干法复合机干燥规律与进排风量的合理调节金沙
分类:包装材料

干法复合机干燥装置,一般采用电加热器,经烘箱喷嘴,将热空气通过缝状喷嘴以一定速度吹到已涂布胶黏剂的塑料薄膜上,使粘合剂中的溶剂挥发干净。
所示。
干燥不彻底不仅会使复合材料发粘打皱、牢度不良、有气泡等故障,而且残留的溶剂会产生异味,不符合食品包装卫生标准。
干燥烘箱分三段工作:蒸发区、硬化区和排除异味区。
现在的中高档干式复合机的烘箱干燥设计一般分为三段、四段或五段烘箱。
下面以某五段烘箱的干式复合机中排风管内空气的浓度变化趋势,分析一下干式复合机的干燥过程。
一、实际检测数据1、复合机的进排风状态检测该干式复合机的进排风烘箱结构如图2所示,设备的干燥风量状态见表1。
表1 干式复合机的干燥风量状态1区2区3区4区5区备注风咀风速m/s8.5/11.4/9.87.8/8.4/7.4/7.49.0/10.3/8.8/8.76.0/10.2/8.9/7.08.1/6.3/8.0理想风咀风速在8~15m/s进风口风速,m/s18.5/20.4/18.915.1/14.3/13.415.5/16.1/15.612.5/13.5/12.39.7/10.3/10进风口面积:15.2×25mm2风压状态入口+1.5/+1.1给风机功率3786m3/h×5排风口面积300×300cm2出口-3.3/-3.6排风机功率8489m3/h排风口风速21m/s 注:设备一区无回风管,二区到五区均有回风管但无控制阀门。
2、乙酯的浓度检测820mm的消光OPP印刷膜涂胶复合,抽取1ml的排风管中的气体用气相色谱仪检测其乙酯的含量,各排风管中乙酯含量如表2所示。
涂布工艺:某低粘度高固含量双组分酯溶性聚氨酯胶粘剂,上胶量2.3g/m2,工作浓度33%,机速110m/min,干燥温度设定:50、60、65、70、75℃。
表2 排风管中乙酯浓度数据检测部位乙酯浓度,104×mg/ml检测部位乙酯浓度,104×mg/ml胶盘上区259.08三区101.6三区45.57四区20.464四区16.267五区1.3015将表2中数据与图2中的在烘箱中的位置对应作图3。
从图3中,可以很直观地观察到干式复合过程时烘箱中干燥介质中乙酯含量的基本变化趋势。
二、干式复合干燥过程分析1、干燥温度的设定规律从表2中可看出,在涂胶膜进入烘箱中的第一区干燥介质的乙酯浓度最高,这也说明复合机第一区干燥温度设定不能太高。
因为温度过高,胶层表面的溶剂快速挥发而结皮反而抑制了内层溶剂在后几区干燥段的逸出。
而且温度应按梯度逐渐升高的规律设定,目的是加速硬化区和排除异味区胶层溶剂的扩散挥发,减少薄膜内的溶剂残留。
2、溶剂的燃爆浓度水平设计溶剂的体积爆炸浓度分上限和下限,处于上下限之间的浓度都会引起爆炸。
爆炸浓度下限是干燥器设计的重要标准,用LEL 表示时,LEL100 就是爆炸浓度下限,LEL25是复合机干燥的设计基准。
表3列出了乙酸乙酯的体积爆炸浓度。
表3 乙酯的体积爆炸浓度爆炸浓度LEL100LEL50LEL25上限下限每m3气体含溶剂溶剂蒸汽体积比例每m3气体含溶剂溶剂蒸汽体积比例每m3气体含溶剂溶剂蒸汽体积比例9%2.5%153g2.5%76g1.3%38g0.6%表2中胶盘上方的乙酯浓度为259.08×104×mg/ml=25.9g/m3,干燥一区的乙酯浓度为101.6×104×mg/ml=10.1g/m3,是整个干燥系统中乙酯浓度相对最高的部分。
当然其乙酯浓度将随涂布宽度、上胶量的大小、环境温度、机速的增加而上升,随胶液工作浓度的减少而上升。
因而计算复合机的溶剂LEL水平时不能以总的进排风量计算,而要考虑局部最高点的LEL水平。
3、进排风量的调节规律在干燥过程的蒸发区进排风量阀门应开到最大,且关闭回风阀门。
而在干燥的硬化区和排除异味区可适当增加回风量,可节省部分能耗。
在图2中的一二区基本属于蒸发区、三区属于硬化区、四五区属于排除异味区,进排风的调节应遵循干式复合干燥速率变化的规律。
进行风量调节时,应使排风量略大于进风量,使整个复合机的烘箱应保持-0.5~2.5m/s的空气负压(每一段烘箱都应调节到保持一定的负压),烘箱中的热空气才不致于溢出到车间环境中。
4、干燥风量的循环利用由表2计算,第五区乙酯浓度只有第二区乙酯浓度的5.8%,第四区乙酯浓度只有第一区乙酯浓度的2.8%,特别是第五区的乙酯浓度已接近于环境空气中的乙酯浓度水平。
如果能将干式复合机排除异味区的风量在复合机的蒸发区回收利用,将极大地减少现有干式复合机的干燥能耗。
现有的干式复合机在设计上,都是仅在单独的干燥区段利用了一部分回风,而所有排风管中的部分直接由总排风机排出,这样不仅排除异味区的风量回收利用率低,同时增加了排风机的功率消耗。
实际上胶盘上区和蒸发区的挥发的溶剂含量占了整个干燥过程的95%以上,针对这段进行溶剂回收将更有效率。
这种设计思路,最近在一些干法复合机上得到了应用,如图4所示,该复合机将第三段的排风直接引入到第一段,作为第一段的进风来使用,这样既不影响产品质量,还起到非常好的节能设计效果。
因为干法复合机第三段排风中的溶剂含量已相当低,基本接近于车间环境中的溶剂浓度水平,同时热风的温度在70~85℃之间,引入到第一段作为进风使用时,由于这部分进风的温度高于第一段的设定温度约15℃,这样第一段只需要很少的加热能耗了。
如果将烘箱中末段热风直接排入大气或仅在该段部分回风利用,将是极大的能源浪费。
5、复合干燥过程中蒸发区、硬化区、排除异味区划分的相对性复合干燥过程中的蒸发区、硬化区、排除异味区只是对其干燥过程的理论划分,不是简单的对应于干燥烘箱的前段、中段和末段,其各区的长度根据具体的设备、生产条件而变化,理想的情况是能与干燥烘箱的前段、中段和未段相对应,再与合适的梯度干燥温度相配合,将达到良好的干燥效果。
有的复合机进排风量严重不足或进风口堵塞或调节不当,虽然干燥温度也是按三段的梯度温度设定的,但实际上在干燥的末段时,其干燥介质中的乙酯浓度仍较高,远不能达到排除异味的要求,或者说只经过了硬化区就进入了复合部位进行了复合,也就是说在烘干的末段还处于硬化区,但对应的是理论上的排除异味区的温度。
这种情况属于实际干燥过程中蒸发区、硬化区、排除异味区不能与干燥烘箱的前段、中段、末段相对应,这样就会导致溶剂残留增加。
所以说,干法复合机的干燥效果不仅与梯度温度的设定有关,更重要的还在于进排风量的优化调节。

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笔者所在的许昌永昌印务有限公司是河南中烟有限责任公司控股的一家多元化烟包印刷企业。为实现企业转型升级和高质量发展的目标,本着讲政治责任、社会责任和企业责任的原则,永昌印务于2018年6月启动VOCs治理设备升级改造项目,旨在对全厂所有废气排放源进行全面、节能、高效的综合治理。

经过多方技术论证、专家指导和层层筛选,最终从无锡爱德旺斯科技有限公司购置安装了中美合作设计、核心部件进口、主体无锡生产的两塔式RTO设备(如图1),同时还购置安装了凹印机LEL减风增浓系统、可脱附活性炭设备+光氧催化等相关设备,并设计安装了整厂VOCs废气收集管路系统。

图1 两塔式RTO设备

永昌印务通过对凹印机实施LEL减风增浓和区域封闭改造,实现了对凹印机高浓度VOCs废气的有效治理;

通过对胶印、网印、单凹等排风系统进行改造和安装可脱附活性炭设备+光氧催化等相关设备,实现了对上述设备及仓库、调墨间等低浓度VOCs废气的有效治理。

经过检测,永昌印务整厂VOCs废气治理项目实现了对VOCs废气有组织收集、有效处理和达标排放的目标。减风增浓是永昌印务VOCs治理设备升级改造项目中的重点工作之一。减风增浓就是优化烘箱气流,在不影响产品工艺和质量的情况下,减少烘箱废气排放,从而实现增加废气浓度和减少烘箱加热能耗的一种方法。

永昌印务配有两组十色凹印机,一号凹印机原配风量为35000m3/h,二号凹印机原配风量为40000m3/h。两台凹印机原有烘箱加热模式为常温空气经蒸汽热交换器加热后进入烘箱对承印物进行干燥,然后通过凹印机排风系统直接排出。通过实施LEL减风增浓改造,对凹印机排风系统进行了升级优化,每个印刷色组增加LEL检测控制装置,并安装了LEL中央控制系统,使得单台凹印机主排风量降低到12500m3/h,VOCs浓度增加到RTO的自维持水平之上,实现了减风增浓节能的目标。

LEL减风增浓概念浅析

可燃气体在空气中遇到明火爆炸的最低浓度,称为爆炸下限,简称LEL(Lower Explosion Limited);可燃气体在空气中遇到明火爆炸的最高浓度,称为爆炸上限,简称UEL(Upper Explosion Limited)。LEL和UEL均指空气中可燃气体的体积比,如果空气中可燃气体浓度处于LEL和UEL之间且同时存在火源,就会发生爆炸。

当空气中可燃气体浓度达到其爆炸下限值时,此时环境爆炸危险度为百分之百,即100%LEL。不同可燃气体有不同的LEL值,以烟包印刷中常用溶剂正丙酯为例,正丙酯的爆炸下限为1.7%体积比(即空气中正丙酯的体积含量达到1.7%时达到爆炸下限),此时1.7%体积比对应100%LEL,当气体检测仪数值到达100%LEL报警点时,相当于正丙酯的体积含量达到1.7%。气体检测仪显示的数值只是表明空气中含可燃气体的浓度,以作报警依据。报警浓度一般可设定多个报警点(如10%LEL、15%LEL、20%LEL等),在不同报警点可设置不同的设备动作,以确保设备运行处于安全状态。

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1、现状分析

永昌印务凹印机原有烘箱存在不足之处,主要表现在以下3个方面。

(1)直排风量过大

原有烘箱尽管配置有新风、循环风和排风管路,但实际运行模式循环风利用少,进入新风量大,直排风量也大,造成热能浪费严重,风机电能消耗过大。

(2)低浓度排放

原有烘箱排风量过大造成所排出的VOCs废气浓度过低,如果直接进入RTO处理将消耗大量天燃气,而且大风量会增加RTO设备的投入成本和运行成本。

(3)纯手动调节

原有烘箱所有风阀均为手动调节,特别是排风风量无法根据工艺需求和实际情况进行精准调控。

2、改造优势

(1)操控性增强

排风阀由手动型升级为自动风阀。其开度可根据实测LEL数值通过电动执行器自动调整,新风阀、回风阀开度可在LEL操作系统中设定,各个色组烘箱风压稳定,相关操作集中在同一触摸屏上,操作简单,如图2所示。

图2 相关操作集中在同一触摸屏上,操作简单

(2)安全性增强

各个色组排风量通过LEL控制,系统在安全LEL控制范围内自动安全运行,并与凹印机操控系统实现连锁,即使出现紧急情况也能确保安全。

(3)总成本降低

在蒸汽消耗方面,各个色组排风阀通过LEL控制,根据实测数值降低排风量,随着排风量的降低和热风的大量回用,蒸汽消耗有了明显降低。

在设备投入方面,随着凹印机排风量的减少,RTO设备的投入大幅度降低,且在相同风速的情况下,可以减少风路管网的设计尺寸,风路管网的投入成本有所降低。

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