Деметра - 2000М.

Начало Описание технологии Применение Часто задаваемые вопросы и ответы Оборудование Фотоотчет Заказать очистку/оборудование Эксперименты и приколы Клиенты Отзывы Полезные ссылки





ЧТО ТАКОЕ СУХОЙ ЛЕД?


Сухой лед – это твердая форма углекислого газа (СО2), который не имеет запаха, вкуса и цвета, не проводит электричество и не воспламеняется. СО2 составляет примерно 0,03% атмосферы земли и является одним из важнейших газов. Это единственный источник углеводов, производимых растениями.

СО2 стимулирует рост растений и способствует естественному регулированию температуры земного шара. Выдыхаемый животными газ добавляет в атмосферу 28 миллионов тонн СО2 в день, в то время как индустрия СО2 добавляет 25,000 тонн в день и 95% этого количества производится от побочных продуктов (0,04% остальных источников).

Температура сухого льда –78,33˚ С, термоэнергия, имеющаяся в веществе может быть использована для очистки поверхностей. Количество используемого для очистки СО2 примерно равно количеству СО2, используемого в пищевой индустрии и производстве напитков. СО2 не токсичен, доступен по цене и в сжиженном состоянии может храниться длительное время.

СО2 производит множество промышленных производств таких как спиртовое производство, бензиновое производство и др. Производимый газ собирается и хранится. Таким образом, во время использования метода безабразивной очистки сухим льдом не производится нового газа, просто уже произведенный газ выпускается в атмосферу.

Таблица 1. Свойства СО2.
Молекулярный вес 44,01
Плотность (в твердом виде) 1561,8 кг / м³ при –78,33˚ С
Плотность (в жидком виде) 1020,4 кг / м³ при –17,78˚ С
Плотность (в газообразном виде) 1,97 кг / м3 при 0˚ С
Температура таяния - 56,61 ˚ С при 11,6 кг/см2
Коэффициент перехода из жидкости в газ 8,726 при –17,78˚ С
Коэффициент перехода из жидкости в снег 0,46 при –17,78˚ С 0,57 при –48,33˚ С

ПРОИЗВОДСТВО СУХОГО ЛЬДА


Существует несколько методов производства сухого льда. Первый метод – скобление блочного сухого льда. Таким методом обычно получаются гранулы подобные кристалликам сахара, которые должны быть использованы как можно быстрее из-за быстрой сублимации (переход в газообразную форму). Гранулы, полученные таким образом, быстро сублимируются из-за большого соотношения площади и объема.

Второй метод – производство гранул высокой плотности в пеллетайзере. После производства гранулы могут быть использованы немедленно или сохранены в изолированном контейнере до востребования. Такие гранулы имеют диаметр от 2 до 3 мм и длину от 2.5 до 10.2 мм.

Во втором методе гранулы производятся путем преобразования сжиженной углекислоты в снег, а затем прессования снега в твердую форму. Снег либо сразу прессуется в гранулы либо пропускается через форму под давлением. Второй процесс позволяет получать гранулы более эффективно.

Рис. 1. Процесс производство гранул (пеллетация).

Эффективность производства снега возрастает при снижении температуры жидкой углекислоты, поэтому необходимо охлаждать поступающую углекислоту через теплообменники с выходящими испарениями углекислого газа.

Несколько производителей производят пеллетайзеры сухого льда, которые могут быть полезны для пользователей с большим потреблением гранул. Как правило, для производства гранул сухого льда необходимо следующее оборудование: охлаждаемый контейнер для хранения жидкой углекислоты, пеллетайзер, линия обработки жидкой углекислоты.

Некоторые производители производят комбинированные пеллетайзеры / бластеры сухого льда, которые одновременно производят гранулы и используют их для очистки. Оборудование, необходимое для осуществления такой операции: воздушный компрессор, контейнер для хранения жидкой углекислоты, пеллетайзер / бластер, линия обработки воздуха и жидкой углекислоты. Такое оборудование лучше всего подходит для пользователей с большими объемами потребления, длительными промежутками применения, в которых затраты на оборудование оправдывают экономию от производства гранул на месте эксплуатации.

КАК РАБОТАЕТ ПРОЦЕСС ОЧИСТКИ ГРАНУЛАМИ СУХОГО ЛЬДА?

Практически, этот процесс идентичен пескоструйному процессу, процессу очистки пластиковыми гранулами или процессу очистки содой, в которых вещества ускоряются в струе сжатого воздуха (или другого инертного газа) для воздействия на очищаемую или подготавливаемую поверхность. В случае применения процесса очистки гранулами сухого льда, гранулы выступают в роли вещества, воздействующего на поверхность. Уникальный аспект использования метода очистки сухим льдом – сублимация (испарение) гранул сухого льда при соударении с поверхностью. Быстрый теплообмен между гранулами и поверхностью и рассеяние энергии при воздействии вызывают сублимацию сухого льда в газ. По объему углекислый газ превосходит сухой лед примерно в 800 раз, поэтому сублимация за несколько миллисекунд вызывает микро-взрыв в точке воздействия. Так как СО2 испаряется, процесс очистки гранулами сухого льда не производит дополнительной субстанции для последующей уборки. Все что должно быть убрано после очистки – это вещество, удаляемое с очищаемой поверхности.

Как и в других процессах, кинетическая энергия, ассоциирующаяся с процессом очистки гранулами сухого льда, является функцией плотности, массы и скорости частиц. Так как гранулы СО2 относительно нетвердые, процесс базируется на больших скоростях для достижения необходимой энергии воздействия.

В отличие от других веществ, частицы СО2 имеют очень низкую температуру – 78 º С. Такая температура частиц позволяет процессу очистки гранулами сухого льда использовать термодинамический механизм, воздействующий на разные счищаемые вещества в большей или меньшей степени. Из-за разности температур гранул сухого льда и поверхности, происходит феномен термического шока. С понижением температуры материал становится хрупким, и гранулы сухого льда сбивают его с поверхности. Температурный градиент или разница служат более легкому преодолению связующей силы между разными материалами. Термический шок наиболее нагляден при счистке неметаллических покрытий с металлических поверхностей.

Рис. 2. Термический шок вызывает микротрещины в удаляемом покрытии.

Рис. 3. Расширение СО2 и кинетическая энергия гранул сбивает и удаляет частицы снимаемого покрытия

Часто компании, изучающие этот процесс, обеспокоены воздействием термического шока на очищаемые поверхности. Исследования показали, что снижение температуры происходит только на поверхности, основная масса не испытывает термического стресса.

Для иллюстрации этого утверждения был проведен эксперимент, в котором в очищаемую поверхность были вмонтированы термодатчики на разное расстояние от поверхности (от поверхности до 2 мм в глубину).

Рис. 4. Расстояние термодатчиков от поверхности

Струя гранул сухого льда была направлена на поверхность в течение 30 секунд (относительно длительный промежуток времени для данного процесса) и термодатчики воспроизвели изменения температуры на разных удалениях от поверхности. Как показано на рисунке 5, термодатчик, вмонтированный в поверхность показывал снижение температуры каждый раз когда струя гранул сухого льда попадала в его область (50 ºС примерно за 5 секунд). В отличие от поверхностного датчика, датчики вмонтированные на разных глубинах, показали незначительное постепенное снижение температуры, соответствующее снижению температуры всей поверхности. Термодатчик на глубине 2 мм показал снижение температуры на 10 ºС после воздействия струей гранул сухого льда по прошествию 30 секунд. Данный график иллюстрирует то, что термический шок происходит только на поверхности.

Рис. 5. Температурные показания датчиков, помещенных на разную глубину поверхности.

В индустрии резино-технических изделий к вопросу термического стресса подходят несколько иначе. Стальные формы работающие при температуре свыше 148,9 ºС очищаются струей гранул сухого льда с температурой -78,3 ºС. Разность температур не вызывает микротрещин по двум причинам:

  1. Как показано в вышеуказанном эксперименте, снижение температуры происходит только на поверхности
  2. Термические стрессы, вызванные процессом очистки, гораздо меньше тех, что происходят во время обычного обслуживания

Термический стресс, вызванный разностью температур может быть оценен при помощи формулы 1.0, в которой s y - стресс, ∆Т - снижение температуры в ºС, α - коэффициент расширения, φ - коэффициент Пуассона.

Подставляя соответственные параметры получаем:

Таким образом термический стресс:

Снижение температуры составляет 57,22 ºС (Рис. 5). Такое снижение создает небольшой стресс в 4,69 кг/см2. Даже если температура формы упадет до температуры сухого льда (что, в принципе, невозможно), снижение температуры с 176,67 ºС до –78,33 ºС составит 255 ºС. Соответственно термический стресс 15,93 кг/см2, что меньше предела деформации твердой формы металла. Опять же, термический стресс будет гораздо меньше того, что возникает при обычном рабочем цикле, в котором изменение температуры превосходит 260 ºС.

Даже при больших скоростях воздействия и прямом угле направления струи, кинетический эффект твердых частиц сухого льда минимален в сравнении с другими материалами (песок, пластик, стекло и т.д.) из-за относительной мягкости и практически мгновенной сублимациии. Так как процесс очистки гранулами сухого льда является безабразивным, он может применяться для очистки огромного количества материалов без их повреждения. Мягкие металлы, такие как латунь или алюминий, могут очищаться без образования шероховатостей и неровностей.

ТИПЫ АППАРАТОВ ДЛЯ БЛАСТИНГА ГРАНУЛ СУХОГО ЛЬДА

Существует два основных типа аппаратов для бластинга гранул сухого льда, характеризуемых по способу транспортации гранул к соплу: двухшланговый и одношланговый. В обеих системах важен тщательный выбор насадки для обеспечения низких температур и целостности гранул при работе.

В двухшланговой системе, частицы сухого льда сортируются и доставляются до входного конца шланга различными механическими методами, затем приводятся в движение через шланг посредством вакуума, произведенного эжекторным соплом. Струя сжатого воздуха, доставляемого вторым шлангом к соплу, пропускается через форсунку. При соответственной величине камер, струя воздуха образует вакуум в камере подачи льда вытягивая частицы льда в камеру и ускоряя их. Скорость частиц при выходе из сопла приближенно равна сверхзвуковой. Преимущество такой системы в ее относительной простоте, низких затратах материалов и компактной системе загрузки. Основной недостаток состоит в том, что такая технология применяется только при определенных условиях и воздействующая сила струи меньше, чем в аппаратах с одношланговой системой.

В одношланговой системе гранулы подаются в струю сжатого воздуха одним из нескольких типов шлюзовых механизмов. Качающийся и ротационный шлюз - два наиболее используемых в индустрии механизма. Струя воздуха, смешанная с гранулами сухого льда подается непосредственно в шланг, затем в сопло. Таким образом, гранулы разгоняются в шланге вместе с воздухом. Преимущество такой системы – высокая адаптивность и наивысшая сила воздействия струи. Недостатками могут быть относительно большие затраты материалов, вызванные сложностью устройства шлюзового механизма.

Аппараты разделяются также по методу загрузки льда. Существуют аппараты, использующие блочный сухой лед и аппараты, использующие гранулы. В аппаратах, использующих блочный сухой лед, применяется вращающиеся лезвия для снятия тонкого слоя льда с блока. Затем тонкий слой разбивается под собственной тяжестью на мелкие части, которые падают в воронку для накопления. Для транспортации частиц используется двухшланговая система. Невысокая масса частиц и неэффективная двухшланговая система ограничивают использование таких аппаратов. Так как такие машины осуществляют бластинг частиц с высокой плотностью (на сантиметр очищаемой поверхности), они наиболее эффективны для тонких нетвердых покрытий, таких как сухая масляная краска. К недостаткам системы можно отнести фиксированность размера частиц, плотности и скорости струи.

Аппараты, использующие гранулы имеют бункер, который заполняется произведенными гранулами сухого льда. В бункере используется механическая вибрация для подачи гранул в приемник. Как было сказано ранее, гранулы производятся путем пропускания через форму под высоким давлением. Такой процесс производит гранулы максимальной плотности для увеличения энергии воздействия гранул. Гранулы могут варьироваться в диаметре от 1.016 мм до 3.048 мм. В одношланговой системе конечный размер частиц и плотность струи бластинга может регулироваться типом шланга (толщина, внутреннее покрытие стенок) и использующейся насадкой / соплом. Поэтому система может быть использована практически во всех случаях очистки.

Например, мягкие покрытия, такие как резина, силикон, пена или парафин, пищевые ингредиенты, и т.д. для качественного удаления требуют гранул большого размера и маленькой плотности струи. Твердые покрытия, такие как краски, лаки, нагоревший сахар, карбоновые наросты, и т.д. требуют маленького размера частиц с высокой скоростью и плотностью струи.

Далее, бластинг аппараты разделяются на пневматические и электропневматические. Пневматические аппараты имеют механизмы подачи гранул, контролируемые пневматически, возможно использование воздушных моторов. Преимущество таких аппаратов в возможности применять сжатый воздух на месте; недостаток в том, что их работа может быть восприимчива к составу и влажности сжатого воздуха. Воздушный мотор может быть затоплен если воздушная система не была просушена. В дополнение, такие аппараты более склонны в ледоставам и наиболее подходят к использованию для очищения небольших пятен.

Электропневматические системы не засоряют окружающую среду, так как не создают масляных выбросов. Такие аппараты менее чувствительны к влажности и составу воздуха и почти не создают ледоставов. Поэтому они могут быть использованы на автоматизированных линиях, где могут применяться в круглосуточном режиме. Они не создают вибрации при очистке, что обеспечивает более гладкий процесс, и эффективно используют гранулы. Однако необходимо обеспечивать аппарат электроэнергией и сжатым воздухом при работе, что можно отнести к неудобствам.

Одним из главных достижений технологии обоих типов аппаратов является достижение ровной бесперебойной подачи гранул. Сухой лед не гладкий и скользкий как водяной и не распыляется также легко как песок или стеклянные гранулы, он как бы сопротивляется течению. Поэтому, бластинг аппараты имеют разные типы шнековых, мотыльковых и др. наполнителей для подачи гранул. Чем хуже качество гранул сухого льда (нарост водяного льда, большой процент остатков жидкой СО2 или снега СО2), тем труднее пропускать их через систему. Сухой лед очень холодное вещество, он будет конденсировать в форме льда воду из окружающего воздуха, поэтому аппараты должны быть устойчивы к постоянным разморозкам и накоплению влаги.

В заключение, разница между высококачественными и заурядными аппаратами заключается в их способности производить быструю и экономичную чистку и обеспечивать гладкую бесперебойную подачу гранул и их бластинг.

УСТРОЙСТВО СОПЛА / НАСАДКИ

В сопле гранулы ускоряются до высокой скорости для создания эффективной струи. Рисунок 6 демонстрирует устройство двух типов насадок, используемых в процессе очистки поверхностей сухим льдом.

Сравнение двух типов насадок при работе в одинаковых условиях показывает, что одношланогвая система с соответствующей насадкой работает более эффективно. Разница состоит в том, что в двухшланговой насадке энергия затрачивается не только на ускорение частиц, но и на создание вакуума в камере подачи гранул, затем некоторое количество энергии тратится на ускорение потока гранул потоком воздуха. Таким образом, общая энергия воздействия в одношланговой системе значительно выше, чем в двухшланговой так как она не теряется на смешивании и ускорении частиц в насадке.

Так как размер частиц влияет на процесс очистки, система очистки должна иметь регулировки размеров частиц. Это может быть достигнуто путем производства гранул необходимого размера и путем изменения толщины и внутреннего покрытия шланга. Сопло может быть построено таким образом, чтобы создавать разрушающие волны. Эти техники могут быть использованы по отдельности или вместе для регулировки размера гранул, скорости и плотности струи.

При использовании песка или другого вещества для бластинга , размер сопла подбирается почти так же как для бластинга сухого льда. Однако, в бластинге гранул сухого льда размер выходного отверстия сопла должен быть немного больше частиц льда. Нижеприведенная таблица показывает приблизительные размеры выходного отверстия сопла для различных уровней давления струи сухого льда при стандартном потоке воздуха (5,66 м3 в минуту) и стандартном потоке частиц типичном для бластинг операций.

Рис. 6. Устройство сопла для бластинга гранул сухого льда

Таблица 2. Отношение давления к выходному отверстию сопла.
Давление струи (бар) Диаметр выходного отверстия (мм)
5.52 9.14
8.27 7.67
17.24 5.49
20.68 5.03

Бластинг струя высокого давления, характеризуемая как высокоскоростная, высокоплотная, состоящая из относительно мелких частиц, более всего подходит для снятия жестких покрытий, таких как краска. Таблица демонстрирует, что большее выходное отверстие соответствует менее высокому давлению струи. Струя, состоящая из относительно больших гранул с невысокой плотностью, лучше всего подходит для очистки мягких покрытий.

Длинная насадка используются для достижения максимальных скоростей частиц. Поэтому длинная насадка с маленьким отверстием имеет большую поверхность трения на каждую выходящую гранулу. Это объясняет высокую эффективность насадок с низким давлением в отличие от насадок с высоким давлением. Минимальная по стоимости бластинг система разработана для использования типичного давления заводских воздушных систем 5.52 бар.

ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ БЛАСТИНГА СО2

Экономия

  • Сублимация сухого льда не создает необходимости последующей уборки чистящего вещества. Процедура хранения и сбора чистящего вещества также упрощается.
  • Чистка оборудования на линии устраняет необходимость демонтажа деталей. Нет необходимости проводить циклы чистки оборудования в специально отведенные дни, его можно очищать во время производственного цикла. Как результат, увеличивается производительность, снижаются трудозатраты и затраты материалов.

Продление срока службы оборудования

В отличие от песка, ореховой скорлупы, пластиковых гранул и других материалов сухой лед является безабразивным материалом. Чистка сухим льдом не приводит к износу мягких частей и покрытий. Так как демонтаж оборудования не производится, снижается риск его разрегулировки и повреждения во время обслуживания в чистках.

Сухой процесс

В отличие от паровой или водяной очистки, чистка сухим льдом не повреждает проводку, электропанели и переключатели. Возможность образования ржавчины после очистки многократно снижается. Применяемый в пищевых производствах, процесс снижает вероятность появления бактерий.

Безопасность для окружающей среды

Карбон диоксид является нетоксичным элементом. При замещении очистки токсичными материалами на очистку сухим льдом снижается количество травм персонала и, соответственно, ответственность компаний за использование химикатов и других способов очистки. Так как СО2 тяжелее воздуха, необходимо предусматривать вентиляцию закрытых помещений в их нижних частях.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

Формовочные продукты

Бластинг сухого льда счищает ненужные остатки веществ, наросты и нагары с поверхностей, контактируемых с конечным продуктом. Технология позволяет очищать оборудование на линии без остывания и демонтажа, это уменьшает простой оборудования на 80% - 95%. Так как процесс является безабразивным, он не изнашивает детали. Он также позволяет очищать мелкие отверстия и зазоры, т.е. снимает необходимость их продува и высверлливания.

  • Резиновые формы
  • Формы покрышек
  • Уретановые формы
  • Высокоплотные уретановые формы
  • Формы пластиковых бутылок
  • Пенные формы
  • Бенбери миксеры

Чеканка, штамповка

Применения технологии в этой области схоже с применением в формовочной индустрии.

  • Алюминиевые производства
  • Стержневые коробки
  • Бумажные формы

Пищевая промышленность

Остатки сахара при выпечке легко удаляются данной технологией. Как и в других случаях, высокие температуры улучшают качество и увеличивают скорость очистки.

Одним из основным преимуществ данной технологии является снижение влажности процесса очистки. С более низкой влажностью снижается риск роста бактерий, таких как, например, сальмонелла. Можно эффективно очищать вафельные формы, формы для выпечки, духовки, конвейерные ленты и другое оборудование.

Печатная промышленность

В печатной промышленности, чернила и лаковые полимеры как правило наносятся на поверхности для уменьшения механических повреждений и устойчивости к растворителям. Удаление этих материалов – довольно кропотливый процесс. Чернильная накипь на шестеренках и других частях оборудования разрегулирует его и снижает качество продукции. Для подгона размеров необходимо делать пробные материалы. Если применять процесс очистки сухим льдом этого можно избежать.

Другие области применения

  • Конвейерные ленты
  • Загрузочные камеры
  • Склады и помещения для обработки сырья
  • Удаление сварочного шлака
  • Удаление масла и грязи с цепей и оборудования
  • Очистка упаковочного оборудования
  • Удаление клея, наклеек и т.д



Наши координаты:

Адрес:

123007, г. Москва, Хорошевское шоссе д.32а.
Тел./факс: +7 (499) 701-99-26

E-mail:
Demetra2000M@mtu-net.ru
© Copyright 2001-2016 by DEMETRA-2000M.