干冰清洗方案(简)

干冰清洗技术

今天，干冰清洗这项新技术被广泛应用于许多领域，从粘结牢固的溶渣

清除到精密的半导体元件和印刷线路板清洗都很有效。干冰清洗无需拆装设

备，可高温在线清洗，对设备没有损伤。与传统的有毒化学清洗，高压水射

流清洗以及磨损性喷砂清洗、玻璃微珠清洗不同，干冰清洗利用高速气流中

的干冰颗粒去除表面污垢，干冰颗粒瞬时气化，没有残留，没有二次清理残留废物的麻烦和高额费用。

什么是干冰？

干冰是CO2的固态存在形式，CO2常态下是一种无色无味的气体，自然存

在于空气中，虽然CO2在空气中的含量相对而言很小（体积比大约占0.03%）但它却是我们所认识到的最重要的气体之一。

CO 2是维持生命的一种自然物质，它是碳循环中一个关键元素。它是农作

物所含碳水化合物中碳元素的唯一来源，促进植物生长；它有助于缓和大气

温度。动物的呼吸每天向大气中排放2800 万吨 CO2，与之相比，美国 CO2工业每日只能供应25000 吨 CO2。 95%的 CO2是从其它产品中的副产品中得到，用

合成方法得到的CO2不到总产量的0.04%。

在 -78 ℃低温， CO2以固体形式存在。在常压下，固体CO2直接升华，没有液化过程，这一特性意味着喷射介质彻底消失，只留下原有污垢碎片待处理。

另外，不能用水清洗的地方，现在用干冰清洗完全可以做到。

喷射所用CO2的等级与食品和饮料工业所用CO2是一样的，经美国农业部

（USDA），食品与药物（ FDA）管理局以及环境保护局（ EPA）验证是安全，

可靠的。 CO2是一种无毒，易液化的气体，它很便宜并且易于保存。同样重要的

是，它不导电并且没有可燃性。

CO 2是工业生产过程中的一种副产品，如发酵过程和石油精炼过程，均产

生高纯度CO2。这些生产过程中产生的CO2被收集、贮存起来待用，当喷射过

程中 CO2升华排放到大气中时，并没有新的CO2产生。只是原来的CO2副产品在重新利用后被排放掉了。

表1 列出了 CO2的物理特性。

表1： CO2特性

分子量44.01

密度（固态）1560kg/m 3

(-78 ℃)

密度（液态）1019 kg/m3 (-17.8 ℃)

密度（气态） 2 kg/m3(0℃)

熔点-57℃

沸点-78.5℃

液体转化为气体比率8.726SCF(气体)/LB

(液体 -17.8 ℃ , 压力 21 kg/cm 2)

液体转化为固体比率0.46（ -17.8℃）

0.57（ -48.3℃）

干冰清洗是怎么样工作的？

基本过程：

与喷钢砂，喷玻璃砂，喷塑料砂和喷苏打相似，干冰喷射介质干冰颗粒在高压气流中加速，冲击要清洗的表面。干冰清洗的独特之处在于干冰颗粒在冲击瞬间气化。干冰颗粒的动量在冲击瞬间消失。干冰颗粒与清洗表面间

迅速发生热交换。致使固体CO2迅速升华变为气体。干冰颗粒在千分之几秒内

体积膨胀近800 倍，这样就在冲击点造成“微型爆炸”。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。

象其它喷射介质一样，干冰颗粒的动量取决于其质量和速度，由于干冰

密度相对较低，要达到所需要的冲击能量主要取决于干冰颗粒的速度。

与其它喷射介质不同，干冰颗粒温度极低（-78 ℃）。这样的低温使干冰清洗具有独特的热力学性能，影响粘附污垢的机械性能。由于干冰颗粒与清洗表面间的温度差, 就发生热冲击现象。材料温度降低、脆性增大, 干冰颗粒能够将污垢层冲击破碎。参考图2、图 3。

图 2 热冲击导致污垢层皲裂.

图 3 CO2气化膨胀和颗粒动量传递清除污垢.

具有不同热膨胀系数的两种不同材料, 它们之间的温度差会破坏两种材

料间的结合。在从金属物质上清除非金属污垢时, 这样的热冲击现象最为明显.

干冰清洗对清洗对象的影响：

许多客户关心清洗过程中的热冲击对清洗母体金属的影响。研究表明,

温度的降低只发生在金属表面, 不会对金属造成破坏。有一个实验演示了这样

一个原理。在这个实验中, 热电隅被埋入钢锭的不同深度( 从表面到2mm深 ).参考图 4.

图 4热电隅离表面的距离.

持续对实验样品进行干冰喷射30 秒 ( 干冰清洗中相对很长的一段时间) ，热电隅记录下了不同深度的温度变化. 如图 5 所示 , 在表面安装的热电隅显示

了每次直接喷射的温度下降值(5 秒内下降50 ℃ ) 。相对比，埋入不同深度的

热电隅温度缓慢下降,30 秒后 2mm深的热电隅只下降了10℃。这个曲线表明：“热冲击”只发生在污垢与基体结合的表面, 对清洗对象没有损伤.

图 5不同深度热电隅的温度变化

另外研究干冰清洗热冲击的办法是观察其在橡胶模具中的应用. 这个应用中 , 温度超过150℃的模具直接被-78 ℃的干冰颗粒喷射, 两者之间的温度差

并不会导致模具破裂。这个现象有两个原因。首先, 如上所述 , 降温只发生在

表面 ; 其次 , 这样的热冲击远小于普通热处理中模具所遇到的热冲击.

即使在很高的速度下, 直接冲击清洗表面，干冰与砂粒相比, 动能冲击也是很小的。这是由于干冰硬度不大, 并且在冲击瞬间气化。由于没有磨损，干冰清洗可广泛用于各种材料的清洗上。软材料，如铜铝镀层可用干冰清洗而

不会造成磨损。

干冰喷射机类型

从输送干冰颗粒至喷嘴的方法不同分，喷射机可分为两大类：单喉管喷射机和双喉管喷射机。在任何一种机型中，恰当的选择干冰喷射管都是很重

要的。因为干冰温度很低，并且在管道输送中要保持干冰颗粒的完整性。