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工业清洗优化案例分析

在使用传统清洗剂过程中一个经常遇到的问题就是:由于表面活性剂的消耗比促净剂的消耗高很多,在添加清洗剂时无形的使促进剂的含量大大增加而引起的盐效应。

由于用离心机、油分离器或者横流式过滤回收清洁剂过程中,大多数的促净剂会被回收,这使得消耗差距拉大,这种盐效应就变得更为显著。

因此要延长清洗槽液寿命,必须尽量减少上述的盐效应:这就是组份化清洗剂。

传统清洁剂在使用回收设备时出现的问题如图1 a,b所示。

图一传统方法添加清洗剂

  图1a:按照传统方法添加清洗剂会使促净剂含量增加:

为了保持清洁槽的清洁能力,传统的清洁剂的用量增加会导致清洗液中促净剂含量的增加。

促净剂浓度不变,清洗能力下降

图1b:如果促净剂浓度保持不变,表面活性剂的浓度相对减小,因此清洗能力下降。

模块化清洗剂计量

图1c:模块化清洗的剂量:促净剂浓度和表面活性剂浓度保持不变。

单一表面活性剂在清洗槽中的消耗量会因为包裹不同数量、不同种类的油而不同。在一个宏观角度讲,表面活性剂的浓度比促净剂浓度下降得更快。

图1 c显示了模块化清洗系统的浓度变化。

促净剂和表面活性剂的浓度的理想比例,可以通过分别添加促净剂组分和表面活性剂组分实现。根据污染物的成分不同调整碱的成分,根据清洗槽的分析结果来调整表面活性剂成份。促净剂和表现活性剂组分的基本组成如下所述。

原材料

选择促净剂和表面活性剂的原材料的主要参数

•清洗能力

•环境毒性

•过虑装置的标准滤膜、超滤膜的渗透性

促净剂组分:

氢氧化钠、磷酸盐、硼酸盐和柔和的络合剂例如有机酸,被结合得到适用于不同材料的促净剂组分。例如一个中性促净剂组分(pH值7)适用于铝和黄铜,强碱性组分(pH值14)适用于钢和铁。促净剂组分是不含硅酸盐的。因为硅酸盐会阻塞微滤膜或超滤膜(硅酸的形成取决于pH值)。所有促净剂的回收率占其组分的80%~90%。

表面活性剂组分:

表面活性剂组分具有低亲油性,是非离子表面活性剂。由于反乳化作用,他们不会像乳化清洁剂一样把油包裹。根据清洗工厂不同,表面清洁剂组分有浸泡清洗法,也有喷淋清洗法。表面活性剂组分的回收率取决于要去除的油的类型(例如矿物油、润滑剂等)和使用哪种清洁方法。浸泡型表面活性剂的回收率是50%~80%之间,喷淋型则不同,在30%~50%之间(浊点)。

回收设备

油分离器:未被乳化的脂肪、油脂可以从清洗液中被除去,即利用不同比重的原理分离出反乳化表面活性剂。较轻的油相在油分离器的上部积累,非油相包括促净剂和表面活性剂组分就引流回清洗液中。

油液分离器

 图二:油分离器

交叉流过滤:孔隙大小为12μm到0.2μm的微滤膜和大小从100纳米到4纳米的超滤膜用于清洗液中的油分离。

促净剂和低亲油性的反乳化表面活性剂可以通过滤膜,之后被引流回清洗液(渗透)。油相中剩下的残留物亦可被收集。

过滤

图三

分析

分析控制清洗液成分---促净剂和表面活性剂--对回收意义重大。

分析促净剂组分:促净剂的浓度可以容易的通过容量分析(滴定)或者光度法测定磷酸盐浓度得到。

表面活性剂的分析:

1、 旧的分析方法:在开始阶段,通过HPLC确定(HPLC=高效液体色谱法),然后由此得到回收比例和固定添料的配比。分析参数如下图所示(图四)

表面活性剂分析

图四

2、 新的分析方法:使用气泡法动态测试,能更快速地得出表面活性剂浓度的结果。

水与表面活性剂混合(左)和孤立的表面活性剂的峰值(右)的色谱(HPLC)

纵列柱:250毫米x 4毫米

ID:填充: 倒相柱 7 C18

流动相:甲醇/水85/15

压力:150bar温度:室温

检测方法:折射指数(RI)  

气泡法表面张力仪

气泡法表面张力仪

实例

清洗车间浸泡清洗(5个清洗槽)

由黄铜或者钢制成的小部件被装进筛子里经过清洗厂配备5个清洗槽清洗。每个筛子被清洗过后再进入下一个清洗槽,前两个清洗槽是用于清洗,剩下三个用于漂洗。

清洗厂的浸泡清洗方法

图五清洗厂的浸泡清洗方法

出现情况:

•污染:30 - 130毫克/公斤

•要求清洗质量(残余污染):10毫克/公斤

•必须使用不同的清洁剂

•清洗槽液寿命:2周

•需增加额外的清洗步骤以达成要求的清洗质量

解决方案:

在清洗池1和2中安装超滤膜(陶瓷膜;孔隙大小0.2μm)

使用反乳化清洗剂(浓度:3%促净剂组分;0.3%的表面活性剂组分)。

改善后:

•促净剂组分(3.8%)和表面活性剂组分(0.25%)的浓度能保持恒定。

•清洗槽1大部分的油被清除(石油含量(200 - 3000 mg / l))

•清洗槽2的含油量(50毫克/升)

•原来残留污染10 mg/kg已下降至大约3 mg/kg,达到要求。

•将槽液寿命增加到超过三个月

备注:现时德国SITA公司提供的污染度仪Conspector能直接量化测试出槽液的污染度,用于优化清洗效果和延长清洗槽寿命。

德国SITA 污染度检测仪

德国SITA 污染度检测仪

喷淋清洗厂(3个清洗槽)

钢制零件在这三个清洗槽中喷淋清洗。清洗过程设定在这清洗槽1和2中。第三个槽用于钝化。所有槽按照槽3到槽1的顺序来排列

喷淋清洗厂的清洗方式

图六:喷淋清洗厂的清洗方式

出现情况

  •清洁槽中油含量过高造成清洁质量差

  •泡沫太多

  •槽液寿命短:3~4周时间

解决方案:

  清洗槽上安装可移动超滤膜,使用频率为5天/月。

  更换清洁剂,包括一种反乳化中性清洁剂(浓度1%-2 %)组份和喷淋表面活性剂组分。

改善后:

  •清洗质量升高,油含量明显下降

  •没有泡沫过多的问题

  •槽液寿命增加到超过22周

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