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ODS替代技术----碳氢真空清技术
来源: | 作者:pmo31f84f | 发布时间: 2018-05-12 | 4384 次浏览 | 分享到:
中国工业清洗行业几十年来一直用氟里昂、三氯乙烷洗涤剂清洗五金零件造成的大气层污染问题一直困扰着众多的生产企业。而根据中国政府与蒙特利尔基金组织签订的《中国清洗行业ODS整体淘汰计划》,中国将逐步限制并彻底淘汰 ODS(破坏臭氧物质)清洗剂。许多地区的环境保护和劳动保护部门也颁发法律法规,禁止使用二氯甲烷、三氯乙烯等有毒有害的卤代烃清洗剂。业内人士和清洗设备厂家都在积寻求经济适用的替代路线和替代技术,虽然取得了一些成果,但也出现了许多失败的教训。此时借鉴发达国家走过的替代道路和zui终形成的主流替代技术是非常有益的。日本从1989年开始限制ODS的生产和流通,至1995年末实现了彻底淘汰。我们在此过程中同,日本企业一样,使用了免清洗、水基清洗、准水基清洗、卤代烃清洗、碳氢溶剂清洗等各种方法,经过多年的探索、论证、比较和筛选,碳氢清洗剂用量大、应用范围广。以碳氢清洗剂和真空清洗干燥机相配合的碳氢清洗技术已经成清洗行业的主流。
普通碳氢清洗剂的价格相当于F-113价格的50%以下,是某些ODS替代品价格的二十分之一。由于碳氢清洗剂的密度为0.75左右,大大低于卤代烃溶剂的密度,因此在同样容积的清洗槽中碳氢清洗剂的加入量仅为卤代烃清洗剂的一半。尽管碳氢清洗剂有诸多优点,但与ODS清洗剂相比,其沸点高(150~190℃)而闪点低( 50~70℃)。虽然较高的沸点可以减少清洗剂在储存、运输和使用过程中的挥发损耗,但也使清洗后工件的干燥速度大大降低,使清洗剂的蒸馏再生变得困难。较低的闪点则提高了清洗、干燥和蒸馏再生中的防火要求。(见附表1:常用碳氢清洗剂与卤代烃清洗剂沸点和闪点比较)(见附表1:常用碳氢清洗剂与卤代烃清洗剂沸点和闪点比较)为了使经济适用的碳氢清洗剂得到更好的利用,日本企业将真空技术应用到清洗设备中,开发出一种全新的清洗设备——真空清洗干燥机,彻底克服了碳氢清洗剂的弱点,使碳氢清洗在日本得到广泛的应用。
为提高清洗效果,清洗机中一般都采用超声波技术,利用超声波振子每秒钟几万次频率的振动,发出超过人耳可听见的10万倍以上的声压。在清洗的情况下超声波在液体中呈放射状,使清洗液体流动而产生大量的真空气泡,这种现象就是空穴作用。由这种空穴作用而产生的液体流动和数以万计的高压真空气泡瞬间爆破时产生的能量,不断地冲击被清洗物表面,使表面及缝隙中的污垢迅速剥落。但在常压状态下,清洗剂中溶解的空气粒子遇到超声波时产生气泡,超声波的空穴作用会被大幅度衰减,清洗效果被减弱。在真空状态下,清洗剂中的气体会被脱出,从而避免了超声波的衰减。这一效果可以从铝箔实验中得到验证:在清洗槽中分别加入未经真空脱气和经过真空脱气的碳氢清洗剂,使用相同功率的超声波对铝箔清洗一分钟,结果未经脱气的清洗剂可见轻微的震动,铝箔基本上无变化。而经过真空脱气的清洗剂剧烈震动,铝箔很快出现许多孔洞(见照片)。
清洗剂的蒸馏再生,就是利用清洗剂与污垢之间的沸点差,将溶有油污的清洗剂加热到清洗剂的沸点以上而控制在油污的沸点以下,使清洗剂汽化,然后通过冷凝装置使之重新凝结成纯净的清洗剂,而沸点较高的油污和机械杂质则留在蒸馏罐的底部。卤代烃清洗剂由于沸点低且不可燃,蒸馏再生相对容易,所以,许多卤代烃清洗剂都附带有蒸馏再生装置。而碳氢清洗剂由于沸点高而闪点较低,在常压下蒸馏再生是不可能的。真空清洗干燥机的蒸馏再生装置在高真空下使碳氢清洗剂的沸点降低到80℃,使清洗槽中溶解了油污的清洗溶液不断地抽入蒸馏装置,在真空中加热蒸发,再经过冷凝成为清洁溶剂回到清洗槽中,使清洗液始终保持清洁状态。油污则留在蒸馏装置底部,定期排出。
绝大多数碳氢清洗剂闪点都在50℃左右,在我国《常用危险化学品的分类及标志》(GB13690-92)中属于高闪点易燃液体。虽然闪点较高,但在高温或有助燃物(如纸和棉絮)的情况下仍有燃烧危险。因此控制火险成为其推广使用必须解决的问题。燃烧需要有可燃物、温度和氧气三个必要条件,只要缺少一项,燃烧就不可能发生。在真空状态下氧气含量低,在清洗、干燥和蒸馏再生的过程中,既使碳氢清洗剂的温度达到闪点以上,由于没有氧气,失去了燃烧的一个必要条件,碳氢清洗剂也不会燃烧,从而保证了使用安全。真空清洗干燥机用一套真空泵同时解决了清洗中的诸多问题,可以说是设备创新和设计的典范。
真空清洗干燥机可以根据用户的工件形状、尺寸、材质,油污种类和污染程度,清洗后的洁净度要求,清洗车间的场地条件等为客户设计和生产专用机。真空清洗干燥机按照工件搬运的自动化程度可分为全自动、半自动和手动;按照清洗槽的数量可分为单槽机、双槽机、多槽机等;按照清洗工件体积可分为大型机、中型机和小型机;按照蒸馏装置与清洗装置的结合方式可分为一体式和分离式,按照清洗对象还有电镀、热处理、卷材清洗专用机。根据真空清洗干燥机各部分的作用,可分为清洗系统、干燥系统、蒸馏再生系统、输送系统、控制系统、安全辅助装置几部分。                                                              
真空清洗干燥机和碳氢清洗剂已经在中国使用多年。这些企业都是日本独资企业,他们在日本的本部就使用碳氢清洗工艺,在中国建厂时也将这一工艺及设备带入中国。用户主要分布在珠江三角洲、长江三角洲和大连地区。随着中国企业与日本企业的交流机会增多,这些在中国投资日资企业很容易接受碳氢清的清洗工艺。国内清洗行业都非常清楚碳氢清洗剂和真空清洗干燥机的巨大优势和市场潜力,与日本的几家真空清洗干燥机生产企业建立联系,并邀请他们到中国访问考察。碳氢清洗的概念开始被国内企业接受。一些日本企业也开始认识到碳氢清洗剂和真空清洗干燥机在中国的巨大商机,着手调查中国市场并寻找合作伙,投入巨大力量开发中国市场。目前,国内能够生产碳氢设备的厂家以深圳为主。专门用于真空清洗干燥机的碳氢清洗剂也已经由国内企业开发成功,进入市场,对进口产品形成竞争压力。
由于碳氢清洗剂必须借助于真空清洗干燥机才能彻底发挥其优势,而真空清洗干燥机较其他的清洗设备结构复杂,目前又都是日本进口,因此用碳氢清洗剂替代ODS的大障碍就是初期的设备投资较大。日本企业生产的真空清洗干燥机,以一台手动三槽式碳氢机为例:在日本折合人民币价格在80万元,在中国生产后可降低到55万元。全自动五槽碳氢真空清洗干燥机在日本折合人民币价格在160-200万元,在中国生产后可降低到120左右万元。即使这样的价格,外资企业容易接受,而对国内企业,特别是中小企业仍显得昂贵。因此可以根据企业条件采用不同的替代方案,采用减压抽气尽量利用原有设备,降低一次性投资。但不论采用何种方案,用碳氢清洗代替ODS和其他卤代烃清洗剂都会给企业带来长久的经济利益。根据中国企业产品类型、工艺要求、原有设备状况和资金实力,用碳氢清洗替代原的清洗工艺可以采用三种方法:
2)局部更换设备。对于清洗工作量大、原有设备较完好的企业,可以将原有设备的气相清洗、干燥和蒸馏再生部分更换为真空蒸馏再生装置内置的真空干燥机。设备投资较小,而日常清洗剂的消耗量约为卤代烃清洗剂的40%,投入的设备资金约在1年多收回。3) 局部改造设备。对于资金条件较差、原有清洗设备尚可使用的企业,可以将原有设备自然干燥部分改装成带循环水冷凝的热风干燥装置,再另配一台真空蒸馏再生机,这样设备投资较少,日常清洗剂的消耗量约为卤代烃清洗剂的1/2,投入的设备资金约在10个月收回。现以东莞某厂为例:该厂为日本企业生产各类马达冲压部品、  轴芯部品,产品在出厂前都要进行清洗。原采用的清洗设备是全自动三、四槽气相超声波清洗机,使用三氯乙烯清洗剂,每月消耗约16-20桶。由于出口至欧洲市场,含有三氯乙稀物质每件需交环境保护税,并受环保部门的限制,企业决定使用碳氢清洗剂替代现在使用的三氯乙烯清洗剂。现根据改造设备前和使用碳氢清洗剂的经验数据列表说明用以上三种方法进行替代的投资、成本和和效益情况:由此不难看出,用碳氢清洗替代ODS和其他卤代烃清洗剂不仅对社会有巨大的环境效益、健康效益,对企业也有巨大的经济效益。