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超聲波碳氫清洗主要問(wèn)題與設備設計
下面是小編搜集整理的一篇對碳氫清洗原理及實(shí)現的分析和探討的論文范文，希望對你的論文寫(xiě)作有幫助。
1 概述
在工業(yè)清洗中大量應用的清洗方式包括水基清洗和容積清洗。傳統的水基清洗設備需配備純水設備、蒸汽設備、污水處理設備及沉淀池、廢氣處理設備，配備高容量電源等; 傳統的溶劑清洗多為鹵素類(lèi)溶劑清洗，均存在污染。按照《中國清洗行業(yè) ODS整體淘汰計劃》，鹵素類(lèi)溶劑將逐漸被淘汰，取而代之的將是無(wú)毒的碳氫類(lèi)清洗溶劑。
碳氫清洗相比水基清洗具有相當大的優(yōu)勢，碳氫清洗設備無(wú)需純水、排污等昂貴的配套設備，無(wú)需高容量電源等，對廠(chǎng)房沒(méi)有太高的需求。隨著(zhù)加工制造的精度及質(zhì)量提高，特別是環(huán)保要求的提高，迫使生產(chǎn)廠(chǎng)家采用更高精度要求更環(huán)保的清洗設備，環(huán)保清洗時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。
2 碳氫清洗的優(yōu)缺點(diǎn)
碳氫清洗是利用相似相容原理將零件表面的油脂溶解來(lái)達到清洗目的。
主要優(yōu)點(diǎn)：
1) 清洗性能好。碳氫溶劑與大多數防銹油、機加油同為非極性石油餾分，對這些礦物油的清洗效果遠好于水劑清洗劑。
2) 干燥后沒(méi)有殘跡。溶劑干燥時(shí)可完全揮發(fā)，無(wú)任何殘留，水劑清洗若漂洗不干凈則存在殘留物。
3) 節能。碳氫溶劑可通過(guò)蒸餾回收重復利用，消耗極低; 設備基本無(wú)排污，無(wú)需排污處理。
4) 材料相容性好。溶劑中不含水分、氯、硫等腐蝕物，對各種金屬非金屬材料不產(chǎn)生腐蝕，是清洗軸承、液晶屏、精密器件的理想清洗劑。
5) 無(wú)毒。經(jīng)毒理試驗，其吸入毒性、經(jīng)口毒性及皮膚接觸均為低毒，且不屬于致癌物質(zhì)，與化學(xué)清洗劑及鹵代烴等相比更安全。
6) 環(huán)保。碳氫溶劑可自然降解，可回收利用也可焚燒，焚燒物主要為二氧化碳和水，對空氣沒(méi)有污染，對臭氧破壞系數為零。
7) 沸點(diǎn)( 150 ~ 190) ℃ ,存儲簡(jiǎn)單。
主要缺點(diǎn)：
1) 閃點(diǎn)低[( 50 ~ 75) ℃ ],屬于易燃易爆物品;2) 沸點(diǎn)高，液體加熱非常耗能，且不容易干燥，因此需要采用真空清洗、真空干燥。
3 碳氫清洗主要問(wèn)題分析
3. 1 真空清洗及真空干燥
浸漬清洗時(shí)，清洗劑中殘存的氣體較多，影響了超聲波空化效應，因此一般進(jìn)行超聲波清洗時(shí)盡可能配置真空脫氣裝置。在真空狀態(tài)下可以將待清洗產(chǎn)品的狹小縫隙內氣體及含在清洗劑中的氣體抽出，使清洗劑可以充分進(jìn)行清洗。
碳氫溶劑沸點(diǎn)高，常溫常壓下很難干燥，多是采用比真空清洗更高的真空度，使溶劑沸點(diǎn)迅速降低，附著(zhù)在零件上的碳氫溶劑在真空條件下迅速形成碳氫蒸汽揮發(fā)，被真空泵抽走后在冷卻箱內再形成液體進(jìn)行循環(huán)使用。
3. 2 溶劑回收
碳氫溶劑經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，清洗力下降，此時(shí)可以對清洗液進(jìn)行蒸餾回收重復利用，回收能力稱(chēng)為溶劑回收率。例如清洗槽液體的總量為360 L,工作時(shí)間為每天 8 h,若此時(shí)蒸餾機的回收率為 95%,則 30 L/h 的蒸餾機每天排出的廢液量為12 L,若每月工作 25 日，則需補充 300 L 的清洗液;而回收率為 98%時(shí)為，同樣的工作條件下只需補充120 L,因此提高溶劑回收率可大幅度降低溶劑使用費用。
3. 3 安全性
碳氫溶劑有閃點(diǎn)，設備安全需要考慮如何避免燃燒以及燃燒后如何應對。主要從降低可燃蒸汽蒸汽濃度、隔絕點(diǎn)火源、降低氧氣濃度三各方面進(jìn)行考慮。降低可燃蒸汽濃度需要在適當位置配置氣體濃度監測裝置，濃度接近爆炸下限時(shí)停機報警并啟動(dòng)強排。隔離點(diǎn)火源需要在選用器件時(shí)盡量選用氣動(dòng)元件，使用電動(dòng)元件時(shí)必須選用防爆器件; 為防止靜電蓄積，設備各部件良好接地。降低氧氣濃度需要在設備中采用真空清洗及真空干燥方式，最大限度降低氧氣濃度。
4 碳氫清洗工藝及設備組成
4. 1 碳氫清洗工藝
碳氫清洗過(guò)程一般為： 真空清洗 1-真空清洗 2-蒸汽漂洗( 或浸漬漂洗) -真空干燥，每個(gè)工序的工藝時(shí)間依據零件的污跡類(lèi)型、污染程度而定。
一般工藝見(jiàn)表 1.
4. 2 設備組成與工作流程
設備組成原理見(jiàn)圖 1.常規的工作流程( 初始時(shí)所有氣動(dòng)閥均為關(guān)閉狀態(tài)) 如下。
1) 工件裝入工件籃，從密封門(mén)放入到旋轉滾筒上，關(guān)閉密封門(mén)。
2) 打開(kāi)氣動(dòng)閥 5、10,啟動(dòng)真空泵 5,直到壓力到( 5 ~8) kPa,停止真空泵，關(guān)閉閥 5、10.
3) 儲液槽加熱到工藝溫度。
4) 打開(kāi)氣動(dòng)閥 2、3、9,啟動(dòng)噴淋泵 11 到一定液位，啟動(dòng)循環(huán)泵 12,開(kāi)啟旋轉電機，開(kāi)始第一道噴淋工序。
5) 噴淋時(shí)間到，停止循環(huán)泵 12,噴淋泵加液到一定液位，停止噴淋泵11,啟動(dòng)加熱膜加熱到工藝溫度，啟動(dòng)超聲波，開(kāi)始第二道工序超聲波清洗。
6) 工藝時(shí)間到，停止超聲波，啟動(dòng)循環(huán)泵 12 到低液位，開(kāi)啟噴淋泵 11 注液到高位，加熱膜加熱到一定溫度，開(kāi)啟超聲波。開(kāi)始第三道工序超聲波漂洗。
7) 工藝時(shí)間到，停止超聲波，停止電機，關(guān)閉閥 9,開(kāi)啟閥 10,啟動(dòng)循環(huán)泵 12,直到筒體內沒(méi)有槽液，關(guān)閉閥 2、3.
8) 打開(kāi)氣動(dòng)閥 5,啟動(dòng)真空泵 15,保持壓力到( 0. 1 ~0. 2) kPa,保持溫度( 40 ~ 60) ℃，進(jìn)行第四道工序真空干燥。
9) 干燥時(shí)間到，停止真空泵，關(guān)閉閥 5,開(kāi)啟真空放氣閥 16.
10) 待壓力平衡，開(kāi)啟密封門(mén)，取出工件籃。
溶劑使用一段時(shí)間后，由于所溶解的雜質(zhì)增多，清洗力下降，此時(shí)需要將儲液槽內的溶劑進(jìn)行蒸餾提純，一般的流程為：
1) 蒸餾釜加熱到一定溫度。
2) 打開(kāi)氣動(dòng)閥 4、6、7,啟動(dòng)真空泵 15,儲液槽內部分溶劑進(jìn)入蒸餾釜，開(kāi)始蒸餾。
3) 碳氫蒸汽進(jìn)入多級冷凝塔 14,空氣被釋放掉，產(chǎn)生的冷凝液體進(jìn)入到液水分離裝置，水被排放掉，溶劑在負壓作用下回流到儲液槽。
5 碳氫清洗設備設計難點(diǎn)
5. 1 真空動(dòng)密封
在進(jìn)行噴淋清洗或超聲波浸漬清洗時(shí)，工件籃在電機帶動(dòng)下旋轉，此時(shí)腔體內真空度為 ( 5 ~8) kPa,為防止外部空氣進(jìn)入真空腔，需要在電機軸與腔體連接處進(jìn)行動(dòng)密封，一般是采用機械密封裝置，并在機械密封與旋轉軸之間、機械密封本體內均注入潤滑油達到動(dòng)密封效果。
與常規動(dòng)密封不一樣，碳氫設備動(dòng)密封面臨一個(gè)難題： 隔離對象是空氣及碳氫溶劑。碳氫溶劑本身是可以溶解潤滑油的，而且碳氫溶劑表面張力小，滲透力強，特別在超聲波作用下，對油脂的溶解效果更加明顯，長(cháng)時(shí)間的運轉，是否會(huì )將潤滑油脂溶解掉而造成泄漏及旋轉干磨。因此，如何做好碳氫溶劑的真空動(dòng)密封是碳氫設備研發(fā)的一個(gè)難點(diǎn)。
5. 2 溶劑回收
在進(jìn)行溶劑真空蒸餾回收時(shí)，蒸餾釜加熱產(chǎn)生的蒸汽中包括空氣、溶劑蒸汽、水蒸氣，溶劑中含水會(huì )造成清洗零件的氧化，因此需要最大限度的降低水含量。碳氫溶劑與水的分離一般有兩種方式( 假定在真空壓力 p、溫度 t1處進(jìn)行蒸餾) .
1) 保持壓力，降低冷凝區溫度至 t2,碳氫蒸汽先開(kāi)始液化，保持 t2一段時(shí)間，直到碳氫蒸汽完全液化，剩余氣體為水氣及空氣。
2) 保持溫度不變，降低真空度，增加冷凝區壓力，水蒸氣先開(kāi)始液化，保持該真空度一定時(shí)間直到水氣完全液化，剩余氣體為碳氫蒸汽及空氣。
5. 3 安全性設計
1) 防止泄漏。為防止泄漏( 或在泄漏時(shí)盡量減少泄漏量) ,需要從多方進(jìn)行考慮。一是在各腔體、各管系的適當位置均設置壓力檢測，所有的檢測值均引入 PLC,并與 PLC 內事先存儲的設定值進(jìn)行比較，若與設定值差異很大，則關(guān)斷工作電源并報警;二是管系上各主要器件之間均設置氣控閥，當其中一段發(fā)生泄漏時(shí)，可將該段兩端的氣控閥關(guān)閉，將泄漏量降到最低，三是氣控閥及控制氣閥的電磁閥均采常閉閥，確保斷電即斷氣，確保管系能分段隔離。
2) 蒸汽濃度監測。在設備內部高位、中位、低位設置多處碳氫蒸汽濃度檢測，并設置合理的爆炸安全下限，達到下限時(shí)，設備斷開(kāi)工作電源，并啟動(dòng)報警。
3) 杜絕明火。一是在設備內部的電機，如旋轉1制閥均為氣動(dòng)閥，控制氣動(dòng)閥的電磁閥均安裝在單獨的電控箱內; 電控箱與設備完全隔離，對電控箱與設備之間的穿線(xiàn)孔全部進(jìn)行密封; 電機、腔體、管系及機架等均良好接地，避免靜電產(chǎn)生。
4) 自動(dòng)滅火。在設備內部高位、中位、低位設置多處煙氣檢測點(diǎn)，并設置自動(dòng)二氧化碳滅火器。在檢測到燃燒時(shí)，切斷工作電源，啟動(dòng)二氧化碳滅火并報警。當滅火完全后，啟動(dòng)強排裝置，將碳氫蒸汽及二氧化碳排出設備。
6 結論
通過(guò)對碳氫清洗原理及實(shí)現的分析和探討，從客觀(guān)上了解了超聲波碳氫清洗原理及設備實(shí)現方式，可以肯定，因碳氫清洗使用的低成本、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，超聲波碳氫清洗將在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用。
參 考 文 獻
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