二氧化碳干冰清洗技術(shù)綜述

二氧化碳干冰清洗技術(shù)綜述摘要：介紹了干冰清洗技術(shù)的原理及應(yīng)用，分析了干冰清洗技術(shù)的優(yōu)勢和國內(nèi)干冰清洗市場的前景。提出綜合性氣體供應(yīng)公司應(yīng)該大力推廣干冰清洗技術(shù)，促進市場的成熟，把握未來的干冰顆粒的市場。關(guān)鍵詞：干冰；干冰清洗技術(shù)；市場；環(huán)保1概述綜合性工業(yè)氣體企業(yè)的生存和發(fā)展有賴于不斷地鞏固已有的氣體市場和不停地開拓發(fā)展新的氣體市場。作為面向外銷市場的供氣單位，不但要在產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)量、服務(wù)、價格等方面做文章，還要瞄準(zhǔn)新的科技和市場的發(fā)展，帶動用戶對新的氣體產(chǎn)品及其衍生產(chǎn)品的認(rèn)知和需求，不斷地向用戶介紹和推薦新的使用方法和新的加工工藝，促進用戶對新型氣體產(chǎn)品的認(rèn)同，培養(yǎng)潛在市場，通過雙贏的方式謀求與用戶的共同發(fā)展。為了開拓新的產(chǎn)品，涉足新的市場，太重氣體公司新近上了一套二氧化碳貯槽和充灌設(shè)備。并且配套上了干冰生產(chǎn)設(shè)備，力求將干冰推廣到食品行業(yè)和冷凍保鮮行業(yè)，但鑒于目前的市場狀況，銷售業(yè)績一直不佳，面對這樣的局面，我們選擇了新的突破口，把干冰清洗技術(shù)介紹給廣大的用戶。爭取未來在干冰顆粒市場占領(lǐng)優(yōu)勢地位。2干冰清洗技術(shù)介紹干冰清洗技術(shù)源于美國，1945年美國海軍率先將干冰顆粒作為噴射介質(zhì)用于清理各種頑固的油脂及混合附著物，取得了良好的效果。六七十年代，以美國為首的一批學(xué)者就以干冰等“可揮發(fā)性”顆粒作為介質(zhì)的噴砂清洗技術(shù)進行了深入的研究和廣泛的嘗試，奠定了干冰清洗技術(shù)的基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代，隨著干冰生產(chǎn)設(shè)備的日趨小型化、低成本化，干冰清洗技術(shù)也在不斷地取得工業(yè)用戶的認(rèn)可，被越來越廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。這一時期也是干冰清洗設(shè)備快速發(fā)展的時期，噴射載氣壓力由開始的1.4MPa下降到現(xiàn)在的0.5MPa，由原來的雙管噴射改為單管噴射，新的噴嘴技術(shù)使設(shè)備迅速小型化，設(shè)備的易用性和經(jīng)濟性以及清洗效果明顯提高，帶給用戶實際的利益。高性能的干冰清洗設(shè)備正在成為一些行業(yè)中不可或缺的重要輔助設(shè)備。干冰清洗是清洗行業(yè)的一次重大革命。3干冰的物理特性，清洗設(shè)備和清洗原理干冰是二氧化碳的固態(tài)存在形式，是在-78r的低溫下二氧化碳凝結(jié)成的固態(tài)顆粒，這就是我們所說的“干冰”。干冰在常溫、常壓下可直接氣化成二氧化碳?xì)怏w，沒有液化過程。這就使得干冰在清洗時除了被清除的污垢外沒有其它廢棄物，不會造成任何污染。干冰清洗設(shè)備主要分為兩個組成部分。第一是干冰生產(chǎn)設(shè)備，第二是干冰噴射清洗機。根據(jù)所選用設(shè)備的不同它們可以是整體的，也可以是分立的。干冰生產(chǎn)設(shè)備通常是以液態(tài)二氧化碳為原料，在低溫液體泵的驅(qū)動下通過節(jié)流噴嘴，噴射入收集腔體，一部分液態(tài)二氧化碳瞬間氣化，另一部分變成雪花狀固體微粒，經(jīng)過成型模具的擠壓形成各種不同的塊狀或顆粒狀干冰成品，在干冰清洗中使用的通常是直徑3mm，長度5?10mm的圓柱狀干冰顆粒。干冰噴射清洗機，它的工作原理與噴鋼砂、噴塑料砂相似，通常它需要壓力0.5MPa以上，流量為2m3/min以上的潔凈壓縮空氣作為動力氣源，通過機械供料系統(tǒng)，將干冰顆粒均勻地輸送到空氣噴射管道中，通過在管道中與空氣混合加速，最終以2?3馬赫的速度（根據(jù)不同設(shè)計和供氣壓力）從噴嘴噴出，沖擊工作面以達(dá)到清洗的目的。干冰清洗的獨特之處不單純是物理打擊，由于干冰是可揮發(fā)性的低溫固體顆粒（-78°C），當(dāng)其以高速噴射到物體表面時，沖擊動能瞬間使干冰顆粒氣化，并且吸收大量的熱，在清洗表面產(chǎn)生劇烈的熱交換，迫使附著物驟冷收縮、脆化，而且通常附著物和基底材料具有不同的膨脹系數(shù)，表層與內(nèi)部的溫度差將破壞兩種材料間的結(jié)合，瞬間的快速收縮能夠撕開非結(jié)構(gòu)性連接，同時干冰在千分之幾秒的氣化過程中體積驟增800倍，這樣就在沖擊點造成“微型爆炸”，有效擊落附著物，氣化后干冰變?yōu)槎趸細(xì)怏w，沒有殘留，不產(chǎn)生廢物。由此可見，干冰清洗具有獨特的熱學(xué)效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)，特別是當(dāng)被清洗物體處于在線狀態(tài)具有較高的溫度，或附著物具有明顯的冷脆性時效果更佳。國外的應(yīng)用表明從金屬物質(zhì)上清除非金屬污垢時效果最為明顯。另外，根據(jù)研究和實踐對比在使用干冰噴射清洗時，即使干冰在很高的速度下直接沖擊清洗物表面，其沖擊動能也是很小的，干冰在沖擊瞬間氣化消失，不會對被清洗物體造成沖擊和磨損，因此可以用于清洗精密零件和模具。4應(yīng)用范圍干冰清洗的應(yīng)用范圍非常廣泛，而且還在不斷地開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。傳統(tǒng)的應(yīng)用行業(yè)是模具、食品、航空和其它特種清洗行業(yè)。4.1模具制品行業(yè)模具制品行業(yè)是干冰清洗的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。模具在多次使用后會在模具內(nèi)殘留部分加工原料，這樣會極大地影響加工件的表面光潔度甚至降低產(chǎn)品品質(zhì)，停機清理會極大地影響生產(chǎn)進度，增加備用模具又會造成重復(fù)投資，使用干冰清洗是最佳選擇，用干冰去除脫模層和模具上的殘留材料，不但熱態(tài)在線清洗可以取得良好的效果，而且無殘留、不磨損，特別適合清理復(fù)雜、精密的模具紋理。根據(jù)輪胎橡膠工業(yè)統(tǒng)計，可減少停機時間80%?90%。目前國際著名的輪胎橡膠企業(yè)如：米其林、固特異等都在廣泛地使用干冰來清洗模具；通用、福特、本田等汽車公司也在發(fā)動機鑄造等模具上使用干冰清洗技術(shù)，并且取得了良好的效果。另外，聚乙烯、PET、泡沫塑料等行業(yè)也是干冰清洗技術(shù)的用戶。4.2食品行業(yè)在食品加工中，糖分、油脂、面粉和其它混合原料在拌和設(shè)備、烘烤爐具、托盤以及模具和輸送帶上留下難以清除的積碳和附著層，不但影響食品品質(zhì)還會不斷地滋生細(xì)菌，對人體健康造成嚴(yán)重的危害，傳統(tǒng)的水加洗滌劑的清洗方法通常需要停機清理，不但大量占用勞動力還會顯著提高工作現(xiàn)場濕度，不利于抑制細(xì)菌的繁殖，化學(xué)洗滌劑的殘留也會造成污染。干冰清洗完全解決了上述問題，它高效、快速，可以在線清洗基本不需要停機，清洗過程不產(chǎn)生化學(xué)殘留，不會提高濕度，對環(huán)境和衛(wèi)生不造成影響。同樣的干冰清洗還可以用于餐飲、酒店、飯店等企業(yè)的廚具、灶具和排油煙管道的清理，徹底解決油垢的困擾，顯著改善衛(wèi)生狀況，提高飯店的檔次。4.3印刷、涂裝行業(yè)各類油墨、油漆和涂料都具有很強的附著力，它們耐水、耐磨、耐化學(xué)清洗、抗老化，在保證印刷品質(zhì)量和涂裝品質(zhì)的同時也造成了清洗困難的問第2期左華：二氧化碳干冰清洗技術(shù)綜述13題，印刷機導(dǎo)軌、齒輪和其它零件上的積墨會顯著降低印刷品品質(zhì)，必須定期清理。油漆和涂料的沾染和脫漆也是一件讓人頭痛的事。目前根據(jù)國際經(jīng)驗，干冰清洗是最佳的選擇，它在有效除污的同時不會對印刷機械造成傷害，波音、空客等著名航空制造公司以及美國空軍也在使用干冰清洗技術(shù)為飛機脫漆，干冰清洗在上述頑固污漬的清洗中表現(xiàn)出良好的性能。4.4各類設(shè)備在線清洗干冰清洗也可以被廣泛地應(yīng)用于各類設(shè)備的在線清洗，例如：大型鍋爐、電廠汽輪機、各類富含焦油結(jié)渣的煙道，復(fù)雜或難于拆卸的機械結(jié)構(gòu)和其內(nèi)部的油污、積垢，原料輸送帶、容器和攪拌設(shè)備，以及無法用水或其它溶劑清洗的物體等。這也是干冰清洗技術(shù)亟待推廣的領(lǐng)域。5干冰清洗的優(yōu)勢綜合干冰清洗的特性，以及干冰清洗技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用情況，我們不難看出干冰清洗具有以下顯著的優(yōu)勢。5.1可在線清洗，節(jié)約費用干冰清洗顯著的特點就是可在線清洗，特別是熱態(tài)清洗效果更加顯著。在線清洗可以極大地縮短設(shè)備停機時間，減少清洗過程對生產(chǎn)的影響，對于連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)可以帶來顯著的經(jīng)濟效益，而且節(jié)水，節(jié)約洗滌劑，降低工人勞動強度。5.2優(yōu)越的清洗效果，和無損的清洗過程干冰清洗具有獨特的熱學(xué)效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)，使其具有優(yōu)越的清洗效果，特別對精密模具上細(xì)膩的紋理和密集的細(xì)孔清理效果更佳。它不會損傷模具和精密的零件，不改變公差，不影響物體表面光潔度。但是，干冰清洗過程中也具有一定的沖擊性，而且相對較低的清洗溫度也存在一定的適用性，在清洗時也要根據(jù)具體情況合理使用。5.3安全環(huán)保無污染由于干冰清洗后只留下清洗下來的污垢，干冰顆粒已經(jīng)氣化成二氧化碳?xì)怏w，沒有其它的化學(xué)殘留，對環(huán)境不造成污染，而傳統(tǒng)的洗滌劑清洗對水體和環(huán)境會造成二次污染，還會增加城市水處理的負(fù)擔(dān)。在國外干冰清洗技術(shù)得到一系列的安全認(rèn)可，符合美國農(nóng)業(yè)部（USDA），食品與藥物管理局（FDA）、環(huán)境保護局（EPA）的安全要求?？梢杂糜谑称贰⑿l(wèi)生行業(yè)，而且不會對從業(yè)人員造成化學(xué)侵害，它是化學(xué)清洗劑的理想替代品。由于二氧化碳?xì)怏w比重大于空氣，會在室內(nèi)或其它密閉空間下部不斷聚集，操作人員應(yīng)該保持工作現(xiàn)場良好的通風(fēng)，注意使用安全。5.4無水清洗，應(yīng)用廣泛干冰清洗過程無水和其它液體產(chǎn)生，所以可用于電力線路和設(shè)備、電器控制元件、絕緣材料以及其它需要防水的清洗場合，同時這也是干冰清洗用于食品行業(yè)的突出優(yōu)點之一。6市場狀況干冰清洗的應(yīng)用市場十分廣泛，但就目前國內(nèi)的市場狀況來看，還不能被用戶廣泛地認(rèn)可和接受，其主要原因有兩點。干冰清洗對于國內(nèi)廣大用戶還是新鮮事物，缺乏良好的示范效應(yīng)，亟待取得用戶的認(rèn)可。與國外多年來成熟的市場和良好的使用成績不同，國內(nèi)用戶對這項技術(shù)還缺乏認(rèn)識，好多行業(yè)對此還是“只聞其名，不見其實”。只有像輪胎橡膠工業(yè)和汽車工業(yè)等少數(shù)幾個與國際接軌較早聯(lián)系較密切的行業(yè)對干冰清洗有所認(rèn)識，據(jù)報道：上海汽車在其發(fā)動機鑄造中應(yīng)用了干冰清洗技術(shù)。天津一家輪胎企業(yè)在其8000條輪胎因為模具維護不當(dāng)，產(chǎn)品表面標(biāo)識模糊造成退貨后，采用了干冰清洗技術(shù)。同時，國內(nèi)企業(yè)缺乏精品意識和成本意識，沒有很好地分析應(yīng)用干冰清洗技術(shù)所能夠帶來的品質(zhì)提高和在線維護節(jié)省的停機損失。換言之就是中國的干冰清洗市場還缺乏良好示范效應(yīng)，沒有明顯的效益對比很難讓用戶欣然接受。目前，如何打開干冰清洗市場，就需要我們廣泛的介紹和推薦，并且切實地幫助用戶采用該項技術(shù)，并取得效益，促進用戶自覺地對比和分析優(yōu)缺點，人為地推動市場盡快成熟。鑒于干冰清洗市場的前景和其可觀的干冰需求量，這也許是氣體行業(yè)一個新興的利潤增長點。干冰清洗的市場還沒有打開，相關(guān)設(shè)備和干冰顆粒沒有穩(wěn)定廉價的供應(yīng)渠道和供貨保障。當(dāng)前國內(nèi)干冰清洗市場還處于起步階段，主要的干冰清洗設(shè)備還是以國外公司產(chǎn)品為主，價格偏高，設(shè)備維修和備品備件供應(yīng)相對比較困難，制約了用戶的選擇和使用；另一方面，國內(nèi)干冰顆粒的生產(chǎn)和儲運也都不成熟，很多地區(qū)即使有清洗機也未必買得到顆粒。綜合以上兩個方面，國內(nèi)干冰清洗市場啟動還很困難。我們認(rèn)為主要問題還是在一定意義上，已成為半導(dǎo)體工業(yè)的國際性語言。然而，SEMI氣體標(biāo)準(zhǔn)系列中沒有相關(guān)的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，比如電子工業(yè)用氣體的包裝容器、閥門、管道等標(biāo)準(zhǔn)，而這些方面又是我們的弱項和最需要重點解決的方面。截至2004年，SEMI的氣體分會共制定了55項標(biāo)準(zhǔn)。我國現(xiàn)行的電子工業(yè)用氣體標(biāo)準(zhǔn)共14項，其中的13項是非等效采用SEMI標(biāo)準(zhǔn)。在轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)的過程中，我們在技術(shù)指標(biāo)上等同采用了SEMI的技術(shù)指標(biāo)，在分析方法上修改采用了SEMI的實驗方法；同時在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容上增加了一些諸如包裝儲運等一些規(guī)定。過去，這些國家標(biāo)準(zhǔn)在包裝儲運上的規(guī)定不夠科學(xué)和嚴(yán)格。已經(jīng)制定的這14項標(biāo)準(zhǔn)在我國都有不同程度的應(yīng)用，但與傳統(tǒng)的工業(yè)氣體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相比，這些標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍均較小。SEMI的氣體標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容涉及氣體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)組成了一個比較完整的體系。而我國的電子工業(yè)用氣體標(biāo)準(zhǔn)體系中僅有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和完善過程中，由于我國在電子工業(yè)用氣體的包裝、充裝、貯運以及輸送方面存在諸多不足，因此我們應(yīng)當(dāng)在這些方面加快規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定，其次是應(yīng)當(dāng)加快方法標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化。綜上所述，如果說國際先進的電子工業(yè)用氣體的供應(yīng)商已經(jīng)是一個成年人，那么我國的電子工業(yè)用氣體的生產(chǎn)商還處在幼兒期，我們還需要在各個方面努力向國際先進水平學(xué)習(xí)。同時，我們也需要快速的成長，否則只能繼續(xù)被排斥在電子工業(yè)用氣體的高端市場之外。以上提到的六個方面的發(fā)展趨勢都是要盡快和國際先進水平接軌。在以后的發(fā)展趨勢中，首先應(yīng)當(dāng)是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌。電子工業(yè)用氣體的包裝、充裝、貯運、輸送以及售后服務(wù)，皆是發(fā)展趨勢中的難點和重點。相對而言，電子工業(yè)用氣體的檢測手段在與國際接軌的過程中發(fā)展要快一些。隨著國產(chǎn)電子工業(yè)用氣體在微電子工業(yè)高端用戶的突破，將帶動我國電子工業(yè)用氣體生產(chǎn)的快速發(fā)展。市場需求，只有當(dāng)廣大相關(guān)行業(yè)對干冰清洗技術(shù)有了持續(xù)的需求，才能刺激國內(nèi)清洗設(shè)備生產(chǎn)廠商加快產(chǎn)品的開發(fā)和供應(yīng)，并且數(shù)量決定價格，有了需求設(shè)備價格不成問題。干冰顆粒生產(chǎn)也存在這樣的局面。在實際的干冰生產(chǎn)和供應(yīng)中我們認(rèn)為關(guān)鍵問題在于干冰的儲存，由于干冰溫度較低（-78。0,主要通過熱傳導(dǎo)的方式吸熱，在常溫下?lián)]發(fā)極快，通常的保冷方法效果不明顯，用保溫瓶雖可獲得較好的效果，但是儲存和運輸都非常不便。國外現(xiàn)在廣泛使用一種塑料保冷箱，表面是一次成型的塑料壓模殼體，內(nèi)部填充發(fā)泡材料，由于采用特殊材料在低溫條件下殼體仍能保持良好的彈性和韌性，目前我國還沒有類似產(chǎn)品供應(yīng)?，F(xiàn)在國際普遍認(rèn)可的經(jīng)濟儲存標(biāo)準(zhǔn)為每日損耗8%?10%，損耗過大或過小將意味著干冰儲存消耗量太大不夠經(jīng)濟，或者保冷設(shè)備的造價和運輸成本過高。根據(jù)這一指標(biāo)我們咨詢相關(guān)行業(yè)專家，經(jīng)過測算，最簡單易行的方法是使用100mm左右的一次成型泡沫塑料容器，在盡量裝滿的情況下，嚴(yán)格控制開啟次數(shù)，基本可以滿足10%左右的日損耗率。以汽車運輸，供貨半徑能夠達(dá)到200km左右，也就是說一個干冰顆粒生產(chǎn)企業(yè)可以輻射半徑200km的廣闊市場，通過汽車運輸專業(yè)的干冰清洗工程公司可以承攬200?300km內(nèi)的特種清洗工程?；旧峡梢詽M足一個區(qū)域性中心城市及其周邊的需求。這樣的市場前景對于任何一個氣體生產(chǎn)企業(yè)都是具有吸引力的。當(dāng)前我們的任務(wù)就是大力推動干冰清洗市場的成熟，把握原料供應(yīng)的制高點。7未來的發(fā)展和市場前景隨著中國改革開放的不斷深入和發(fā)展，