CN117101402B - 一种印刷废气处理设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及工业废气处理的技术领域,尤其是涉及一种印刷废气处理设备及方法,其中一种印刷废气处理设备包括吸附风机、预处理器和至少两个处理罐,吸附风机串联连接预处理器,两个处理罐并联连接预处理器,吸附风机的气源包括有机废气和氮气,气体在吸附风机的作用下依次通过预处理器和处理罐;处理罐内设置有至少一层吸附层,吸附层的外沿与处理罐的内壁相抵,吸附层填充有吸附剂和催化剂,处理罐内还设置有微波发生器,处理罐内还设置有紫外光发生器。本申请通过采用微波脱附、微波辅助氧化的方式脱附和处理有机物,降低了企业的前期投入成本和企业的处理运行成本。
Description
技术领域
本申请涉及工业废气处理的技术领域,尤其是涉及一种印刷废气处理设备及方法。
背景技术
印刷行业在印刷、烘干、清洗等生产工艺过程产生大量含有挥发性有机化合物(VOCs)的废气,VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物,这类有机化合物一般具有特殊的气味和毒性,其排放对人体健康、生态环境都造成了严重危害。
而印刷行业的有机废气具有待处理风量大、浓度低的情况。工程人员针对其特点,往往采用“吸附-加热脱附-吸附”的方式对有机风气进行减风增浓,然后对浓缩废气的有机化合物进行燃烧氧化或者冷凝回收。这种工艺往往需要多个处理罐体相互配合,导致工艺相关的整套处理系统工程量大、占地面积广,企业需要不少的前期投入,而且工艺相关的整套系统需要进行加热、降温,热交换频次较高,热量和冷量损失大、造成处理运行成本较高。
发明内容
为了降低企业前期投入成本的同时,减少系统热交换频次从而降低处理运行成本,本申请提供一种印刷废气处理设备及方法。
一方面,本申请提供一种印刷废气处理设备,采用如下的技术方案:
一种印刷废气处理设备包括吸附风机、预处理器和至少两个处理罐,所述吸附风机串联连接所述预处理器,两个所述处理罐并联连接所述预处理器,所述吸附风机的气源包括有机废气和氮气,气体在所述吸附风机的作用下依次通过所述预处理器和所述处理罐;
所述处理罐内设置有至少一层吸附层,所述吸附层的外沿与所述处理罐的内壁相抵,所述吸附层填充有吸附剂和催化剂,所述处理罐内还设置有微波发生器,所述处理罐内还设置有紫外光发生器。
通过采用上述的技术方案,通过采用微波脱附、微波辅助氧化的方式脱附和处理有机物,摒弃了燃烧氧化、冷凝回收的传统有机废气处理方案,减少燃烧氧化、冷凝回收所对应的燃烧室、冷却装置布置,从而减少用于冷却和制冷的热交换装置布置,且本方案吸附装置和处理装置结合在一起,进一步减少了设备的占地空间,降低了企业的前期投入成本;另外,本方案不采用主动加热和制冷,避免了主动热交换,减少了热量和冷量的损失,此外微波能耗较低,降低企业的处理运行成本。
所述处理罐内转动设置有扇叶,所述紫外光发生器设置在所述扇叶上,所述扇叶和/或所述紫外光发生器上活动设置有清洁环,所述清洁环的活动方向与所述扇叶的转动圆的径向一致,所述清洁环的内侧设置有刷毛。
通过采取上述的技术方案,利用通过的气流对紫外光发生器进行清洁。具体地说,在长期的使用过程中,紫外光发生器上会附着有大分子有机物,影响紫外光向外传播,而处理罐内通入气体时,扇叶在气流流动作用下转动,清洁环在重力作用下发生滑动,刷毛对紫外光发生器进行清洁。
所述处理罐内设置有调节气囊,所述调节气囊部分穿出所述处理罐并连通有调节风机。
通过采取上述的技术方案,协助VOCs脱附。具体地说,在进行VOCs吸附时,对调节气囊通气,压缩处理罐内的空间,当进行脱附时,处理罐关闭两端的阀门,吸取调节气囊内的氮气,腾出处理罐内的空间,降低处理罐内的气压,加快脱附速度。
所述吸附剂为分子筛颗粒。
通过采取上述的技术方案,可以实现对气体分子的高效吸附和分离。具体地说,常用的吸附剂常用活性炭和分子筛,对于活性炭,气体分子吸收微波,处理罐内温度升高,而活性炭在高温条件下容易发生热解反应从而在活性炭的表面形成一层焦炭,从而降低活性炭的吸附性能和减少使用寿命,反观分子筛,并不存在相关问题。
所述微波发生器沿所述处理罐的罐壁周向布置。
通过采取上述的技术方案,环向向罐内的气体发射微波,从而使同一截面圆内各处尽量得到等强的微波覆盖,减少微波被吸收造成远离微波源的气体未能吸收足够能量氧化的情况发生。
所述处理罐的罐壁设置有冷却回路,所述冷却回路呈螺旋状盘绕设置,所述冷却回路连通有热能储罐。
通过采取上述的技术方案,在处理罐的罐壁上设置冷却回路,可以有效地回收处理罐产生的热量,冷却回路呈螺旋状盘绕设置,这样可以增加冷却回路的长度,提高热量传递效率,冷却回路与热能储罐连通,可以将处理罐中的热量传递到热能储罐中进行储存或进一步利用
另一方面,本申请还提供一种印刷废气处理方法,采用如下的技术方案:
一种印刷废气处理方法包括以下步骤:
有机废气通过吸附风机进入到预处理器在进行预处理,经过预处理后的有机废气送入至少一个处理罐进行吸附,其余至少一个处理罐处于等待状态;
当进行吸附到达一预设穿透点时,关闭以及打开相应的阀门,使得处于吸附状态的处理罐进入处理状态,处于等待状态的处理罐则进入吸附状态;
处于处理状态的处理罐开启微波发生器,VOCs吸收微波后从吸附层上脱附,微波发生器运行一段时间后加强功率,使VOCs分解,并持续运行一段时间;
氮气通过吸附风机经通入到处于处理状态的处理罐,对处理罐内进行反吹扫和降温,处理罐进入到等待状态,以便下一循环使用。
通过采取上述的技术方案,首先对印刷过程中产生的印刷废气中的VOCs进行吸附,方便后续做集中处理,并且处理罐采取轮候并联的方式,使得当处理罐进行微波氧化处理时,始终有另一处理罐在进行吸附,使设备整体处于连续处理的状态,具体说处理状态,处理罐在进行微波脱附时,有一部分VOCs持续受到微波作用分解,当VOCs脱附率达到预定值,后加大微波功率,对余量的分解能量需值高的VOCs进行进行分解,在处理完成后,通入氮气进行冷却清扫,避免其他活性气体被吸附到吸附剂上。
当处理罐进行废气脱附时,微波发生器的功率为1200w,其运行时间为10~15分钟,当处理罐进行废气处理时,微波发生器的功率为1500w,其运行时间为30s~1min。
通过采取上述的技术方案,限定脱附时间和微波功率,完成处理的同时,降低能耗。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1.通过在安装有吸附层的设置紫外光发生器和微波发生器,将吸附、脱附、处理三道工序均设置在处理罐内处理,减少相关装置的设置,进而减少企业前期的投入成本。
2.通过使用紫外光和微波两者配合处理,对气体进行脱附和处理,不采用主动加热和制冷,避免了主动热交换,减少了热量和冷量的损失,此外微波能耗较低,降低企业的处理运行成本。
附图说明
图1是本申请实施例整体结构示意图;
图2是本申请实施例的第一处理罐的整体结构示意图;
图3是本申请实施例的第一处理罐的内部结构示意图;
图4是本申请实施例扇叶及紫外光发生器的结构示意图;
图5是分子筛对苯的静态吸附曲线;
图6是分子筛对甲醇的静态吸附曲线;
图7是分子筛对正己烷的静态吸附曲线;。
附图标记说明:1、吸附风机;2-I~2-X、气阀;3、过滤器;4、表冷器;5、汇流管;6、加湿器;7、三通阀;8、第一处理罐;9、第二处理罐;10、回流管;11、进气管;12、出气管;13、冷却回路;14、调节气囊;15、隔板;16、吸附层;17、微波发生器;18、环形导轨;19、转动环;20、扇叶;21、紫外光发生器;22、清洁环。
具体实施方式
以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。
实施例:
参考图1,一种印刷废气处理设备,包括吸附风机1,吸附风机1的进风口连接有两个气源,分别是有机废气和氮气,有机废气和氮气对应有气阀2-I和气阀2-II(为方便说明,对气阀进行编号),吸附风机1的出风口连通有过滤器3用于对气体中的颗粒物进行过滤,过滤器3的出风口连通有表冷器4用于对气体中的水分冷凝实现干燥。过滤器3和表冷器4合述为预处理器,预处理器对气源进行预处理,减少颗粒物和水分对后续气体各处理程序造成的影响。表冷器4的出风口连通有汇流管5,表冷器4和出风口之间有气阀2-III。另外,一种印刷废气处理设备还包括加湿器6,加湿器6的进风口连接氧气,加湿器6的出风口连通于汇流管5,加湿器6和汇流管5之间有气阀2-IV。汇流管5的末端连通有三通阀7,三通阀7可简单分为a、b、c三端,a端连接,b端和c端分别连接有第一处理罐8和第二处理罐9。第一处理罐8和第二处理罐9具有相同的结构,合称为处理罐,此处为方便说明作第一处理罐8和第二处理罐9的区分。第一处理罐8的出风口连通有气阀2-V和气阀2-VI,气阀2-V连通外部直排口,气阀2-VI连通有回流管10,回流管10连通吸附风机1的进风口,回流管10上设置有气阀2-VII。第二处理罐9的出风口连通有气阀2-VIII和气阀2-IX,气阀2-VIII连通外部直排口,气阀2-IX连通回流管10。
参见图2,处理罐的两头为锥台,分别连通有进气管11和出气管12,连接有中部罐体外壁螺旋盘绕有冷却回路13,冷却回路13连通有热能储罐(热能储罐图中未画出)。
参考图3-4,处理罐两端锥台的内部安装有调节气囊14,并且调节气囊14靠近处理罐中部的一侧固定有限制调节气囊14变形的隔板15,隔板15上密布有通气孔。处理罐内中部等间距安装有三层吸附层16,吸附层16的吸附层16的外沿与处理罐的内壁相贴。同时处理罐内还安装有十二个微波发生器17,分为四组,每组三个,每组微波发生器17与吸附层16一一间隔分布设置,每组中每个微波发生器17绕其所在截面圆周向等距安装。处理罐内还固定有安装有六道环形导轨18,环形导轨18分布于每组微波发生器17和其相邻的吸附层16之间。环形导轨18内转动安装有转动环19,转动环19固定安装有扇叶20,扇叶20上安装有无极uv灯管作为紫外光发生器21,无极uv灯的安装方向扇叶20的转动圆的径向一致,无极uv灯管上套设有清洁环22,清洁环22的内侧有刷毛。
最后关于吸附层16再做说明,吸附层16包括两面隔网,隔网之间填充有催化剂和吸附剂。催化剂选用TiO2。常用的吸附剂常用活性炭和分子筛,对于活性炭,气体分子吸收微波,处理罐内温度升高,而活性炭在高温条件下容易发生热解反应从而在活性炭的表面形成一层焦炭,从而降低活性炭的吸附性能和减少使用寿命,反观分子筛,并不存在相关问题。本实施例的分子筛备选有K-A分子筛、Na-A分子筛、Ca-A分子筛、Ca-X分子筛及Na-X分子筛,其物理表征性能如下表:
分子筛 | 平均孔径/nm | 比表面积/(m2·g-1) | 孔容/(cm3·g-1) |
K-A | 0.32 | 437.1 | 0.175 |
Na-A | 0.37 | 462.5 | 0.116 |
Ca-A | 0.65 | 472.3 | 0.147 |
Ca-X | 0.98 | 532.6 | 0.215 |
Na-X | 1.00 | 568.3 | 0.232 |
上述分子筛颗粒对VOCs中的苯、甲醇和正己烷随时间的吸附量分别如图5、图6和图7所示。综合上述的数据,本实施例的分子筛颗粒采用Na-X分子筛。
以下根据上述的一种印刷废气处理设备,提供一种印刷废气处理方法,并结合对方法的说明,对上述部分机构和部件的作用作补充说明。
S1:打开气阀2-I和气阀2-III,吸附风机1将有机废气通入由过滤器3和表冷器4的预处理器,对有机废气中的颗粒物和水分进行预处理,三通阀7连通a端和b端,经预处理的有机废气通入第一处理罐8,第一处理罐8的吸附层16对通过的有机废气中的VOCs进行吸附,打开气阀2-V,经吸附的废气排出,经直排口排放,第二处理罐9处于等待状态。
在进行步骤S1时,通入处理罐的气流推动扇叶20转动,在扇叶20转动的过程中,清洁环22在重力的作用下上下滑动,清洁环22上的刷毛对uv无极灯管进行清洁,减少附着在uv无极灯管上的VOCs氧化产物,增加紫外光光线的通过量。
S1-1:当经吸附的废气不符合直排标准时,关闭气阀2-V(当处理罐为第二处理罐9,关闭对应气阀2-VIII),打开气阀2-VI(当处理罐为第二处理罐9,打开对应气阀2-IX)、气阀2-VII,将废气经回流管10与有机废气混合重新吸附。
上述步骤S1-1中,回流的废气和原始有机废气混合通入到处理罐中,提高了罐内气压,高压的条件有助于吸附剂吸附VOCs,提高吸附效率。
S2:当第一处理罐8的吸附量到达预设的穿透点时,三通阀7连通a端和c端,经预处理的有机废气通入第二处理罐9,打开气阀2-VIII,关闭气阀2-V和气阀2-VI,第一处理罐8内进行脱附和氧化处理。
上述步骤S2中,第一处理罐8进入脱附和氧化处理的阶段时,第二处理罐9进入到吸附的工作状态,使得对有机废气的吸附处于不停机的状态,使得设备整体能进行连续工作。
S2-1:在第一处理罐8进行脱附和氧化处理前,打开气阀2-IV,氧气经加湿器6加湿后通入第一处理罐8。
上述步骤S2-1中,水分和氧气用于参与光催化氧化反应。具体地说,紫外光照射在纳米TiO2光催化剂上产生电子空穴对,与表面吸附的水份(H2O)和氧气(O2)反应生成氧化性很活泼的氢氧自由基(OH-)和超氧离子自由基(O2-),氢氧自由基和超氧离子自由基将VOCs在光催化氧化的作用下还原成二氧化碳(CO2)、水(H2O)以及其它无毒无害物质。
S2-2:在第一处理罐8进行脱附的初期,将两个原本充满气体的调节气囊14通过调节风机抽出气体,降低处理罐的罐内压力,加速VOCs进行脱附,在脱附的中期和后期,两个调节气囊14分别进行交替充气和抽气,使气体在处理罐内流动加快脱附速度。
S2-3:在处理罐进行脱附的期间,微波和紫外光处理器同时开启,微波发生器17的功率为1200w,其运行时间为10分钟,当处理罐进行废气处理时,微波发生器17的功率为1500w,其运行时间为30s。限定脱附时间和微波功率,完成处理的同时,降低能耗。
在步骤S2-2、S2-3中VOCs从吸附层16脱附后即与氢氧自由基和超氧离子自由基发生氧化反应,分解为水、二氧化碳等无机物,对于一些键能较高的VOCs,低功率的微波无法给予足够的能量使其化学键断裂,故提高微波发生器17功率。
S3:当处于第二处理罐9完成吸附后,打开气阀2-II,氮气经预处理器过滤后通入第一处理罐8,对罐体进行反吹扫和冷却,并将气体排至直排管。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种印刷废气处理设备,其特征在于:包括吸附风机(1)、预处理器和至少两个处理罐,所述吸附风机(1)串联连接所述预处理器,两个所述处理罐并联连接所述预处理器,所述吸附风机(1)的气源包括有机废气和氮气,气体在所述吸附风机(1)的作用下依次通过所述预处理器和所述处理罐;所述处理罐内设置有至少一层吸附层(16),所述吸附层(16)的外沿与所述处理罐的内壁相抵,所述吸附层(16)填充有吸附剂和催化剂,所述处理罐内还设置有微波发生器(17),所述处理罐内还设置有紫外光发生器(21);所述处理罐内还固定安装有六道环形导轨(18),所述环形导轨(18)分布于所述微波发生器(17)和所述吸附层(18)之间,所述环形导轨(18)内转动安装有转动环(19),所述转动环(19)固定安装有扇叶(20),所述扇叶(20)上安装有无极uv灯管作为紫外光发生器(21),所述无极uv灯管的安装方向和所述扇叶(20)的转动圆的径向一致,所述无极uv灯管上套设有清洁环(22),所述清洁环(22)的内侧有刷毛。
2.根据权利要求1所述的一种印刷废气处理设备,其特征在于:所述处理罐内的两端均设置有调节气囊(14),所述调节气囊(14)靠近所述处理罐中部的一侧固定有限制所述调节气囊(14)变形的隔板(15),所述隔板(15)上密布有通气孔,所述调节气囊(14)部分穿出所述处理罐并连通有调节风机。
3.根据权利要求1所述的一种印刷废气处理设备,其特征在于:所述吸附剂为分子筛颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种印刷废气处理设备,其特征在于:所述微波发生器(17)沿所述处理罐的罐壁周向布置。
5.根据权利要求1所述的一种印刷废气处理设备,其特征在于:所述处理罐的罐壁设置有冷却回路(13),所述冷却回路(13)呈螺旋状盘绕设置,所述冷却回路(13)连通有热能储罐。
6.一种印刷废气处理方法,基于权利要求1-5任一所述的一种印刷废气处理设备,其特征在于,包括以下步骤:
有机废气通过吸附风机(1)进入到预处理器在进行预处理,经过预处理后的有机废气送入至少一个处理罐进行吸附,其余至少一个处理罐处于等待状态;
当进行吸附到达一预设穿透点时,关闭以及打开相应的阀门,使得处于吸附状态的处理罐进入处理状态,处于等待状态的处理罐则进入吸附状态;
处于处理状态的处理罐开启微波发生器(17),VOCs吸收微波后从吸附层(16)上脱附,微波发生器(17)运行一段时间后加强功率,使VOCs分解,并持续运行一段时间;
氮气通过吸附风机(1)经通入到处于处理状态的处理罐,对处理罐内进行反吹扫和降温,处理罐进入到等待状态,以便下一循环使用。
7.根据权利要求6所述的一种印刷废气处理方法,其特征在于:当处理罐进行废气脱附时,微波发生器(17)的功率为1200w,其运行时间为10~15分钟,当处理罐进行废气处理时,微波发生器(17)的功率为1500w,其运行时间为30s~1min。
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