软包装印刷车间VOCs治理技术路线规划!

发布时间:2020-04-22 08:45:00

包装印刷行业的VOCs排放主要集中在印刷、干燥、配制、清洗等生产过程中。它主要来源于油墨、粘合剂、涂料溶液、喷泉溶液、洗车水、溶剂等含VOCs物质的自然挥发和干燥挥发,软包装印刷是VOCs排放的主要方式,估计超过120万吨/年。

包装印刷行业的VOCs排放主要集中在印刷、干燥、配制、清洗等生产过程中。它主要来源于油墨、粘合剂、涂料溶液、喷泉溶液、洗车水、溶剂等含VOCs物质的自然挥发和干燥挥发,软包装印刷是VOCs排放的主要方式,估计超过120万吨/年。

包装印刷行业被国家列为VOCs排放收费试点行业。软包装印刷业面临着巨大的环境压力。软包装行业VOCs治理是一项系统工程。软包装印刷废气具有以下特点:废气体积大,浓度低;废气体积和浓度变化大;启动和更换时间不固定;溶剂组成复杂多变;有许多不受控制的部分,包括油墨罐密封、烘箱密封、车间环境气流方向、车辆温度等,因此,包装印刷行业VOCs废气处理条件极其复杂。20世纪90年代以来,我国大多数软包装从业者和相关学者都在探索VOCs废气处理的技术路线,经历了活性炭吸附、溶剂回收、催化燃烧、转轮+RTO、等离子体分解、光催化分解等多种技术,等等,这些处理技术要么达不到标准,要么消耗大量能源,要么产生二次污染,没有取得良好的经济效益和社会效益,也没有得到软包装印刷行业用户的认可。

在中国印刷工业与设备协会VOCs防治污染委员会的大力倡导和推动下,软包装印刷VOCs排放控制采用“减风增浓+RTO”技术路线,取得了巨大成功,有效控制了VOCs的排放,实现了环保标准和节能降耗的双重效益,包装印刷行业从业人员认为,VOCs治理已经到了相对成熟的阶段。

但通过对30多家软包装企业的实际案例跟踪发现,“减风增浓+RTO”技术路线有效解决了包装印刷车间有组织废气的净化问题,对无组织废气的处理效果甚微在印刷车间。如何全面解决软包装印刷车间无组织VOCs排放问题,已成为一个新的探索课题。

笔者参与了国内20多家软包装企业的VOCs废气处理项目,在参与过程中获得了大量数据,也总结了很多VOCs处理经验。结合十多年的印刷机设计经验,规划了一套软包装印刷车间无组织VOCs控制的技术路线,希望能给国内软包装企业带来一些启示。本文以某标准软包装印刷车间为例进行了计算说明。车间设有4台10色印刷机,速度200米/分钟,2台烘干机,速度150米/分钟,所有车间均为封闭式空调。

车间总平面规划

本柔性包装印刷车间的环保处理要求为:满足管道废气及VOCs排放标准50mg/m3、GMP认证及净化要求、工业生产企业节能降耗要求。

印刷车间物流通道设计在印刷机两侧,通道宽度为6米,印刷机操作侧设计有3米宽的流道,印刷机背靠背放置。车间的尽头放着两台烘干机。

车间环境无组织气流管理与收集

本车间按GMP要求建设,为10万级净化车间。根据GMP标准第48条,洁净区、非洁净区和不同级别洁净区之间的压差不小于10pa,不同功能区之间应保持适当的坡度。印刷车间物流通道设计为空调恒温正压区,印刷车间人流通道设计为温度正压区,印刷机和印刷机后部设计为高温以及负压区。正压区为进气区,负压区为排气区。这样,整个车间的静态气流从印刷机的四面流向印刷机的后部。当然,排风、设备运行、人员移动等都会对气流方向形成干扰。在印刷机周围做隔热隔板,并将印刷机密封,如图所示。

隔板外的通道区形成+10Pa的正压区,隔板内形成-10Pa的负压区,隔板外的空调气流通过隔板间隙进入隔板。由于印刷机不断地从墨槽下部和烘箱间隙吸入大量无组织气流,印刷机后部是负压区。空调连续进风口使印刷机周围形成正压区,可以很好地控制无组织VOCs废气的扩散。由于GMP要求车间内有正压,部分空气会通过车间门窗溢出。由于金额较小,此方案被忽略。

实际上,印刷机烘箱不可能有绝对负压,进出口总会有一些废气溢出。但是,这部分废气的浓度在3.5g/m3-5g/m3之间,这是因为它已经通过减风浓缩。在笔者的实际测量中,由于不同类型的印刷机,该部分的废气溢出量差别很大,最多可达100m3/h,最少可达30m3/h,相当于每一色组每小时释放到车间的VOCs为100-500g/h;同时,虽然油墨罐下部设有LEL空气还原浓缩系统,用于排风和抽风,但根据大量的测量数据和正态分布计算,仍有部分溶剂挥发到车间,这部分每种颜色组的VOCs每小时释放到车间50-200g/h;因此,每台印刷机将1500-7000g/h的VOCs带入车间,逸散到车间成为无组织废气。干回收机也一样,进料口和出料口均为200m3/h,最小为50m3/h,相当于每台干回收机每小时释放225-1100g/hvocs到车间;同时胶罐溶剂挥发到车间,约为100-600g/hvocs;因此每台干回收机给车间带来325-1700g/hvocs无组织废气,车间无组织废气总量约为7-32kg/h。

总结

在减少风和提高浓度后,软包装印刷车间的臭气和安全风险将比以前显著增加。如何有效控制臭味和安全风险难度更大,涉及建筑设计、工厂布局、暖通空调、净化、流体等多学科交叉,以及印刷机油墨设计、烘箱设计、场地封闭和气流组织等。本文根据自己的经验和相关计算,提出了包装印刷车间VOCs综合管理的解决方案。希望更多的企业和学者继续深入研究包装印刷VOCs的治理问题,提高行业治理水平。