碳氫清洗劑

曾經被廣泛使用的清洗行業的優秀清洗劑CFC-113（氟里昂）以及1.1.1-三氯乙烷（乙烷）已經被全面禁止生產、進口、使用。仍在使用的有氯系清洗劑（三氯乙烷、三氯乙烯、二氯甲烷等）、水系清洗劑及碳氫系清洗劑等替代品，面對於大多數用户而言，由於含氯系清洗劑可以通過對原有設備略加改造即可使用的優點，可以推測這些用户曾有一段時間均改為使用含氯清洗劑。

然而含氯清洗劑由於有毒，環境控制很嚴，且由於ISO14000系列對含氯清洗劑有限制要求，企業為了取得ISO14000證書，都開始改用碳氫系的清洗劑和水系清洗劑。而水系清洗劑的設備投資成本高、不易乾燥，清洗後的產品常會生鏽跡、斑點，還需考慮排水問題，及在中國水資源缺乏等問題，各廠家已逐步開始研究其替代品。

另一方面，使用非水系清洗劑時需要分開考慮可燃性和不可燃性的問題。碳氫繫有可燃性，而且與含氯系清洗劑相比具有不易乾燥的弱點。但這些方面已逐步在清洗設備上得到補償，從而預測碳氫系清洗劑將逐步成為當今替代清洗劑的主流。因此本文以碳氫清洗劑及設備為中心進行介紹。

通過蒸餾原油得到的餾分溶劑有石油系、石油系碳氫化合物、碳氫化合物系、烴（烴）、工業用汽油等稱謂，其定義尚不明確。碳氫化合物顧名思義，只是由兩種元素組成的化合物。以前曾簡單將原油蒸餾精緻得到的燈油直接作為清洗劑，由於有臭味，引火性以及從乾燥性方面考慮以逐漸不被使用。

使用的大多數碳氫系清洗劑並不是原油簡單蒸餾精緻的產品，而是化學合成品或經過高級精煉處理的產品。碳氫系清洗劑從好、臭味小。將燈油餾分過分子篩萃取，蒸餾調整沸點。也有單一組分的物質。

異構烴：結構式為CnH2n+2的飽和鏈烴。與直鏈的正構烴相其化學結構上可以分為正構烴系、異構烴系、環烷烴和芳香烴四類。

正構烴：結構式為CnH2n+2的飽和鏈烴。直鏈烴的安定性比，異構烴具有支鏈，其安全性也好、臭味小。大多為合成製得。

環烷烴：結構式為CnH2n的飽和鏈烴。碳原子數不同，可有單純的環狀烷烴，具有側鏈的環烷烴等。從結構上看比鏈烴的溶解性好，但安定性、臭味方面稍差。一般將含環烷烴多的原油蒸餾或向芳香系中加入核水至得。

芳香烴：含苯環，溶解力強，由於擔心其毒性較少使用。

隨着碳氫清洗劑市場的不斷髮展，清洗領域不斷擴展，功能型碳氫清洗劑應市場需求而推出，其在原有碳氫清洗劑除油脱脂的基礎上，可根據不同的清洗需求進行調整，根據清洗污漬的不同，可將其分為以下幾類：

脱水型碳氫清洗劑：可清洗脱除工件上的水份、切削液、水性清洗劑等。

防鏽型碳氫清洗劑：清洗兼防鏽，可適用於鐵件、碳鋼等易生鏽金屬的清洗，防鏽期可達15-90天。

除助焊劑型碳氫清洗劑：清洗電子儀器、PCB線路板等零件上的助焊劑、油污、灰塵等。

除炭灰型碳氫清洗劑：清洗電池、電容等筒狀衝壓拉伸工件上的炭黑、粉狀、油污等。

除臘型碳氫清洗劑：用於清洗五金衞浴、鐘錶電鍍、首飾加工、燈飾製造等工件上的拋光蠟

除樹脂型碳氫清洗劑：清洗部件及設備上的油污、天然樹脂和合成樹脂等。

非水系清洗劑的清洗原理簡單地説是依據溶劑的溶解力進行清洗。基於對油脂或油性污染的溶解性的脱脂機理是：相似相溶原則。汽油、燈油等碳氫化合物容易溶解重油，其它烴類，易與相近的鹵代烴（四氯化碳、三氯乙烷等）互溶。水能與具有與水結構相似OH的化合物如R-COOH（低級脂肪酸）、R-OH（低級醇）等互溶也是基於此。異種液體間的溶解性與表面張力、界面張力有密切關係。例如，苯、環烷烴等溶劑的表面張力與焦油、潤滑油的表面張力差別不大，兩者間的界面張力值近似容易互溶。對於溶劑對油脂或油性污物的溶解性，不同溶劑一定温度下的溶液在冷卻過程中，溶質分離的温度越低其對溶質的溶解度就越大。

KB值是噴漆、塗料工業如表示天那水的溶解力而使用的值，指25℃下從120g標準kauri gum-丁醇溶液中析出kauri gum所需要稀釋劑的ml數，KB值越高溶解性越好。作為清洗用溶劑溶解力的判別曾以KB值作為指標，但KB值是指對樹脂的溶解性，與清洗力無直接關係因而難於作為基準。

清洗用溶劑的溶解性能指標有溶解度參數SP值。SP值用下式表示：

SP值：δ=(△E/V) △E：蒸發能V：摩爾體積

SP值相近的物質具有相近的凝集能，因而易於互相溶解。此現象即相似相溶的經驗規則。各物質的SP值如另頁所示。一般碳氫系清洗劑的SP值為7～8，此值因與加工油的SP值（7～8）一致，因此易於溶解，且有高的清洗力。但與樹脂的SP值相距甚遠，因而不易侵蝕這些材料。同時對於含樹脂的污物，醇類的溶解性較差清洗效果不好。選擇清洗劑時SP值可以作為一個指標，但僅以數值作為判斷比較危險，必須用實際污染油等作清洗性能實驗進行評價。

影響清洗力的因素除溶劑的溶解力外，還有熱、攪拌、摩擦力、加壓、減壓、研磨、超聲波等物理作用力的影響。不是隻考慮其中的一種因素，而是將所有因素通盤考慮才能提高清洗效果。表2是影響清洗力的因素總結。

影響清洗力的因素

化學力：溶解力…界面張力…表面活性劑（助劑）化學反應力…

物理力：加熱 …促進其它清洗因素的反應、污物的物理變化，被清洗物的物性變化。超聲波…由超聲所引起的空化作用、加速度、直進流引起的強力剝離、分散。攪 拌…為促進被清洗表面與新鮮清洗液的接觸的攪拌，由於均一化作（搖動、用提高清洗效果、機械促進被清洗表面污物的剝離，分散剝離迴轉）後的污物於清洗液中，防止清洗面的再附着。減壓…使減壓液向細微處浸透，使污物膨脹除去。根據以上影響清洗力的幾點因素，碳氫清洗設備在設計和配置上要有所針對性，例如清洗的主功能槽的配置通常如下：工作原理：第一階段：首先由操作者將欲清洗的產品放入洗籃，然後將洗籃放進設備上料區，通過操作員控制機械臂將洗籃提到清洗主槽。這時氣缸驅動槽蓋自動關閉清洗槽，真空脱氣系統啓動，將槽內空氣抽盡.在真空狀態下可以將需要清洗的產品的狹小縫隙內氣體及含在清洗劑中的氣體抽出，超聲波啓動，搖擺裝置啓動，帶動洗籃轉動，使清洗劑可以充分進行清洗；到設定的時間後，真空釋放,氣缸驅動將蓋子打開,機械臂將洗籃提出,進入第二槽清洗.至於需要幾個槽進行真空清洗,則需要根據產品表面的油污,雜質等物質及產品的產量來決定.

清洗（五槽清洗機舉例）

序分 清洗工程 清洗方式清洗介質 清洗時間 使用温度 過濾方式 加熱方式 真空脱氣 備註

1 初 洗 超聲浸洗拋動+旋轉 炭化水型號另選 3–30min可以調節 常温–100℃根具選用的清洗液定可以調節筒式過濾 導熱油加熱 有 強制冷卻有

2 精 洗 超聲浸洗拋動+旋轉 炭化水型號另選 3–30min可以調節 常温–100℃根具選用的清洗液定可以調節筒式過濾 導熱油加熱 有 強制冷卻有

3 漂 洗 超聲浸洗拋動+旋轉 炭化水型號另選 3-30min可以調節 常温–100℃根具選用的清洗液定可以調節筒式過濾 導熱油加熱 強制冷卻有

4 5 切液+真空乾燥 高速風刀+旋轉真空乾燥 高速熱 風 3-30min可以調節 RT-150℃ 中效過濾 電加熱 排氣有

6 回 收 真空減壓蒸餾回收 炭化水型號另選多段式蒸餾回收 ------------ ----------- 導熱油加熱 -----

前面已經提到碳氫清洗劑可分為正構烴、異構烴、環烷烴和芳香烴等。其特點為：

對金屬加工油的清洗力強→由於表面張力小，細縫、細孔部的清洗效果好。

對液晶污物，尤其是聯苯系污物的相溶性好。

最近已有了各種污物（水溶性加工油、login、flaks）具有清洗作用的清洗劑。

不腐蝕金屬。

對樹脂的影響小→正構烴、異構烴、環烷烴。

大多數碳氫系清洗劑經過蒸餾可以再循環利用，使用經濟。

碳氫系的弱點在於引火點低，需注意清洗設備及周圍場所的防爆。

如非水系清洗劑的原理部分所述，非水系清洗劑的清洗力依賴於溶解作用。污染物加工油是礦物油時也有不能溶解的物質。用選定的清洗劑能否溶解污物需事前試驗，從而選擇溶解性能好的清洗劑。

用同樣的清洗劑清洗同樣的污物，若清洗條件（温度、時間、物理作用力等）不同也會得到不同的清洗效果。温度越高、時間越長，拋動或加超聲波等物理作用力，則清洗效果越好。必須在與實際使用清洗機相同或更加嚴格的條件下先進行試驗。

3、廢棄物的可處理性

洗劑失效後，液體將被更換，廢液便成了廢棄物。碳氫清洗劑由於可燃可以燃燒廢棄，還有可能作為燃料得到再利用。但含氯系清洗劑自己是無法處理的，需委託專門的廢棄物處理公司，此時會增加費用。因此需選擇易於處理的清洗液以降低費用。

減少殘油量的方法：

1、減少附着的清洗劑量。

2、減少附着清洗劑中的加工油量。

附着清洗劑量的方法主要由產品的形狀、表面粗糙程度、清洗劑性質（表面張力、膜厚等）決定，因此通過在清洗設備上採取相應措施如除液法（旋轉除夜等）、除液時間（長時間）、温度（高温下降低粘度）等。

降低附着清洗劑中加工油的量的方法有設置潤濕槽、增加潤濕槽數量清洗設備方面的相應措施以及最終清洗採用新清洗液，設備蒸餾再生機使潤濕槽內加工油濃度控制在一定量以下等。液體管理措施。

介紹前面提到的蒸餾再生。清洗劑可由於被清洗物上附着的污物（加工油、潤滑脂、防鏽油、蠟、液晶等）的混入，主要成分的分解、添加劑的消耗等原因被污染從而變質，隨污染變質的進行清洗劑將逐漸不能再使用。蒸餾再生裝置利用液體的沸點隨壓力降低而降低的性質進行減壓蒸餾，只回收清洗液中的清洗劑而將加工油等作為廢液處理的方法。

濾器除去溶劑中的金屬粉等雜質，用預熱器加熱溶劑使之汽化，通過分離槽除去不純物。再生後的溶劑經凝氣液化，暫時停留在溶劑回收槽後返回清洗槽。

一般的運行條件為壓力50～100Torr 温度90～120℃，要得到純度較好的回收品提高回收率可根據清洗液和加工油的性狀改變上述條件。一般提高了回收品的純度其回收率便降低，要得到高回收率其純度就低。

應根據清洗槽、混入加工油的量、加工油的種類、清洗性能等的要求選擇適當的蒸餾再生機。

一般作為廢液排出的是混入的加工油量+α量，因此要選擇適宜於可處理混有大量加工油清洗液的再生機。

還要注意，若無法保證清洗效果。一般選擇每日可處理1次清洗槽內液體的蒸餾機。例如清洗槽+潤濕槽內液體的總量為360L，工作時間為8h/日，則30L/h的蒸餾機清洗槽內液體理論上的清洗頻度可達0.7次/日。若此時蒸餾機的回收率為95%，則30L/h×0.05×8h=12L/日即每日排出的廢液量為12L，若每月工作25日，則需補充300L的清洗液。回收率為98%時，30L/h×0.02×8h=4.8L/日同樣每月工作25日，需補充清洗液12L。回收率3%則損失的量差2.5倍，故需認真研究廢液量（或補充液量）的差額。

含氯及氟系列清洗劑與碳氫系相比沸點較低，與其説是通過減壓蒸餾使溶劑再生，不如説引入可進行蒸汽清洗的清洗設備一邊再生一邊清洗。此時重要的是要管理清洗槽內清洗液中究竟混入了多少加工油。選擇清洗劑時除了清洗劑的價格外，還需研究蒸餾再生時的回收率，純度等，綜合考慮總的費用再決定。

真空蒸餾回收裝置製作簡介：

由厚度為5mm的SUS304L不鏽鋼板焊接而成，槽體有效尺寸（L×W×H）為Ф500×1200mm。設有可視窗等觀察結構，方便可控操作真空槽底設有廢油廢渣排放管，外接冷卻箱和廢油收集箱

加熱：採用導熱油間接加熱方式。槽體下部外附一個加熱油包，外置一個導熱油加熱箱，加熱功率為12kW。首先由發熱管對導熱油進行加温，再通過泵浦將加熱油輸送到加熱油包，經過熱交換後再輸送回加熱箱加熱，如此循環。加熱油包有獨立的温控系統，油温R.T.～140℃可調

需要回收的清洗劑經過泵抽入真空蒸餾回收槽，進入真空回收槽之前，首先進入一個熱交換筒，在此與蒸餾回收的HC蒸汽管進行熱交換。經過抽真空後，清洗劑迅速沸騰並蒸發，產生HC蒸汽，然後可在冷凝區進行冷凝回收，回收的純淨清洗劑排入儲液槽，循環使用，具有自動補液循環和漂洗使用功能。

配備真空減壓泵，真空顯示錶。配有真空馬達，設有電磁閥。真空蒸餾回收能力為200L/H，常温常壓下，碳化水素的沸點為172℃，減壓情況下，可以降低沸點，高温碳化水素在減壓條件下迅速形成HC蒸汽，被真空泵一起抽出回收槽，在冷卻箱內再形成液體，經過活性碳過濾，稱為再生液，可以循環使用。

3．冷卻系統

配備有10HP冷水機，採用泰康壓縮機頭，持續為真空回收機提供冷卻水，並有一部分冷水供給兩個儲液槽，防止清洗劑升温。

廢液處理系統：經過真空蒸餾回收後留下的高温殘渣及廢油，經過閥門開啓，廢液進入一個冷卻箱，在冷卻箱通過冷水盤管，進行熱交換，將高温廢油冷卻後，收集在廢油箱裏，進行集中處理。

冷凝系統.真空回收設有冷卻箱，將高温HC蒸汽冷卻，形成液體；在廢油處理系統需冷卻箱，將高温廢油冷卻，集中處理。為此配備一套冷凍機組（由一台10HP冷水機組成）為設備提供冷源。

正常工作時，蒸餾回收槽的清洗液能滿足當天工作要求，如果液位過低，浮筒式液麪控制觸動微動開關，發訊號並切斷該槽的加熱電源，蜂鳴器發出報警，提示清洗液不夠，需要外部加液。

再生時，蒸餾回收槽的液體要基本蒸餾幹，再生後的清洗液全部儲存在儲液槽中，如果儲液槽中清洗液不夠，操作人員需要將帶特殊接口的管子（由製造商提供）插入儲液桶中（儲液桶即為採購清洗劑時供應商提供的桶），擰緊接口，打開壓縮空氣開關，壓縮空氣從儲液桶進氣口壓入，將清洗劑從出液口壓出到儲液槽中，一直補到儲液槽液麪達到高位時，蜂鳴器發出報警，操作人員關閉壓縮空氣，結束補液

人們就知道碳氫系清洗劑的最大缺點是其可燃性。這點即使本質上也無變化。因此需要建立防火、防爆的相應對策。

可燃性清洗劑清洗時的安全對策技術與以前相比有了很大的進步。以前多使用煤油、燈油作為清洗劑，作為氟里昂、三氯乙烷替代品新登場的碳氫系清洗劑不僅儘量減少了芳香族的使用充分考慮了環境問題，而且引火點也相應地高安全性較好。另外，還開發了清洗機密閉式減壓蒸汽清洗可能的系統，安全性得到了很大的提高。

為了使具有引火性能的碳氫系溶劑燃燒，需要滿足三個條件：

存在引火性蒸汽

有點火源

有燃燒時必要的氧存在

這些稱作燃燒三要素，即使缺一，溶劑也無法燃燒。自動滅火裝置

2、氣體濃度控制

免滿足上述第一項條件“存在引火性蒸汽”在選擇清洗劑及清洗系統時尤為重要。具體對策有。

a、為保持低的蒸汽濃度需使用適當的換器裝置

b、在此引火點温度低的條件下使用溶劑等

由於清洗裝置液麪的蒸發，取出非清洗物、容器等操作使清洗槽周圍清洗氣體濃度較高，因此為使清洗裝置外部配備強制性排氣功能。對於未加罩子的敝開式清洗裝置清洗定內必須充分換氣。

實際清洗時按消防法的分類使用的時第2類石油（引火點在21～70℃）和第三類石油（引火點在70～200℃之間），最近由於乾燥性能受到重視使用第2類石油的情況大大增加。

特別是使用敝開式系統時推薦使用的清洗槽温度要在引火點的15℃以下。這是由於氣體泄漏檢測器的警報鈴設定在爆炸下限的1/4，與此相當的蒸汽壓換算成温度大約在引火點15℃以下。夏季或與超聲波並用時液温容易上升至35℃，故應選擇引火點在50℃以上的物質。

3、隔斷點火源

第二項條件“有點火源”主要制清洗系統的對應使用者的安全管理問題。

具體對策為：1、隔離火花、明火等點源。2、使用防爆型電部件。4、為防止靜電蓄積，應進行清洗機完全接地工事。

為了隔斷點火源，應防止從清洗槽內清洗液加熱器、超聲波振子等密閉結構及電子系統產生的點火花，採用隔開控制部與清洗部，使用具備防爆性能的電子機械部件等對策。在清洗作業中應注意的是：不要在高温時投入非清洗物、不靠近明火，溶接火花、接點電火花等。

對於點火源系統應採取的安全對策：

環泵、供排泵使用的馬達應使用“安全增防爆結構馬達”或“空氣驅動馬達”等。

作為被清洗物移動用驅動源的馬達使用“安全增防爆結構馬達”或空氣缸（air cylinder）。

送風用扇的馬達使用“耐壓防爆結構馬達”。

控制盤採用“內壓防爆結構”。這是由於內部有點火源通過空氣淨化使用控制盤內部壓力增高，外部可燃氣體不易侵入。

同樣，對於超聲波振子由於內部使用高電壓亦成為點火源採用“內壓防爆結構”。

加熱可燃性體使用電加熱器作加熱源，當液麪降低時加熱器表面暴露於空氣中表面成為高温，此時該處若有可燃性液體會產生可燃性蒸汽，從而引起燃燒。因此使用強力加熱源時應採用蒸汽間接加熱方式。 另外，清洗機要確保接地，被清洗物可清洗劑在絕緣狀態下不要高速摩擦，防止靜電產生，應考慮如何防止帶電等。實際的清洗設備是將這些手段並用使火災、爆炸降至最低限度。

要隔離燃燒必須的氧是極其困難的。這是因為在作業環境中只要有人在則必須有用於呼吸的氧，隔離燃燒所需要的氧便隔離了呼吸必須的氧。因此曾考慮將清洗槽做或密閉結構封入隨性氣體，但在取放被清洗物時必然要混入空氣，因此並不現實。在氧存在下的敝開體系中使用蒸汽清洗及噴霧清洗方式在安全方面雖有問題，通過減壓操作防止燃燒三要素得已滿足也是可行的。

在此替代例中減壓超聲波侵潤、減壓蒸汽清洗、真空乾燥等步驟在一槽內完成，是減壓條件下的完全密閉體系。以前使用的是三氯乙烷蒸汽清洗，使用了碳氫系清洗劑（第2類石油）的此體系後清洗劑消耗量降低了1/3耗資也可能大幅度降低。清洗劑經內存的減壓蒸餾再生機可以重複使用。

那使採取了迄今為止所述的對策，何時會發生何種泄漏，產生麻煩是不可預見的。為防止萬一，已有對應於可燃性清洗劑的各種防災裝置的商品出售。氣體濃度檢測報警器就是裝在清洗槽下部、隨時監視泄漏氣體濃度，萬一接近爆炸限度的蒸汽濃度時可發出警報（一般在達到爆炸下限濃度的1/4時發出警報）的裝置。

另外，在清洗槽開口處設置泡沫滅火器，當槽內放生火災時，通過温度傳感器檢測到初期火災，在發出警報的同時使設備自動停止工作，具有槽內短時間可進行初期滅火性能的裝置也有出售。

如前所述只要避免同時滿足三要素，便可防止火災的發生。實際設備中為防止萬一一種對策不能正常工作時的情況還應採取防止三要素同時滿足的雙重防護措施（Feiyelself的方案）。

用語解説（對於作為點火源安全對策的各種結構）。

a、 耐壓防爆結構：為全密閉式結構，當容器內部易發爆的氣體發爆時，容器承受了該壓力，而且不易使外部易爆性氣體引火的結構。

b、本質安全增防爆結構：機器正常運轉及故障時發生火花或由於熱，也不使易爆性氣體或蒸汽點火，此點通過點火試驗或其他方法確認該機器的電路有此性能。

c、安全增防爆結構：為不使不應該發生點火花或產生高温的部分發生火花或產生高温，在結構上以及温度上升過程中特別增加了安全性的結構。

d、內壓防爆結構：通過向容器內封入保護氣體（如正常的空氣或惰性氣體）在運行開始之前驅逐進入的易爆性氣體的同時，還能連續不斷地防止運行中氣體的侵入的一種結構。

當清洗槽內的清洗液不能確保清洗效果時就作為廢液處理。若清洗槽只有一個時其槽內加工油濃度超過基準濃度時便全部廢棄。若加工油達到2%便不能確保清洗效果則與98%的清洗液一起被廢棄。顯然是十分可惜的。除清洗槽外再加潤濕槽共有二槽、三槽時，最終槽的加工油濃度達2%時第1槽全部廢棄，將後邊的槽移至前邊，給最終槽補充新液。引入蒸餾再生機時蒸餾機的廢液將被廢棄。

排液的處理方法一般是燃燒廢棄。進行清洗的工廠有鍋爐時便成為其燃料，也有專門引入廢油鍋爐、廢油爐的。廢液量少時用破布浸濕後用焚燒爐燃燒廢棄。在自己公司內燃燒時要考慮燃燒排放的氣體。清洗劑餾分燃燒並不產生大量的有害物，由於同時加工油中的添加劑也被燃燒，因此應選擇燃燒時不產生有害氣體的加工油。

使用含氯、含氟系清洗劑時需委託專門的產業廢棄物處理公司處理。視國情不同可能有不同的處理方法，但都應嚴格依照法律基準進行安全處理。

自從有碳氫清洗劑出售以來，作為臭氧層破壞性物質或含氯系溶劑的替代品，在日本國內以及亞洲各國的電機、電子器件、汽車、精密部件及熱處理等各產業得到廣泛使用。

雖然碳氫系具有可燃性以及不如含氯系乾燥性好等弱點，但通過清洗設備上的改進可以得到充分補償。

其蒸發損失少因而使用量少、運行費較低，對環境並無惡劣影響，清洗性能也能得到充分保障。因而碳氫系以逐漸成為清洗劑的主流。而且從ISO14000系列環境管理角度看碳氫系清洗劑也是最合適不過的。