真空浸漆工藝中有機(jī)廢氣源強(qiáng)核算及措施有效性定量研究

任晶

上海賾羽環(huán)保技術(shù)有限公司 上海 200000

引言

浸漆工藝廢氣治理方面的研究包括浸漆車間有機(jī)廢氣收集和末端治理方式的選擇分析，對(duì)于真空浸漆工藝中有機(jī)廢氣源強(qiáng)核算以及配套的冷凝捕集系統(tǒng)相關(guān)的研究較少，本文旨在建立抽真空廢氣源強(qiáng)估算模型并對(duì)冷凝器捕集廢氣效率進(jìn)行定量分析，為環(huán)評(píng)中真空浸漆工藝廢氣污染源強(qiáng)核算和配套相關(guān)污染措施提供參考。

1 真空浸漆工藝及有機(jī)廢氣產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)分析

1.1 真空浸漆廢氣工藝

本文以F級(jí)絕緣浸漆工藝常用的ZJH-1800真空浸漆烘干一體裝置為例，工藝流程如下：

再次開啟真空泵和對(duì)應(yīng)閥門，對(duì)浸漆罐緩慢抽真空至真空度為-0.08MPa，過(guò)程歷時(shí)約5min，然后關(guān)閉真空泵和對(duì)應(yīng)閥門，保持密閉真空狀態(tài)約30min后打開頂蓋旁側(cè)閥門釋放真空后關(guān)閉。開啟真空泵對(duì)貯漆罐抽真空至真空度為-0.08MPa，關(guān)閉真空泵和對(duì)應(yīng)閥門，然后打開浸漆罐和貯漆罐之間的連接閥門，完成回漆。抽真空廢氣通過(guò)密閉貯漆罐上方管道經(jīng)由真空泵抽吸進(jìn)入冷凝捕集器系統(tǒng)。浸漆罐啟動(dòng)電加熱裝置，加熱溫度至100℃，烘干約6h，烘干降溫后開蓋，取出工件[1]。

1.2 有機(jī)廢氣產(chǎn)污節(jié)點(diǎn)分析

每批次浸漆過(guò)程存在三次抽真空廢氣產(chǎn)生源，分別為對(duì)浸漆罐、貯漆罐和貯稀釋劑溶劑罐的抽真空環(huán)節(jié)。抽真空過(guò)程導(dǎo)致苯乙烯等VOC氣體的瞬時(shí)高濃度排放。如若真空浸漆裝置管路密閉性不強(qiáng)，或后續(xù)抽真空廢氣處理配套的末端防治措施不完善，將導(dǎo)致高濃度苯乙烯氣體無(wú)組織逸散或有組織超標(biāo)排放。

本文重在關(guān)注抽真空廢氣產(chǎn)排過(guò)程，旨在建立源強(qiáng)估算模型，并結(jié)合實(shí)例核算VOC產(chǎn)生濃度，最后初步探討配套冷凝捕集器的效用。

2 模型建立與源強(qiáng)估算

浸漆過(guò)程對(duì)密閉罐抽真空過(guò)程可看作壓力容器的減壓過(guò)程：壓力容器內(nèi)貯存一定量體積的有機(jī)溶劑，容器內(nèi)上方存在一定量體積的氣相空間。

針對(duì)單一純?nèi)軇┑臏p壓揮發(fā)核算過(guò)程，但真空浸漆工藝使用的無(wú)溶劑絕緣漆為混合溶劑，如本文使用的無(wú)溶劑絕緣漆主要成分為樹脂類基體份、苯乙烯溶劑、甲基苯乙烯（稀釋劑）和固化劑過(guò)氧化二異丙苯（DCP），抽真空過(guò)程中揮發(fā)性有機(jī)物均逸散揮發(fā)，其揮發(fā)量與各揮發(fā)性有機(jī)物在氣相中的分壓相關(guān)，因而混合型溶劑減壓過(guò)程各揮發(fā)份產(chǎn)生量的計(jì)算需進(jìn)行校正。

通常混合有機(jī)溶劑中各組分的分壓與其在有機(jī)溶劑中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比關(guān)系。

假設(shè)將無(wú)溶劑絕緣漆在加入稀釋劑（甲基苯乙烯）調(diào)和至使用黏度狀態(tài)后視為理想溶液，則結(jié)合公式，推導(dǎo)得到無(wú)溶劑絕緣漆在抽真空減壓過(guò)程中各揮發(fā)組分的產(chǎn)生源強(qiáng)。

本例采用無(wú)溶劑絕緣漆的成分，VOC氣體包括DCP、苯乙烯和甲基苯乙烯。

獸面紋廣泛出現(xiàn)在各種玉器上，有的素面無(wú)底紋；有的充填著各種底紋；有的較為抽象，有的較為具象，均具有一定的駭異性。如瑤山10號(hào)墓出土的玉三叉形器，見圖2，器上的獸面紋，眼睛、鼻、嘴部位鮮明。

設(shè)備頂部空間體積V計(jì)算如下：對(duì)浸漆罐或貯漆罐抽真空前漆液面距離罐頂部約0.3m，浸漆罐或貯漆罐的內(nèi)直徑為1.5m，則V=0.52m3；抽真空過(guò)程約為5min，由常壓抽真空至真空度為-0.08MPa，采用密閉水環(huán)式真空泵，氣量約為50m3/h。由以上參數(shù)可計(jì)算每批次抽真空過(guò)程VOC氣體的產(chǎn)生量。

進(jìn)入真空泵廢氣的絕對(duì)壓力隨抽真空時(shí)間延長(zhǎng)而減小，壓縮比不斷增大。設(shè)定t時(shí)刻，吸入真空泵的氣體總壓（絕對(duì)壓力）為Pt，其中i組分VOC氣體的分壓為（Pi）t，則抽吸氣體中VOC組分經(jīng)真空泵等溫壓縮，最終排口濃度計(jì)算公式如下：

由前述可知，假定認(rèn)為VOC氣相分率（Pi）t/Pt不變，且

則

以苯乙烯為例，真空泵抽吸氣體中苯乙烯經(jīng)等溫壓縮，真空泵排口濃度為5104.3mg/m3。

每次抽真空過(guò)程中VOCs揮發(fā)量計(jì)，本例中真空泵排出的VOCs濃度非常高，甲基苯乙烯最大濃度高達(dá)25521.7mg/m3。抽真空廢氣具有濃度高、氣量小的特點(diǎn)，從安全和環(huán)保的角度考慮，真空浸漆設(shè)備通常設(shè)有捕集冷凝器裝置對(duì)高濃度抽真空廢氣的預(yù)處理。

3 冷凝捕集器捕集效率定量研究

3.1 對(duì)應(yīng)飽和蒸汽壓的VOCs濃度

飽和蒸汽壓對(duì)應(yīng)的VOCs濃度與溫度、對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓和VOCs的分子量相關(guān)。本例無(wú)溶劑絕緣漆工作溫度（30℃）和冷凝溫度（-15℃）下苯乙烯的對(duì)應(yīng)飽和濃度分別為54798mg/Nm3、3228mg/Nm3；甲基苯乙烯分別為62175mg/Nm3、3662mg/Nm3；DCP分別為128359mg/Nm3、7537mg/Nm3。

3.2 冷凝捕集效率分析

冷凝作用可包括兩種方式：①在定壓下，降低系統(tǒng)的溫度；②在定溫下，增加系統(tǒng)的壓力。冷凝捕集器的工作原理和過(guò)程如下：抽真空廢氣在負(fù)壓狀態(tài)下經(jīng)管道進(jìn)入真空泵，經(jīng)真空泵等溫壓縮至常壓，送入冷凝捕集器進(jìn)行降溫冷凝。因而以上過(guò)程可視為先等溫壓縮后等壓降溫的聯(lián)合作用，系統(tǒng)對(duì)VOCs的冷凝效率可分兩個(gè)階段估算。

VOC通過(guò)冷凝降低濃度的極限是冷凝溫度下的飽和蒸汽壓所對(duì)應(yīng)的濃度。本文梳理了VOCs物質(zhì)各階段飽和濃度和實(shí)際濃度，并核算了VOC最大濃度情況下兩級(jí)段各段的處理效率。通過(guò)對(duì)比，三種VOCs物質(zhì)各自的濃度均高于此溫度下的飽和濃度，因而均能產(chǎn)生液化凝結(jié)效果，苯乙烯、甲基苯乙烯和DCP最大冷凝捕集效率分別為36.8%、85.7%和18.2%。

因此，同樣的設(shè)備參數(shù)和處理溫度下，冷凝捕集器對(duì)VOC物質(zhì)的處理效率由混合溶劑中各VOC物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)和飽和蒸汽壓決定；本例無(wú)溶劑絕緣漆中甲基苯乙烯摩爾分?jǐn)?shù)含量最高，揮發(fā)量最大，在同樣的冷凝溫度下，甲基苯乙烯的捕集效率最高，約為85.7%。此外，冷凝法處理的出口VOCs濃度即為各VOC物質(zhì)在冷凝溫度下各自飽和蒸汽壓所對(duì)應(yīng)的濃度，因而為達(dá)標(biāo)排放。

本例中，經(jīng)過(guò)冷凝捕集處理各VOC的濃度仍然很高，與后續(xù)吸附-催化燃燒凈化工藝結(jié)合使用，可取得滿意的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)真空浸漆設(shè)備抽真空過(guò)程揮發(fā)性有機(jī)物的揮發(fā)量源強(qiáng)核算建立模型可知，無(wú)溶劑絕緣漆抽真空過(guò)程的揮發(fā)損耗量與真空浸漆設(shè)備頂部空間體積、各揮發(fā)性有機(jī)份的飽和蒸汽壓、摩爾質(zhì)量和其在無(wú)溶劑絕緣漆中的摩爾分?jǐn)?shù)有關(guān)，還與抽真空的工作真空度等操作參數(shù)有關(guān)。

由于抽真空過(guò)程產(chǎn)生VOC氣體瞬時(shí)高濃度，通過(guò)真空浸漆設(shè)備配套的捕集冷凝器能有效捕集高濃度VOC氣體，在本例中冷凝捕集器對(duì)于甲基苯乙烯的捕集效率可高達(dá)85.7%。然而，經(jīng)過(guò)冷凝捕集預(yù)處理的VOC濃度仍然很高，與后續(xù)吸附-催化燃燒凈化工藝結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。