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南昌中超洗凈環保科技有限公司
南昌中超洗凈環保科技有限公司
閱讀：1472發布時間：2007-8-22
ODS替代技術----碳氫真空清技術
彭 林
摘 要 對碳氫清洗劑和真空清洗技術進行了詳細論證，列舉了它們在中國的應用現狀，指出碳氫技術與真空清洗清洗技術的結合的良好前景，碳氫真空清洗技術將是中國替代ODS技術的zui主要的清洗技術，并對其經濟效益進行了分析。
關鍵詞：碳氫清洗劑 真空清洗 ODS技術
中圖分類號 TB79 TQ127.1+2 文獻標識碼 B
Abstract The hydrocarbon cleaners and vacuum cleanging technologies were reviewed.The status of their applications in China were given,and the good prospect of the integration of both hydrocarbon cleaning technology and vacuum cleaning technology was pointed out.Hydrocarbon vacuum cleaning echnology would be main one instead of ODS technology in China and the economie efficiency was estimated.
Key words hydrocarbon cleaner;vacuum cleaning;ODS technology
中國工業清洗行業幾十年來一直用氟里昂、三氯乙烷洗滌劑清洗五金零件造成的大氣層污染問題一直困擾著眾多的生產企業。而根據中國政府與蒙特利爾基金組織簽訂的《中國清洗行業ODS整體淘汰計劃》，中國將逐步限制并zui終*淘汰 ODS（破壞臭氧物質）清洗劑。許多地區的環境保護和勞動保護部門也頒發法律法規，禁止使用二氯甲烷、三氯乙烯等有毒有害的鹵代烴清洗劑。業內人士和清洗設備廠家都在積極尋求經濟適用的替代路線和替代技術，雖然取得了一些成果，但也出現了許多失敗的教訓。此時借鑒發達國家走過的替代道路和zui終形成的主流替代技術是非常有益的。日本從1989年開始限制ODS的生產和流通，至1995年末實現了*淘汰。我們在此過程中同，日本企業一樣，使用了免清洗、水基清洗、準水基清洗、鹵代烴清洗、碳氫溶劑清洗等各種方法，經過多年的探索、論證、比較和篩選，zui終碳氫清洗劑用量zui大、應用范圍zui廣。以碳氫清洗劑和真空清洗干燥機相配合的碳氫清洗技術已經成清洗行業的主流。
1、碳氫清洗劑的優勢與缺陷
碳氫清洗劑是餾程在140-190℃左右的正構和異構烷烴。一般是石油經粗蒸餾、加氫、精餾、異構化制成。碳氫清洗劑與其他清洗劑相比有許多優勢：
1) 清洗性能好
碳氫清洗劑與大多數的潤滑油、防銹油、機加工油同為非極性的石油餾分，根據相似相容的原理，碳氫清洗劑清洗這些礦物油的的效果要好于鹵代烴和水基清洗劑。
2)蒸發損失小
碳氫清洗劑沸點一般在150℃以上，在使用保管過程中揮發損失要比沸點在40~80℃的鹵代烴小得多，對包裝物和設備的密封要求很低。
3)無毒
經毒理試驗，碳氫清洗劑的吸入毒性、經口毒性和皮膚接觸毒性均為低毒，且不屬于致癌物質，與鹵代烴相比對清洗操作人員更安全。
4)材料相容性好
碳氫清洗劑中不含水份和氯、硫等腐蝕物，對各種金屬材料不會產生腐蝕和氧化。另外，由于其屬于非極性溶劑，對大部分塑料和橡膠沒有溶解、溶脹和脆化作用，因此應用范圍極廣。
5)可*揮發無殘跡
碳氫清洗劑是非常純凈的精制溶劑，在常溫和加溫狀態下均可*揮發，沒有任何殘留。
6)不破壞環境
碳氫清洗劑可以自然降解，清洗廢液可以放入燃煤或燃油鍋爐中焚燒，焚燒的生成物主要為CO2和水，對空氣沒有污染。碳氫清洗劑中不含氯，對臭氧的破壞系數為零。
7)價格便宜
普通碳氫清洗劑的價格相當于F-113價格的50%以下，是某些ODS替代品價格的二十分之一。由于碳氫清洗劑的密度為0.75左右，大大低于鹵代烴溶劑的密度，因此在同樣容積的清洗槽中碳氫清洗劑的加入量僅為鹵代烴清洗劑的一半。盡管碳氫清洗劑有諸多優點，但與ODS清洗劑相比，其沸點高（150～190℃）而閃點低（ 50～70℃）。雖然較高的沸點可以減少清洗劑在儲存、運輸和使用過程中的揮發損耗，但也使清洗后工件的干燥速度大大降低，使清洗劑的蒸餾再生變得困難。較低的閃點則提高了清洗、干燥和蒸餾再生中的防火要求。（見附表1：常用碳氫清洗劑與鹵代烴清洗劑沸點和閃點比較）（見附表1：常用碳氫清洗劑與鹵代烴清洗劑沸點和閃點比較）為了使經濟適用的碳氫清洗劑得到更好的利用，日本企業將真空技術應用到清洗設備中，開發出一種全新的清洗設備——真空清洗干燥機，*克服了碳氫清洗劑的弱點，使碳氫清洗在日本得到廣泛的應用。
表1 常用清洗溶劑沸點和閃點比較
名 稱 | 二氯甲烷 | 三氯乙烯 | 四氯乙烯 | 四氯化碳 | CFC-113 | 1.1.1-三氯乙烷 | 碳氫清洗劑 |
沸點（℃） | 39.8 | 87 | 121 | 78 | 47.8 | 74 | 150~190 |
閃點（℃） | 無 | 無 | 無 | 無 | 無 | 無 | 43~70 |
2、碳氫真空清洗技術在實際中的作用
真空清洗干燥機利用液體在真空狀態下的物理變化，改變了碳氫清洗劑和被清洗物的某些特性，從而趨利避害，使碳氫清洗劑的優勢得到更好的發揮。真空技術在清洗中的主要作用有以下幾點：
2．1脫出清洗劑中的空氣，減少超聲波的衰減
為提高清洗效果，清洗機中一般都采用超聲波技術，利用超聲波振子每秒鐘幾萬次頻率的振動，發出超過人耳可聽見的10萬倍以上的聲壓。在清洗的情況下超聲波在液體中呈放射狀，使清洗液體流動而產生大量的真空氣泡，這種現象就是空穴作用。由這種空穴作用而產生的液體流動和數以萬計的高壓真空氣泡瞬間爆破時產生的能量，不斷地沖擊被清洗物表面，使表面及縫隙中的污垢迅速剝落。但在常壓狀態下，清洗劑中溶解的空氣粒子遇到超聲波時產生氣泡，超聲波的空穴作用會被大幅度衰減，清洗效果被減弱。在真空狀態下，清洗劑中的氣體會被脫出，從而避免了超聲波的衰減。這一效果可以從鋁箔實驗中得到驗證：在清洗槽中分別加入未經真空脫氣和經過真空脫氣的碳氫清洗劑，使用相同功率的超聲波對鋁箔清洗一分鐘，結果未經脫氣的清洗劑可見輕微的震動，鋁箔基本上無變化。而經過真空脫氣的清洗劑劇烈震動，鋁箔很快出現許多孔洞（見照片）。
未經脫氣的清洗劑中的鋁箔在超聲波的作用下沒有任何變化，可見超聲波的震蕩效果被減弱了。 |
經過真空脫氣的清洗劑中的鋁箔由于超聲波的作用而開裂，形成孔洞。
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2．2件表面和孔隙中的空氣，提高清洗效果
在傳統清洗中，清洗效果不理想常常是因為盲孔、粗糙表面和細小縫隙中的空氣不能排出，影響清洗劑的浸潤，產生清洗盲區。應用真空技術后，可使部件表面、縫隙和盲孔內的空氣全部排出，使清洗劑*浸入工件的每個部位，使工件的各個部位都達到的清洗效 果。對于構造復雜、盲孔較深的工件，通過兩次以上的抽真空和排氣過程，也可以將空氣全部排出。所以在真空狀態下，清洗效果要比常壓下更好。 如對HDD部品的清洗采用以下工藝： 第1槽：抽氣超聲波清洗（28KHZ） 碳氫化合溶劑 拋動/旋轉裝置 35℃ 第2槽：真空超聲波清洗（40KHZ） 碳氫化合溶劑 旋轉裝置 35℃ 第3槽：真空超聲波清洗（40KHZ） 碳氫化合溶劑 旋轉裝置 35℃ 第4槽：減壓蒸氣清洗+真空干燥 碳氫化合溶劑 旋轉裝置 35℃ 特點：對細孔、盲孔、螺絲攻能*清洗到深孔內。
2．3 降低沸點使碳氫清洗劑也可以實現氣相清洗
使用鹵代烴清洗劑的超聲波清洗機，利用鹵代烴清洗劑沸點低的特點，在清洗的zui后一步，將清洗劑加熱使之產生純凈的清洗劑蒸汽，用溶液蒸汽對工件進行氣相清洗，使溶解在清洗溶液中的油污不會殘留在工件表面。由于碳氫清洗劑的沸點高于閃點，在常壓狀態下不可能對工件進行蒸汽清洗。真空清洗干燥機利用液體在真空狀態下沸點降低的原理，通過對密封的清洗槽抽真空，使碳氫溶劑的沸點大大降低，只需將碳氫清洗劑加熱到80℃左右，就可使其沸騰，實現氣相清洗。
2． 4利用真空突沸效應，提高干燥速度
由于碳氫清洗劑的沸點都在140℃以上，在常溫常壓下*揮發一般需要一小時左右。這樣的干燥速度肯定不能滿足工藝清洗的節拍要求。而用加熱烘干的方法又容易產生火險，這也是碳氫清洗劑在中國未得到廣泛應用的主要原因之一。真空清洗干燥機一般是將蒸汽清洗與真空干燥在一個槽中進行，在對工件進行蒸汽清洗的同時使工件溫度升高，然后使干燥槽迅速進入更高的真空狀態，工件表面的清洗液會突然沸騰（真空突沸效應）而迅速揮發干凈。這樣可以將工件的干燥時間降低到1分鐘以內。
2． 5空蒸餾，使碳氫清洗劑再生重復使用
清洗劑的蒸餾再生，就是利用清洗劑與污垢之間的沸點差，將溶有油污的清洗劑加熱到清洗劑的沸點以上而控制在油污的沸點以下，使清洗劑汽化，然后通過冷凝裝置使之重新凝結成純凈的清洗劑，而沸點較高的油污和機械雜質則留在蒸餾罐的底部。鹵代烴清洗劑由于沸點低且不可燃，蒸餾再生相對容易，所以，許多鹵代烴清洗劑都附帶有蒸餾再生裝置。而碳氫清洗劑由于沸點高而閃點較低，在常壓下蒸餾再生是不可能的。真空清洗干燥機的蒸餾再生裝置在高真空下使碳氫清洗劑的沸點降低到80℃，使清洗槽中溶解了油污的清洗溶液不斷地抽入蒸餾裝置，在真空中加熱蒸發，再經過冷凝成為清潔溶劑回到清洗槽中，使清洗液始終保持清潔狀態。油污則留在蒸餾裝置底部，定期排出。
2． 6絕氧氣，使碳氫清洗劑失去燃燒的條件
絕大多數碳氫清洗劑閃點都在50℃左右，在我國《常用危險化學品的分類及標志》（GB13690-92）中屬于高閃點易燃液體。雖然閃點較高，但在高溫或有助燃物（如紙和棉絮）的情況下仍有燃燒危險。因此控制火險成為其推廣使用必須解決的問題。燃燒需要有可燃物、溫度和氧氣三個必要條件，只要缺少一項，燃燒就不可能發生。在真空狀態下氧氣含量極低，在清洗、干燥和蒸餾再生的過程中，既使碳氫清洗劑的溫度達到閃點以上，由于沒有氧氣，失去了燃燒的一個必要條件，碳氫清洗劑也不會燃燒，從而保證了使用安全。真空清洗干燥機用一套真空泵同時解決了清洗中的諸多問題，可以說是設備創新和設計的*。
3、真空清洗干燥機的種類和構造
真空清洗干燥機可以根據用戶的工件形狀、尺寸、材質，油污種類和污染程度，清洗后的潔凈度要求，清洗車間的場地條件等為客戶設計和生產機。真空清洗干燥機按照工件搬運的自動化程度可分為全自動、半自動和手動；按照清洗槽的數量可分為單槽機、雙槽機、多槽機等；按照清洗工件體積可分為大型機、中型機和小型機；按照蒸餾裝置與清洗裝置的結合方式可分為一體式和分離式，按照清洗對象還有電鍍、熱處理、卷材清洗機。根據真空清洗干燥機各部分的作用，可分為清洗系統、干燥系統、蒸餾再生系統、輸送系統、控制系統、安全輔助裝置幾部分。
各生產廠家經過多年的研究開發，使真空清洗干燥機的技術水平逐步提高，功能不斷完善，洗凈力大幅度提高、成本進一步下降、可以滿足更多客戶的清洗要求，從而使碳氫清洗技術日臻成熟，被越來越多的客戶所認同，在替代ODS和有害清洗溶劑中發揮了巨大作用。 真空清洗干燥機中運用的技術有：超聲波震蕩、搖動和滾動清洗。
4、 碳氫真空清洗在中國的應用
近年來，大批國外企業在中國建立工廠，生產機械、電子零部件，清洗劑和清洗機的需要量迅速增長。這些企業在中國設廠的原因除了廉價的勞動力外，環保方面管理的相對寬松也是重要因素。近兩年隨著中國淘汰ODS進程的加快，以及政府對環境保護和勞動者人身健康的重視，企業目前仍大量使用的ODS和其他鹵代烴清洗劑面臨淘汰的巨大壓力，許多企業急于尋找適合的替代方法。中國企業對碳氫清洗設備已有較強的購買欲望，汽車零部件、HDD部品、五金沖壓件、繼電器、軸承行業的企業已開在進行這方面洽談購買。
真空清洗干燥機和碳氫清洗劑已經在中國使用多年。這些企業都是日本獨資企業，他們在日本的本部就使用碳氫清洗工藝，在中國建廠時也將這一工藝及設備帶入中國。用戶主要分布在珠江三角洲、長江三角洲和大連地區。隨著中國企業與日本企業的交流機會增多，這些在中國投資日資企業很容易接受碳氫清的清洗工藝。國內清洗行業都非常清楚碳氫清洗劑和真空清洗干燥機的巨大優勢和市場潛力，與日本的幾家真空清洗干燥機生產企業建立，并邀請他們到中國訪問考察。碳氫清洗的概念開始被國內企業接受。一些日本企業也開始認識到碳氫清洗劑和真空清洗干燥機在中國的巨大商機，著手調查中國市場并尋找合作伙，投入巨大力量開發中國市場。目前，國內能夠生產碳氫設備的廠家以深圳為主。專門用于真空清洗干燥機的碳氫清洗劑也已經由國內企業開發成功，進入市場，對進口產品形成競爭壓力。
5、碳氫清洗的替代方式和經濟效益分析
由于碳氫清洗劑必須借助于真空清洗干燥機才能*發揮其優勢，而真空清洗干燥機較其他的清洗設備結構復雜，目前又都是日本進口，因此用碳氫清洗劑替代ODS的zui大障礙就是初期的設備投資較大。日本企業生產的真空清洗干燥機，以一臺手動三槽式碳氫機為例：在日本折合人民幣價格在80萬元，在中國生產后可降低到55萬元。全自動五槽碳氫真空清洗干燥機在日本折合人民幣價格在160-200萬元，在中國生產后可降低到120左右萬元。即使這樣的價格，外資企業容易接受，而對國內企業，特別是中小企業仍顯得昂貴。因此可以根據企業條件采用不同的替代方案，采用減壓抽氣盡量利用原有設備，降低一次性投資。但不論采用何種方案，用碳氫清洗代替ODS和其他鹵代烴清洗劑都會給企業帶來長久的經濟利益。根據中國企業產品類型、工藝要求、原有設備狀況和資金實力，用碳氫清洗替代原的清洗工藝可以采用三種方法：
1)全面更換設備。對于清洗工作量大、原有設備比較陳舊、不能滿足清洗要求而資金條件允許的企業，可以淘汰原有設備，按企業工藝要求設計制造真空清洗干燥機，雖然設備投資較大，但日常清洗劑的消耗量僅為鹵代烴清洗劑的1/5甚至更少，投入的設備資金約在3年多收回。
2)局部更換設備。對于清洗工作量大、原有設備較完好的企業，可以將原有設備的氣相清洗、干燥和蒸餾再生部分更換為真空蒸餾再生裝置內置的真空干燥機。設備投資較小，而日常清洗劑的消耗量約為鹵代烴清洗劑的40%，投入的設備資金約在1年多收回。3) 局部改造設備。對于資金條件較差、原有清洗設備尚可使用的企業，可以將原有設備自然干燥部分改裝成帶循環水冷凝的熱風干燥裝置，再另配一臺真空蒸餾再生機，這樣設備投資較少，日常清洗劑的消耗量約為鹵代烴清洗劑的1/2，投入的設備資金約在10個月收回。現以東莞某廠為例：該廠為日本企業生產各類馬達沖壓部品、 軸芯部品，產品在出廠前都要進行清洗。原采用的清洗設備是全自動三、四槽氣相超聲波清洗機，使用三氯乙烯清洗劑，每月消耗約16-20桶。由于出口至歐洲市場，含有三氯乙稀物質每件需交環境保護稅，并受環保部門的限制，企業決定使用碳氫清洗劑替代現在使用的三氯乙烯清洗劑。現根據改造設備前和使用碳氫清洗劑的經驗數據列表說明用以上三種方法進行替代的投資、成本和和效益情況：由此不難看出，用碳氫清洗替代ODS和其他鹵代烴清洗劑不僅對社會有巨大的環境效益、健康效益，對企業也有巨大的經濟效益。
表2 三種不用改造方案和原方案的改進效益比較
| 原方案 | 方案一 | 方案二 | 方案三 |
每月消耗量（桶） | 20 | 4 | 8 | 10 |
清洗劑單價（元/桶） | 3200 | 4000 | 4000 | 4000 |
清洗劑成本（元/月） | 64000 | 16000 | 32000 | 40000 |
節約成本（元/月） | 0 | 48000 | 32000 | 24000 |
設備投資（元） | 0 | 1800000 | 450000 | 250000 |
投資回收期（月） |
| 37.5 | 14.1 | 10.4 |
使用10年節約成本（元） |
| 3960000 | 3390000 | 2630000 |
6．結束語
隨著大批企業對碳氫清洗設備的了解及使用，淘汰ODS保護臭氧層是我們大家刻不容緩的責任。相信現在及今后碳氫清洗技術將是中國替代ODSzui主要的清洗技術路線。而碳氫真空清洗技術的結合，可以更加充分的發揮碳氫清洗技術的作用。
深圳ODS替代推廣中心
É： È：
Ê：
：彭林 （、工程師）
:ODS65@
2005年06月16日
作者簡介：彭 林（1962-07-03）男，黨員，工程師。曾在深圳日東電子設備有限公司清洗部工作1年；波達超聲工程設備（深圳）有限公司（后改為然斯康波達）從事替代ODS碳氫真空設備在國內的技術推廣及銷售工作4年；現任港星公司深圳，主要從事ODS替代技術碳氫真空清洗、純水真空清洗的技術推廣和產品的銷售工作,尋求各界關心環保產業人士企業共同開發合作。
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