растворителя значения ~40°С составляет 120…130 секунд;
- постоянство достигнутой температуры растворителя (~40°С) в течение периода очистки легко поддерживается регулированием расхода охлаждающей воды в змеевиковом конденсаторе;
- в процессе продувки жидкой фазы растворителя горячим паром наблюдается эффект бурного барботирования с насыщением жидкости пузырьками пара и интенсивным турбулентным перемешиванием ее объема;
- содержание жировых загрязнений в растворителе после контрольного обезжиривания, оцениваемое люминисцентным методом, - не выше 1…2 мг/л;
- класс чистоты растворителя после контрольного обезжиривания - 4…5 по ГОСТ 17216;
- при контроле поверхностей промытых деталей и сборочных единиц под микроскопом механических частиц не обнаружено.
Таким образом, установлена высокая эффективность предлагаемого способа очистки изделий растворителями. Для сравнения штатная технология очистки изделий растворителем хладон 113 при температуре 20°С без барботирования растворителя паром за то же и значительно большее время воздействия растворителя обеспечивает достижение следующих показателей чистоты изделий: содержание жировых загрязнений в растворителе после контрольного обезжиривания - 5…10 мг/л, класс чистоты растворителя 6…7.
1. Способ очистки изделий растворителями, заключающийся в помещении их в герметичную моечную камеру, удалении воздуха из объема моечной камеры, заполнении объема моечной камеры растворителем до необходимого уровня, нагрева растворителя до рабочей температуры, выдержки для очищающего воздействия растворителя, отличающийся тем, что в процессе выдержки объем растворителя продувается его горячим паром в течение технологического времени τ=τ1+τ2 с массовым расходом G
где
τ1 - длительность нагрева растворителя в моечной камере до рабочей температуры, с;
τ2 - длительность выдержки в растворителе после нагрева для достижения необходимого очищающего воздействия, с;
Δt=t2-t1 - повышение температуры системы (моечная камера, очищаемое изделие, растворитель) за период очищающего воздействия растворителя, °С;
- понижение температуры пара при продувке (среднее значение), °С;
t1 - температура системы до начала продувки горячим паром, °С;
tn - температура продувочного пара, °С;
t2 - рабочая температура растворителя в процессе выдержки, °С;
G - расход продувочного пара, кг/с;
mk, mu, mp - соответственно массы конструкционных материалов моечной камеры, очищаемого изделия, и растворителя, заполняющего моечную камеру, кг;
ck, cu, cp - соответственно средние значения теплоемкости конструкционных материалов моечной камеры, изделия и жидкой фазы растворителя в диапазоне температур t1…t2 ккал/кг °С;
cn - среднее значение теплоемкости пара растворителя в диапазоне температур t1…tn ккал/кг °С;
r - среднее значение теплоты конденсации паров растворителя в диапазоне температур t1…tn ккал/кг.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поддержание неизменной рабочей температуры растворителя t2 в процессе выдержки изделия в течение времени τ2 для достижения необходимого очищающего воздействия обеспечивается конденсацией его паров над поверхностью жидкости со скоростью, равной расходу продувочного пара G.
