ODS替代技術(shù)----碳?xì)湔婵涨寮夹g(shù)

彭  林

摘  要  對碳?xì)淝逑磩┖驼婵涨逑醇夹g(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論證，列舉了它們在中國的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出碳?xì)浼夹g(shù)與真空清洗清洗技術(shù)的結(jié)合的良好前景，碳?xì)湔婵涨逑醇夹g(shù)將是中國替代ODS技術(shù)的zui主要的清洗技術(shù)，并對其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：碳?xì)淝逑磩?nbsp;  真空清洗  ODS技術(shù)

中圖分類號 TB79 TQ127.1+2   文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B

Hydrocarbon vacuum cleaning technology-----an ODS displacer

Peng  Lin

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(yè)清洗行業(yè)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(chǎn)企業(yè)。而根據(jù)中國政府與蒙特利爾基金組織簽訂的《中國清洗行業(yè)ODS整體淘汰計(jì)劃》，中國將逐步限制并zui終*淘汰 ODS（破壞臭氧物質(zhì)）清洗劑。許多地區(qū)的環(huán)境保護(hù)和勞動保護(hù)部門也頒發(fā)法律法規(guī)，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(yè)內(nèi)人士和清洗設(shè)備廠家都在積極尋求經(jīng)濟(jì)適用的替代路線和替代技術(shù)，雖然取得了一些成果，但也出現(xiàn)了許多失敗的教訓(xùn)。此時(shí)借鑒發(fā)達(dá)國家走過的替代道路和zui終形成的主流替代技術(shù)是非常有益的。日本從1989年開始限制ODS的生產(chǎn)和流通，至1995年末實(shí)現(xiàn)了*淘汰。我們在此過程中同，日本企業(yè)一樣，使用了免清洗、水基清洗、準(zhǔn)水基清洗、鹵代烴清洗、碳?xì)淙軇┣逑吹雀鞣N方法，經(jīng)過多年的探索、論證、比較和篩選，zui終碳?xì)淝逑磩┯昧縵ui大、應(yīng)用范圍zui廣。以碳?xì)淝逑磩┖驼婵涨逑锤稍餀C(jī)相配合的碳?xì)淝逑醇夹g(shù)已經(jīng)成清洗行業(yè)的主流。

1、碳?xì)淝逑磩┑膬?yōu)勢與缺陷                                                             

碳?xì)淝逑磩┦丘s程在140-190℃左右的正構(gòu)和異構(gòu)烷烴。一般是石油經(jīng)粗蒸餾、加氫、精餾、異構(gòu)化制成。碳?xì)淝逑磩┡c其他清洗劑相比有許多優(yōu)勢：

1)     清洗性能好

碳?xì)淝逑磩┡c大多數(shù)的潤滑油、防銹油、機(jī)加工油同為非極性的石油餾分，根據(jù)相似相容的原理，碳?xì)淝逑磩┣逑催@些礦物油的的效果要好于鹵代烴和水基清洗劑。

2)蒸發(fā)損失小

碳?xì)淝逑磩┓悬c(diǎn)一般在150℃以上，在使用保管過程中揮發(fā)損失要比沸點(diǎn)在40~80℃的鹵代烴小得多，對包裝物和設(shè)備的密封要求很低。

3)無毒

經(jīng)毒理試驗(yàn)，碳?xì)淝逑磩┑奈攵拘?、?jīng)口毒性和皮膚接觸毒性均為低毒，且不屬于致癌物質(zhì)，與鹵代烴相比對清洗操作人員更安全。

4)材料相容性好

碳?xì)淝逑磩┲胁缓莺吐?、硫等腐蝕物，對各種金屬材料不會產(chǎn)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(yīng)用范圍極廣。

5)可*揮發(fā)無殘跡

碳?xì)淝逑磩┦欠浅＜儍舻木迫軇诔睾图訙貭顟B(tài)下均可*揮發(fā)，沒有任何殘留。

6)不破壞環(huán)境

碳?xì)淝逑磩┛梢宰匀唤到猓逑磸U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?xì)淝逑磩┲胁缓?，對臭氧的破壞系?shù)為零。

7)價(jià)格便宜

普通碳?xì)淝逑磩┑膬r(jià)格相當(dāng)于F-113價(jià)格的50%以下，是某些ODS替代品價(jià)格的二十分之一。由于碳?xì)淝逑磩┑拿芏葹?.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?xì)淝逑磩┑募尤肓績H為鹵代烴清洗劑的一半。盡管碳?xì)淝逑磩┯兄T多優(yōu)點(diǎn)，但與ODS清洗劑相比，其沸點(diǎn)高（150～190℃）而閃點(diǎn)低（ 50～70℃）。雖然較高的沸點(diǎn)可以減少清洗劑在儲存、運(yùn)輸和使用過程中的揮發(fā)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(diǎn)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?xì)淝逑磩┡c鹵代烴清洗劑沸點(diǎn)和閃點(diǎn)比較）（見附表1：常用碳?xì)淝逑磩┡c鹵代烴清洗劑沸點(diǎn)和閃點(diǎn)比較）為了使經(jīng)濟(jì)適用的碳?xì)淝逑磩┑玫礁玫睦?，日本企業(yè)將真空技術(shù)應(yīng)用到清洗設(shè)備中，開發(fā)出一種全新的清洗設(shè)備——真空清洗干燥機(jī)，*克服了碳?xì)淝逑磩┑娜觞c(diǎn)，使碳?xì)淝逑丛谌毡镜玫綇V泛的應(yīng)用。

表1 常用清洗溶劑沸點(diǎn)和閃點(diǎn)比較

2、碳?xì)湔婵涨逑醇夹g(shù)在實(shí)際中的作用                                                

真空清洗干燥機(jī)利用液體在真空狀態(tài)下的物理變化，改變了碳?xì)淝逑磩┖捅磺逑次锏哪承┨匦裕瑥亩吚芎?，使碳?xì)淝逑磩┑膬?yōu)勢得到更好的發(fā)揮。真空技術(shù)在清洗中的主要作用有以下幾點(diǎn)：

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(jī)中一般都采用超聲波技術(shù)，利用超聲波振子每秒鐘幾萬次頻率的振動，發(fā)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(chǎn)生大量的真空氣泡，這種現(xiàn)象就是空穴作用。由這種空穴作用而產(chǎn)生的液體流動和數(shù)以萬計(jì)的高壓真空氣泡瞬間爆破時(shí)產(chǎn)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(tài)下，清洗劑中溶解的空氣粒子遇到超聲波時(shí)產(chǎn)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(tài)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(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證：在清洗槽中分別加入未經(jīng)真空脫氣和經(jīng)過真空脫氣的碳?xì)淝逑磩?，使用相同功率的超聲波對鋁箔清洗一分鐘，結(jié)果未經(jīng)脫氣的清洗劑可見輕微的震動，鋁箔基本上無變化。而經(jīng)過真空脫氣的清洗劑劇烈震動，鋁箔很快出現(xiàn)許多孔洞（見照片）。

2．2件表面和孔隙中的空氣，提高清洗效果

    在傳統(tǒng)清洗中，清洗效果不理想常常是因?yàn)槊た?、粗糙表面和?xì)小縫隙中的空氣不能排出，影響清洗劑的浸潤，產(chǎn)生清洗盲區(qū)。應(yīng)用真空技術(shù)后，可使部件表面、縫隙和盲孔內(nèi)的空氣全部排出，使清洗劑*浸入工件的每個(gè)部位，使工件的各個(gè)部位都達(dá)到的清洗效 果。對于構(gòu)造復(fù)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(tài)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?xì)浠先軇?nbsp;  拋動/旋轉(zhuǎn)裝置    35℃                                第2槽：真空超聲波清洗（40KHZ）      碳?xì)浠先軇?nbsp;   旋轉(zhuǎn)裝置        35℃                                第3槽：真空超聲波清洗（40KHZ）      碳?xì)浠先軇?nbsp;   旋轉(zhuǎn)裝置        35℃                                 第4槽：減壓蒸氣清洗+真空干燥         碳?xì)浠先軇?nbsp;   旋轉(zhuǎn)裝置        35℃              特點(diǎn)：對細(xì)孔、盲孔、螺絲攻能*清洗到深孔內(nèi)。

2．3 降低沸點(diǎn)使碳?xì)淝逑磩┮部梢詫?shí)現(xiàn)氣相清洗                                     

使用鹵代烴清洗劑的超聲波清洗機(jī)，利用鹵代烴清洗劑沸點(diǎn)低的特點(diǎn)，在清洗的zui后一步，將清洗劑加熱使之產(chǎn)生純凈的清洗劑蒸汽，用溶液蒸汽對工件進(jìn)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?xì)淝逑磩┑姆悬c(diǎn)高于閃點(diǎn)，在常壓狀態(tài)下不可能對工件進(jìn)行蒸汽清洗。真空清洗干燥機(jī)利用液體在真空狀態(tài)下沸點(diǎn)降低的原理，通過對密封的清洗槽抽真空，使碳?xì)淙軇┑姆悬c(diǎn)大大降低，只需將碳?xì)淝逑磩┘訜岬?0℃左右，就可使其沸騰，實(shí)現(xiàn)氣相清洗。

2． 4利用真空突沸效應(yīng)，提高干燥速度

由于碳?xì)淝逑磩┑姆悬c(diǎn)都在140℃以上，在常溫常壓下*揮發(fā)一般需要一小時(shí)左右。這樣的干燥速度肯定不能滿足工藝清洗的節(jié)拍要求。而用加熱烘干的方法又容易產(chǎn)生火險(xiǎn)，這也是碳?xì)淝逑磩┰谥袊吹玫綇V泛應(yīng)用的主要原因之一。真空清洗干燥機(jī)一般是將蒸汽清洗與真空干燥在一個(gè)槽中進(jìn)行，在對工件進(jìn)行蒸汽清洗的同時(shí)使工件溫度升高，然后使干燥槽迅速進(jìn)入更高的真空狀態(tài)，工件表面的清洗液會突然沸騰（真空突沸效應(yīng)）而迅速揮發(fā)干凈。這樣可以將工件的干燥時(shí)間降低到1分鐘以內(nèi)。

2． 5空蒸餾，使碳?xì)淝逑磩┰偕貜?fù)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(diǎn)差，將溶有油污的清洗劑加熱到清洗劑的沸點(diǎn)以上而控制在油污的沸點(diǎn)以下，使清洗劑汽化，然后通過冷凝裝置使之重新凝結(jié)成純凈的清洗劑，而沸點(diǎn)較高的油污和機(jī)械雜質(zhì)則留在蒸餾罐的底部。鹵代烴清洗劑由于沸點(diǎn)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?xì)淝逑磩┯捎诜悬c(diǎn)高而閃點(diǎn)較低，在常壓下蒸餾再生是不可能的。真空清洗干燥機(jī)的蒸餾再生裝置在高真空下使碳?xì)淝逑磩┑姆悬c(diǎn)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(fā)，再經(jīng)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(tài)。油污則留在蒸餾裝置底部，定期排出。

2． 6絕氧氣，使碳?xì)淝逑磩┦ト紵臈l件

絕大多數(shù)碳?xì)淝逑磩╅W點(diǎn)都在50℃左右，在我國《常用危險(xiǎn)化學(xué)品的分類及標(biāo)志》（GB13690-92）中屬于高閃點(diǎn)易燃液體。雖然閃點(diǎn)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(xiǎn)。因此控制火險(xiǎn)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(gè)必要條件，只要缺少一項(xiàng)，燃燒就不可能發(fā)生。在真空狀態(tài)下氧氣含量極低，在清洗、干燥和蒸餾再生的過程中，既使碳?xì)淝逑磩┑臏囟冗_(dá)到閃點(diǎn)以上，由于沒有氧氣，失去了燃燒的一個(gè)必要條件，碳?xì)淝逑磩┮膊粫紵?，從而保證了使用安全。真空清洗干燥機(jī)用一套真空泵同時(shí)解決了清洗中的諸多問題，可以說是設(shè)備創(chuàng)新和設(shè)計(jì)的*。

3、真空清洗干燥機(jī)的種類和構(gòu)造

真空清洗干燥機(jī)可以根據(jù)用戶的工件形狀、尺寸、材質(zhì)，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(shè)計(jì)和生產(chǎn)機(jī)。真空清洗干燥機(jī)按照工件搬運(yùn)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(shù)量可分為單槽機(jī)、雙槽機(jī)、多槽機(jī)等；按照清洗工件體積可分為大型機(jī)、中型機(jī)和小型機(jī)；按照蒸餾裝置與清洗裝置的結(jié)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(jī)。根據(jù)真空清洗干燥機(jī)各部分的作用，可分為清洗系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、蒸餾再生系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全輔助裝置幾部分。                                                              

各生產(chǎn)廠家經(jīng)過多年的研究開發(fā)，使真空清洗干燥機(jī)的技術(shù)水平逐步提高，功能不斷完善，洗凈力大幅度提高、成本進(jìn)一步下降、可以滿足更多客戶的清洗要求，從而使碳?xì)淝逑醇夹g(shù)日臻成熟，被越來越多的客戶所認(rèn)同，在替代ODS和有害清洗溶劑中發(fā)揮了巨大作用。 真空清洗干燥機(jī)中運(yùn)用的技術(shù)有：超聲波震蕩、搖動和滾動清洗。

4、 碳?xì)湔婵涨逑丛谥袊膽?yīng)用                                                    

近年來，大批國外企業(yè)在中國建立工廠，生產(chǎn)機(jī)械、電子零部件，清洗劑和清洗機(jī)的需要量迅速增長。這些企業(yè)在中國設(shè)廠的原因除了廉價(jià)的勞動力外，環(huán)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(jìn)程的加快，以及政府對環(huán)境保護(hù)和勞動者人身健康的重視，企業(yè)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(yè)急于尋找適合的替代方法。中國企業(yè)對碳?xì)淝逑丛O(shè)備已有較強(qiáng)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(yè)的企業(yè)已開在進(jìn)行這方面洽談購買。

真空清洗干燥機(jī)和碳?xì)淝逑磩┮呀?jīng)在中國使用多年。這些企業(yè)都是日本獨(dú)資企業(yè)，他們在日本的本部就使用碳?xì)淝逑垂に?，在中國建廠時(shí)也將這一工藝及設(shè)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(qū)。隨著中國企業(yè)與日本企業(yè)的交流機(jī)會增多，這些在中國投資日資企業(yè)很容易接受碳?xì)淝宓那逑垂に?。國?nèi)清洗行業(yè)都非常清楚碳?xì)淝逑磩┖驼婵涨逑锤稍餀C(jī)的巨大優(yōu)勢和市場潛力，與日本的幾家真空清洗干燥機(jī)生產(chǎn)企業(yè)建立，并邀請他們到中國訪問考察。碳?xì)淝逑吹母拍铋_始被國內(nèi)企業(yè)接受。一些日本企業(yè)也開始認(rèn)識到碳?xì)淝逑磩┖驼婵涨逑锤稍餀C(jī)在中國的巨大商機(jī)，著手調(diào)查中國市場并尋找合作伙，投入巨大力量開發(fā)中國市場。目前，國內(nèi)能夠生產(chǎn)碳?xì)湓O(shè)備的廠家以深圳為主。專門用于真空清洗干燥機(jī)的碳?xì)淝逑磩┮惨呀?jīng)由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)成功，進(jìn)入市場，對進(jìn)口產(chǎn)品形成競爭壓力。

5、碳?xì)淝逑吹奶娲绞胶徒?jīng)濟(jì)效益分析                                              

由于碳?xì)淝逑磩┍仨毥柚谡婵涨逑锤稍餀C(jī)才能*發(fā)揮其優(yōu)勢，而真空清洗干燥機(jī)較其他的清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前又都是日本進(jìn)口，因此用碳?xì)淝逑磩┨娲鶲DS的zui大障礙就是初期的設(shè)備投資較大。日本企業(yè)生產(chǎn)的真空清洗干燥機(jī)，以一臺手動三槽式碳?xì)錂C(jī)為例：在日本折合人民幣價(jià)格在80萬元，在中國生產(chǎn)后可降低到55萬元。全自動五槽碳?xì)湔婵涨逑锤稍餀C(jī)在日本折合人民幣價(jià)格在160-200萬元，在中國生產(chǎn)后可降低到120左右萬元。即使這樣的價(jià)格，外資企業(yè)容易接受，而對國內(nèi)企業(yè)，特別是中小企業(yè)仍顯得昂貴。因此可以根據(jù)企業(yè)條件采用不同的替代方案，采用減壓抽氣盡量利用原有設(shè)備，降低一次性投資。但不論采用何種方案，用碳?xì)淝逑创鍻DS和其他鹵代烴清洗劑都會給企業(yè)帶來長久的經(jīng)濟(jì)利益。根據(jù)中國企業(yè)產(chǎn)品類型、工藝要求、原有設(shè)備狀況和資金實(shí)力，用碳?xì)淝逑刺娲那逑垂に嚳梢圆捎萌N方法：

1)全面更換設(shè)備。對于清洗工作量大、原有設(shè)備比較陳舊、不能滿足清洗要求而資金條件允許的企業(yè)，可以淘汰原有設(shè)備，按企業(yè)工藝要求設(shè)計(jì)制造真空清洗干燥機(jī)，雖然設(shè)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(shè)備資金約在3年多收回。               

2)局部更換設(shè)備。對于清洗工作量大、原有設(shè)備較完好的企業(yè)，可以將原有設(shè)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(nèi)置的真空干燥機(jī)。設(shè)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(shè)備資金約在1年多收回。3) 局部改造設(shè)備。對于資金條件較差、原有清洗設(shè)備尚可使用的企業(yè)，可以將原有設(shè)備自然干燥部分改裝成帶循環(huán)水冷凝的熱風(fēng)干燥裝置，再另配一臺真空蒸餾再生機(jī)，這樣設(shè)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(shè)備資金約在10個(gè)月收回?，F(xiàn)以東莞某廠為例：該廠為日本企業(yè)生產(chǎn)各類馬達(dá)沖壓部品、  軸芯部品，產(chǎn)品在出廠前都要進(jìn)行清洗。原采用的清洗設(shè)備是全自動三、四槽氣相超聲波清洗機(jī)，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(zhì)每件需交環(huán)境保護(hù)稅，并受環(huán)保部門的限制，企業(yè)決定使用碳?xì)淝逑磩┨娲F(xiàn)在使用的三氯乙烯清洗劑?，F(xiàn)根據(jù)改造設(shè)備前和使用碳?xì)淝逑磩┑慕?jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表說明用以上三種方法進(jìn)行替代的投資、成本和和效益情況：由此不難看出，用碳?xì)淝逑刺娲鶲DS和其他鹵代烴清洗劑不僅對社會有巨大的環(huán)境效益、健康效益，對企業(yè)也有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

表2   三種不用改造方案和原方案的改進(jìn)效益比較

6．結(jié)束語                                                                                            

隨著大批企業(yè)對碳?xì)淝逑丛O(shè)備的了解及使用，淘汰ODS保護(hù)臭氧層是我們大家刻不容緩的責(zé)任。相信現(xiàn)在及今后碳?xì)淝逑醇夹g(shù)將是中國替代ODSzui主要的清洗技術(shù)路線。而碳?xì)湔婵涨逑醇夹g(shù)的結(jié)合，可以更加充分的發(fā)揮碳?xì)淝逑醇夹g(shù)的作用。

                                   深圳ODS替代推廣中心

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：彭林 （、工程師）

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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(shè)備有限公司清洗部工作1年；波達(dá)超聲工程設(shè)備（深圳）有限公司（后改為然斯康波達(dá)）從事替代ODS碳?xì)湔婵赵O(shè)備在國內(nèi)的技術(shù)推廣及銷售工作4年；現(xiàn)任港星公司深圳，主要從事ODS替代技術(shù)碳?xì)湔婵涨逑础⒓兯婵涨逑吹募夹g(shù)推廣和產(chǎn)品的銷售工作,尋求各界關(guān)心環(huán)保產(chǎn)業(yè)人士企業(yè)共同開發(fā)合作。