干冰清洗技术原理及应用

1干冰清洗技术原理
干冰是二氧化碳的固态存在形式,是在- 78℃的低温下二氧化碳凝结成的固态颗粒。干冰在常温、常压下可直接气化成二氧化碳气体,没有液化过程。这就使得干冰在清洗时除了被清洗的污垢外没有其他废弃物,不会造成任何污染。干冰清洗设备主要由生产设备和喷射系统两部分组成。干冰生产设备将液态CO2制作成一定规格的干冰颗粒。这些颗粒通常是直径为3 mm,长度为2. 5～10mm的高密度干冰颗粒。高压液体CO2从管道中喷出转化为雪状CO2 ,雪状CO2可直接用机械力压缩成颗粒状,或者靠液压力通过模具挤出成型干冰颗粒。后一种方法液体CO2转化为干冰的效率更高。此外,选择直径为3 mm的干冰颗粒作为清洗介质,是根据冲量原理: F =1 /2 (m v2 ) 。m 是干冰质量,干冰粉没有干冰颗粒的质量大,所以冲量小,效果不好;而质量太大的干冰颗粒又会导致冲击速度不够。干冰喷射系统在清洗设备内装入已制作好的干冰颗粒或干冰块,利用由专门配备的空压机或利用工厂本身的压缩空气系统产生的压缩空气,在0. 5MPa以上,流量2 m3 /min以上的洁净压缩空气的驱动下,通过机械供料系统,高密度干冰颗粒或细粉随着压缩空气在管道中与空气混合加速,最终以2～3m / s速度从喷嘴喷出,冲击到被清洗物体表面,从而起到清洗作用。与喷钢砂,喷玻璃砂,喷塑料砂和苏打喷丸等清洗方式类似,而干冰清洗的独特之处不只是物理打击,作为喷射介质的干冰颗粒在高压气流中加速,冲击待清洗的物体表面,在冲击瞬间气化,动量在冲击瞬间消失,与清洗表面间迅速发生热交换,致使固体CO2迅速升华变为气体。一般来说,附着物与基底材料具有不同的膨胀系数,表层与内部的温度差可破坏两种材料间的结合,瞬间的快速收缩能够撕开非结构性连接。干冰颗粒在千分之几秒内体积膨胀近800倍,在冲击点造成微型爆炸效应,有效地将污垢层从母材上剥落下来。由于CO2挥发掉了,干冰清洗过程没有产生任何二次废物,留下需要收集清理的只是清除下来的污垢。

2干冰清洗系统
完整的干冰清洗系统包括液体二氧化碳贮存系统、干冰制造系统、干冰储存系统、压缩空气供应系统、喷射清洗系统二氧化碳储罐用于存储液体二氧化碳,供给干冰制冰机,生产干冰颗粒。干冰保湿箱用来保存和运输制得干冰。因为干冰在常态下会持续缓慢升华为气体二氧化碳,必须用适当的容器保存干冰。干冰清洗机是干冰清洗系统中最为核心的部分,干冰颗粒通过它高速喷射到清洗对象表面,来清除污垢。整个干冰清洗系统的最大技术问题在于如何保证干冰流畅的供应,干冰的一个特性在于它既不像冰那样光滑,也不像铁砂和玻璃砂那样易于流动,需要通过各种振动器、螺杆和其他机构来提高干冰颗粒的流动性。干冰的质量越差(如结冻,干冰雪含量多)干冰在系统中的流动就越困难。

3干冰清洗的技术应用
经过多年的发展,干冰清洗在国内外已广泛应用,并在不断开拓新的应用领域。应用领域中较早也较成熟的行业是模具制品、食品、航空和印刷。据美国Cold Jet公司数据,在轮胎工业,干冰清洗比普通清洗方法可以减少模具停用时间87% ,降低清洗成本76%。干冰清洗目前主要应用行业如下。
(1)模具:轮胎模、聚氨酯模、橡胶模、合金压铸模;生产线上除污,快速省时。
(2)食品及制药业:饼干烤炉等;低温干式除污,免除细菌滋生机会,可以在线清洗。
(3)电子工业:线路板、影印机、马达、发电机等;干式除污,不会引起短路、漏电。
(4)海运业:船壳、入水阀、冷凝器清理;比一般用高压水射流清洗更干净。
(5)汽车:干式清洗门皮、蓬顶、车厢无水渍,清除引擎、车底油污不会引致水污染。
(6)航空航天工业:喷射引擎及波箱、起落架的除油污,可直接在机体工作,节省时间。
(7)电力工业:变压器带负荷清洗、发电机转子和定子无磨损清洗、水轮机转子和定子清洗,变电站和配电柜带符合清洗等。
(8)火灾扑救:有毒废物、烧焦味等清除效果显著,不会增加污染物的数量。
(9)致癌物及辐射物清洗:比传统打砂、水洗或化学方法便宜,减少处理废物的费用。
(10)其他行业,如印刷业、石油化工、复合加工、铸造业中应用也十分广泛。
在这些领域,干冰清洗实例很多,技术也较为成熟。在清洗行业淘汰ODS过程中,模具清洗等行业主要选用干冰清洗技术替代ODS物质,且效果良好,成绩突出,最为主要的是对环境没有任何破坏。

4干冰清洗技术的优势
与传统的清洗技术相比,干冰清洗主要有以下几个优势。
(1)经济性。与传统清洗技术相比,干冰清洗可在线清洗,且不存在清洗后废弃物,一定程度上为企业节约了费用。
(2)清洗效果优秀且对被清洗物无损害。清洗过程中保持干燥,同水洗、半水洗相比,具有设备不会生锈的优点。在食品行业中应用,降低细菌滋生可能性。
(3)安全环保无污染。因为CO2无毒,ODP值为0,对环境无任何破坏。符合安全要求,在使用干冰清洗过程中,只要保持通风就可以达到