česky english Vítejte, dnes je středa 08. prosinec 2021

Zefektivněte výrobu vynecháním nevhodných čisticích procesů

DPS 6/2017 | Výroba - články
Autor: Mike Jones, MicroCare Corporation

V celé řadě odvětví, od elektroniky přes telekomunikace až po letecký průmysl a lékařské přístroje, se vyskytují kritické čisticí procesy, přičemž každý z nich vyžaduje jiný stupeň „čistoty“. Nicméně pro všechny aplikace „kritického čištění“ platí, že při nedostatečně účinném čištění nebude produkt spolehlivě fungovat po celou dobu své požadované životnosti. Je-li cena za nedostatečné čištění vysoká, jedná se o kritickou aplikaci.

Požadavky kladené na čisticí procesy jsou stále náročnější. V mnoha odvětvích se součástky neustále zmenšují, kapacity se zvyšují a výrobní tolerance jsou stále menší. Jeden příklad za všechny: první diskové jednotky v osobních počítačích IBM dokázaly pojmout 10 megabajtů dat. Dnes jsou standardem terabajtové disky. To je ohromný nárůst kapacity během pouhých třiceti let. A jak potvrdí každý z oboru výroby pevných disků, dnešní procesy čištění jsou stále kritičtější.

Uživatelé moderních čisticích systémů musí své procesy čištění neustále zdokonalovat, přičemž se snaží zvládnout aktualizace produktů, stálý tlak na snižování nákladů i agresivní konkurenci. A pokud by se toto ještě nezdálo dost složité, existují i další omezení související s ochranou životního prostředí, novými zákony a požadavky na zdravotně nezávadné pracovní prostředí. Je tedy zřejmé, že tyto tři protichůdné trendy – pokračující miniaturizace součástek při současném zvyšování jejich výkonu, nutnost chránit zdraví zaměstnanců i životní prostředí a ekonomická motivace snižovat náklady při současném zvyšování kvality – společně znesnadňují jakékoliv rozhodnutí ohledně čištění.

Tím se dostáváme k hlavní otázce: jak upravit kritické procesy čištění, když si některé vnější vlivy (nové technologie, změna legislativy, konkurence atd.) vynutí změnu současných postupů?

Buďte připraveni se přizpůsobit

Stejně jako operace srdce ani uskutečnění změn v živé, pulzující továrně není nic jednoduchého. Ať už je důvod těchto změn jakýkoli, nikdy to nebude snadné. Ale změny se zdají nevyhnutelné. Dnes používá většina firem při čištění hlavně vodu, nicméně řada faktorů naznačuje, že čištění vodou je problematické a že řešením budoucnosti budou zřejmě rozpouštědla.

Proč? Protože „základní směrnicí“ na stále dynamičtějším a složitějším trhu musí být „zvolit tu nejflexibilnější a nejuniverzálnější možnost“. Život nebude snazší, změny nikdy neskončí. Univerzálnost by měla být ceněna nadevše a je nutné přijímat flexibilní technologie. S neměnnými výrobními procesy, ať už byly v době nákupu jakkoliv chytré, je výroba vázána na pevně zavedená řešení. S dnešními produkty může mít daný výrobce vedoucí pozici, ale když se situace změní, budou to malí a obratní konkurenti, kdo přežijí. Proto je vhodné zvážit možnost odmašťování v parách, protože je to jednoduchá a rychlá metoda kritického čištění.

Svůj zájem o výhody odmašťování v parách projevilo už mnoho firem. V elektronickém průmyslu je velmi obtížné čištění stále hustěji uspořádaných součástek. Ve zdravotnických a farmaceutických aplikacích je vyvíjen silný tlak na minimální mikrobiologickou zátěž. V odvětví pevných disků klesá znečištění uhlovodíky na úrovně, které byly před deseti lety považovány za nemožné. Každý v těchto pokročilých odvětvích ví, že lepší čištění zajišťuje lepší, rychlejší a spolehlivější výrobky.

Odmašťování v parách je jednoduchý proces, který k odstranění nečistot používá sofistikované chemické procesy „s nízkou teplotou varu“. Jedná se o systémy s uzavřenou smyčkou a součástí procesu je recyklace. Parní odmašťovací myčky jsou malé, rychlé, vysoce hospodárné a co je nejdůležitější – velmi flexibilní.

Koncepce odmašťování v parách je prostá. Systém vaří čisticí kapalinu a přeměňuje ji na páru, zadržuje páry uvnitř systému, potom je ochlazuje a přeměňuje zpět na kapalinu, přičemž vyčištěnou kapalinu zachycuje k opětovnému použití. Čisticí kapalina se vaří při nízké teplotě (obvykle mírně vyšší než pokojová teplota), takže spotřeba elektřiny je velmi nízká.

Rozpouštědla s nízkým bodem varu mají několik chemických vlastností, které jsou pro kritické čištění výhodné. Například mají obvykle velmi malé povrchové napětí a velmi nízkou viskozitu, takže snadno vyčistí i ty nejtěsnější prostory i pod těmi nejmenšími součástkami. Většina kapalin pro odmašťování v parách je také velmi těžká a hustá, obvykle o 20–40 % těžší než voda, což pomáhá při uvolňování částeček ze součástí. Jelikož je rozpouštědlo připraveno speciálně pro dané použití, jemné části se snadno očistí a vysuší. Všechny tyto faktory je možné sloučit do „indexu smáčení“, který umožňuje srovnávání podobných produktů (viz obr. 1).

Zefektivněte výrobu vynecháním nevhodných čisticích procesů

Systémy na odmašťování v parách obvykle pracují vertikálně, kdy proces oplachování a sušení probíhá nad čisticími nádržemi. Proto zabírají velmi malý prostor na podlaze a spotřebují méně energie. Pro společnost, která si výrobní prostory pronajímá a platí účty za energie, to může znamenat značné úspory nákladů.

Systémy na odmašťování v parách mohou být mimořádně hospodárné, protože rozpouštědlo je bez omezení používáno opakovaně. Každá parní odmašťovací myčka je v podstatě recyklační systém. Princip fungování takového stroje je založen na opětovném použití rozpouštědla. To je v jasném kontrastu s mnoha vodními myčkami, které vodu stále jen čerpají a vypouštějí.

Na světě existuje více než tucet výrobců parních odmašťovacích myček. Dostupné množství volitelného příslušenství může odmašťování v parách ještě zjednodušit a zrychlit. Nádrže s rozpouštědlem mohou být vybaveny filtračním systémem k odstranění nerozpustných nečistot. Systém lze také vybavit ultrazvukem pro ještě lepší výsledek čištění. Další úspory a zvýšení výkonu zajistí přehřívání a externí destilace. V závislosti na daném použití a požadavcích procesů je k dispozici technologie, která zvládne i ty největší díly a nejvyšší objemy.

Kouzlo vody

Nejčastější alternativou k čištění rozpouštědly je použití vody. Na první pohled není čištění vodou špatný nápad. I dnes může u nekritických aplikací fungovat poměrně dobře, protože využívá kinetickou energii čerpadel a sprejů k tlakovému odstranění nečistot z povrchů. Intuitivně se zdá, že je voda ekologicky šetrná volba. Existuje však řada důvodů, proč její výhody vždy nenaplní očekávání.

Každý vodní systém potřebuje k čištění teplo. Zatímco k převaření galonu vody je zapotřebí 8 340 BTU, převaření galonu rozpouštědla spotřebuje jen 1 000 BTU. Obecně tedy platí, že k vyčištění stejného počtu dílů spotřebují vodní myčky osmkrát více energie než parní odmašťovače. A v tom je ten háček: spalování fosilních paliv kvůli vygenerování vší té elektřiny je jedním z hlavních zdrojů globálního oteplování.

Kromě toho nastávají potíže s miniaturními součástkami. Čistit drobné, jemné součástky ve vodním víru může být problém. Navíc vzhledem k povaze molekul vody se voda často do těch nejmenších otvorů vůbec nedostane. To znamená, že místa, která jsou obtížně přístupná, nejsou smáčena, a tím pádem ani vyčištěna – viz obr. 1 pro srovnání indexu smáčení vody s různými často používanými rozpouštědly. Také filtrace je u vodních čisticích systémů problematická, protože voda nedokáže snadno projít dvěma nebo třemi mikronovými filtry. Jediný způsob, jak zajistit mikronovou filtraci, je použít velká, energeticky náročná čerpadla, která dokážou vodu filtrem protlačit.

Dalším problémem je sušení. Po čištění vodou vyžaduje sušení další kroky a další energii (ohřívače, ventilátory, vzduchové nože). Pokud se navíc vyskytne problém s množením bakterií, procesní kontroly nezbytné k odstranění mikrobiologické zátěže významně zvyšují složitost systému i náklady na vodní myčku.

Co se týká zpracování odpadů, většina vodních systémů vyžaduje předběžnou úpravu přiváděné vody, takže spotřebovávají další elektřinu. Vodní systémy rovněž produkují odpad, který je nutné před vypuštěním vyčistit, a to spotřebu energie ještě zvyšuje. A konečně vodní systémy zvyšují vlhkost a teplotu v místnostech, kde jsou umístěny, což zatěžuje klimatizační systém a opět tak zvyšuje spotřebu energie.

Čištění vodou obvykle probíhá ve vodorovném směru, takže vodní systémy zabírají velkou plochu, celkově vyžadují více prostoru a spotřebují více elektřiny.

Zásady při výběru

Inovace v technologiích rozpouštědel se na trh jen hrnou. Chemours (nová dceřinná firma společnosti DuPont), 3M, Honeywell, MicroCare, Solvay a další, všechny nabízející ekologicky inovativní čisticí kapaliny, které velmi dobře fungují. Mnoho firem začíná zjišťovat, že správně nakonfigurovaný parní odmašťovač pracující s těmito novými kapalinami je velmi šetrný k životnímu prostředí a zároveň může poskytovat konzistentní a spolehlivé čištění, často s nejnižšími celkovými náklady.

Výběr čisticího systému je velmi náročný a pro správné rozhodnutí je potřeba znát vstupní i výstupní parametry celého procesu. Prvním a nejdůležitějším vstupem je znečištění.

Výrobci potřebují přesně znát původ, vlastnosti a chování nečistot, které se snaží odstranit. Například tradiční kalafunová tavidla použitá na obvodových deskách vyžadují k vyčištění zcela jiné chemické procesy než dnešní nová bezolovnatá tavidla a pasty.

Firmy dnes mohou nové čisticí kapaliny velmi snadno testovat. Při těchto testech se obvykle odebere standardní vzorek znečištěných součástí a odešle se do chemické laboratoře. Ta potom navrhne ideální čisticí proces. Každý seriózní dodavatel by měl být ochoten a schopen provést alespoň minimální počet testů. Měl by dodat podrobnou písemnou zprávu, přičemž se tyto služby často poskytují zdarma.

Následující závěr se může zdát samozřejmý, ale přesto je dobré ho zdůraznit: rozhodnutí týkající se výběru chemických látek, technologických zařízení a procesů musí být provedena současně. O těchto věcech nelze rozhodovat odděleně. Použité chemické látky, zařízení a procesy je nutné sladit dohromady jako nástroje v orchestru.

Shrnutí

Ve většině odvětví působí tři významné trendy: pokračující miniaturizace součástek, potřeba chránit lidské zdraví i životní prostředí a nutnost minimalizovat výrobní náklady při současném zvýšení kvality. Abychom se dokázali tomuto měnícímu se světu přizpůsobit, potřebujeme co nejuniverzálnější, nejpružnější a nejméně rizikové řešení, které bude splňovat všechny požadavky na kritické čištění. A tím je právě čištění rozpouštědly pomocí procesu odmašťování v parách.

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik