具有成本效益的清洁与蒸汽脱脂

几十年来，蒸汽脱脂是精密和精加工行业的首选清洁技术。20世纪90年代，当臭氧问题迫使最流行的蒸汽脱脂溶剂逐渐被淘汰时，这一过程结束了，水基系统填补了一些空白。

如今，大量的精密清洗都是使用水技术进行的，但潮流又开始逆转。中国许多地区正面临严重的水资源短缺，极端干旱的条件甚至实行配给用水。水清洁器的用户也意识到，这些系统在加热水时耗电(这对他们来说是令人满意的清洁要求)，然后同样巨大的能量来干燥部件。此外，水清洗系统往往占地面积大，需要大量的资本投资，维护密集，通常需要处理水和废水。大多数年轻的工程师认为这些限制是唯一的选择，但还有另一个选择，一个历史书。如果你愿意“回到未来”，是时候重新考虑蒸汽脱脂技术了。

蒸汽脱脂的概念非常简单。图1展示了一种现代、高效的双油池脱脂器的设计。蒸汽脱脂器使溶剂沸腾产生蒸汽，冷的初级冷凝盘管通过将蒸汽冷却回液体来包含这些蒸汽，并收集纯净的冷凝溶剂以供连续使用。因此，蒸汽脱脂器不仅是一个清洁系统，而且是一个溶剂回收系统，连续回收和净化溶剂，以供重复使用。与水系统不同，回收的成本节约和环境效益是设计良好的蒸汽脱脂器的固有特性。

首先，将溶剂放入“煮沸”池(图1中左下腔)，在这里溶剂被加热到其沸点，通常是100-170ºF，取决于溶剂。热量可以通过电加热元件、热水盘管、蒸汽盘管或“热泵”制冷机组提供。

一旦沸腾，溶剂产生一种透明的、稠密的蒸汽，通过机器上升，取代脱脂剂内部的空气，形成一个“蒸汽毯”。蒸汽毯将继续上升，直到它到达环绕除油器内壁的较低一组制冷盘管(“初级冷凝器盘管”)。这些线圈冷却溶剂蒸汽，并将溶剂冷凝回液体状态。

冷凝溶剂连续滴下初级冷却盘管，进入盘管下方的冷凝槽。然后它通过水分离器，滗出任何可能凝结在线圈上的水，并从溶剂中除去水。重要的是，在合理设计的脱脂器中，为了建立适当的热平衡，盘管的冷却能力必须等于用于煮沸溶剂的能量输入。

此时,蒸馏溶剂是直接回“冲洗池”水分离器(右下室在无花果。1)。自冲洗油底壳已经充满了清洁溶剂,增加更多的干净,新蒸馏溶剂将导致水井溢出到沸腾池,完成蒸馏周期。

作为基本系统的一部分，蒸汽脱脂是唯一能自动再生清洗液的清洗系统。这种新鲜、纯溶剂的添加保持了持续清洁的冲洗池，也允许污染和颗粒被冲回煮沸池。在适当的时候，沸水池中的污染可以集中处理。水处理系统通常会稀释污染物，使处理或回收更加困难。

正如你现在看到的，术语“蒸汽脱脂”是一个错误的名称。在某些情况下，人们试图严格清洗溶剂“蒸汽毯”，溶剂蒸汽冷凝到部件上，从而冲洗掉污染。但在大多数情况下，当零件直接浸入蒸汽脱脂器内的溶剂中时，清洗速度更快、更可靠。当浸入时，液体将完全包围零件，进入所有的角落和缝隙，最大限度地接触溶剂，最终清洁。

特别值得注意的是，水清洗系统在加热清洗液和干燥零件时消耗的能量要比同等容量的蒸汽脱脂器多得多。由于水的“比热”和“汽化潜热”比任何常用的蒸汽脱脂溶剂都要高得多，因此其较高的能耗是不可避免的。煮沸一加仑溶剂大约需要1000英热单位，而煮沸一加仑水需要8340英热单位。水的这一基本特性解释了为什么水系统如此耗能。根据经验，与设计合理的蒸汽脱脂剂相比，水清洁器清洁相同的部件所消耗的能量大约是八倍。众所周知，北美大部分的电力是通过燃烧煤炭产生的，因此得出“绿色”水净化实际上对全球变暖有贡献的结论是正确的。

设备注意事项

有许多选项可以使这个过程更简单、更清晰和更快。冲洗池通常装有循环过滤系统，以清除不溶性颗粒污染。另一种常见的选择是在冲洗池中安装超声波换能器，以加强清洗。自动提升机的使用不仅使技术人员无需将部件从系统内或外吊出，而且确保了正确的清洗周期和部件运动。最终，自动化导致溶剂消耗减少，劳动力成本降低和更一致的清洗。

现代蒸汽脱脂器的另一个重要特征是第二套冷却盘管，位于主冷凝盘管的上方。这些被称为“干舷冷却线圈”(再次见图1)，他们总是比初级冷凝线圈更冷。这些线圈的目的是冷却和除湿蒸汽毯上方的空气，以减少溶剂从饱和蒸汽毯扩散到空气。冷却和除湿蒸汽毯上方的空气有助于减少溶剂损失和消耗。此外，由于干舷式冷水机对蒸汽毯上方的空气进行除湿，最小的水将在主冷凝盘管上冷凝，这有助于保持溶剂的完整性。

干舷式冷水机盘管在脱脂器中不包含溶剂蒸气毯。这是主冷凝线圈的工作。如果蒸汽层上升到主冷凝盘管上方进入干板冷水机盘管区域，则主冷凝盘管有问题，需要咨询制冷技术人员。

另一种被称为“超热”的脱脂方法可以从一些制造商那里得到，以确保零件在从蒸汽毯上取下之前完全干燥。超热线圈(图1左侧)迫使蒸气毯的温度高于溶剂的“正常”沸点。停留在过热蒸汽毯内的清洁部件温度迅速升高，最终超过溶剂的沸点。一旦温度高于溶剂的沸点，零件上的所有溶剂都会闪光。这意味着部件在从蒸汽毯中取出之前是完全干燥的。这个过程最大限度地减少了溶剂的拖曳，降低了操作成本。

美国和世界各地都有许多蒸汽脱脂器的制造商。蒸汽脱脂器的范围从手动操作的装置，容纳几加仑的液体，到完全自动化的系统，容量达数千加仑。根据清洗应用和独特的工艺要求，该技术可以轻松处理最大的部件和最大的体积。这些大型机器，当适当的设计，操作和维护是极其高效的溶剂消耗最小。按重量计算，没有什么能比现代蒸汽脱脂器的清洁效率更好了。

比较成本

尽管蒸汽脱脂剂的性能优势在历史上得到了证明，但一些工程师仍然担心运行成本。毕竟，水基本上是“免费的”，而且是安全的、环保的溶剂，每桶水的成本通常在5000美元到10000美元之间。蒸汽脱脂器的运行成本真的比水清洗系统低吗?

答案是肯定的。评估不同类型的清洗系统运行成本的最好方法是在每部分清洗成本的基础上进行比较。这种方法提供了一个精确的比较，可以揭示水清洁的隐藏成本。

首先，将获取和安装成本制成表格。其中包括清洗系统的直接资本成本(硬件本身，加上支持系统，废水处理系统，等等)以及间接资本成本(占地面积，设备的电气系统升级，管道成本等等)。

下一步是估算两个系统的直接运营成本。这包括溶剂和水的成本(过滤、去离子化、反渗透等)、能源成本、人工成本、废物处理成本、因清洗周期的快慢而变化的库存成本，以及与清洗系统有关的任何其他直接成本。

工程师还需要说明操作和维护清洗设备所需的人员。蒸汽脱脂剂只需要很少的维护，而水系统操作复杂得多，维护密集，需要废水处理系统，仅维持运行就非常耗时。水清洗基本上是一个复杂的化学过程，水、表面活性剂和洗涤剂与污染物发生化学反应。相比之下，蒸汽脱脂器是简单的热机械系统，溶剂简单地溶解污染。

另一方面，在考虑蒸汽脱脂剂时，必须考虑溶剂成本。虽然溶剂选择过程超出了本文的范围，但评估溶剂的成本是简单的。估计溶剂成本的正确方法不是比较每加仑的成本，而是比较每部分清洁的成本。

例如，一个现代的蒸汽脱脂器在使用时将使用大约0.062磅溶剂/小时/平方英尺溶剂/空气界面。一个典型的10加仑脱脂剂有大约2.5英尺的溶剂/空气界面，所以在8小时的工作时间里，它会损失大约1.25磅的溶剂(不到一夸脱的溶剂)。如果溶剂来自MicroCare，一天的清洁溶剂成本应该不超过20美元，每个部件的成本(假设当天清洁了1000个部件)是0.02美元。

当这些成本制成表格，然后除以系统清洗的零件总数，清洗的真实成本就变得很明显。

总结

几十年来，蒸汽脱脂工艺被证明是制造工程师最稳定、最“头痛”的清洁工艺。现在蒸汽脱脂已经进入了全周期，工程师们意识到这是一种安全、经济、环保的清洁方法。与水清洗相关的能源需求和新的环境问题使人们对蒸汽脱脂过程产生了越来越大的兴趣。如果当前的含水清洗系统已经接近其生命周期的终点，那么现在是时候在您的制造工厂探索蒸汽脱脂的替代方案了。

然而，工程师必须聪明地处理他们的清洁过程。为了以最经济和环境可接受的方式获得预期的结果，脱脂系统的正确配置、操作和维护是必要的。除了脱脂剂的选择，适当的溶剂的选择需要仔细的分析，这取决于被去除的污染和最终的清洁标准。当分析应用时，总是首先定义土壤，然后选择去除这些土壤的化学物质，最后选择适当使用所选溶剂的设备。

很明显，蒸汽脱脂正在重新焕发活力。在当今世界，质量、可靠性和能源效率是最重要的，旧的蒸汽脱脂工艺确实是现代的、对地球友好的、成本效益高的清洁工艺。