碳氢清洗剂

相关知识
曾经被广泛使用的清洗行业的优秀清洗剂CFC-113（氟里昂）以及1.1.1-三氯乙烷（乙烷）已经被全面禁止生产、进口、使用。仍在使用的有氯系清洗剂（三氯乙烷、三氯乙烯、二氯甲烷等）、水系清洗剂及碳氢系清洗剂等替代品，面对于大多数用户而言，由于含氯系清洗剂可以通过对原有设备略加改造即可使用的优点，可以推测这些用户曾有一段时间均改为使用含氯清洗剂。
然而含氯清洗剂由于有毒，环境控制很严，且由于ISO14000系列对含氯清洗剂有限制要求，企业为了取得ISO14000证书，都开始改用碳氢系的清洗剂和水系清洗剂。而水系清洗剂的设备投资成本高、不易干燥，清洗后的产品常会生锈迹、斑点，还需考虑排水问题，及在中国水资源缺乏等问题，各厂家已逐步开始研究其替代品。
另一方面，使用非水系清洗剂时需要分开考虑可燃性和不可燃性的问题。碳氢系有可燃性，而且与含氯系清洗剂相比具有不易干燥的弱点。但这些方面已逐步在清洗设备上得到补偿，从而预测碳氢系清洗剂将逐步成为当今替代清洗剂的主流。因此本文以碳氢清洗剂及设备为中心进行介绍。
清洗剂种类
通过蒸馏原油得到的馏分溶剂有石油系、石油系碳氢化合物、碳氢化合物系、烃（烃）、工业用汽油等称谓，其定义尚不明确。碳氢化合物顾名思义，只是由两种元素组成的化合物。以前曾简单将原油蒸馏精致得到的灯油直接作为清洗剂，由于有臭味，引火性以及从干燥性方面考虑以逐渐不被使用。
使用的大多数碳氢系清洗剂并不是原油简单蒸馏精致的产品，而是化学合成品或经过高级精炼处理的产品。碳氢系清洗剂从好、臭味小。将灯油馏分过分子筛萃取，蒸馏调整沸点。也有单一组分的物质。
异构烃：结构式为CnH2n+2的饱和链烃。与直链的正构烃相其化学结构上可以分为正构烃系、异构烃系、环烷烃和芳香烃四类。
正构烃：结构式为CnH2n+2的饱和链烃。直链烃的安定性比，异构烃具有支链，其安全性也好、臭味小。大多为合成制得。
环烷烃：结构式为CnH2n的饱和链烃。碳原子数不同，可有单纯的环状烷烃，具有侧链的环烷烃等。从结构上看比链烃的溶解性好，但安定性、臭味方面稍差。一般将含环烷烃多的原油蒸馏或向芳香系中加入核水至得。
芳香烃：含苯环，溶解力强，由于担心其毒性较少使用。
随着碳氢清洗剂市场的不断发展，清洗领域不断扩展，功能型碳氢清洗剂应市场需求而推出，其在原有碳氢清洗剂除油脱脂的基础上，可根据不同的清洗需求进行调整，根据清洗污渍的不同，可将其分为以下几类：
脱水型碳氢清洗剂：可清洗脱除工件上的水份、切削液、水性清洗剂等。
防锈型碳氢清洗剂：清洗兼防锈，可适用于铁件、碳钢等易生锈金属的清洗，防锈期可达15-90天。
除助焊剂型碳氢清洗剂：清洗电子仪器、PCB线路板等零件上的助焊剂、油污、灰尘等。
除炭灰型碳氢清洗剂：清洗电池、电容等筒状冲压拉伸工件上的炭黑、粉状、油污等。
除腊型碳氢清洗剂：用于清洗五金卫浴、钟表电镀、首饰加工、灯饰制造等工件上的抛光蜡
除树脂型碳氢清洗剂：清洗部件及设备上的油污、天然树脂和合成树脂等。
清洗原理
清洗机理
非水系清洗剂的清洗原理简单地说是依据溶剂的溶解力进行清洗。基于对油脂或油性污染的溶解性的脱脂机理是：相似相溶原则。汽油、灯油等碳氢化合物容易溶解重油，其它烃类，易与相近的卤代烃（四氯化碳、三氯乙烷等）互溶。水能与具有与水结构相似OH的化合物如R-COOH（低级脂肪酸）、R-OH（低级醇）等互溶也是基于此。异种液体间的溶解性与表面张力、界面张力有密切关系。例如，苯、环烷烃等溶剂的表面张力与焦油、润滑油的表面张力差别不大，两者间的界面张力值近似容易互溶。对于溶剂对油脂或油性污物的溶解性，不同溶剂一定温度下的溶液在冷却过程中，溶质分离的温度越低其对溶质的溶解度就越大。
KB值
KB值是喷漆、涂料工业如表示天那水的溶解力而使用的值，指25℃下从120g标准kauri gum-丁醇溶液中析出kauri gum所需要稀释剂的ml数，KB值越高溶解性越好。作为清洗用溶剂溶解力的判别曾以KB值作为指标，但KB值是指对树脂的溶解性，与清洗力无直接关系因而难于作为基准。
SP值
清洗用溶剂的溶解性能指标有溶解度参数SP值。SP值用下式表示：
SP值：δ=(△E/V) △E：蒸发能V：摩尔体积
SP值相近的物质具有相近的凝集能，因而易于互相溶解。此现象即相似相溶的经验规则。各物质的SP值如另页所示。一般碳氢系清洗剂的SP值为7～8，此值因与加工油的SP值（7～8）一致，因此易于溶解，且有高的清洗力。但与树脂的SP值相距甚远，因而不易侵蚀这些材料。同时对于含树脂的污物，醇类的溶解性较差清洗效果不好。选择清洗剂时SP值可以作为一个指标，但仅以数值作为判断比较危险，必须用实际污染油等作清洗性能实验进行评价。
物理性
影响清洗力的因素除溶剂的溶解力外，还有热、搅拌、摩擦力、加压、减压、研磨、超声波等物理作用力的影响。不是只考虑其中的一种因素，而是将所有因素通盘考虑才能提高清洗效果。表2是影响清洗力的因素总结。
影响清洗力的因素
化学力：溶解力…界面张力…表面活性剂（助剂）化学反应力…
物理力：加热 …促进其它清洗因素的反应、污物的物理变化，被清洗物的物性变化。超声波…由超声所引起的空化作用、加速度、直进流引起的强力剥离、分散。搅 拌…为促进被清洗表面与新鲜清洗液的接触的搅拌，由于均一化作（摇动、用提高清洗效果、机械促进被清洗表面污物的剥离，分散剥离回转）后的污物于清洗液中，防止清洗面的再附着。减压…使减压液向细微处浸透，使污物膨胀除去。根据以上影响清洗力的几点因素，碳氢清洗设备在设计和配置上要有所针对性，例如清洗的主功能槽的配置通常如下：工作原理：第一阶段：首先由操作者将欲清洗的产品放入洗篮，然后将洗篮放进设备上料区，通过操作员控制机械臂将洗篮提到清洗主槽。这时气缸驱动槽盖自动关闭清洗槽，真空脱气系统启动，将槽内空气抽尽.在真空状态下可以将需要清洗的产品的狭小缝隙内气体及含在清洗剂中的气体抽出，超声波启动，摇摆装置启动，带动洗篮转动，使清洗剂可以充分进行清洗；到设定的时间后，真空释放,气缸驱动将盖子打开,机械臂将洗篮提出,进入第二槽清洗.至于需要几个槽进行真空清洗,则需要根据产品表面的油污,杂质等物质及产品的产量来决定.
清洗（五槽清洗机举例）
序分 清洗工程 清洗方式清洗介质 清洗时间 使用温度 过滤方式 加热方式 真空脱气 备注
1 初 洗 超声浸洗抛动+旋转 炭化水型号另选 3–30min可以调节 常温–100℃根具选用的清洗液定可以调节筒式过滤 导热油加热 有 强制冷却有
2 精 洗 超声浸洗抛动+旋转 炭化水型号另选 3–30min可以调节 常温–100℃根具选用的清洗液定可以调节筒式过滤 导热油加热 有 强制冷却有
3 漂 洗 超声浸洗抛动+旋转 炭化水型号另选 3-30min可以调节 常温–100℃根具选用的清洗液定可以调节筒式过滤 导热油加热 强制冷却有
4 5 切液+真空干燥 高速风刀+旋转真空干燥 高速热 风 3-30min可以调节 RT-150℃ 中效过滤 电加热 排气有
6 回 收 真空减压蒸馏回收 炭化水型号另选多段式蒸馏回收 ------------ ----------- 导热油加热 -----
清洗剂特点
特点
前面已经提到碳氢清洗剂可分为正构烃、异构烃、环烷烃和芳香烃等。其特点为：
对金属加工油的清洗力强→由于表面张力小，细缝、细孔部的清洗效果好。
对液晶污物，尤其是联苯系污物的相溶性好。
最近已有了各种污物（水溶性加工油、login、flaks）具有清洗作用的清洗剂。
不腐蚀金属。
对树脂的影响小→正构烃、异构烃、环烷烃。
大多数碳氢系清洗剂经过蒸馏可以再循环利用，使用经济。
注意点
碳氢系的弱点在于引火点低，需注意清洗设备及周围场所的防爆。
清洗剂选择
1、清洗力
如非水系清洗剂的原理部分所述，非水系清洗剂的清洗力依赖于溶解作用。污染物加工油是矿物油时也有不能溶解的物质。用选定的清洗剂能否溶解污物需事前试验，从而选择溶解性能好的清洗剂。
2、清洗条件
用同样的清洗剂清洗同样的污物，若清洗条件（温度、时间、物理作用力等）不同也会得到不同的清洗效果。温度越高、时间越长，抛动或加超声波等物理作用力，则清洗效果越好。必须在与实际使用清洗机相同或更加严格的条件下先进行试验。
3、废弃物的可处理性
洗剂失效后，液体将被更换，废液便成了废弃物。碳氢清洗剂由于可燃可以燃烧废弃，还有可能作为燃料得到再利用。但含氯系清洗剂自己是无法处理的，需委托专门的废弃物处理公司，此时会增加费用。因此需选择易于处理的清洗液以降低费用。
减少残油量的方法：
1、减少附着的清洗剂量。
2、减少附着清洗剂中的加工油量。
附着清洗剂量的方法主要由产品的形状、表面粗糙程度、清洗剂性质（表面张力、膜厚等）决定，因此通过在清洗设备上采取相应措施如除液法（旋转除夜等）、除液时间（长时间）、温度（高温下降低粘度）等。
降低附着清洗剂中加工油的量的方法有设置润湿槽、增加润湿槽数量清洗设备方面的相应措施以及最终清洗采用新清洗液，设备蒸馏再生机使润湿槽内加工油浓度控制在一定量以下等。液体管理措施。
2、蒸馏再生法
介绍前面提到的蒸馏再生。清洗剂可由于被清洗物上附着的污物（加工油、润滑脂、防锈油、蜡、液晶等）的混入，主要成分的分解、添加剂的消耗等原因被污染从而变质，随污染变质的进行清洗剂将逐渐不能再使用。蒸馏再生装置利用液体的沸点随压力降低而降低的性质进行减压蒸馏，只回收清洗液中的清洗剂而将加工油等作为废液处理的方法。
滤器除去溶剂中的金属粉等杂质，用预热器加热溶剂使之汽化，通过分离槽除去不纯物。再生后的溶剂经凝气液化，暂时停留在溶剂回收槽后返回清洗槽。
一般的运行条件为压力50～100Torr 温度90～120℃，要得到纯度较好的回收品提高回收率可根据清洗液和加工油的性状改变上述条件。一般提高了回收品的纯度其回收率便降低，要得到高回收率其纯度就低。
应根据清洗槽、混入加工油的量、加工油的种类、清洗性能等的要求选择适当的蒸馏再生机。
一般作为废液排出的是混入的加工油量+α量，因此要选择适宜于可处理混有大量加工油清洗液的再生机。
还要注意，若无法保证清洗效果。一般选择每日可处理1次清洗槽内液体的蒸馏机。例如清洗槽+润湿槽内液体的总量为360L，工作时间为8h/日，则30L/h的蒸馏机清洗槽内液体理论上的清洗频度可达0.7次/日。若此时蒸馏机的回收率为95%，则30L/h×0.05×8h=12L/日即每日排出的废液量为12L，若每月工作25日，则需补充300L的清洗液。回收率为98%时，30L/h×0.02×8h=4.8L/日同样每月工作25日，需补充清洗液12L。回收率3%则损失的量差2.5倍，故需认真研究废液量（或补充液量）的差额。
含氯及氟系列清洗剂与碳氢系相比沸点较低，与其说是通过减压蒸馏使溶剂再生，不如说引入可进行蒸汽清洗的清洗设备一边再生一边清洗。此时重要的是要管理清洗槽内清洗液中究竟混入了多少加工油。选择清洗剂时除了清洗剂的价格外，还需研究蒸馏再生时的回收率，纯度等，综合考虑总的费用再决定。
真空蒸馏回收装置制作简介：
1．槽体
由厚度为5mm的SUS304L不锈钢板焊接而成，槽体有效尺寸（L×W×H）为Ф500×1200mm。设有可视窗等观察结构，方便可控操作真空槽底设有废油废渣排放管，外接冷却箱和废油收集箱
加热：采用导热油间接加热方式。槽体下部外附一个加热油包，外置一个导热油加热箱，加热功率为12kW。首先由发热管对导热油进行加温，再通过泵浦将加热油输送到加热油包，经过热交换后再输送回加热箱加热，如此循环。加热油包有独立的温控系统，油温R.T.～140℃可调
需要回收的清洗剂经过泵抽入真空蒸馏回收槽，进入真空回收槽之前，首先进入一个热交换筒，在此与蒸馏回收的HC蒸汽管进行热交换。经过抽真空后，清洗剂迅速沸腾并蒸发，产生HC蒸汽，然后可在冷凝区进行冷凝回收，回收的纯净清洗剂排入储液槽，循环使用，具有自动补液循环和漂洗使用功能。
2．强力真空减压系统
配备真空减压泵，真空显示表。配有真空马达，设有电磁阀。真空蒸馏回收能力为200L/H，常温常压下，碳化水素的沸点为172℃，减压情况下，可以降低沸点，高温碳化水素在减压条件下迅速形成HC蒸汽，被真空泵一起抽出回收槽，在冷却箱内再形成液体，经过活性碳过滤，称为再生液，可以循环使用。
3．冷却系统
配备有10HP冷水机，采用泰康压缩机头，持续为真空回收机提供冷却水，并有一部分冷水供给两个储液槽，防止清洗剂升温。
废液处理系统：经过真空蒸馏回收后留下的高温残渣及废油，经过阀门开启，废液进入一个冷却箱，在冷却箱通过冷水盘管，进行热交换，将高温废油冷却后，收集在废油箱里，进行集中处理。
冷凝系统.真空回收设有冷却箱，将高温HC蒸汽冷却，形成液体；在废油处理系统需冷却箱，将高温废油冷却，集中处理。为此配备一套冷冻机组（由一台10HP冷水机组成）为设备提供冷源。
4．补液系统
正常工作时，蒸馏回收槽的清洗液能满足当天工作要求，如果液位过低，浮筒式液面控制触动微动开关，发讯号并切断该槽的加热电源，蜂鸣器发出报警，提示清洗液不够，需要外部加液。
再生时，蒸馏回收槽的液体要基本蒸馏干，再生后的清洗液全部储存在储液槽中，如果储液槽中清洗液不够，操作人员需要将带特殊接口的管子（由制造商提供）插入储液桶中（储液桶即为采购清洗剂时供应商提供的桶），拧紧接口，打开压缩空气开关，压缩空气从储液桶进气口压入，将清洗剂从出液口压出到储液槽中，一直补到储液槽液面达到高位时，蜂鸣器发出报警，操作人员关闭压缩空气，结束补液
防火对策
1、燃烧的要素
人们就知道碳氢系清洗剂的最大缺点是其可燃性。这点即使本质上也无变化。因此需要建立防火、防爆的相应对策。
可燃性清洗剂清洗时的安全对策技术与以前相比有了很大的进步。以前多使用煤油、灯油作为清洗剂，作为氟里昂、三氯乙烷替代品新登场的碳氢系清洗剂不仅尽量减少了芳香族的使用充分考虑了环境问题，而且引火点也相应地高安全性较好。另外，还开发了清洗机密闭式减压蒸汽清洗可能的系统，安全性得到了很大的提高。
为了使具有引火性能的碳氢系溶剂燃烧，需要满足三个条件：
存在引火性蒸汽
有点火源
有燃烧时必要的氧存在
这些称作燃烧三要素，即使缺一，溶剂也无法燃烧。自动灭火装置
2、气体浓度控制
免满足上述第一项条件“存在引火性蒸汽”在选择清洗剂及清洗系统时尤为重要。具体对策有。
a、为保持低的蒸汽浓度需使用适当的换器装置
b、在此引火点温度低的条件下使用溶剂等
由于清洗装置液面的蒸发，取出非清洗物、容器等操作使清洗槽周围清洗气体浓度较高，因此为使清洗装置外部配备强制性排气功能。对于未加罩子的敝开式清洗装置清洗定内必须充分换气。
实际清洗时按消防法的分类使用的时第2类石油（引火点在21～70℃）和第三类石油（引火点在70～200℃之间），最近由于干燥性能受到重视使用第2类石油的情况大大增加。
特别是使用敝开式系统时推荐使用的清洗槽温度要在引火点的15℃以下。这是由于气体泄漏检测器的警报铃设定在爆炸下限的1/4，与此相当的蒸汽压换算成温度大约在引火点15℃以下。夏季或与超声波并用时液温容易上升至35℃，故应选择引火点在50℃以上的物质。
3、隔断点火源
第二项条件“有点火源”主要制清洗系统的对应使用者的安全管理问题。
具体对策为：1、隔离火花、明火等点源。2、使用防爆型电部件。4、为防止静电蓄积，应进行清洗机完全接地工事。
为了隔断点火源，应防止从清洗槽内清洗液加热器、超声波振子等密闭结构及电子系统产生的点火花，采用隔开控制部与清洗部，使用具备防爆性能的电子机械部件等对策。在清洗作业中应注意的是：不要在高温时投入非清洗物、不靠近明火，溶接火花、接点电火花等。
对于点火源系统应采取的安全对策：
环泵、供排泵使用的马达应使用“安全增防爆结构马达”或“空气驱动马达”等。
作为被清洗物移动用驱动源的马达使用“安全增防爆结构马达”或空气缸（air cylinder）。
送风用扇的马达使用“耐压防爆结构马达”。
控制盘采用“内压防爆结构”。这是由于内部有点火源通过空气净化使用控制盘内部压力增高，外部可燃气体不易侵入。
同样，对于超声波振子由于内部使用高电压亦成为点火源采用“内压防爆结构”。
加热可燃性体使用电加热器作加热源，当液面降低时加热器表面暴露于空气中表面成为高温，此时该处若有可燃性液体会产生可燃性蒸汽，从而引起燃烧。因此使用强力加热源时应采用蒸汽间接加热方式。 另外，清洗机要确保接地，被清洗物可清洗剂在绝缘状态下不要高速摩擦，防止静电产生，应考虑如何防止带电等。实际的清洗设备是将这些手段并用使火灾、爆炸降至最低限度。
5、隔离氧
要隔离燃烧必须的氧是极其困难的。这是因为在作业环境中只要有人在则必须有用于呼吸的氧，隔离燃烧所需要的氧便隔离了呼吸必须的氧。因此曾考虑将清洗槽做或密闭结构封入随性气体，但在取放被清洗物时必然要混入空气，因此并不现实。在氧存在下的敝开体系中使用蒸汽清洗及喷雾清洗方式在安全方面虽有问题，通过减压操作防止燃烧三要素得已满足也是可行的。
在此替代例中减压超声波侵润、减压蒸汽清洗、真空干燥等步骤在一槽内完成，是减压条件下的完全密闭体系。以前使用的是三氯乙烷蒸汽清洗，使用了碳氢系清洗剂（第2类石油）的此体系后清洗剂消耗量降低了1/3耗资也可能大幅度降低。清洗剂经内存的减压蒸馏再生机可以重复使用。
6、气体浓度检测器等
那使采取了迄今为止所述的对策，何时会发生何种泄漏，产生麻烦是不可预见的。为防止万一，已有对应于可燃性清洗剂的各种防灾装置的商品出售。气体浓度检测报警器就是装在清洗槽下部、随时监视泄漏气体浓度，万一接近爆炸限度的蒸汽浓度时可发出警报（一般在达到爆炸下限浓度的1/4时发出警报）的装置。
另外，在清洗槽开口处设置泡沫灭火器，当槽内放生火灾时，通过温度传感器检测到初期火灾，在发出警报的同时使设备自动停止工作，具有槽内短时间可进行初期灭火性能的装置也有出售。
如前所述只要避免同时满足三要素，便可防止火灾的发生。实际设备中为防止万一一种对策不能正常工作时的情况还应采取防止三要素同时满足的双重防护措施（Feiyelself的方案）。
用语解说（对于作为点火源安全对策的各种结构）。
a、 耐压防爆结构：为全密闭式结构，当容器内部易发爆的气体发爆时，容器承受了该压力，而且不易使外部易爆性气体引火的结构。
b、本质安全增防爆结构：机器正常运转及故障时发生火花或由于热，也不使易爆性气体或蒸汽点火，此点通过点火试验或其他方法确认该机器的电路有此性能。
c、安全增防爆结构：为不使不应该发生点火花或产生高温的部分发生火花或产生高温，在结构上以及温度上升过程中特别增加了安全性的结构。
d、内压防爆结构：通过向容器内封入保护气体（如正常的空气或惰性气体）在运行开始之前驱逐进入的易爆性气体的同时，还能连续不断地防止运行中气体的侵入的一种结构。
废液处理
当清洗槽内的清洗液不能确保清洗效果时就作为废液处理。若清洗槽只有一个时其槽内加工油浓度超过基准浓度时便全部废弃。若加工油达到2%便不能确保清洗效果则与98%的清洗液一起被废弃。显然是十分可惜的。除清洗槽外再加润湿槽共有二槽、三槽时，最终槽的加工油浓度达2%时第1槽全部废弃，将后边的槽移至前边，给最终槽补充新液。引入蒸馏再生机时蒸馏机的废液将被废弃。
排液的处理方法一般是燃烧废弃。进行清洗的工厂有锅炉时便成为其燃料，也有专门引入废油锅炉、废油炉的。废液量少时用破布浸湿后用焚烧炉燃烧废弃。在自己公司内燃烧时要考虑燃烧排放的气体。清洗剂馏分燃烧并不产生大量的有害物，由于同时加工油中的添加剂也被燃烧，因此应选择燃烧时不产生有害气体的加工油。
使用含氯、含氟系清洗剂时需委托专门的产业废弃物处理公司处理。视国情不同可能有不同的处理方法，但都应严格依照法律基准进行安全处理。
总结
自从有碳氢清洗剂出售以来，作为臭氧层破坏性物质或含氯系溶剂的替代品，在日本国内以及亚洲各国的电机、电子器件、汽车、精密部件及热处理等各产业得到广泛使用。
虽然碳氢系具有可燃性以及不如含氯系干燥性好等弱点，但通过清洗设备上的改进可以得到充分补偿。
其蒸发损失少因而使用量少、运行费较低，对环境并无恶劣影响，清洗性能也能得到充分保障。因而碳氢系以逐渐成为清洗剂的主流。而且从ISO14000系列环境管理角度看碳氢系清洗剂也是最合适不过的。