（机械设计及理论专业论文）油桶真空清洗干燥设备的研制.pdf

大连理i 大学硕十学位论文 摘要 军用旧油桶在重新投入使用之前为保证待装油品的质量必须对油桶进行清洗 去除 桶内的污垢和锈蚀 现有的油桶清沈设备自动化程度不高 工作效率低下 清洗质量很 难达到要求 而使待装油品的清洁度难于保证 为了提高油桶清洗的工作效率及油桶的 清洁度 需要研究新的油桶清洗工艺 开发新的油桶专用清洗设备 在油桶清洗设备开 发中 如何清洗油桶死角处油垢并保证油桶的干燥及油桶清洗中自动精确找孔是设备开 发的难点 据此本文以真空清洗及干燥技术研究和清洗设备设计开发为工作重点 主要 研究内容如下 1 分析待沈油桶内部污垢及锈蚀状况确定油桶清洗的工艺流程 对除油清洗剂 及除锈酸液成分进行选择确定 并分析了清洗剂的特性 2 油桶清洗机工作原理图设计及真空系统的设计 为了保证油桶的清洁度和清 洗后的干燥性对真空清洗及干燥技术做深入的研究 叙述油桶清洗机工作原理 包括喷 淋系统工作原理 真空系统工作原理及蒸馏系统工作原理 根据真空系统设计要求选择 经济有效的真空泵 计算抽气时间 3 清洗机机械结构设计 针对油桶外壁歪瘪 设计了一套定位夹紧机构使油桶 在进入清洗槽时喷嘴能顺利伸入桶内对油桶进行喷淋清洗 对油桶进出桶传输带 上下 料机构 清沈工位间横移机构 进出清洗槽升降机构 真空罐结构 清洗槽及喷淋管路 进行了设计 4 电气控制系统设计 设计清洗机气动工作原理图 根据油桶清洗机自动控制 的需要 选择适当的传感器 对p l c 控制系统进行了设计 以实现对设备可靠 高效 的控制和人性化的操作方式 通过以上工作完成了对油桶清洗设备的研制 介绍了一种新的油桶清洗方法 即真 空清洗及干燥 针对油桶难于自动定位找孔的问题 论文中设计了一套专用的定位夹紧 装置 实现了油桶的在清洗过程中的自动定位 关键词 真空清洗 真空干燥 清洗工艺 油桶 油桶真空清洗干燥设备的研制 r e s e a r c ha n dd e s i g no fo i ld r u mv a c u u mc l e a n i n ga n dd r y i n g e q u i p m e n t a b s t r a c t t h e m i l i t a r yu s e do i ld r u ms h o u l db ec l e a n e db e f o r ep u ti n t ou s e m o s tu s e do i ld r u m s h a v eo i ld i r t ya n di r o nr u s to nt h e i ri n n e rf a c e t h ed i r t ya n dr u s te x i s ti nt h eo i ld r u mw i l l b a d l yr e d u c et h ec l e a n l i n e s so ft h eo i lp r o d u c t sw h i c ht h eo i ld r u mc o n t a i n s t h e r ea r eaf e w o i ld r u mc l e a n i n gm a c h i n e si no u rc o u n t r yr i g h tn o w b u tm o s to ft h e mw o r ki nal o w e f f i c i e n c ya n dc a l l tc l e a nt h eo i ld r u m i n t oa h i g hc l e a n l i n e s s i no r d e rt of u l f i l lt h eo i ld r u m s r e q u i r e m e n t so fc l e a n l i n e s sa n dd r y n e s s an e wc l e a n i n gp r o c e s ss h o u l db ef o u n da n d c o r r e s p o n d i n ge q u i p m e n ts h o u l db ed e v e l o p e d a p p l y i n gv a c u u mc l e a n i n ga n dd r y i n g t e c h n o l o g yi n t oo i ld r u mc l e a n i n gc a ni m p r o v et h eo i ld r u m sc l e a n l i n e s sa n df u l f i l lt h e r e q u i r e m e n t so fd r y n e s s s ot h i sp a p e rp a y sm o r ea t t e n t i o nt ot h er e s e a r c ho fv a c u u mc l e a n i n g a n dd r y i n ga n de q u i p m e n t sd e s i g n t h em a i nw o r ko ft h i sp a p e ra sf o l l o w s 1 t h ec o m p o n e n to ft h ed i r t ya n dt h ec o r r o s i o nd e g r e ea r ea n a l y z e d a n dt h e na c l e a n i n gp r o g r e s sa n dt h em a i ns o l v e n ta r ed e t e r m i n e d 2 t h es c h e m a t i cd e s i g no fo i ld r u mc l e a n i n gm a c h i n ea n dv a c u u ms y s t e md e s i g n i n o r d e rt oe n s u r et h ec l e a n l i n e s sa n dd r y n e s so ft h eo i ld r u m t h i sp a p e rh a sd o n ea ni n d e p t h s t u d yo nt h ev a c u u m c l e a n i n ga n dd r y i n gt e c h n o l o g y t h i sp a p e ra l s od e s c r i b e st h ew o r k i n g p r i n c i p l eo fo i ld r u mc l e a n i n gm a c h i n e i n c l u d i n gt h ep r i n c i p l eo fs p r a ys y s t e m v a c u u m c l e a n i n ga n dd r y i n gs y s t e ma n dt h ep r i n c i p l eo fd i s t i l l a t i o ns y s t e m a c c o r d i n gt ot h ev a c u u m s y s t e md e s i g nr e q u e s t t h ep a p e rh a sc h o s e nt h ec o s t e f f e c t i v ev a c u u mp u m p sa n dc o m p l e t e d t h eo f f g a st i m ec o m p u t a t i o n 3 m e c h a n i s md e s i g no fo i lc l e a n i n gm a c h i n e b e c a u s em o s to i ld r u mi sd i s t o r t e d a s p e c i a lc l a m p i n gf i x t u r ei sd e s i g n e dt om a k et h ee je c t i o nn o z z l ec a na u t o m a t i c a l l yi n s e r ti n t o t h eo i ld r u ms u c c e s s f u l l y i tc o n t a i n sc l a m p i n gf i x t u r ed e s i g n t r a n s f e rm e c h a n i s md e s i g n c h a r g i n gm e c h a n i s md e s i g n b a i t i n gm e c h a n i s md e s i g n m o n gm e c h a n i s mb e t w e e nc l e a n i n g p o s i t i o n s i na n do u tc l e a n i n gt a n ke l e v a t i n gm e c h a n i s md e s i g n v a c u u mt a n kd e s i g n a n d p i p e l i n el a y o u td e s i g n 4 c o n t r o ls y s t e md e s i g n a c c o m p l i s ht h ep n e u m a t i cs y s t e md e s i g n a c c o r d i n gt ot h e n e e do fa u t o m a t i cc o n t r o lo ft h ec l e a n i n gm a c h i n e t h ep l cc o n t r o ls y s t e mi sd e s i g n e da n d t h ec o n t r o lp r o g r a mi sc o m p i l e d 1 1 1 j u g ht l l em a i nw r k t h i sp a p e r c o m p l e t e dt h ed e s i g n fo i ld r u mc l e a n i n ge q u i p m e n t a n di n t r o d u c e dan e wm e m o qo f c l e a n i n go i ld r u m t h a ti s v a e u u mc l e a n i n ga n d d r y i n g t o s o l v et h ep r o b l 锄o f a l l o c a t i o n t h ep a p e rh a sd e s i g n e das p e c i a la l l o c a t i o nc l a m p i n gd e v i c e t oa c h i e v eao i ld r u ma u t o m a t i c p o s i t i o n i n gi nt h ep r l o c e s so fc k a l n i n g k e yw r d s v a c u u mc l e a n i n g v a c u u md r y i n g c l e a n i n g t e c h n 1 g y o i ld 九j m i i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果 尽我所知 除文中已经注明引用内容和致谢的地方外 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果 也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果 与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意 若有不实之处 本人愿意承担相关法律责任 学位论文题目 渔鱼至蕉驽坌整宰喀罐壶丝塑纠 作者签名 i 孥主公 日期 塑茳年上月j 厶日 大连理 大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定 在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学 允许论文被查阅和借阅 学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 学位论文题 作者签名 导师签名 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1油桶清洗背景及课题意义 石油类产品主要是润滑油类 由于润滑油是应用于相对运动的摩擦部件中 因此对 其中清洁度 或杂质度 有较高的要求 比如在高端液压系统中的伺服阀 柱塞泵等要 求其油品清洁度不得低于1 0 m 否则有损元件使用寿命 在大型的轴承中 润滑油亦 需要较高的清洁度 以延长其使用寿命 油料供应是我军训练和作战保障的一个重要环节 桶装油料是实施油料保障的有效 途径之一 1 9 9 4 年前 全军需补充2 0 0 l 新油桶数十万只 随着运加油装备的更新换代 油桶的需求量逐年减少 但每年仍需补充数万只新油桶替换废旧油桶 用以保障润滑油 及各种装油料的供应任务 由于油料种类繁多 在油桶进行重复使用时 很难保证同一 个油桶装运同一种及至同一牌号的油品 如果不对使用后的油桶进行清洗 其内部必然 会产生残存物 甚至内壁锈蚀 给新装油品带来污染 影响油料质量 因而必须对己使 用过的油桶进行清洗作业 保证油桶的正常使用 l 1 2 常用油桶清洗技术及研究现状 1 2 1 现有油桶清洗方式 对油桶的清洗 按照其自动化程度来分 有两种清洗方式 一是人工清洗 即以人 工为主 以刷子 喷枪等工具来完成油桶的清洗 二是机器自动清洗 即以机械为主完 成自动清洗 目前机械自动清洗可分为机械清洗和化学清洗两种 2 现有的机械清洗主要分为链条清洗和高压液力清洗 链条清洗有长条式和多联回转 式 其基本原理为 把大量的细长链条放入桶内 同时向桶内加入碱液通过油桶的各种 旋转运动 使链条与油桶内壁产生磨擦 通过磨擦除去油桶内的锈蚀 加入的碱液可以 除去油污 这种清洗方法的优点有 可以除去大量的锈蚀和油污 但存在严重的缺点 噪声大 劳动强度大 效率低 工艺复杂 且破坏了油桶表面致密氧化层 加速油桶的 锈蚀 减短了桶的使用寿命 清洗质量差 存在死角 已不符合需要 高压液力清洗的 基本原理为 通过高压水射流的力作用使桶内油垢及铁锈从桶内壁脱落 其优点是 易 实现自动控制 工位少 设备外形尺寸小 3 缺点是 存在清洗死角 在我军后勤部门 的实际应用中的清洗效果不好 化学清洗油桶的形式和方法较多 但基本原理相同 加入一定量的化学试剂 通过 化学反应除去铁锈 同时使油和水溶于试剂 使油和水变成乳化液 从而达到除油除锈 目的 这种清洗方法的优点有 可以全面的清沈油桶 达到除油除锈的目的 同时其缺 油桶真空清洗干燥设备的研制 点也很明显 即由于化学试剂和乳化液的油不易处理 对环境造成污染且对操作人员也 有很大的危害 无论是机械清洗还是化学清洗 最难解决的问题均是清洗后的干燥 传统对油桶的 干燥采用热风干燥方法 即 往油桶内部通入热风 通过热风对油桶的热传递使油桶温 度升高 并通过空气流动来加快水分的蒸发 该方法在一定程度上能够使油桶达到干燥 但耗时长 据我军后勤部门反馈的信息中得知 油桶热风干燥的时间约为1 5 分钟 并且 油桶内部仍然会残留一定量的水蒸气 待油桶冷却后 桶内水蒸气凝结后附着在油桶内 壁 使油桶再次生锈 综合以上清洗方式的优缺点 本文采用了一种多工位除油除锈分步进行的清洗方 法 应用新型碳氢清洗剂并结合真空蒸汽清洗及真空干燥于一体的油桶清洗技术 提高 油桶清洗质量和油桶干燥度 1 2 2 真空清洗及干燥设备研究现状 2 0 世纪8 0 年代以来 随着经济的快速发展 清洗这一古老而年轻的工艺得到快速 发展 2 0 世纪9 0 年代 中国明确产生了清洗行业这一新概念 进入2 1 世纪 制造业的 高速发展促进了清洗设备和清洗剂等企业的快速进步 4 干燥是化学工程中出现最早 应用最广的 也是耗能最多的单元操作之一 干燥的 重要性不仅在于它对产品生产过程的效率和总耗能有较大的影响 还在于它往往是生产 过程的最后工序 操作的好坏直接影响产品质量 从而影响市场竞争能力和经济效益 5 干燥操作应用的广泛性是不言而喻的 而且有越来越广泛的趋势 这种趋势主要取 决于下列两个因素 一是随着经济和科学技术的发展 新产品与日俱增 例如各类化工 产品在过去2 0 年间至少增加了上千种 新产品中有相当大一部分需要干燥 二是有许 多产品或半成品 例如木材 谷物 陶坯等 过去一直靠自然干燥 随着企业集团化经 营和质量要求提高 也趋向采用机械化干燥 现在几乎可以断言 任何一个行业 其产 品生产中不可能完全不涉及干燥作业 应用的日愈广泛使干燥技术所面临的问题越来越复杂 需要处理的物料种类繁多 见诸文献者达数千种 6 1 它们差异极大 质量要求各不相同 干燥的广泛应用及其在生 产中的重要性 激励着人们在干燥技术领域的研究与开发 1 9 7 8 年由加拿大m c g i l l 大 学a s m u j u m d a r 教授 7 发起召开国际干燥会议 以后每两年一届 轮流在世界各地进行 有关干燥的学术论文和技术报告不断涌现 仅在国际干燥会议上发表的 每届即达2 0 0 篇左右 加上各国国内和有关刊物上发表的 就难于计数了 这表明 干燥是当今化学 工程学科中最活跃的领域之一 预计在今后相当长的时期内 这种情况还将持续下去 大连理 大学硕士学位论文 清洗干燥是金属零件生产过程中的重要辅助工序 国际上通用的最佳脱脂清洗剂是 氟里昂 三氯乙烷等 但这两种清洗剂均属破坏大气臭氧层物质 被国际上限定在1 9 9 6 年1 月起完全停止使用 作为替代技术出现了真空清洗干燥技术 该技术在开发 研制 的初期阶段 人们的注意力都集中在真空水系介质清洗干燥方法的研究上1 8 j 但在研究 过程中发现 用真空水系介质清洗干燥 因水的表面张力比较大 如表1 1 所示 遇到 微孔或盲孔时 清洗介质不易进入 很难清洗干净 其二是水的蒸发热比较大 清洗后 不易蒸发干燥 在蒸发干燥过程中 水中溶解物残存在被清洗工件表面形成水迹 严重 时产生锈迹 造成二次污染 其三是水的回收再生技术复杂 设备投资昂贵 对大型企 业 拥有水处理回收技术和装备或许不困难的 但对7 0 以上的中 小企业是很困难的 所以作为替代技术 在开发研制的关键时期 人们把注意力转到了真空油系清洗方法的 研究上 表1 1 清洗用介质的物理性能 t a b 1 p h y s i c a lp r o p e r l yo f d e a n i n gm e d i a t o r 当今 中国正逐步向世界加工中心的方向迈进 大批港 澳 台和外资企业在中 国投资建厂 因此国内环保型的清洗设备需要量一定会迅速增长 随着中国淘汰o d s 进程的加快 以及政府对环境保护和劳动者人身健康的重视 企业急于寻找适合的替代 方法 2 0 0 3 年6 月 中国第一台碳氢真空清洗设备在深圳诞生 以其高效 低耗 环保 经济的诸多优势成为中国清洗行业的主流 与清洗设备及相配套的清洗剂也得到迅速的 发展 一个中国人自己生产的环保型碳氢真空清洗设备已经到来 9 真空清洗干燥机和碳氢清洗剂已经在中国部分企业使用多年 这些企业多为日本独 资企业 他们在日本的本部就使用碳氢清洗工艺 在中国建厂时也将这一工艺及设备带 入中国 主要分布在珠江三角洲 长江三角洲和大连地区 随着中国企业与日本企业的 交流机会增多 这些在中国投资的日资企业很容易接受碳氢清的清洗工艺 国内清洗行 油桶真空清洗干燥设备的研制 业都非常清楚碳氢清洗剂和真空清洗干燥机的巨大优势和市场潜力 与日本的几家真空 清洗干燥机生产企业建立联系 并邀请他们到中国访问考察 碳氢清洗的概念开始被国 内企业接受 一些日本企业也开始认识到碳氢清洗剂和真空清洗干燥机在中国的巨大商 机 着手调查中国市场并寻找合作伙伴 投入巨大力量开发中国市场 目前 国内能够生 产碳氢设备的厂家以深圳为主 专门用于真空清洗干燥机的碳氢清洗剂也已经由国内企 业开发成功 进入市场 对进口产品形成竞争压力 由于碳氢清洗剂必须借助于真空清洗干燥机才能彻底发挥其优势 而真空清洗干燥 机较其他的清洗设备结构复杂 目前又都是日本进口 价格很高 因此用碳氢清洗剂替代 0 d s 的最大障碍就是初期的设备投资较大 日本企业生产的真空清洗干燥机 以一台手动 三槽式碳氢机为例 在日本折合人民币价格在8 0 万元 在中国生产后可降低n 5 5 万元 而 全自动五槽碳氢真空清洗干燥机在日本折合人民币价格在1 6 0 2 0 0 万元 在中国生产后可 降低到1 2 0 左右万元 即使是这样的价格 夕 资企业容易接受 但对国内企业来说 特别是中 小企业仍显得昂贵 因此可以根据企业条件采用不同的替代方案 采用减压抽气尽量利用 原有设备 降低一次性投资 但不论采用何种方案 用碳氢清洗代替o d s 和其他卤代烃清 洗剂都会给企业带来长久的经济利益 1 0 1 3 课题研究的主要内容 本课题是应辽宁旅顺海军后勤油品部要求立项的 该部每年有大约上万个旧油桶需 要清洗 通过人工来清沈效率低 清洁度难于保证 急需专门的油桶自动清洗设备来解 决油桶的清洗问题 从而使油品在用旧桶装载运输和储存过程中 油品的清洁度不会受 影响 参考客户的招标文件中的设备要求 结合待洗油桶的实际情况 征求原来清洗工 作人员的意见 及吸取之前的油桶清洗设备的优缺点 综合考虑经济性及高效性对当前 清洗机提出如下设计要求 1 清洗过的油桶内部不能含有油垢 2 油桶内部不能含有锈蚀且不能破坏其氧化层 3 清洗过的油桶必须不含有水分 4 平均每桶的清洗时间不超过7 分钟 5 提供先进的控制功能和良好的可操作性能 至少提供全自动和手动两种工作模 式 6 良好的安全性 能保证工作人员与设备的安全 7 良好的可靠性 较少维护 操作人员只需1 人 大连理t 大学硕士学位论文 8 良好的经济性 节水 节电 9 设备运输便携性 清洗机可拆卸运输 结合实际情况仔细分析后 得出部分非功能的隐含设计要求 1 工程容易实施 造价不超过4 5 万 2 良好的外观 3 良好的消防配套设施 有自动消防系统 4 良好的环保配套设施 可以和原有的废水回收环保系统很好的配合 从该设计要求来看 需要在追求良好清洗性能的同时充分考虑可靠性和性价比要 求 为满足设备设计要求确定本文的主要内容有 1 分析待洗油桶污物 设计清洗工艺 进行对各清洗剂特性研究选择最佳的清洗 剂 并对清洗剂的成分优化配置 2 设计清洗机工作原理图 对清洗机喷淋清洗系统 真空清洗干燥系统及蒸馏系 统结构及管路联接进行详细设计 合理选择真空泵和罗茨泵 计算真空泵抽气时间 3 清洗机的机械结构设计 对清洗机的各机械机构进行详细设计 实现油桶清洗 过程的自动化 4 清洗机电气控制设计 设计清洗机气动原理图 完成各个气缸及气动阀的气动 控制设计 现场控制系统设计 对清洗工作模式以及控制方式进行研究 对现场控制的 核心p l c 控制进行重点研究 油桶真空清洗干燥设备的研制 2 清洗工艺设计 2 1 清洗原理 清洗是指用某些力 物理力或化学力 把污垢从被洗物上除掉 1 1 可以根据使用的清 洗力 清洗要素 的种类来分类 清洗要素主要有溶剂的溶解力 界面活性力 化学反应 力 吸附力 物理力等 1 2 通常进行清洗时 很少单独使用一种力 而是将几种力组合 使用 1 清洗力 溶剂的溶解力 离散力 常用溶剂主要是水和有机溶剂两类 水是一种廉价的溶剂 可溶解电解质 有机 无机 碳水化合物 蛋白质 脂肪酸 酒精类等 具有不燃 无毒 无味 无臭 且 不需要复杂的附属设备的优点 水的缺点是对油脂类的溶解力不足 除掉该类污垢时 需要与其它清洗要素组合使用 有机溶剂的种类极多 通常根据清洗目的来选择和组合 使用 在使用时 还应当充分考虑经济性 溶剂的回收利用等 和使用性 易燃性 阻燃 性 爆炸性 毒性 公害 废液处理等 界面活性力 界面活性剂是含有疏水基 亲油基 和亲水基的有机化合物 吸附在固一液界面 液一 液界面 气一液界面上 是一种可显著改变界面性质的材料 根据其分子结构的不同 分为阴离子界面活性剂 最常见的是肥皂 合成洗涤剂等 阳离子界面活性剂 作为杀 菌剂 消毒剂使用 及非离子界面活性剂 能够与酸性溶液及碱性溶液混合使用 三类 应用广泛 化学反应力 如果选择对污垢和被洗物都最为恰当的化学药品并进行完善的处理 这是最为简 单 有效 且经济性好的清洗要素 但其缺点是易损伤被洗物 且对操作者有危害等 酸类洗涤剂主要用于除去金属类的污垢 金属表面的锈迹 氧化皮 变质层等 碱类洗 涤剂主要用于除去油脂性 动植物性 矿物性 污垢以及蛋白质 淀粉等的高分子有机物 加水可分解为低分子 形成的污垢 物理力 物理力 热 压力 摩擦力等 是与溶解力同等重要的清洗要素 不利用物理力的清 洗系统可以说是不可能的 加热不仅可使化学反应速度加快 温度每升高1 0 0 度反应速 度约增加一倍 而且可使高粘度油脂类的粘度降低 从而提高洗涤效果 搅拌和刷洗 大连理f 人学硕十学位论文 等引起的摩擦以及用高压水喷射等均可使污垢与被洗物分离 使污垢易溶十溶剂 推动 清洗 2 污垢的粘附状卷 在决定清洗方法时 需弄清被沈物的特性和污垢的性质 要掌握被洗物所用材料的物理性质是属于易受损伤表面还是孥硬表面 与洗涤剂是否起 化学反应等 对于污垢 在选用合适的清洗方式时 j 丕要看其粘附状态 所属种类等污 垢的粘附状态如图21 所示l 从机械性的覆盖至渗透 扩散到被洗物内部 有各种各 样的状态 状态a 可较容易地除去 但状志e 要完全除去是困难的 对被洗物的损伤不 可避免 各种状态都需要通过考虑综合使用合适清洗力 完成清洗 a 面希 一 图21 污渍与被洗物辅附状态 f i g21 t h ea d h e r ep h a s eo f d i r ta n dc l e a n i a g o b j e c t 22 待洗油桶清洗状况分析 油桶的结构封闭 成圆筒形 上顶面有两孔 其中之一为m 6 0 1 5 的螺纹扎 另 孔直径为 3 0 待洗油桶由j 在运输装卸过程中经常发生碰撞 很多油桶有歪瘪的情 况 如图2 2 所示 曲22 i 仃洗桶卅 状 f i g2 2 t h es h a p e o f t ob ec l e a n e do i ld r a m 藿 油桶真空清洗干燥设备的研制 为了能够清楚的了解待洗油桶内部状况 特从某油库随机抽取6 只装过润滑油的空 油桶 编号为n 0 1 n 0 2 n 0 3 n 0 4 n 0 5 n 0 6 分别沿中轴线按圆周六等分剖 开六分之一 进行观察分析 结果如表2 1 所示 表2 1 抽样油桶内部状况 t a b 2 1c o n d i t i o no fo i ld r u m si n n e rf a c e 抽样油桶编号 油桶内部实际状况 n 0 1 n 0 2 n 0 3 n 0 4 n 0 5 n 0 6 油桶内部布满油污 侧壁有点状锈蚀 油桶内部布满油污 顶 底部及侧蹙有点状锈蚀 油桶内部布满油污 局部有点状锈蚀 油桶内部布满油污 局部有点状锈蚀 油桶内部布满油污 局部有点状锈蚀 油桶内部布满油污 桶内布满锈蚀 根据上表可以看出 大部分油桶中内部布满油污 局部有点状锈蚀 而对于锈蚀较 多的油桶已经失去了清洗意义 不能再用 油污的主要成分是重油及当油桶闲置时掉入桶中的粉尘等固体沉淀物 经过一段时 间后 沉淀物和重油凝结在一起粘在油桶内壁形成油污块 锈蚀的主要成分是氧化铁 当油桶置于潮湿空气中时 由于空气中氧气的氧化作用 生成了氧化铁 即铁锈 2 3 清洗流程确定 根据油桶内部的污物分析可知 油桶内的污物主要是油污和铁锈 油污粘在油桶内 壁上 铁锈常常被油污包裹 附着在油桶内壁上 形成很大的污垢块 其中部分污物仅 轻轻附着在桶壁的表面 而有些污物则是胶着在桶壁上的顽固污块 由于油桶污物的这 种特性 需要首先选择除去油污 当油污全部去除干净后 藏于油污下的锈蚀将会完全 暴露出来 接着进入下一个工位进行酸洗除锈蚀 待酸洗结束后 油桶内还残留有部分 酸液 酸液长时间存在于桶内将腐蚀油桶 且将影响所装油品的质量 所以必须将油桶 内残留的酸液除去 于是碱中和是该清洗工艺中必不可少的步骤 通过碱和酸的中和反 应除去桶内的酸液 之后在同一工位再通入清水进行漂洗将没有消耗的碱液漂沈出油 桶 漂沈后的油桶内有大量的水 若此时直接出料 油桶内的水结合空气中的氧气作用 大连理 大学硕十学位论文 很快使油桶再次生锈 所以必须在清洗结束后添加有干燥过程 因为桶内残留大量的水 分 在真空清洗干燥中使用的清洗剂为碳氢溶剂 碳氢溶剂与水不溶 将形成乳化液 不方便循环利用 难于处理 所以必须在真空清洗干燥工位之前设有将水从油桶中除去 的工位 即切水工位 切水结束后的油桶内还残留有大量的切水剂以及在之前清洗过程 中没有完全清除干净的污物 进入干燥工序后 进行真空蒸汽清洗和真空干燥将油桶边 角和小缝隙中的污垢及最后留于油桶内的碳氢溶剂最终被除去 干燥结束后 油桶出料 此时的油桶内没有了油垢和锈蚀等污物 而且油桶内部干燥 综上所述 选择了如下的 清洗工艺如图2 3 所示 图2 3 油桶清洗工艺流程 f i g 2 3 o i ld r u mc l e a n i n gp r o c e s s 2 4 除油清洗剂选择 既然要进行清洗 就要考虑选用何种洗净介质的问题 清洗剂的选择要根据被清洗 物品的性质及污物的特点来判断 对于油桶来说 油污主要是油桶所装油的凝结物 还 含有部分粉尘 这些油污有些浮于表面 有些则附着在油桶内各个转角的间隙处 总之 油桶上的污物附着形式都比较复杂 因此就需要流动性较好 溶解油污能力较强 可以 喷淋冲洗的清洗剂 近半个世纪以来 氟氯烃 o d s 类清洗技术以化学性能稳定 去污力强 毒性低 与金属 非金属材料有极好相溶性及安全速干等独特的优点 在机械制造 电子等行业 的清洗领域占据了主导地位 但它既是破坏地球表面臭氧层的元凶 又是造成环境污染 的源头 出于对保护臭氧层这一人类面临的全球性环境问题的急迫感 联合国决定在 2 0 0 5 年全面禁止使用o d s 类清洗技术 l4 1 在我国经济高速发展的同时也开始注重环境 污染问题 我国先后加入了两个保护臭氧层的国际环境公约 关于保护臭氧层的维也 纳公约 和 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 并签订了 中国清洗行业o d s 整体淘汰计划 d 5 a 6 自我国加入了两个保护臭氧层的国际公约后 以前所沿用的o d s 有机溶剂被禁止 使用 因此寻找非o d s 清洗剂及相应的工艺迫在眉睫 许多企业及科研单位都在不断 研制新的环保型清洗剂 随着科技的发展 当前已有多种环保型清洗剂可以作为o d s 油桶真空清洗干燥设备的研制 清洗剂的替代品 但是还没有一种可以将其完全替代 17 1 例如 有些企业使用水基清洗 剂来替代o d s 清洗剂 但是水基清洗剂对油脂及亲油污物的溶解性 渗透性和分散性 能力差 1 8 在日本最早提出了碳氢溶剂清洗 碳氢溶剂一般采用馏程范围在1 5 0 1 9 0 闪点 范围在5 0 7 0 c 的正构烷烃 c n h 2 n 2 在这种馏程内 碳氢溶剂的安全性和干燥性得到 了优化 1 9 由于正构烷烃的化学结构稳定 连续加热蒸馏回收后不会破坏化学结构 实 验数据显示对铁 铜 铝 锌等金属产生的腐蚀远远低于环烷烃 芳香烃 卤代烃 多 次蒸馏仍然可以使用 2 0 1 而三氯乙烯等卤代烃溶剂几次蒸馏后就不能够再使用 其原因 就在于卤代烃中的卤素原子的活性很大 容易被其他原子或原子团所取代 2 1 1 例如氯离 子被氧离子替代 而发生了酸败反应 反复蒸馏使用后洗净力下降 还会对金属产生腐 蚀作用 湿气存在时会慢慢分解 例如 潮湿时遇光生成盐酸 2 2 1 碳氢溶剂还有许多优 点 清洗性能好 材料相溶性好 蒸发损失小 能够彻底挥发 没有残渣 无毒 不破 坏环境 价格低廉等 综上所述 采用碳氢溶剂作为轴承清洗介质是可行的 为了便于研究 现将其主要 特点归纳如下 作为设备设计过程中的参考依据 碳氢溶剂的主要优点 1 属于非o d s 物质 不破坏臭氧层 碳氢溶剂中不含氯 可以自然降解 符合环 保要求 2 碳氢溶剂属于有机溶剂 其废液可以放入炉中焚烧 焚烧的生成物主要是二氧 化碳和水 对空气没有污染 不会对环境造成威胁 3 对油污的洗净能力强 碳氢溶剂清洗润滑油 防锈油和机加工油等矿物油的效 果要比用卤代烃和水基清洗剂好 4 碳氢溶剂中不含水分和氯 硫等腐蚀物 对大部分塑料和橡胶没有溶解 溶胀 和脆化作用 而且不会造成钢铁等金属生锈腐蚀 能够确保清洗质量 5 使用成本低 碳氢溶剂可以实现循环蒸馏再生利用 其沸点一般在1 5 0 c 以上 所以在保管和使用过程中挥发损失比较小 长期使用成本要比传统的清洗剂降低很多 可以实现高质量低成本的运作模式 2 0 2 2 6 碳氢溶剂为无味或只有微弱气味的液体 与人体接触为低毒 不属于致癌物质 对清洗操作人员及对绝大多数材料安全 2 3 7 碳氢溶剂是一种很纯净的溶剂 不含水分 在常温或加温状态下可完全挥发 烘干后在工件表面无残留 没有残留物有助于提高工件清洗质量 避免锈蚀 2 引 大连理工火学硕士学何论文 碳氢溶剂具有可以作为清洗剂的许多优点 但是它还是不能完全代替传统的卤代烃 o d s 清洗剂 碳氢溶剂有沸点高 在1 5 0 c 1 9 0 c 之间的碳氢溶剂都有 闪点低 一 般在5 0 c 7 0 c 之间较多 的特点 2 引 这种特性使得碳氢溶剂相对于传统o d s 清洗剂 具有了以下缺点 1 沸点高使碳氢溶剂的干燥速度较低 干燥性不如传统的卤代烃溶剂 它的理化 特性决定了在实际使用过程中 需要干燥装置 2 较低的闪点决定了碳氢溶剂比较易燃 在清洗 干燥和蒸馏再生中采取防火措 施 3 如果为了保证产品的清洗质量 需要定期对清洗液进行蒸馏回收 或在清洗设 备上加装减压蒸馏装置 4 虽然从长远来看 碳氢熔剂的使用可以降低成本 但是目前碳氢清洗设备价格较 高 一次性投资较大 使得推广起来具有一定难度 2 4 2 5 除锈清洗剂的选择 油桶在潮湿的空气中受电化学腐蚀 形成了锈蚀 形成锈层的主要成分如表2 2 所 示 2 5 1 表2 2 锈层的化学组成 t a b 2 2c h e m i c a lc o m p o s i t i o no f r u s t ys c a l e 成分质量组成 凡2 0 3 2 h 2 0 水分 硫酸盐 氯化物 其他 8 5 6 4 2 3 从上表可以看出 锈蚀的主要成分为凡 o s 2 h o 可以选择用酸来除去锈蚀 其 原理是通过酸与氧化铁的化学反应生成溶于水的盐来锈蚀 即 凡2 9 2 日2 0 6 日 一2 凡3 5 日2 0 除锈清洗剂是由清洗主剂 缓蚀剂及助剂组成的 清洗剂的选择是清洗工作成败关 键的一环 它直接影响设备的清洗效果 除垢率 腐蚀速率及工艺条件 经济效果等 实际施工时 要根据设备类型 材质 垢的组成 认真选择 设备材质有碳钢 奥氏体不锈钢 铜系金属 铝 钛等 常用的酸洗液有硫酸 盐 酸 或盐酸与氢氟酸 硝酸 或硝酸与氢氟酸 氨基磺酸 柠檬酸或氨化柠檬酸等 油桶真空清洗干燥设备的研制 他们的适应性见表2 3 2 6 1 及表2 4 2 6 l 表2 3 常用化学清洗液对材质的适应性 t a b 2 3t h ec l e a n i n ge f f e c t i v e n e s sb e t w e e nd i f f e r e n ta c i dl i q u o ra n dd i f f e r e n tm a t e r i a l 表2 4 各种酸洗液的除垢类型及适应材质 t a b 2 4t h et y p eo fr u s ta n dt h em a t e r i a lt h ea c i dc a l lb ea p p l i e d 油桶清洗机需要清洗油桶的数量很大 酸液的消耗量也很大 所选取的酸液必须除 锈速度快且满足经济性 盐酸与钢铁 铁锈 氧化皮反应速度比硫酸 柠檬酸 甲酸快 得多 而且清洗后表面状态好 在众多的无机酸中 盐酸的价格最便宜 结合表2 3 和 表2 4 综合考虑 选择盐酸为除锈清洗液的主液 大连理丁大学硕十学位论文 一般盐酸浓度为5 1 5 清洗温度从常温至6 0 c 均可 为了保护油桶不被腐蚀或 减少腐蚀 必须加入适当的缓蚀剂 缓蚀剂能抑制酸对碳钢的腐蚀并具有很好的渗氢抑 制能力 目前市场上缓蚀剂种类很多 在盐酸中加入不同的缓蚀剂其效果不同 如表2 5 所示 2 6 l 表2 5 加入不同缓蚀剂的盐酸清洗液的缓蚀效果 气幽 2 st h ec o r r o s i o no fh c ls o l u t i o nw i t hd i f f e r e n ti n h i b i t o r 因为酸洗过程中温度不能过高 根据酸洗温度条件 缓蚀效果及缓蚀剂的价格选择 l a n 8 2 6 为除锈清洗液的缓蚀剂 l a n 8 2 6 缓蚀剂是多用型酸洗缓蚀剂 外观为淡黄色液体 相对密度1 0 6 微碱性 不燃烧 既适用于氧化性酸 又适用于非氧化性酸 既适应于多种无机酸 又适用于多 种有机酸 l a n 8 2 6 缓蚀剂具有优良的缓蚀效果 在一般酸沈条件下 腐蚀速率不大于 l m m a l a n 8 2 6 能够有效抑制钢在酸洗时对氢的吸收和凡3 对金属的腐蚀 使金属酸 沈时不产生孔蚀 l a n 8 2 6 缓蚀剂用量少 费用低 操作简便 性能稳定 无臭无味 使用安全 特 别是能避免误用缓蚀剂造成的危险 在酸洗过程中 随着垢皮和铁锈的溶解 酸洗液中的凡3 不断增加 由于忍3 是一 种有效的阴极极化剂 当它在阴极区被还原成凡2 的同时 在阳极区就有相应的金属被 腐蚀下来 反应式如下 凡 2 凡 3 凡2 从而进一步加速了油桶的腐蚀 绝大多数的缓蚀剂对凡3 的抑制作用较差 n 3 对 腐蚀速率的影响见图2 4 t 2 6 1 油桶真空清洗干燥设备的研制 弦 l 蝴 a z b 2 b l a n 8 2 6 c i s 1 2 9 图2 4 忍 浓度对腐蚀速率的影响 t h ee f f e c to ff c o n c e n t r a t i o nt ot h ec o r r o s i o ns p e e d 从图中可以看出 三种情况下的腐蚀速率均随凡3 的升高而升高 由此可见 缓蚀 剂对氢离子的抑制作用是明显的 金属腐蚀的主要因素是凡3 浓度升高 为了降低凡3 的浓度 进而降低腐蚀速率 往往加入还原剂 使凡3 还原为凡 常用的还原剂有 口2 s d 3 s n c 2 h 2 尸d 3 2 日4 三种不同的缓蚀剂和不同还原剂的存在对腐蚀速率及缓蚀效果的影响见表2 6 2 6 1 表2 6 三种不同的缓蚀剂和不同还原剂的存在对腐蚀效果的影响 t a b 2 6t h ee f f e c t so ft h ee x i s to fd i f f e r e n ti n h i b i t o rt ot h ed i f f e r e n tr e d u c i n gm a t t e r f 喾还篙队 g m 2 率 h 果嚣耄 果嚣耄 果 大连理工大学硕七学位论文 从表2 6 中可以看出 s n a 在l a n 8 2 6 存在的条件下和不同的的r 3 质量浓度下使 金属均表现出较低的腐蚀速率和较好的表面状况 其中砌a 和凡3 反应式如下 勋a 2 2 f e c l 3 2 f e c l 2 s n c l 4 综上所述 除锈清洗液配方为 浓度为1 0 盐酸为清洗主液 按质量百分比浓度为 0 2 l a n 8 2 6 缓蚀剂 及浓度为1 5 l 的s n c l 2 还原剂 2 6 碱液的选择 经过酸洗后的油桶内 残留有酸液 酸液的存在将腐蚀油桶 在中和工位中 先往 油桶内通入清水漂洗后 通入碱液进行中和 中和过程中使用的碱性物质 包括化学结 构属于碱类的物质和水解显碱性的盐类 常用的盐有碳酸钠 磷酸钠和硅酸钠 有时也 用它们的钾盐 表2 5 e 2 6 1 是常用碱类的结构及它们的浓度为1 时水溶液的p h 值 表2 5 常用碱的结构及其p h 值 t a b 2 5t h es t r u c t u r ea n dp hv a l u eo f n o r m a la l k a l i 氢氧化钠 n a o h 俗名烧碱 是白色吸湿性强的固体物质 它的水溶液常被用作 便宜的强碱性溶液使用 腐蚀性很强 对皮肤有强烈的腐蚀作用 会引起皮肤炎症 使 用时要十分注意安全 氢氧化铵 n h o h 是氨气的水溶液 n h h 0 一般浓氨水中n h 的质量 分数可达2 8 2 9 氨水不稳定易挥发 常温下也会游离出有强烈臭气的氨气来 对 眼睛 鼻腔都有刺激性 必要时要隔离操作 取用时有一定困难 碳酸钠 n a 2 c q 是一直白色结晶固体 也是一种价格便宜的强碱性物质 在清 洗领域有广泛用途 它有几种含水化合物 其中含1 0 个结晶水的 c q 1 0 h o 水 溶性好 俗名碱性苏打 油桶真空清洗干燥设备的研制 碳酸氢钠 n a h c 0 3 也是一种白色结晶物质 它的碱性较弱 水溶液p h 值较低 8 4 在洗涤中也可当作碱剂使用 俗称小苏打 磷酸钠 n a p q 是磷酸的正盐 它的水溶液p h 值较高 适合做强碱性洗涤剂的 助洗剂 磷酸二氢钠 御q 是磷酸的酸式盐 水溶液的p h 值比磷酸钠低 适合作弱 碱性洗涤剂的助洗剂 从实用性 经济性及可靠性三方面考虑 选择碳酸钠 n a c 0 3 为油桶清洗中中 和工位的清洗液 由于酸沈工位中使用的酸液盐酸浓度较高 宜选用相当p h 值较高的 碱液 在以上所列碱中碳酸钠的价格最便宜 且其对人体不会产生伤害 所以选择碳酸 钠为中和工位的清洗液 2 7 切水剂的选择 在切水工位中 通入切水剂将油桶内部残留的水置换出油桶 因为在下一个工位 即真空清洗干燥工位中 使用的清洗液是碳氢溶剂 所以在切水工位中宜使用碳氢类切 水剂 在切水工位中残留的碳氢切水剂进入到真空清洗干燥工位中 省去再次分离过程 使工艺过程更加简洁 铱诺n i n o1 2 8 6 sw t r 是一种用于各种金属 树脂 塑料等制