軟包裝干復(fù)系統(tǒng)中VOCs廢氣處理的工程實踐

1、軟包裝干復(fù)系統(tǒng)中VOCs廢氣處理的工程實踐王知兵 楊昌達 （中國電器科學(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)。通過實踐數(shù)據(jù)分析，說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)濟效益。關(guān)鍵詞：干復(fù) 揮發(fā)性有機溶

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隨著我國整體經(jīng)濟的快速發(fā)展，產(chǎn)品的包裝印刷需求也日益增長。據(jù)國家新聞出版總署的統(tǒng)計資料顯示，2009年全國的包裝印刷企業(yè)有43384家1。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國包裝印刷業(yè)每年使用的有機溶劑量則超過40萬噸，其消耗主要發(fā)生在印刷工藝和干式復(fù)合工藝，這些有機溶劑最后在烘道的干燥過程中幾乎全部揮發(fā)并排放到大氣中，不但造成

4、資源極大浪費，而且對大氣環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。針對包裝印刷行業(yè)VOCs排放和治理的特點，中國電器科學(xué)研究院本課題組毛海榮高級工程師等人經(jīng)長期探索和研究2，開發(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)過程中，在實現(xiàn)了廢氣處理達標(biāo)排放的同時實現(xiàn)了揮發(fā)性機溶劑的回收。1.工藝介紹此工藝共由4個系統(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)。尾氣進入吸附脫附系統(tǒng)進行吸附后排放，吸附脫附系統(tǒng)脫附解析產(chǎn)生的油相進入膜分離系統(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)生的水相進入精餾系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)精餾產(chǎn)生的油相進入吸附脫附系統(tǒng)的靜置分離，精餾系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水則進入廢水處理系統(tǒng)生化處

5、理達標(biāo)后排放。具體關(guān)系流程見圖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現(xiàn)VOCs氣體的吸附富集，再利用高溫蒸汽實現(xiàn)富集溶劑的脫附解析，得到液態(tài)的溶劑。系統(tǒng)運行時分為吸附和脫附兩個流程，采用多個吸附床吸附同時一個吸附床脫附的工作方式。吸附時，含VOCs的尾氣先經(jīng)前處理床預(yù)處理，然后經(jīng)過表冷器降溫后，進入吸附床，在吸附床內(nèi)揮發(fā)性有機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，該吸附床進入脫附流程。脫附時，向吸附床通入高溫蒸汽，被吸附的有機溶劑分子在高溫蒸汽的作用下從吸附材料中脫附出來。脫附后的有機氣體經(jīng)過兩級冷凝器由氣態(tài)

6、冷凝為液態(tài)。由于有機溶劑在水中的溶解度較低，冷凝下來的液體經(jīng)過分離槽靜止后，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)的功能是利用有機溶劑和水的沸點的差異，將水相中的有機溶劑提取出來。在精餾過程中，水相先與塔釜排液換熱，預(yù)熱后進入精餾塔，精餾塔通過高溫蒸汽加熱，高沸點的水落入塔釜的過程中不斷得得到提純，水中的乙酸乙酯越來越少，通過排料泵排到廢水處理子系統(tǒng)。低沸點的有機溶劑往塔頂去的過程中不斷的富集，然后進入冷凝器冷凝，冷凝液經(jīng)過靜止分離后又變成油相和水相。在精餾過程中，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)壓精餾能提升有機溶劑的傳質(zhì)動力，減少塔釜排出廢水中有機溶劑的含量，降低后續(xù)廢水處理的負(fù)荷；同時能降低有機溶劑沸點，提高成品品質(zhì)3。具體流程圖見圖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，實現(xiàn)有機溶劑的提純。提純過程中，油相先經(jīng)過換熱器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補充熱量加熱到相同溫度，進入第二套汽化膜再進行脫水。脫水后溶劑與進料溶劑換熱降溫后，再經(jīng)冷卻水換熱降溫達到常溫，以成品形式排出。如果此時檢測溶劑含水率仍較高，可不將溶劑排出，繼續(xù)進行內(nèi)部循

8、環(huán)直至溶劑含水率滿足使用要求。詳細流程見圖4。圖4.膜分離提純流程圖2.4廢水處理系統(tǒng)經(jīng)過精餾排放的廢水中COD為6000mg/L，還不能達到廢水的綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，需要經(jīng)過處理后才能達標(biāo)排放。廢水先進入閃發(fā)罐蒸出部分有機溶劑，然后進入調(diào)質(zhì)緩沖罐進行pH調(diào)節(jié)和增加生化所需的營養(yǎng)組分。經(jīng)過調(diào)質(zhì)的廢水先進入?yún)捬醭貐捬醮x預(yù)處理后，再進入SBR池，在SBR池經(jīng)過曝氣、沉淀、潷水環(huán)節(jié)后達標(biāo)排放。詳細流程見圖5。圖5.廢水處理流程圖3.工程實踐數(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)過一段時間的數(shù)據(jù)檢測，我們發(fā)現(xiàn)該設(shè)備的實際處理效果較好，達到了預(yù)期的經(jīng)濟目的和社會目的。檢測數(shù)據(jù)如下3.1吸附床

9、處理能力我們通過定期采樣，對吸附床的進出風(fēng)中的VOCs濃度進行測量。采用皮托管的風(fēng)速測定方法進行風(fēng)速測量，計算出風(fēng)量。數(shù)據(jù)如表1，從一個小時監(jiān)測數(shù)據(jù)中可以看出吸附床對VOCs的吸附率全維持在80%以上，平均去除率達到了90.83%。表數(shù)據(jù)進行修改，保證吸附時間內(nèi)，排氣濃度小于120mg/m3表1.吸附床進出風(fēng)VOCs濃度表時間（min）進風(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脫附過程100.00 52448160脫附過程99.67 102496640脫附過程98.

10、72 1527361120脫附過程97.95 202688脫附過程00100.00 252672脫附過程32099.40 302512脫附過程80098.41 352560脫附過程96098.13 4025920脫附過程3299.38 4525280脫附過程4899.05 5027360脫附過程9698.25 5524640脫附過程11897.61 注：表1中，脫附過程系統(tǒng)不對大氣環(huán)境排風(fēng)，故無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。三個吸附床如此交替吸附脫附。每個吸附床在吸附的前30分鐘內(nèi)，排放濃

11、度都小于120mg/m3，達到了標(biāo)準(zhǔn)要求。每個吸附床在吸附的前15分鐘內(nèi)，出口濃度為0，說明了此時吸附材料未被穿透。而在15-30分鐘內(nèi)，雖然有VOCs穿過吸附材料，但是排放濃度基本仍在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。在課題組前期試驗中表明，隨著吸附時間，排放濃度會突躍增長。因此，將吸附時間設(shè)定為30分鐘是基于經(jīng)濟和環(huán)保兩方面考慮制定的最佳吸附時間。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，對提純系統(tǒng)的進料和出料的水分含量進行了定時的檢測。水分含量的分析方法采用國標(biāo)卡爾費休法。提純脫水系統(tǒng)工藝控制條件為，進料流量300320L/h，冷凝器控制溫度為-5，進料箱乙酸乙酯量為1000L。膜分離系統(tǒng)

12、進出料含水率數(shù)據(jù)如表2，從數(shù)據(jù)看出，系統(tǒng)運行10小時，乙酸乙酯可達到習(xí)慣使用標(biāo)準(zhǔn)，含水率即低于0.2%，運行16個小時含水率即可低于0.1%。表2.膜分離系統(tǒng)進出料含水率數(shù)據(jù)表時間進料含水率（%）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)定運行后，對系統(tǒng)運行的進出水水質(zhì)采用國標(biāo)法進行水質(zhì)檢測分析，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)達到了項目環(huán)評的水質(zhì)排放要求。水量表3.進出水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表水質(zhì)檢測項進水(mg/L)出水(mg/L)BOD3950200COD65403803.4工藝系統(tǒng)VOCs回收能力對工藝系統(tǒng)在一段運行時間內(nèi)回收的溶劑進行計量稱重，數(shù)據(jù)如表4，從數(shù)據(jù)可以看出一段時間內(nèi)，對使用的溶劑的回收效率達到了86.09%。數(shù)據(jù)中

14、出現(xiàn)了部分工作日回收效率超過100%，是非連續(xù)出料和稱重造成，即可能當(dāng)天回收的溶劑在第二天出料稱重造成，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)測量時間段內(nèi)，系統(tǒng)有3天時間停機，故時間不連續(xù)。4.總結(jié)整套工藝流程設(shè)置合理，通過將吸附脫附系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、膜分離提純系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)有機組合，實現(xiàn)每種物料在工藝內(nèi)部子系統(tǒng)的合理流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了尾氣達標(biāo)處理排放的同時實現(xiàn)了揮發(fā)性溶劑的回收，對系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水也實現(xiàn)了處理達標(biāo)排放。從工藝實際應(yīng)用得到的數(shù)據(jù)可以看出，