Стройная очистка сухим льдом — это форма очистки углекислым газом, при которой сухой лед, твердая форма углекислого газа, ускоряется в потоке сжатого воздуха и направляется на поверхность для ее очистки.
Метод похож на другие формы струйной обработки, такие как пескоструйная обработка, струйная обработка пластиковыми шариками или содаструйная обработка, в том, что он очищает поверхности с помощью среды, ускоренной в потоке сжатого воздуха, но струйная обработка сухим льдом использует в качестве струйной среды сухой лед. Струйная обработка сухим льдом неабразивна, непроводящая, невоспламеняющаяся и нетоксичная.
Струйная очистка сухим льдом является эффективным методом очистки [нужна проверка]. Сухой лед изготавливается из регенерированного углекислого газа, полученного в результате других промышленных процессов, и является одобренной средой EPA, FDA и USDA. Это также уменьшает или исключает воздействие на сотрудников использования химических чистящих средств.
По сравнению с другими методами струйной очистки, струйная очистка сухим льдом не создает вторичных отходов или химических остатков, поскольку сухой лед сублимирует или снова переходит в газообразное состояние при попадании на очищаемую поверхность. Струйная очистка сухим льдом не требует очистки абразивной среды. Отходы, включающие только вытесненную среду, можно подмести, пропылесосить или смыть, в зависимости от условий локализации.
Метод
Струйная обработка сухим льдом подразумевает перемещение гранул на чрезвычайно высоких скоростях. Фактически гранулы сухого льда довольно мягкие и гораздо менее плотные, чем другие среды, используемые при струйной очистке (например, песок или пластиковые гранулы). При ударе гранула почти сразу же сублимируется, передавая минимальную кинетическую энергию поверхности при ударе и производя минимальное истирание. Процесс сублимации поглощает большой объем тепла с поверхности, создавая напряжения сдвига из-за теплового удара. Предполагается, что это улучшает очистку, поскольку верхний слой грязи или загрязняющего вещества, как ожидается, будет передавать больше тепла, чем лежащий под ним субстрат, и легче отслаиваться. Эффективность и результативность этого процесса зависят от теплопроводности субстрата и загрязняющего вещества. Быстрое изменение состояния из твердого в газообразное также вызывает микроскопические ударные волны, которые, как считается, также способствуют удалению загрязняющего вещества.
Оборудование
Сухой лед может быть в форме твердых гранул или струганным из более крупного куска льда.
Струженный ледяной блок создает менее плотную ледяную среду и более деликатен, чем система твердых гранул.
Кроме того, гранулы могут быть получены либо путем сжатия сухого ледяного снега, либо с использованием резервуаров с жидким CO2 для формирования твердых гранул. Сухой лед, изготовленный из сжатого снега, легче ломается и не так агрессивен для очистки.
Технология струйной обработки сухим льдом берет свое начало в обычной абразивной струйной обработке. Различия между абразивоструйной машиной и машиной для струйной обработки сухим льдом заключаются в том, как они обрабатывают абразив. В отличие от песка или других сред, сухой лед обычно используется при температуре сублимации. Другие различия включают системы, предотвращающие образование снежных комов во льду, и различные материалы, позволяющие работать при очень низких температурах.
Существует два метода струйной обработки сухим льдом: двухшланговый и одношланговый. Система с одним шлангом более агрессивна для очистки, поскольку частицы разгоняются до более высоких скоростей.
Двухшланговая струйная обработка сухим льдом была разработана до одношланговой системы. Двухшланговый подход к струйной обработке сухим льдом очень похож на систему всасывающей абразивной струи. Сжатый воздух подается по одному шлангу, а ледяные гранулы всасываются из второго шланга с помощью эффекта Вентури. По сравнению с одношланговой системой двухшланговая система подает частицы льда с меньшей силой (примерно 5% для заданного объема подачи воздуха). При заданном количестве сжатого воздуха двухшланговые системы могут иметь меньшее вертикальное расстояние между машиной и аппликатором. Для большинства систем, доступных сегодня, этот предел значительно превышает 7,5 м (25 футов). Двухшланговые системы, как правило, дешевле в производстве из-за более простой системы подачи. Эти системы редко встречаются сегодня, поскольку они менее эффективны в большинстве случаев применения. Их главное преимущество заключается в том, что они позволяют подавать более мелкие частицы льда к аппликатору, поскольку позднее сочетание теплого воздуха с холодным льдом приводит к меньшей сублимации в шланге. Эти системы позволяют очищать более деликатные поверхности, такие как полупроводники.
Первая машина для струйной обработки сухим льдом, которая была запущена в коммерческую эксплуатацию, была одношланговой системой. Она была разработана компанией Cold Jet, LLC в 1986 году и использует один шланг для подачи воздуха и сухого льда. Одношланговые струйные аппараты для струйной обработки сухим льдом обладают многими преимуществами одношланговых систем абразивной струи. Чтобы избежать потенциальных опасностей, связанных с напорным бункером, одношланговые струйные аппараты для струйной обработки сухим льдом используют быстродействующий воздушный шлюз. Одношланговая система может использовать более длинный шланг, чем ее двухшланговый аналог, без значительного падения давления, когда лед покидает шланг. Дополнительная мощность достигается за счет повышенной сложности. Одношланговые системы используются там, где преимуществом является более агрессивная очистка. Это позволяет очищать более сильные отложения и позволяет быстрее очищать умеренные отложения.
В 2014 году словацкая компания ICS Ice Cleaning Systems запатентовала набор дробильных роликов для уменьшения размера частиц, покидающих пистолет-аппликатор. Это позволило оператору впервые контролировать размер фракции каждой гранулы сухого льда. От международного стандарта 3 мм до 1,5 мм и меньше по желанию. Просто нажатием электронной кнопки. Позволяет наносить на более деликатные поверхности, не повреждая их.
Кроме того, можно было бы стрелять этими более мелкими фракциями гранул сухого льда по нескольким поверхностям с различными покрытиями, составами и текстурами, одновременно снижая риски повреждения поверхностей. Хотя ранее это пытались сделать с помощью устройств фрагментации сопел, эти новые дробящие ролики обеспечивали точность и эффективность, которых раньше не было. В 2020 году предприниматель из Флориды и основатель сообщества DryceNation начал делиться этим методом, который сразу же был хорошо принят индустрией коллекционных автомобилей. Видеоролики на платформах социальных сетей еще больше ускорили этот процесс, который к 2022 году получил широкое распространение.
Использование
Струйная очистка сухим льдом используется во многих различных типах промышленности. Уникальные свойства сухого льда делают его идеальным решением для очистки во многих коммерческих и производственных условиях.
Струйная очистка сухим льдом может очищать многочисленные объекты с различной, сложной геометрией одновременно, поэтому очистка пластиковых и резиновых форм является основным применением этой технологии. Сухой лед заменяет традиционные методы очистки, которые основаны на ручной чистке и использовании химических чистящих средств. Струйная очистка сухим льдом очищает формы на месте при рабочей температуре, что исключает необходимость остановки производства для очистки.
Пищевая промышленность
Струйная очистка сухим льдом может использоваться для очистки оборудования для обработки пищевых продуктов. Еще в 2004 году Агентство по пищевым стандартам Великобритании задокументировало процесс эффективной деконтаминации поверхностей от Salmonella enteritidis, E. coli и Listeria monocytogenes таким образом, что эти микроорганизмы не поддаются обнаружению с помощью обычных микробиологических методов. «В результате двух вспышек сальмонеллеза, связанных с потреблением арахисового масла и детского питания в 2006–2007 годах, членами GMA, такими как Cargill, была предпринята попытка» пересмотреть отраслевые практики устранения сальмонеллы в продуктах с низким содержанием влаги», поскольку «вспышки сальмонеллы из продуктов с низким содержанием влаги относительно редки, но часто поражают большое количество людей». В результате этих усилий был создан документ, описывающий различные методы очистки без воды, включая струйную очистку сухим льдом.
Его также можно использовать для очистки некоторого оборудования без разборки и без создания пожарной или электрической опасности. EPA рекомендует струйную обработку сухим льдом в качестве альтернативы многим типам очистки на основе растворителей.
Устранение последствий стихийных бедствий
Процесс очистки может использоваться для устранения последствий стихийных бедствий, включая плесень, дым, пожар и затопление.
Сохранение исторических предметов
Из-за неабразивной природы сухого льда и отсутствия вторичных отходов в процессе очистки, струйная очистка сухим льдом используется в проектах по консервации и сохранению исторических объектов. Процесс очистки использовался при консервации USS Monitor и Художественного музея Филадельфии.
Производство полупроводников
Благодаря тому, что абразивная среда сублимируется без остатка, струйная обработка сухим льдом находит применение в полупроводниковой, аэрокосмической и медицинской промышленности.
Металлообработка
Процесс очистки также используется в других производственных условиях, например, для очистки производственного оборудования на автоматизированных сварочных линиях, очистки композитной оснастки, очистки промышленных печатных машин, очистки форм и оборудования, используемого в литейных цехах, а также для очистки оборудования и оснастки на суше и на море в нефтегазовой промышленности.
Струйная очистка сухим льдом также используется для удаления заусенцев и заусенцев с деталей, а также при подготовке поверхности перед покраской.
Безопасность
Углекислый газ становится все более токсичным, начиная с концентрации выше 1%, а также может вытеснять кислород, что приводит к асфиксии, если оборудование используется в непроветриваемой зоне. Кроме того, поскольку углекислый газ тяжелее воздуха, вытяжные отверстия должны находиться на уровне земли или около нее, чтобы эффективно удалять газ. При нормальном давлении сухой лед имеет температуру −78 °C (−108 °F), и с ним следует работать в изолирующих перчатках. Для безопасного использования оборудования для очистки сухим льдом требуются средства защиты глаз и ушей.
История
Считается, что ВМС США в 1945 году первыми начали экспериментировать с очисткой сухим льдом. Они были заинтересованы в использовании этой технологии для различных целей обезжиривания.
В 1959 году компания Unilever подала патент на использование струйной обработки сухим льдом (или струйной обработки водяным льдом, или их комбинации) в качестве метода отделения мяса от костей.
В 1971 году компания Chemotronics International Inc. подала патент на использование струйной обработки сухим льдом для удаления заусенцев и облоя.
Патент на струйную обработку сухим льдом был подан компанией Lockheed Martin в 1974 году.
Первые патенты на разработку и проектирование современной технологии струйной обработки сухим льдом с одним шлангом были выданы Дэвиду Муру из Cold Jet, LLC в 1986 и 1988 годах (патент США 4,617,064 и патент США 4,744,181).