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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(shí),揮發(fā)性組分的總含量為70%～80%。這些有機(jī)溶劑所揮發(fā)的氣體,通過呼吸進(jìn)入人體內(nèi),對人體的肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)造成損害;有機(jī)化合物排放到大氣中,與氮氧化物反應(yīng),發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),形成光化學(xué)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(dòng)衛(wèi)生法”、“有機(jī)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(jī)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)中,對VOCs廢氣的排放作了嚴(yán)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(dá)到降低VOCs揮發(fā)量和減少污染的目的;同時(shí)可以回收溶劑資源,這點(diǎn)已經(jīng)被實(shí)踐證明。

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國內(nèi)某包裝印刷廠現(xiàn)有6臺(tái)包裝材料印刷機(jī),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(fēng)窗以及設(shè)在車間外墻上的軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)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(jī)溶劑廢氣未加集氣罩和排氣管道,直接從印刷機(jī)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(dāng)?shù)丨h(huán)保局要求限期對廢氣進(jìn)行治理。

對生產(chǎn)過程中有機(jī)溶劑消耗量的物料平衡進(jìn)行分析和估算,同時(shí)對原車間內(nèi)和印刷機(jī)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(biāo)準(zhǔn),其中尤其以甲苯超標(biāo)嚴(yán)重。所以要考慮對印刷過程產(chǎn)生的有機(jī)廢氣進(jìn)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(shí)局部通風(fēng)特點(diǎn),按照《涂裝作業(yè)安全規(guī)程2涂漆工藝安全及通風(fēng)凈化》(GB651421995)和《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ5001922003)的要求,首先確定印刷機(jī)的局部排風(fēng)系統(tǒng)組成,包括局部排風(fēng)罩、風(fēng)管、風(fēng)機(jī)、凈化與回收設(shè)備等。設(shè)計(jì)方案的主要思路為:在系統(tǒng)設(shè)備簡單、運(yùn)行可靠、投資合理的原則下,盡量回收有機(jī)溶劑,同時(shí)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(jī)上部的實(shí)際情況,采用局部排風(fēng)的方式捕集有害氣體,它具有以較小風(fēng)量有效控制VOCs廢氣收集效果好和經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。針對該車間廢氣均為VOCs氣體且排放量大的特點(diǎn),經(jīng)方案論證,采用活性炭纖維回收大部分有機(jī)溶劑?；厥諆艋に嚵鞒虨?廢氣經(jīng)集氣罩進(jìn)入阻火器、廢氣預(yù)處理設(shè)備,再經(jīng)過ACF裝置處理后由風(fēng)機(jī)排放,系統(tǒng)工藝流程如下:

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2.1.1風(fēng)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(jī)廢氣收集到一起,進(jìn)行集中處理,同時(shí)又能夠滿足有關(guān)有機(jī)廢氣通風(fēng)對濃度等方面的安全要求,通過計(jì)算和核定,6臺(tái)印刷機(jī)的排氣量按6×10000=60000m3/h為設(shè)計(jì)風(fēng)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(tái)印刷機(jī),印刷機(jī)的尺寸為1315×317×4m(高);根據(jù)印刷時(shí)產(chǎn)生的VOCs氣體的危險(xiǎn)度和所需要的風(fēng)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(fēng)量,同時(shí),廢氣濃度不能超過有機(jī)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(fù)壓上排式局部集氣罩,考慮到有害氣體的擴(kuò)散方向是向上和四周的特點(diǎn),對不影響生產(chǎn)的敞開部位進(jìn)行密閉,確定集氣罩吸風(fēng)口到廢氣產(chǎn)生部位的距離在1m左右,對VOCs氣體的捕集點(diǎn)適宜的風(fēng)速取0.5～1m/s;每臺(tái)印刷機(jī)設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的局部集氣罩,通過支風(fēng)管匯集到排氣干管上,這樣可以做到對印刷機(jī)排氣的*有效收集,也改進(jìn)了印刷機(jī)的局部集氣罩的形式和收集方式,降低空氣在印刷機(jī)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(jì),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(jī),應(yīng)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(jìn)行處理。

2.1.4主管道設(shè)計(jì)

根據(jù)車間的實(shí)際情況,局部排氣主管道設(shè)置在距地面6.1m處(管底標(biāo)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(fēng)管管徑和風(fēng)速

根據(jù)采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范,用流速調(diào)節(jié)平衡的方法,按照管內(nèi)的風(fēng)速和排風(fēng)量,計(jì)算確定各臺(tái)印刷機(jī)吸入側(cè)的支、干管的管徑,然后計(jì)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(fēng)機(jī)和凈化設(shè)備。設(shè)置2臺(tái)(1用1備)防爆型風(fēng)機(jī)輸送廢氣,風(fēng)管采用圓形風(fēng)管,連接集氣罩和風(fēng)機(jī)以及ACF裝置。風(fēng)管用鍍鋅鋼板制作,風(fēng)機(jī)前管徑為1.5m,后管徑為1.4m,主干風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速為10m/s。

2.1.6ACF吸附裝置設(shè)計(jì)

6臺(tái)印刷機(jī)的排風(fēng)量都一樣,總排氣量大,必須選用適合處理大風(fēng)量VOCs廢氣的工藝和設(shè)備。據(jù)資料報(bào)道,采用ACF作為吸附劑,能夠快速吸附和脫附,適合用于大風(fēng)量VOCs廢氣治理。本項(xiàng)廢氣治理工程采用ACF有機(jī)廢氣回收凈化裝置,選用同一型號(hào)的10套ACF凈化裝置進(jìn)行組合。運(yùn)行時(shí)先用6臺(tái)吸附器進(jìn)行吸附操作,另3臺(tái)進(jìn)行脫附再生操作,1臺(tái)干燥備用。使用一定時(shí)間(30～60min)后,將6臺(tái)吸附器和3臺(tái)脫附器,1臺(tái)干燥備用的吸附器切換,這樣依次進(jìn)行吸附、脫附的反復(fù)輪換操作。正常情況下,保持6臺(tái)吸附器進(jìn)行吸附操作,3臺(tái)吸附器進(jìn)行脫附操作,溶劑回收設(shè)備與脫附操作同步運(yùn)行,采用目前的通用PLC程序進(jìn)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(xiàng)目具體的工程情況,同時(shí)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(jìn)行ACF的吸附裝置設(shè)計(jì)。

2.1.8阻火器與預(yù)處理設(shè)備設(shè)計(jì)

ACF裝置入口前設(shè)阻火器、風(fēng)量自動(dòng)控制及指示、濃度自動(dòng)控制及指示以及報(bào)警裝置。阻火器是利用傳熱和器壁效應(yīng)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(jì)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。