前在我國的包裝塑料基材等印刷過程中大量使用的溶劑型油墨,含有50%～60%的揮發(fā)性組分,如果加上調(diào)油墨粘度所需的稀釋劑,那么在印品干燥時,揮發(fā)性組分的總含量為70%～80%。這些有機溶劑所揮發(fā)的氣體,通過呼吸進入人體內(nèi),對人體的肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)造成損害;有機化合物排放到大氣中,與氮氧化物反應,發(fā)生光化學反應,形成光化學氧化劑而毀壞森林與破壞生態(tài)環(huán)境。一些國家制定了“勞動衛(wèi)生法”、“有機溶劑排放法”等一系列法規(guī)。我國在各種印刷過程及傳統(tǒng)耗材中存在VOCs排放造成污染問題,例如在包裝印刷廠的主要產(chǎn)品為各種塑料薄膜的印刷制品,在生產(chǎn)中大量使用彩色油墨和有機稀料,油墨用的稀料(溶劑)主要是甲苯、乙酸乙酯、丙酮及少量丁酮。這些溶劑在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中變?yōu)閂OCs廢氣大量排出。因此,對包裝印刷廠生產(chǎn)車間排出的VOCs廢氣必須采取有效的收集方法和凈化工藝進行處理。在我國的工作場所有害因素職業(yè)接觸限值和排放標準中,對VOCs廢氣的排放作了嚴格的規(guī)定,如表1所示。如果在印刷車間安裝合理的廢氣收集系統(tǒng)和溶劑回收裝置,可以達到降低VOCs揮發(fā)量和減少污染的目的;同時可以回收溶劑資源,這點已經(jīng)被實踐證明。
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國內(nèi)某包裝印刷廠現(xiàn)有6臺包裝材料印刷機,改造前沒有專門的廢氣收集系統(tǒng),生產(chǎn)所產(chǎn)生的VOCs氣體全部由車間頂部的自然通風窗以及設(shè)在車間外墻上的軸流風機進行車間的全面換氣,廢氣排放的收集方法不合理,造成車間內(nèi)無組織排放廢氣的外逸,在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量有機溶劑廢氣未加集氣罩和排氣管道,直接從印刷機頂(高出地面4m)和四周排放,車間內(nèi)空氣質(zhì)量極為惡劣,對廠區(qū)周圍的環(huán)境也造成了污染,引起周圍居民的不滿,為此,當?shù)丨h(huán)保局要求限期對廢氣進行治理。
對生產(chǎn)過程中有機溶劑消耗量的物料平衡進行分析和估算,同時對原車間內(nèi)和印刷機排放口的VOCs廢氣取樣檢測結(jié)果列于表2。從表2的數(shù)據(jù)看出,車間內(nèi)的VOCs廢氣濃度都已超過表1所引用的國家規(guī)定標準,其中尤其以甲苯超標嚴重。所以要考慮對印刷過程產(chǎn)生的有機廢氣進行回收和凈化處理。
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2印刷過程VOCs廢氣收集與凈化工藝
2.1廢氣收集與凈化工藝
根據(jù)印刷車間在生產(chǎn)時局部通風特點,按照《涂裝作業(yè)安全規(guī)程2涂漆工藝安全及通風凈化》(GB651421995)和《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》(GBJ5001922003)的要求,首先確定印刷機的局部排風系統(tǒng)組成,包括局部排風罩、風管、風機、凈化與回收設(shè)備等。設(shè)計方案的主要思路為:在系統(tǒng)設(shè)備簡單、運行可靠、投資合理的原則下,盡量回收有機溶劑,同時凈化有害氣體。根據(jù)車間空間較大、有害氣體排放集中在印刷機上部的實際情況,采用局部排風的方式捕集有害氣體,它具有以較小風量有效控制VOCs廢氣收集效果好和經(jīng)濟性好等優(yōu)點。針對該車間廢氣均為VOCs氣體且排放量大的特點,經(jīng)方案論證,采用活性炭纖維回收大部分有機溶劑。回收凈化工藝流程為:廢氣經(jīng)集氣罩進入阻火器、廢氣預處理設(shè)備,再經(jīng)過ACF裝置處理后由風機排放,系統(tǒng)工藝流程如下:
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2.1.1風量的確定
主要按照既能夠*大限度地把印刷過程產(chǎn)生的有機廢氣收集到一起,進行集中處理,同時又能夠滿足有關(guān)有機廢氣通風對濃度等方面的安全要求,通過計算和核定,6臺印刷機的排氣量按6×10000=60000m3/h為設(shè)計風量。
2.1.2集氣罩的形式
該印刷車間為單層工業(yè)建筑,廠房下玄高度為10m,車間內(nèi)有6臺印刷機,印刷機的尺寸為1315×317×4m(高);根據(jù)印刷時產(chǎn)生的VOCs氣體的危險度和所需要的風量,工藝上要求集氣罩內(nèi)廢氣溫度和濃度不能過高,以免管道內(nèi)發(fā)生粘結(jié),所以需保證一定的通風量,同時,廢氣濃度不能超過有機氣體爆炸下限濃度的25%。集氣罩為低懸半密閉罩,采用鍍鋅鋼板制作,罩口尺寸為1315m×411m。選擇了負壓上排式局部集氣罩,考慮到有害氣體的擴散方向是向上和四周的特點,對不影響生產(chǎn)的敞開部位進行密閉,確定集氣罩吸風口到廢氣產(chǎn)生部位的距離在1m左右,對VOCs氣體的捕集點適宜的風速取0.5～1m/s;每臺印刷機設(shè)置一個單獨的局部集氣罩,通過支風管匯集到排氣干管上,這樣可以做到對印刷機排氣的*有效收集,也改進了印刷機的局部集氣罩的形式和收集方式,降低空氣在印刷機烘干裝置中的速度,減少空氣用量,減少溶劑消耗。排氣收集系統(tǒng)的合理設(shè)計,并可節(jié)省能源30%～50%。
2.1.3廢氣處理
為了降低VOCs的揮發(fā)量,對溶劑含量高并且油墨用量大的印刷機,應該考慮印刷過程中對溶劑產(chǎn)品的在線回收利用,我們采用活性炭纖維回收凈化裝置對廢氣進行處理。
2.1.4主管道設(shè)計
根據(jù)車間的實際情況,局部排氣主管道設(shè)置在距地面6.1m處(管底標高),將處理VOCs氣體的ACF吸附回收設(shè)備布置在車間外面。
2.1.5風管管徑和風速
根據(jù)采暖通風設(shè)計規(guī)范,用流速調(diào)節(jié)平衡的方法,按照管內(nèi)的風速和排風量,計算確定各臺印刷機吸入側(cè)的支、干管的管徑,然后計算從集氣罩到ACF凈化設(shè)備出口的空氣壓力損失,按照要求選擇合理的風機和凈化設(shè)備。設(shè)置2臺(1用1備)防爆型風機輸送廢氣,風管采用圓形風管,連接集氣罩和風機以及ACF裝置。風管用鍍鋅鋼板制作,風機前管徑為1.5m,后管徑為1.4m,主干風管內(nèi)風速為10m/s。
2.1.6ACF吸附裝置設(shè)計
6臺印刷機的排風量都一樣,總排氣量大,必須選用適合處理大風量VOCs廢氣的工藝和設(shè)備。據(jù)資料報道,采用ACF作為吸附劑,能夠快速吸附和脫附,適合用于大風量VOCs廢氣治理。本項廢氣治理工程采用ACF有機廢氣回收凈化裝置,選用同一型號的10套ACF凈化裝置進行組合。運行時先用6臺吸附器進行吸附操作,另3臺進行脫附再生操作,1臺干燥備用。使用一定時間(30～60min)后,將6臺吸附器和3臺脫附器,1臺干燥備用的吸附器切換,這樣依次進行吸附、脫附的反復輪換操作。正常情況下,保持6臺吸附器進行吸附操作,3臺吸附器進行脫附操作,溶劑回收設(shè)備與脫附操作同步運行,采用目前的通用PLC程序進行控制。
2.1.7吸附條件的確定
ACF吸附回收的關(guān)鍵是控制吸附床的溫度、氣體流速和床層高度,一般床層溫度越低則回收凈化程度越高。我們結(jié)合該項目具體的工程情況,同時考慮到工業(yè)裝置與小試的差異,我們選擇了吸附床的溫度35℃左右,吸附床層高度為150mm,對VOCs氣體的去除率控制在80%左右,進行ACF的吸附裝置設(shè)計。
2.1.8阻火器與預處理設(shè)備設(shè)計
ACF裝置入口前設(shè)阻火器、風量自動控制及指示、濃度自動控制及指示以及報警裝置。阻火器是利用傳熱和器壁效應熄滅火焰、防止回火的設(shè)備,按結(jié)構(gòu)型式分為金屬網(wǎng)型、波紋型、多孔板型、填充型和水封型等。本方案中設(shè)計為金屬網(wǎng)型,材料采用直徑為1mm的70目的鋼絲網(wǎng)10～20層放置。
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