工业清洗技术
工业产品在生产、使用和蓄存过程中，受到了液体的、固体的各种污染物的污染，工业清洗就是通过物理的、化学的和机械的手段，清除这些污染物，使工业产品获得以定的洁净度。1 清洗技术1．1 化学清洗和物理清洗。目前国内清洗以化学清洗为主，以物理清洗为辅。但物理清洗以污染小、操作灵活、无腐蚀等优点正逐步取代化学清洗并成为工业清洗的主流。化学清洗是采用一种或几种化学药剂(或其水溶液)清除设备工件表面污垢的方法。它是借助清洗剂对物体表面污染物或覆盖层进行化学转化、溶解、剥离以达到除油、除锈、除垢、去污的作用。物理清洗借助各种机械外力和能量使污垢粉碎、分解并剥离离开物体表面，达到清洗的效果。在物理清洗中，水射流清洗占主导地位，并呈现快速发展态势，PIG清洗、干冰清洗、超声波清洗等无污染的物理清洗技术正得到快速的推广应用。 1．2 工业清洗的意义清洗行业是随着工业化和现代化的进程及社会生产的需要而产生和发展起来的。所有工业部门都有某种形式的清洗，只是不同的部门对清洗的重视、依赖程度及应用发展水平不同。工业清洗具有重要意义：恢复设备装置生产能力、保证生产连续高负荷运行的必要手段；对设备的清洗，可以有效地延长设备的使用寿命；对设备的清洗，有利于节能降耗、降低冷却水的用量；对设备的清洗，是降低安全事故发生的有效途径。概括起来有节能、降耗、节水、安全、稳产、提高产品质量、加快生产速度、延长设备使用寿命、降低环境污染以及外表美观和人类的卫生健康等目的。从这个意义上讲，在许多工业生产过程中，对设备中产生的污垢进行有效清洗，本身就属于绿色化学的范畴。1．3 化学清洗和物理清洗比较在化学清洗中，主要使用各种酸、碱、有机溶剂、表面活性剂、缓蚀剂、螯合物(络合物)等原材料配制清洗剂清除污垢。在清除完污垢的同时，本身也产生大量的废液、废气，对环境造成极大的破坏。为加快清洗速度，在缓蚀率允许条件下，许多工业清洗都是在比较高的温度下通过清洗剂与垢污进行化学反应以达到清除污垢的目的，这就需要消耗一定的能源和原材料。物理清洗是利用各种力、热、声、光、电等物理作用清除污垢，其技术水平主要体现在设备及其优化配置和综合运用上。物理清洗不需要消耗各种原材料，只需要消耗一定的能源，不会产生各种废液污染环境。以目前清洗技术发展现状看，化学清洗几乎可以清洗所有的设备和污垢，而物理清洗因为清洗设备的局限性，只能清洗储罐、管道、换热器等内部结构比较简单或体积较小的设备。因此，化学清洗还占据工业清洗的主流地位。 2.超声波清洗设备在工业清洗领域中，相比其它多种的清洗方式，超声波清洗机显示出了巨大的优越性。尤其在专业化、集团化的生产企业中，已逐渐用超声波清洗机取代了传统浸洗、刷洗、压力冲洗、振动清洗和蒸气清洗等工艺方法。超声波清洗机的高效率和高清洁度，得益于其声波在介质中传播时产生的穿透性和空化冲击波。所以很容易将带有复杂外形、内腔和细空的零部件清洗干净，对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分钟即可完成，其速度比传统方法可提高几倍到几十倍，清洁度也能达到高标准，这在许多对产品表面质量和生产率要求较高的场合，更突出地显示了用其它处理方法难以达到或不可取代的结果。超声波清洗的优点：a.清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致。b.清洗速度快，提高生产效率，不须人手接触清洗液，安全可靠。c.对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净。d.对工件表面无损伤，节省溶剂、热能、工作场地和人工。 超声波清洗方式超过一般以的常规清洗方法，特别是工件的表面比较复杂，象一些表面凹凸不平，有盲孔的机械零部件，一些特别小而对清洁度有较高要求的产品如：钟表和精密机械的零件，电子元器件，电路板组件等，使用超声波清洗都能达到很理想的效果。超声清洗的原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质—清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相同的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡。 这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅速闭合。在这种被称为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1000大气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面净化的目的。 超声波清洗的作用机理主要有以下几个方面：因空化泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层的一部分在冲击波作用下被剥离下来、分散、乳化、脱落。因为空化现象产生的气泡，由冲击形成的污垢层与表层间的间隙和空隙渗透，由于这种小气泡和声压同步膨胀，收缩，象剥皮一样的物理力反复作用于污垢层，污垢层一层层被剥离，气泡继续向里渗透，直到污垢层被完全剥离。这是空化二次效应。超声波清洗中清洗液超声振动对污垢的冲击。超声加速化学清洗剂对污垢的溶解过程，化学力与物理力相结合，加速清洗过程。超声波清洗的主要参数：频率：≥20KHz 清洗介质：采用超声波清洗，一般两类清洗剂：化学溶剂、水基清洗剂等。 清洗介质的化学作用，可以加速超声波清洗效果，超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，以对物件进行充分、彻底的清洗。 功率密度：功率密度=发射功率（W）/发射面积（cm2）通常≥0.3W/cm2，超声波的功率密度越高，空化效果越强，速度越快，清洗效果越好。但对于精密的、表面光洁度甚高的物件，采用长时间的高功率密度清洗会对物件表面产生“空化”腐蚀。 超声波频率：超声波频率越低，在液体中产生的空化越容易，产生的力度大，作用也越强，适用于工件（粗、脏）初洗。频率高则超声波方向性强，适用于精细的物件清洗。 清洗温度：一般来说，超声波在40℃-50℃时的空化效果最好。清洗剂则温度越高，作用越显著。通常实际应用超声波时，采用50℃-70℃的工作温度。2．清洗液因为目前物理清洗的局限性，化学清洗技术在国内仍然得到广泛的应用。目前世界上工业清洗已由传统的溶剂清洗、水洗和表面活性剂清洗方式，发展到精细清洗和绿色清洗阶段。随着精细有机合成技术、生物技术、检测技术等相关技术的进步，化学清洗技术也得到发展，正在向绿色环保方向发展：将合成具有生物降解能力和酶催化作用的绿色环保型化学清洗剂；弱酸性或中性的有机化合物将取代强酸强碱；直链型有机化合物和植物提取物将取代芳香基化合物；无磷、无氟清洗剂将取代含磷含氟清洗剂；水基清洗剂将取代溶剂型和乳液型清洗剂；可生物降解的绿色环保型清洗剂将取代难分解的污染性清洗剂。绿色化学要求对环境的负作用尽可能小，它是一种理念，是人们应该尽力追求的目标。由此，在应用工业化学清洗技术和研究清洗新技术中，工程技术人员应根据绿色化学的原则，选择采用无毒、无害的原料，提高原子的利用率，力争实现“零排放”。同时，在清洗过程中产生的清洗废液中含有的有毒、有害物质，必须经过处理达到国家有关排放标准方可排放。2.1．碳氢清洗剂2.1.1碳氢清洗剂具有良好的环保特性和清洗能力，逐步成为一类重要的工业清洗剂之一。碳氢清洗剂按馏程范围分为：普通碳氢清洗剂和窄馏碳氢清洗剂。 普通碳氢清洗剂的馏程范围较宽，成分复杂，分子结构不规则，芳烃毒性大。其中的轻质分使清洗剂闪点降低，而重质分又使清洗力和干燥性变差。 窄馏碳氢清洗剂的馏程在150～190℃之间，结合工业清洗中造成溶剂酸化的四大因素（空气、金属、水、杂质）添加了金属清洗剂专用稳定剂，能够预防溶剂分解，在产生分解的初期将酸中和，具有超强的抗酸能力，确保清洗材质不受腐蚀。碳氢清洗剂的特点： 外观：透明无色液体 气味：轻微 结构分子式：CnH2n+2 密度：0.77(25℃) 对水溶解度：难溶 蒸气压(20℃,KPA)：0.6 黏度(20℃,mm2/s)：1.0 表面张力(20℃,dyne/cm)：24 芳香烃总含量 % weight:：＜0.012.1.2碳氢清洗剂的优点： a、清洗性能好。碳氢清洗剂与大多数的润滑油、防锈油、机加工油同为非极性的在石油馏分，根据相似相容的原理，碳氢清洗剂清洗矿物油更好于卤代烃和水基清洗剂。 b、蒸发损失小。碳氢清洗溶剂沸点在150℃以上，在使用保管过程中挥发损失小，对包装物和设备的密封要求很低。 c、毒性极低。经毒理试验，碳氢清洗剂的吸放毒性、经口毒性和皮肤接触毒性均为超低毒，且不属于致癌物质，清洗操作人员使用更安全。d、材料相容性好。碳氢清洗剂中不含水分和氯、硫等腐蚀物，对各种金属材料不会产生腐蚀和氧化。碳氢清洗剂又属于非极性溶剂，对大部分塑料和橡胶没有溶解、溶胀和脆化作用。e、清洗工艺流程简单。只需清洗——清洗——漂洗——漂洗——烘干（或晾干），对工件不存在腐蚀。 f、可彻底挥发无残迹。碳氢清洗剂是非常纯净的精制溶剂，在常温和加热状态下均可完全挥发，没有任何残留。 g、不破坏环境。碳氢清洗剂可以自动降解，清洗废液可以放入燃煤或燃油锅炉中焚烧，焚烧生成物主要为CO2和水，对空气无污染。碳氢清洗剂中不启氯，对臭氧的破坏系数为零。2.1.3碳氢清洗剂应用范围五金、首饰、钟表、电子、电气、液晶、半导体等行业，能有效去除各种油污、油脂及助焊树脂、抛光蜡2.1.3碳氢清洗剂的原料选择120＃、160＃溶剂油，D40、D80脱臭溶剂煤油，烷烃，醇类溶剂等。2.2水性清洗剂2.2.1清洗液的原料选择原则选择清洗用原料应考虑以下原则：尽量不用、少用有害物质；尽量不用、少用污水处理困难的物质；尽量减少清洗废液排放量；尽量使清洗液循环使用。现就清洗一设备锈垢为例，就传统酸洗方式和目前正在研究推广的弱酸性有机化合物清洗方式进行对比：传统酸洗方式：配方(质量分数)：盐酸、氟化物、缓蚀剂、水弱酸性有机化合物清洗方式：配方(质量分数)：有机酸、表面活性剂、缓蚀剂、水3．水基清洗剂工艺流程简介3.1除油超声波清洗工艺对比3.1.1三氯乙烯清洗的典型工艺超声波粗除油→超声波精除油→溶剂蒸汽除油3.1.2碳氢清洗剂的一般工艺超声波粗除油→超声波精除油→超声波精除油→烘干3.1.3水基清洗剂的一般工艺3.1.3.1不锈钢工件清洗工艺（一般普通件）超声波粗除油→超声波精除油→市水漂洗→市水漂洗→市水漂洗→压缩空气吹干（或离心甩干）→烘干以上工艺流程也适用于部分铝合金工件的清洗。3.1.3.2不锈钢工件清洗工艺（精密零件）超声波粗除油→超声波精除油→市水漂洗→市水漂洗→纯水漂洗→纯水漂洗→压缩空气吹干（或离心甩干）→烘干3.1.3.3碳钢件、铜件工件清洗工艺超声波粗除油→超声波精除油→市水漂洗→市水漂洗→除氧化（除锈）清洗→市水漂洗→市水漂洗→纯水漂洗→防氧化保护→纯水漂洗→纯水漂洗→压缩空气吹干（或离心甩干）→烘干4.1.3.4铝电池外壳工件清洗工艺超声波粗除油→超声波精除油→超声波精除油→市水漂洗→市水漂洗→市水漂洗→压缩空气吹干（或离心甩干）→烘干
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