軟包裝干復(fù)系統(tǒng)中VOCs廢氣處理的工程實(shí)踐

1、軟包裝干復(fù)系統(tǒng)中VOCs廢氣處理的工程實(shí)踐王知兵 楊昌達(dá) （中國(guó)電器科學(xué)研究院有限公司 廣州 510300）VOCs treatment practicing in dry lamination of soft-packagingWang Zhibing Yang Changda ( China National Electric Apparatus Research Institute )摘要：介紹了一套完整的VOCs處理工藝，包括吸附脫附系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、膜分離提純系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)踐數(shù)據(jù)分析，說(shuō)明了該工藝在軟包裝干復(fù)系統(tǒng)的應(yīng)用具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：干復(fù) 揮發(fā)性有機(jī)溶

2、劑 回收 處理Abstract: Introduces a integrated technological process for VOCs treatment, including adsorption-desorption system, distillation system, membrane separation and purification systems, wastewater treatment system. Through the analysis of practice data, indicates the great environmental and econ

3、omic value, as the application of the technological process in dry lamination of soft-packaging.Key words: dry lamination、VOCs、recycle、treatment隨著我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，產(chǎn)品的包裝印刷需求也日益增長(zhǎng)。據(jù)國(guó)家新聞出版總署的統(tǒng)計(jì)資料顯示，2009年全國(guó)的包裝印刷企業(yè)有43384家1。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)包裝印刷業(yè)每年使用的有機(jī)溶劑量則超過(guò)40萬(wàn)噸，其消耗主要發(fā)生在印刷工藝和干式復(fù)合工藝，這些有機(jī)溶劑最后在烘道的干燥過(guò)程中幾乎全部揮發(fā)并排放到大氣中，不但造成

4、資源極大浪費(fèi)，而且對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。針對(duì)包裝印刷行業(yè)VOCs排放和治理的特點(diǎn)，中國(guó)電器科學(xué)研究院本課題組毛海榮高級(jí)工程師等人經(jīng)長(zhǎng)期探索和研究2，開(kāi)發(fā)了一套VOCs廢氣處理集成工藝，應(yīng)用于軟包裝印刷干復(fù)過(guò)程中，在實(shí)現(xiàn)了廢氣處理達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了揮發(fā)性機(jī)溶劑的回收。1.工藝介紹此工藝共由4個(gè)系統(tǒng)組成，即吸附脫附系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、膜分離系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)。尾氣進(jìn)入吸附脫附系統(tǒng)進(jìn)行吸附后排放，吸附脫附系統(tǒng)脫附解析產(chǎn)生的油相進(jìn)入膜分離系統(tǒng)脫水后以成品油輸出回用，而吸附脫附系統(tǒng)脫附解析產(chǎn)生的水相進(jìn)入精餾系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)精餾產(chǎn)生的油相進(jìn)入吸附脫附系統(tǒng)的靜置分離，精餾系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水則進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)生化處

5、理達(dá)標(biāo)后排放。具體關(guān)系流程見(jiàn)圖1。圖1.工藝組成系統(tǒng)之間關(guān)系圖1.1吸附脫附系統(tǒng)吸附脫附系統(tǒng)的功能是利用吸附材料實(shí)現(xiàn)VOCs氣體的吸附富集，再利用高溫蒸汽實(shí)現(xiàn)富集溶劑的脫附解析，得到液態(tài)的溶劑。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)分為吸附和脫附兩個(gè)流程，采用多個(gè)吸附床吸附同時(shí)一個(gè)吸附床脫附的工作方式。吸附時(shí)，含VOCs的尾氣先經(jīng)前處理床預(yù)處理，然后經(jīng)過(guò)表冷器降溫后，進(jìn)入吸附床，在吸附床內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)氣體被吸附材料吸附，被凈化的氣體排放到大氣。當(dāng)吸附床內(nèi)吸附材料吸附接近飽和時(shí)，該吸附床進(jìn)入脫附流程。脫附時(shí)，向吸附床通入高溫蒸汽，被吸附的有機(jī)溶劑分子在高溫蒸汽的作用下從吸附材料中脫附出來(lái)。脫附后的有機(jī)氣體經(jīng)過(guò)兩級(jí)冷凝器由氣態(tài)

6、冷凝為液態(tài)。由于有機(jī)溶劑在水中的溶解度較低，冷凝下來(lái)的液體經(jīng)過(guò)分離槽靜止后，分成油相層和水相層。油相層含水率約為3，水相層含酯率約為8。具體流程見(jiàn)圖2。圖2.吸附脫附工藝流程圖2.2精餾系統(tǒng)精餾系統(tǒng)的功能是利用有機(jī)溶劑和水的沸點(diǎn)的差異，將水相中的有機(jī)溶劑提取出來(lái)。在精餾過(guò)程中，水相先與塔釜排液換熱，預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔，精餾塔通過(guò)高溫蒸汽加熱，高沸點(diǎn)的水落入塔釜的過(guò)程中不斷得得到提純，水中的乙酸乙酯越來(lái)越少，通過(guò)排料泵排到廢水處理子系統(tǒng)。低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑往塔頂去的過(guò)程中不斷的富集，然后進(jìn)入冷凝器冷凝，冷凝液經(jīng)過(guò)靜止分離后又變成油相和水相。在精餾過(guò)程中，采用負(fù)壓精餾工藝。使用真空泵將系統(tǒng)抽成真空，形

7、成負(fù)壓，負(fù)壓精餾能提升有機(jī)溶劑的傳質(zhì)動(dòng)力，減少塔釜排出廢水中有機(jī)溶劑的含量，降低后續(xù)廢水處理的負(fù)荷；同時(shí)能降低有機(jī)溶劑沸點(diǎn)，提高成品品質(zhì)3。具體流程圖見(jiàn)圖3。圖3.精餾系統(tǒng)流程圖2.3膜分離提純系統(tǒng)膜分離提純系統(tǒng)的功能是利用汽化滲透膜脫除溶劑中的水分，實(shí)現(xiàn)有機(jī)溶劑的提純。提純過(guò)程中，油相先經(jīng)過(guò)換熱器1利用出料溶劑預(yù)熱，預(yù)熱后經(jīng)加熱器1加熱到指定溫度，進(jìn)入汽化膜脫水，由于水分汽化吸熱，導(dǎo)致溫度降低，再經(jīng)加熱器2補(bǔ)充熱量加熱到相同溫度，進(jìn)入第二套汽化膜再進(jìn)行脫水。脫水后溶劑與進(jìn)料溶劑換熱降溫后，再經(jīng)冷卻水換熱降溫達(dá)到常溫，以成品形式排出。如果此時(shí)檢測(cè)溶劑含水率仍較高，可不將溶劑排出，繼續(xù)進(jìn)行內(nèi)部循

8、環(huán)直至溶劑含水率滿(mǎn)足使用要求。詳細(xì)流程見(jiàn)圖4。圖4.膜分離提純流程圖2.4廢水處理系統(tǒng)經(jīng)過(guò)精餾排放的廢水中COD為6000mg/L，還不能達(dá)到廢水的綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，需要經(jīng)過(guò)處理后才能達(dá)標(biāo)排放。廢水先進(jìn)入閃發(fā)罐蒸出部分有機(jī)溶劑，然后進(jìn)入調(diào)質(zhì)緩沖罐進(jìn)行pH調(diào)節(jié)和增加生化所需的營(yíng)養(yǎng)組分。經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)的廢水先進(jìn)入?yún)捬醭貐捬醮x預(yù)處理后，再進(jìn)入SBR池，在SBR池經(jīng)過(guò)曝氣、沉淀、潷水環(huán)節(jié)后達(dá)標(biāo)排放。詳細(xì)流程見(jiàn)圖5。圖5.廢水處理流程圖3.工程實(shí)踐數(shù)據(jù)我們?yōu)橐患野b印刷廠安裝了一套VOCs處理設(shè)備，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)檢測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)該設(shè)備的實(shí)際處理效果較好，達(dá)到了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)目的和社會(huì)目的。檢測(cè)數(shù)據(jù)如下3.1吸附床

9、處理能力我們通過(guò)定期采樣，對(duì)吸附床的進(jìn)出風(fēng)中的VOCs濃度進(jìn)行測(cè)量。采用皮托管的風(fēng)速測(cè)定方法進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量，計(jì)算出風(fēng)量。數(shù)據(jù)如表1，從一個(gè)小時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中可以看出吸附床對(duì)VOCs的吸附率全維持在80%以上，平均去除率達(dá)到了90.83%。表數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，保證吸附時(shí)間內(nèi)，排氣濃度小于120mg/m3表1.吸附床進(jìn)出風(fēng)VOCs濃度表時(shí)間（min）進(jìn)風(fēng)濃度（mg/m³）A1床出口濃度（mg/m³）A2床出口濃度（mg/m³）A3床出口濃度（mg/m³）去除率（%）0289600脫附過(guò)程100.00 52448160脫附過(guò)程99.67 102496640脫附過(guò)程98.

10、72 1527361120脫附過(guò)程97.95 202688脫附過(guò)程00100.00 252672脫附過(guò)程32099.40 302512脫附過(guò)程80098.41 352560脫附過(guò)程96098.13 4025920脫附過(guò)程3299.38 4525280脫附過(guò)程4899.05 5027360脫附過(guò)程9698.25 5524640脫附過(guò)程11897.61 注：表1中，脫附過(guò)程系統(tǒng)不對(duì)大氣環(huán)境排風(fēng)，故無(wú)VOCs排放濃度的數(shù)據(jù)。從表1可以看出，015分鐘內(nèi)，A3在脫附，A1和A2在吸附，；在2035分鐘內(nèi)，換成A1脫附，A2和A3在脫附。三個(gè)吸附床如此交替吸附脫附。每個(gè)吸附床在吸附的前30分鐘內(nèi)，排放濃

11、度都小于120mg/m3，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。每個(gè)吸附床在吸附的前15分鐘內(nèi)，出口濃度為0，說(shuō)明了此時(shí)吸附材料未被穿透。而在15-30分鐘內(nèi)，雖然有VOCs穿過(guò)吸附材料，但是排放濃度基本仍在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。在課題組前期試驗(yàn)中表明，隨著吸附時(shí)間，排放濃度會(huì)突躍增長(zhǎng)。因此，將吸附時(shí)間設(shè)定為30分鐘是基于經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩方面考慮制定的最佳吸附時(shí)間。3.2膜分離提純系統(tǒng)脫水能力為分析提純脫水系統(tǒng)的脫水能力，對(duì)提純系統(tǒng)的進(jìn)料和出料的水分含量進(jìn)行了定時(shí)的檢測(cè)。水分含量的分析方法采用國(guó)標(biāo)卡爾費(fèi)休法。提純脫水系統(tǒng)工藝控制條件為，進(jìn)料流量300320L/h，冷凝器控制溫度為-5，進(jìn)料箱乙酸乙酯量為1000L。膜分離系統(tǒng)

12、進(jìn)出料含水率數(shù)據(jù)如表2，從數(shù)據(jù)看出，系統(tǒng)運(yùn)行10小時(shí)，乙酸乙酯可達(dá)到習(xí)慣使用標(biāo)準(zhǔn)，含水率即低于0.2%，運(yùn)行16個(gè)小時(shí)含水率即可低于0.1%。表2.膜分離系統(tǒng)進(jìn)出料含水率數(shù)據(jù)表時(shí)間進(jìn)料含水率（%）出料含水率（%）12:003.0560.62013:002.2000.63614:001.7000.58115:001.3000.52416:001.0000.47917:000.8000.42218:000.6000.38119:000.4000.33420:000.4000.25021:000.3630.23322:000.3020.19723:000.2620.1530:000.2300.138

13、1:000.1990.1202:000.1900.1133:000.1880.1034:000.1880.0953.3廢水處理系統(tǒng)處理能力廢水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的進(jìn)出水水質(zhì)采用國(guó)標(biāo)法進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)分析，分析數(shù)據(jù)如表3，從采樣的水質(zhì)數(shù)據(jù)可以看出，廢水處理系統(tǒng)有良好的處理效果，出水水質(zhì)達(dá)到了項(xiàng)目環(huán)評(píng)的水質(zhì)排放要求。水量表3.進(jìn)出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)進(jìn)水(mg/L)出水(mg/L)BOD3950200COD65403803.4工藝系統(tǒng)VOCs回收能力對(duì)工藝系統(tǒng)在一段運(yùn)行時(shí)間內(nèi)回收的溶劑進(jìn)行計(jì)量稱(chēng)重，數(shù)據(jù)如表4，從數(shù)據(jù)可以看出一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)使用的溶劑的回收效率達(dá)到了86.09%。數(shù)據(jù)中

14、出現(xiàn)了部分工作日回收效率超過(guò)100%，是非連續(xù)出料和稱(chēng)重造成，即可能當(dāng)天回收的溶劑在第二天出料稱(chēng)重造成，非系統(tǒng)誤差，是合理數(shù)據(jù)。 表4.工藝系統(tǒng)揮發(fā)性溶劑回收數(shù)據(jù)表日期使用溶劑量（kg）回收溶劑量（kg）回收率(%)總回收率(%)4月10日166073574.40 86.094月1172 4月12日1867107557.58 4月1397 4月14日190360068.79 4月17日80667083.13 4月18日1547132085.33 4月19日1866141575.83 注：表4中，數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)間段內(nèi)，系統(tǒng)有3天時(shí)間停機(jī)，故時(shí)間不連續(xù)。4.總結(jié)整套工藝流程設(shè)置合理，通過(guò)將吸附脫附系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、膜分離提純系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)每種物料在工藝內(nèi)部子系統(tǒng)的合理流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了尾氣達(dá)標(biāo)處理排放的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了揮發(fā)性溶劑的回收，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水也實(shí)現(xiàn)了處理達(dá)標(biāo)排放。從工藝實(shí)際應(yīng)用得到的數(shù)據(jù)可以看出，