CN103277982B - 一种对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的工艺与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的集成新工艺和装置，该新工艺利用涂布机挥发物收集罩收集涂布机在涂布及烘干过程产生的挥发性有机物混合气体，经压缩后进入冷凝系统完成冷凝；将所得冷凝液进入气液分离器得到高浓度的涂布溶剂；非冷凝的贫气进入膜分离富集系统，经成套膜组件进行膜分离富集得到高浓度有机物混合气体，再返回至冷凝系统前方再次循环此集成工艺。本发明所述的分离膜对涂布印刷行业挥发性有机物选择渗透性极高，能较快对挥发性有机物进行富集，本装置挥发性有机物的回收率达到90%，处理后尾气排放中有机物含量为不高于1g/m3，本集成新工艺大大降低涂布印刷行业的生产成本并保护大气环境。

Description

一种对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的工艺与装置
技术领域
本发明涉及一种涂布印刷行业挥发性有机物回收技术，具体涉及一种将复叠式制冷与优先透有机物膜的集成，对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的工艺与装置。
背景技术
涂布印刷过程中会挥发大量有机物，如:烃类、醇类、酯类、醚类、腈类等，这是因为涂布印刷必须使用高浓度有机溶剂进行涂层。以一台涂布机为例，有机溶剂使用量为每平米10g,按每分钟涂布印刷长度100m、宽为0.8m来计，每小时共计使用有机溶剂48kg，通过检测可知其挥发量达85%，，其挥发物有机物量为40kg/h，如将其排放不仅造成资源浪费，同时带来严重的环境问题，针对涂布印刷行业目前很少厂家进行回收，有部分厂家进行燃烧、活性碳吸附、冷凝等方法进行回收或处理，但是以上应用过程中很难实现回收再利用或者即便回收能耗成本费用较大。
从我国目前的印刷涂布包装行业市场来看，每年印刷涂布机械国内销售额约180亿-200亿之间，其年平均增长速度达到15%以上，其中进口约占一半左右。以广东省为例，广东是我国包装行业大省，也是印刷涂布包装大省，无论在企业数量、工业产值都处于国内领先地位。所以，从目前包装印刷带来的高能耗、高污染问题来看，节能减排工作是包装印刷行业企业的必然趋势。据广东省印刷行业协会统计，截止2007年，广东的印刷企业数量已近1.8万家，总产值超过500亿元，占全国的33%以上。粗略估算，广东省印刷企业每年向大气中排放的挥发性有机化合物要在400万吨以上，以市场平均价格6000元/吨计算，其价值高达240亿元。如果每年向大气中排放的挥发性有机化合物的80%能够回收循环利用，不但会大大减轻空气污染，提供空气质量，达到环境保护的生态效益，同时还会产生近200亿元的经济效益，扩大到全国将是一个千亿元的巨大市场。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的工艺，该工艺采用冷凝技术与膜分离技术集成对涂布印刷包装生产过程中挥发性有机进行回收再利用，该工艺不但解决了冷凝难达到的低温，同时克服了部分膜分离效率不高的弊端。
为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的工艺，包括以下步骤：
（1）利用涂布机挥发物收集罩收集涂布机印刷过程产生的挥发性有机物混合气体，经压缩后进入冷凝系统完成冷凝；
（2）将所得冷凝液进入气液分离器经富集得到高浓度的涂布溶剂；非冷凝的气体进入膜分离富集系统，经成套膜组件进行膜分离富集得到有机物混合气体，再返回至压缩机再次循环利用。
本发明所述的工艺，步骤1中，挥发性有机物混合气体进入冷凝系统，先通过0℃预冷，再经冷凝至-30～-50℃，完成部分挥发性有机物的冷凝。
本发明所述的工艺，步骤2中所述高浓度的涂布溶剂经测定后进入下一工段或者指定工段的溶剂配制区进行再次循环使用。
本发明所述的工艺，步骤2中所述的膜分离采用成套膜组件，所述成套膜组件构型有管式、卷式、平板、中空纤维等。
本发明所述管式膜组件材质为202不锈钢，组件内部为壳管式结构，中间设有折流挡板，外部设有进气口、渗透出口、渗余出口，组件中可装200根优先透有机物膜管（组件中膜管数量可多可少，按气量大小设计组件）。具体的结构为本领域技术人员所掌握，本发明对此不作特别限定。
本发明所述卷式膜组件是主要由是通过优先渗透有机物平板膜卷制而成，所述卷式膜组件由平板膜片、进料格网、透透气格网、胶水和透析液收集管等构成。若挥发性有机物气量较大可以多个膜组件串联或并联。具体的结构及其选择为本领域技术人员所掌握，本发明对此不作特别限定。
本发明所述优先透有机物膜包含PDMS复合膜、有机物膜、分子筛膜、搀杂无机物的混合基质膜等。其中所述PDMS复合膜为将经改性聚二甲基硅氧烷涂层在无机陶瓷膜管或PVDF基膜上并交联成具有亲有机物特性的复合膜。本发明优选所述的优先透有机物膜为PDMS膜管式。
本发明所述装置成套膜组件运作过程中渗透侧真空泵绝对压力为10～40kPa，优选25-35kPa。
本发明所述的挥发性有机物混合气体包括但不限于烃类、醇类、酯类、醚类和腈类，如丁酮、乙酸乙酯、乙酸正丙酯和甲醚等。
本发明是新型冷凝技术和先进膜技术相结合的技术在涂布行业应用，本技术只要在冷凝部分温度到-30～-50℃加上膜技术既可以实现挥发出的有机气体回收再利用。该工艺由两个部分组成：第一部分为压缩机与冷凝器、分离器构成的冷凝工艺，第二部分为分离膜与真空泵构成膜分离工艺，大部分涂布机挥发有机物组分在冷凝器中被低温介质冷凝，并在分离器中回收有机溶剂送回溶剂配制区。从分离器塔顶流出的饱和有机物/空气混合物进入膜分离器进一步回收其中的有机物。经过膜分离器后产生两股物流，富集油气的渗透气返回压缩机前循环，也使进膜前的有机物不在爆炸极限之内，另一股为净化后的空气，其中含有少量的有机物即可排放。
本发明以涂布印刷过程挥发性有机物混合气体为原料，该原料包括但不限于烃类、醇类、酯类、醚类、腈类，如丁酮31.6wt%、乙酸乙酯31.7wt%、乙酸正丙酯31.7wt%、甲醚5wt%。
本发明所述的工艺可以适用于各种含挥发性有机物混合气体，所述混合气体的有机物挥发量优选为20-60kg/h，优选有机物挥发量是40kg/h（即每小时挥发40kg有机物），挥发性有机物通过鼓风机鼓出，其出口风量为5000m3/h但不限于此风量，然后通过涂布机挥发物收集罩进入本发明的“冷凝+膜”装置进行回收。经过实验和在线色谱分析可知，采用本发明所述的工艺回收率可达90%，尾气排放中有机物含量为不高于1g/m3。
本发明的第二目的在于提供一种用于对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的装置，所述的装置包括依次连接设置的涂布机挥发物收集罩、压缩机、冷凝器和气液分离器；所述的气液分离器的底部连接液体储存装置，所述的气液分离器的顶部与成套膜组件相连。
本发明所述的装置中，所述的成套膜组件由优先透有机物膜构成，构型有管式、卷式、平板、中空纤维等。
本发明所述管式膜组件材质为202不锈钢，组件内部为壳管式结构，中间设有折流挡板，外部设有进气口、渗透出口、渗余出口，组件中可装200根优先透有机物膜管（组件中膜管数量可多可少，按气量大小设计组件）。具体的结构为本领域技术人员所掌握，本发明对此不作特别限定。
本发明所述卷式膜组件是主要由是通过优先渗透有机物平板膜卷制而成，所述卷式膜组件由平板膜片、进料格网、透透气格网、胶水和透析液收集管等构成。若挥发性有机物气量较大可以多个膜组件串联或并联。具体的结构及其选择为本领域技术人员所掌握，本发明对此不作特别限定。
本发明所述优先透有机物膜包含PDMS复合膜、有机物膜、分子筛膜、搀杂无机物的混合基质膜等。其中所述PDMS复合膜为将经改性聚二甲基硅氧烷涂层在无机陶瓷膜管或PVDF基膜上并交联成具有亲有机物特性的复合膜。本发明优选所述的优先透有机物膜为PDMS膜管式。
进一步地，所述的涂布机挥发物收集罩与压缩机之间还设有用于检测气体与紧急排放的气体进口检测、紧急排放口。
进一步地，所述的液体储存装置包括依次连接的缓冲罐和收集罐。收集罐还可进一步连接液泵。
进一步地，所述的成套膜组件上设有尾气采样口、尾气检测设备和尾气排放口。
此外，本发明所述的成套膜组件在与压缩机之间还设有真空泵，该真空泵可实现将成套膜组件中富集得到有机物混合气体泵至压缩机进行再次循环利用。
采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：
1、采用冷凝技术和先进膜分离技术组合，克服冷凝难到达的低温，同时降低膜分离负荷，提高回收率，同时装置占地面积小，运行成本低。
2、本发明所使用的优先透有机物膜对印刷涂布机挥发性有机物具有很高的选择性，高效对印刷涂布机的挥发性有机物进行富集，降低冷凝段的能耗。
3、本发明的技术“冷凝+膜”是物理过程，有利于回收循环再利用。
4、涂布印刷行业挥发有机物量极大，采用本发明技术有效的清洁空气。
附图说明
图1是对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的装置示意图。
其中：1、涂布机挥发物收集罩；2、真空泵；3、压缩机；4、冷凝器；5、气液分离器；6、缓冲罐；7、收集罐；8、液泵；9、成套膜组件；10、尾气采样口；11、气体进口检测；12、紧急排放口；13、尾气排放口。
具体实施方式
如图1所示的用于对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的装置，所述的装置包括依次连接设置的涂布机挥发物收集罩1、压缩机3、冷凝器4和气液分离器5；所述的气液分离器5的底部连接液体储存装置，顶部与成套膜组件9相连。
成套膜组件9采用优先透有机物膜，该优先透有机物膜包括PDMS复合膜、有机物膜、分子筛膜或搀杂无机物的混合基质膜；其中所述PDMS复合膜为将经改性聚二甲基硅氧烷涂层在无机陶瓷膜管或PVDF基膜上并交联成具有亲有机物特性的复合膜。本发明所采用的优先透有机物膜为现有结构，本发明对此不作特别限定，本领域技术人员可根据实际生产工艺来选择能够有效实现相应功能的优先透有机物膜来实现本发明的技术方案。
此外，涂布机挥发物收集罩1与压缩机3之间还设有用于检测气体与紧急排放的气体进口检测11、紧急排放口12。所述的液体储存装置包括依次连接的缓冲罐6和收集罐7。收集罐7还可进一步连接液泵8。
进一步地，所述的成套膜组件9上设有尾气采样口10、尾气检测设备10和尾气排放口13。成套膜组件9在与压缩机3之间还设有真空泵2，该真空泵2可实现将成套膜组件中富集得到有机物混合气体泵至压缩机进行再次循环利用。
本装置运行时，利用涂布机挥发物收集罩1将设备在涂布印刷过程中产生的有机物和空气经过集气管送入压缩机3，在经过压缩机3加压进入冷凝系统，利用冷凝器4对冷箱进行降温，将高沸点的挥发性有机物冷凝下来通过气液分离器5收集液体有机物溶剂将进入缓冲罐6最终进入收集罐7,等收集到大量有机物溶剂通过液泵8输送到配置区域，此时在气液分离器5上方低沸点饱和有机物气体进入成套膜组件9，此时成套膜组件9通过下游侧真空泵2将对其进行富集，富集后的有机物气体进入压缩机3前进行再次循环，同时膜的渗余侧的有机物浓度将达到排放标准。
以涂布印刷过程挥发性有机物为原料(丁酮31.6wt%、乙酸乙酯31.7wt%、乙酸正丙酯31.7wt%、甲醚5wt%，有机物挥发量是40kg/h（即每小时挥发40kg有机物）,挥发性有机物通过鼓风机鼓出，其鼓风机出口风量为5000m3/h，然后通过涂布机挥发物收集罩进入本发明的“冷凝+膜”装置进行回收。
实施例1
冷凝温度设为-30℃，采用优先透有机物膜（PDMS膜管式），真空泵绝对压力设为10kPa，实验结果如下：
冷凝温度设为-40℃，采用优先透有机物膜（PDMS膜管式），真空泵绝对压力设为10kPa，实验结果如下:
冷凝温度设为-50℃，采用优先透有机物膜（PDMS膜管式），渗透侧真空泵绝对压力设为10kPa，实验结果如下:
由上述三个实验可知，在冷凝温度降低时对挥发性有机物回收有所增加，但并不明显，说明在-30～-50℃时已达到气液平衡，故在制冷温度为-30～-50℃时比较适宜。
实施例2
冷凝温度设为-30℃，采用优先透有机物膜（PDMS膜管式），渗透侧真空泵绝对压力设为20kPa，实验结果如下:
冷凝温度设为-30℃，采用优先透有机物膜（PDMS膜管式），渗透侧真空泵绝对压力设为40kPa，实验结果如下:
由上述二个实验可知，在制冷温度一定条件下，渗透侧真空压力为10KPa～40KPa时，有机物回收率较高。
实施例3
冷凝温度设为-30℃，采用优先透有机物膜（PDMS复合膜卷式），渗透侧真空泵绝对压力设为20kPa，实验结果如下:
实施例4
冷凝温度设为-30℃，采用优先透有机物膜（PDMS有机膜），渗透侧真空泵绝对压力设为20kPa，实验结果如下:
实施例5
冷凝温度设为-30℃，采用优先透有机物膜（PDMS混合基质膜），渗透侧真空泵绝对压力设为20kPa，实验结果如下:
通过实施例1-5和及其数据分析可知：冷凝温度设为-30～-50℃，采用优先透有机物膜，膜渗透侧真空泵绝对压力为10～40KPa时，经过实验和在线色谱分析可知，此工艺回收率可达90%，尾气排放中有机物含量不高于1g/m3。
上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的工艺，其特征在于：包括以下步骤：
利用涂布机挥发物收集罩收集涂布机印刷过程产生的挥发性有机物混合气体，经压缩后进入冷凝系统完成冷凝，其中，挥发性有机物混合气体进入冷凝系统，先通过0℃预冷，再经冷凝至-30~-50℃，完成部分挥发性有机物的冷凝；
将所得冷凝液进入气液分离器经富集得到高浓度的涂布溶剂；非冷凝气体进入膜分离富集系统，经成套膜组件进行膜分离富集得到有机物混合气体，再经真空泵返回至压缩机再次循环利用；所述的成套膜组件由PDMS复合膜构成，所述PDMS复合膜为将经改性聚二甲基硅氧烷涂层在无机陶瓷膜管或PVDF基膜上并交联成具有亲有机物特性的复合膜；成套膜组件运作过程中渗透侧真空泵绝对压力为10~40kPa。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：步骤（2）中所述高浓度的涂布溶剂经测定后进行再次循环使用。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的挥发性有机物混合气体包括但不限于烃类、醇类、酯类、醚类和腈类。
4.一种用于对涂布印刷行业挥发性有机物循环再利用的装置，其特征在于，所述的装置包括依次连接设置的涂布机挥发物收集罩（1）、压缩机（3）、冷凝器（4）和气液分离器（5）；所述的气液分离器（5）的底部连接液体储存装置，所述的气液分离器（5）的顶部与成套膜组件（9）相连，所述成套膜组件由PDMS复合膜构成，所述PDMS复合膜为将经改性聚二甲基硅氧烷涂层在无机陶瓷膜管或PVDF基膜上并交联成具有亲有机物特性的复合膜。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的涂布机挥发物收集罩（1）与压缩机（3）之间还设有气体进口检测（11）、紧急排放口（12）。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的液体储存装置包括依次连接的缓冲罐（6）和收集罐（7）。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的成套膜组件（9）上设有尾气采样口和尾气检测设备（10）和尾气排放口（13）；所述的成套膜组件（9）在与压缩机（3）之间还设有真空泵（2）。
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