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超聲波碳氫清洗主要問題與設備設計
下面是小編搜集整理的一篇對碳氫清洗原理及實現的分析和探討的論文范文，希望對你的論文寫作有幫助。
1 概述
在工業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溶劑清洗，均存在污染。按照《中國清洗行業 ODS整體淘汰計劃》，鹵素類溶劑將逐漸被淘汰，取而代之的將是無毒的碳氫類清洗溶劑。
碳氫清洗相比水基清洗具有相當大的優勢，碳氫清洗設備無需純水、排污等昂貴的配套設備，無需高容量電源等，對廠房沒有太高的需求。隨著加工制造的精度及質量提高，特別是環保要求的提高，迫使生產廠家采用更高精度要求更環保的清洗設備，環保清洗時代已經到來。
2 碳氫清洗的優缺點
碳氫清洗是利用相似相容原理將零件表面的油脂溶解來達到清洗目的。
主要優點：
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) 干燥后沒有殘跡。溶劑干燥時可完全揮發，無任何殘留，水劑清洗若漂洗不干凈則存在殘留物。
3) 節能。碳氫溶劑可通過蒸餾回收重復利用，消耗極低; 設備基本無排污，無需排污處理。
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生腐蝕，是清洗軸承、液晶屏、精密器件的理想清洗劑。
5) 無毒。經毒理試驗，其吸入毒性、經口毒性及皮膚接觸均為低毒，且不屬于致癌物質，與化學清洗劑及鹵代烴等相比更安全。
6) 環保。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，對空氣沒有污染，對臭氧破壞系數為零。
7) 沸點( 150 ~ 190) ℃ ,存儲簡單。
主要缺點：
1) 閃點低[( 50 ~ 75) ℃ ],屬于易燃易爆物品;2) 沸點高，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 碳氫清洗主要問題分析
3. 1 真空清洗及真空干燥
浸漬清洗時，清洗劑中殘存的氣體較多，影響了超聲波空化效應，因此一般進行超聲波清洗時盡可能配置真空脫氣裝置。在真空狀態下可以將待清洗產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行清洗。
碳氫溶劑沸點高，常溫常壓下很難干燥，多是采用比真空清洗更高的真空度，使溶劑沸點迅速降低，附著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，被真空泵抽走后在冷卻箱內再形成液體進行循環使用。
3. 2 溶劑回收
碳氫溶劑經過一段時間的使用后，清洗力下降，此時可以對清洗液進行蒸餾回收重復利用，回收能力稱為溶劑回收率。例如清洗槽液體的總量為360 L,工作時間為每天 8 h,若此時蒸餾機的回收率為 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，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、隔絕點火源、降低氧氣濃度三各方面進行考慮。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停機報警并啟動強排。隔離點火源需要在選用器件時盡量選用氣動元件，使用電動元件時必須選用防爆器件; 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，每個工序的工藝時間依據零件的污跡類型、污染程度而定。
一般工藝見表 1.
4. 2 設備組成與工作流程
設備組成原理見圖 1.常規的工作流程( 初始時所有氣動閥均為關閉狀態) 如下。
1) 工件裝入工件籃，從密封門放入到旋轉滾筒上，關閉密封門。
2) 打開氣動閥 5、10,啟動真空泵 5,直到壓力到( 5 ~8) kPa,停止真空泵，關閉閥 5、10.
3) 儲液槽加熱到工藝溫度。
4) 打開氣動閥 2、3、9,啟動噴淋泵 11 到一定液位，啟動循環泵 12,開啟旋轉電機，開始第一道噴淋工序。
5) 噴淋時間到，停止循環泵 12,噴淋泵加液到一定液位，停止噴淋泵11,啟動加熱膜加熱到工藝溫度，啟動超聲波，開始第二道工序超聲波清洗。
6) 工藝時間到，停止超聲波，啟動循環泵 12 到低液位，開啟噴淋泵 11 注液到高位，加熱膜加熱到一定溫度，開啟超聲波。開始第三道工序超聲波漂洗。
7) 工藝時間到，停止超聲波，停止電機，關閉閥 9,開啟閥 10,啟動循環泵 12,直到筒體內沒有槽液，關閉閥 2、3.
8) 打開氣動閥 5,啟動真空泵 15,保持壓力到( 0. 1 ~0. 2) kPa,保持溫度( 40 ~ 60) ℃，進行第四道工序真空干燥。
9) 干燥時間到，停止真空泵，關閉閥 5,開啟真空放氣閥 16.
10) 待壓力平衡，開啟密封門，取出工件籃。
溶劑使用一段時間后，由于所溶解的雜質增多，清洗力下降，此時需要將儲液槽內的溶劑進行蒸餾提純，一般的流程為：
1) 蒸餾釜加熱到一定溫度。
2) 打開氣動閥 4、6、7,啟動真空泵 15,儲液槽內部分溶劑進入蒸餾釜，開始蒸餾。
3) 碳氫蒸汽進入多級冷凝塔 14,空氣被釋放掉，產生的冷凝液體進入到液水分離裝置，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
5. 1 真空動密封
在進行噴淋清洗或超聲波浸漬清洗時，工件籃在電機帶動下旋轉，此時腔體內真空度為 ( 5 ~8) kPa,為防止外部空氣進入真空腔，需要在電機軸與腔體連接處進行動密封，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密封效果。
與常規動密封不一樣，碳氫設備動密封面臨一個難題： 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，長時間的運轉，是否會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密封是碳氫設備研發的一個難點。
5. 2 溶劑回收
在進行溶劑真空蒸餾回收時，蒸餾釜加熱產生的蒸汽中包括空氣、溶劑蒸汽、水蒸氣，溶劑中含水會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處進行蒸餾) .
1) 保持壓力，降低冷凝區溫度至 t2,碳氫蒸汽先開始液化，保持 t2一段時間，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，水蒸氣先開始液化，保持該真空度一定時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( 或在泄漏時盡量減少泄漏量) ,需要從多方進行考慮。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行比較，若與設定值差異很大，則關斷工作電源并報警;二是管系上各主要器件之間均設置氣控閥，當其中一段發生泄漏時，可將該段兩端的氣控閥關閉，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，設備斷開工作電源，并啟動報警。
3) 杜絕明火。一是在設備內部的電機，如旋轉1制閥均為氣動閥，控制氣動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孔全部進行密封; 電機、腔體、管系及機架等均良好接地，避免靜電產生。
4) 自動滅火。在設備內部高位、中位、低位設置多處煙氣檢測點，并設置自動二氧化碳滅火器。在檢測到燃燒時，切斷工作電源，啟動二氧化碳滅火并報警。當滅火完全后，啟動強排裝置，將碳氫蒸汽及二氧化碳排出設備。
6 結論
通過對碳氫清洗原理及實現的分析和探討，從客觀上了解了超聲波碳氫清洗原理及設備實現方式，可以肯定，因碳氫清洗使用的低成本、環保等優點，超聲波碳氫清洗將在工業生產中發揮巨大作用。
參 考 文 獻
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