注塑過(guò)程中VOCs廢氣如何選擇廢氣處理工藝

注塑過(guò)程中VOCs廢氣如何選擇廢氣處理工藝

 

注塑成型是制造塑料產(chǎn)品的一種方法。

 

廢氣處理設備在注塑成型中的應用注塑成型的整個(gè)過(guò)程是這樣的:通過(guò)進(jìn)料斗將塑料顆粒加入到圓筒中，逐漸加熱到一定溫度并保持一定時(shí)間，在一定攪拌強度(轉速)下均勻(塑化)→在一定壓力(推力)和速度下注塑到模具中(注塑成型)→加壓冷卻(保壓)(控制冷卻速度)→當塑料達到一定溫度時(shí)。以一定的速度打開(kāi)模具→以一定的速度和力將成品推出模具→檢查成品，修整飛邊(模具接合面上形成的多余材料)和手柄(塑料注塑通道上的材料，也可以補充成品在冷卻收縮時(shí)減少的體積)→包裝→入庫。同時(shí)注塑機加入脫模劑，合模。注塑工藝主要控制各工序的溫度、壓力、速度、時(shí)間等參數。每一種塑料，每一種產(chǎn)品和注塑機都需要不同的工藝參數。注塑工藝還應包括水分控制、添加劑控制、著(zhù)色劑控制等。

 

注塑成型的四個(gè)要素

 

1.塑料模具2.注塑成型機3.塑料原料.成型條件

 

***部分都是用雙板模具和三板模具，也有一些是有滑塊的。

 

基本結構:

 

①陽(yáng)模(下模):陽(yáng)模固定板、陽(yáng)模輔助板、***出板、陽(yáng)模板。

 

②母模(上模)、母模板、母模固定板、進(jìn)膠圈和定位圈。

 

③恒溫系統冷卻。穩定(恒定)芯片溫度。

 

注塑機主要由塑化注塑裝置、合模裝置和傳動(dòng)機構組成。電驅動(dòng)馬達，馬達驅動(dòng)油泵，油泵產(chǎn)生油壓，油壓驅動(dòng)活塞，活塞驅動(dòng)機械，機械產(chǎn)生動(dòng)作。

 

1.可分為:①臥式注塑機②立式注塑機③角型注塑機④多色注塑機

 

2.按夾緊方式可分為:①直壓式注塑機②曲軸式注塑機③直壓式和曲軸復合式

 

3.可分為:①柱塞注塑機②單程螺桿注塑機③往復螺桿注塑機

 

塑料注塑成型過(guò)程主要涉及造粒和擠出。造粒和擠出過(guò)程的溫度一般在169℃-210℃之間。不同項目控制不同，但不能高于塑料原料的熱分解溫度。至于造粒過(guò)程的工藝廢氣成分，就比較復雜了。不同的原料產(chǎn)生不同的廢氣成分。

 

塑料，學(xué)名聚氯乙烯，是由熱塑性氯乙烯聚合而成的高分子化合物。工業(yè)產(chǎn)品為白色或淡黃色粉末，比重約1.4 g/cm3，氯含量56% ~ 58%，熔點(diǎn)約70 ~ 85℃，成型溫度160 ~ 190℃，分解溫度> 200℃。PVC塑料顆粒在熱解過(guò)程中(180 ~ 200℃)，由于分子間的斷鏈、分解和降解，產(chǎn)生游離單體廢氣，PVC產(chǎn)生氯乙烯和氯化氫單體。

 

ABS塑料，學(xué)名丙烯腈丁二烯苯乙烯，比重約1.05g/cm3，成型收縮率0.4-0.7%，成型溫度200-240℃，分解溫度> 270℃。ABS塑料在熱解過(guò)程中(160 ~ 210℃)，由于分子間剪切擠壓，在斷鏈、分解和降解過(guò)程中產(chǎn)生游離單體廢氣，主要包括丙烯腈單體、苯乙烯單體和非甲烷總烴。

 

PE塑料，學(xué)名聚乙烯，是由乙烯聚合而成的高分子化合物，比重約為0.94 ~ 0.96 g/cm3，成型收縮率為1.5 ~ 3.6%，成型溫度為140 ~ 220℃，分解溫度> 320℃。PE塑料加工溫度范圍廣，不易分解。在熱解過(guò)程中(160 ~ 210℃)，由于分子間剪切擠壓，鏈斷裂，分解降解過(guò)程產(chǎn)生游離單體廢氣，主要是乙烯單體。

 

PP塑料，學(xué)名聚丙烯，是由丙烯聚合而成的高分子化合物，比重0.9-0.91 g/cm3，成型收縮率1.0-2.5%，成型溫度160-220℃，加工溫度200-300℃左右，熱穩定性***(分解溫度310℃)。PP塑料加工溫度范圍廣，不易分解。在熱解過(guò)程中(200-300℃)，由于分子間剪切擠出，在斷鏈、分解和降解過(guò)程中產(chǎn)生游離單體廢氣，主要是丙烯單體。

 

NPBT塑料，學(xué)名聚對苯二甲酸丁二醇酯，是由對苯二甲酸二甲酯和1，4-丁二醇酯交換而成。結晶熱塑性聚酯。無(wú)味，無(wú)嗅，無(wú)毒。玻璃化轉變溫度為45-48℃，熱變形溫度為58-66℃(1.82兆帕)，流動(dòng)溫度為225℃，使用溫度為120℃，相對密度為1.324克/立方厘米，吸水率為0.03-0.07%，熱解過(guò)程中分解的單體為芳烴組分。

 

PAS塑料，學(xué)名聚芳酚，琥珀色透明顆粒。相對密度(25℃/4℃)為1.371，折射率為1.652，耐熱性遠高于雙酚a聚砜，熱變形溫度和連續使用溫度均高100℃左右。玻璃化轉變溫度為288℃，連續使用溫度為260℃，熱變形溫度為274℃(1.82兆帕)，分解溫度> 300℃。熱解過(guò)程中分解的單體是芳香烴。

 

聚甲醛塑料，聚甲醛，是甲醛的均聚物和共聚物的總稱(chēng)，聚甲醛的相對密度為1.402-1.405。結晶度為77%-78%，低于多聚甲醛。熔點(diǎn)、強度、硬度也略低。熔點(diǎn)167-171℃，熱變形溫度100-157℃ (1.82 MPa)，馬丁耐熱55-58℃，***使用溫度100-104℃。它具有***異的耐疲勞性、耐磨性和耐化學(xué)性。熱分解溫度為235-240℃，熱分解過(guò)程中釋放甲醛廢氣

 

1)聚乙烯

 

①聚乙烯(PE)產(chǎn)品生產(chǎn):高壓聚乙烯加熱到150℃時(shí)，酸、酯、不飽和烴、過(guò)氧化物、甲醛、乙醛、CO2、CO分解；薄膜產(chǎn)品應注意抗氧化劑、穩定劑和著(zhù)色劑造成的毒性危害；其產(chǎn)品有一種******的氣味，用摻有穩定劑的聚乙烯管長(cháng)期靜脈輸液可能會(huì )發(fā)生靜脈炎。低壓聚乙烯加熱至150℃，產(chǎn)生酸、酯、不飽和烴、過(guò)氧化物、甲醛、乙醛、CO2、CO等揮發(fā)性復雜混合物。210℃~250℃產(chǎn)生的混合氣體包括甲醛、不飽和烴、有機酸、有機氯化物、一氧化碳等。熱切割和密封聚乙烯管道時(shí)，熱解產(chǎn)物為甲醛和丙烯醛。這種熱解產(chǎn)物會(huì )導致中毒。

 

②聚乙烯(PE):本身無(wú)毒性，加入抗氧化劑、穩定劑、著(zhù)色劑等有毒性。當產(chǎn)物加熱到150℃~220℃時(shí)，熱解產(chǎn)物包括酸、酯、不飽和烴、過(guò)氧化物、甲醛、乙醛、CO2和一氧化碳等。從上面可以看出，TVOC應該比非甲烷總烴***。另外，熱解量沒(méi)有0.1%-0.5%那么***，注塑生產(chǎn)的噴嘴材料、龜頭材料甚至試驗機材料一般的材料損耗也只有1%-2%，所以熱解量肯定沒(méi)有那么***。但不同的塑料件會(huì )有所不同，注塑件和薄膜制品的退熱損耗也會(huì )有所不同，一般按原材料消耗的0.01%計算。

 

2)聚氯乙烯

 

注塑過(guò)程中使用的原材料是PVC(聚氯乙烯)，廢氣中可能會(huì )釋放出HCl和游離氯乙烯。而原料中含有聚甲醛(POM)，可能會(huì )釋放出甲醛。此外，由于造粒過(guò)程中工藝廢氣成分復雜，有些地方計算非甲烷碳氫化合物進(jìn)行定量評價(jià)，有些地方還計算VOC(VOCs)進(jìn)行定量評價(jià)。由于造粒時(shí)的加熱溫度一般控制在塑料原料的允許范圍內，分解的單體量很少，加熱一般在密閉的容器中進(jìn)行，所以只排出少量生成的單體。一般來(lái)說(shuō)，以100-200克/噸產(chǎn)品計，熱分解產(chǎn)生的單體僅占總量的0.01-0.02%。造粒過(guò)程廢氣成分復雜，不同原料產(chǎn)生的廢氣成分不同。

 

聚氯乙烯(PVC)是氯乙烯聚合而成的高分子化合物，為熱塑性塑料，玻璃化轉變溫度為80℃ ~ 85℃。工業(yè)產(chǎn)品為白色或淡黃色粉末，相對密度為1.4，氯含量為56 ~ 58%。低分子量易溶于酮、酯和氯代烴溶劑。具有***異的耐化學(xué)腐蝕性。熱穩定性和耐光性差。氯化氫暴露在100℃以上的陽(yáng)光下或長(cháng)時(shí)間暴露時(shí)開(kāi)始分解。聚氯乙烯在加工過(guò)程中會(huì )因受熱而降解。由于HCl的釋放，多烯結構分子中共軛雙鍵的數量增加。當數量達到8個(gè)以上時(shí)，其對光波的吸收開(kāi)始收斂，所以顏色會(huì )逐漸加深(黃色→棕色→棕色)。根據鹽酸的釋放速率，鹽酸的降解溫度可分為以下四個(gè)階段:

 

(1)早期著(zhù)色降解:100~130℃時(shí)，HCl開(kāi)始釋放，但釋放速率很小。PVC在這個(gè)溫度下暴露10天以上，顏色逐漸變化。

 

(2)中期降解:140~160℃時(shí)，HCl釋放速率逐漸增加。

 

(3)長(cháng)期熱降解:160~220℃。

 

(4)完全降解:鹽酸在220℃以上完全釋放。

 

注塑成型簡(jiǎn)介:

 

氧化法是***適合有毒有害且不需要回收的VOCs的處理技術(shù)和方法。氧化法的基本原理:VOC與O2反應生成CO2和H2O。

 

從化學(xué)反應方程來(lái)看，氧化反應類(lèi)似于化學(xué)燃燒過(guò)程，但由于其VOC濃度較低，在化學(xué)反應中不會(huì )產(chǎn)生可見(jiàn)的火焰。一般來(lái)說(shuō)，氧化法可以通過(guò)兩種方法保證氧化反應的順利進(jìn)行:a)加熱。使含有VOC的有機廢氣達到反應溫度；b)使用催化劑。如果溫度相對較低，氧化反應可以在催化劑表面進(jìn)行。因此，有機廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法:

 

a)催化氧化法。目前，催化氧化中使用的催化劑有兩種，即貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。貴金屬催化劑主要包括鉑、鈀等。，它們以細顆粒的形式附著(zhù)在催化劑載體上，催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩體或散裝填料；非貴金屬催化劑主要是通過(guò)將過(guò)渡元素金屬氧化物如二氧化錳與粘結劑按一定比例混合而制備的。為了有效防止催化劑中毒后失去催化活性，在處理前必須徹底去除能使催化劑中毒的物質(zhì)，如鉛、鋅、汞等。如果不能去除有機廢氣中的催化劑毒物和覆蓋物，這種催化氧化法不能用于處理VOC

 

b)熱氧化法。目前熱氧化方法有三種:熱燃燒法、分區法和蓄熱法。三種方法的主要區別在于熱量回收的方式。這三種方法都可以與催化方法相結合，降低化學(xué)反應的反應溫度。

 

熱燃燒熱氧化器一般指氣體焚燒爐。氣體焚燒爐由助燃劑、混合區和燃燒室組成。其中，助燃劑如天然氣、石油等是輔助燃料。在燃燒過(guò)程中，焚燒爐產(chǎn)生的熱混合區可以預熱VOC廢氣，為有機廢氣的處理提供足夠的空間和時(shí)間，***終實(shí)現有機廢氣的無(wú)害化處理。

 

在供氧充足的條件下，氧化反應的反應程度——VOC去除率——主要取決于“三個(gè)條件”:反應溫度、時(shí)間和湍流。這“三個(gè)T條件”是相互關(guān)聯(lián)的。在一定程度上，一個(gè)條件的改善可以減少另外兩個(gè)條件。熱燃燒熱氧化器的缺點(diǎn)在于輔助燃料價(jià)格高，導致裝置運行成本高。

 

直燃式廢氣處理爐

 

所需溫度:700-800攝氏度

 

相應的廢氣類(lèi)型:所有

 

廢氣凈化效率達99.8%以上

 

與廢氣機熱回收系統相匹配，可有效降低工廠(chǎng)運營(yíng)成本

 

催化廢氣處理爐

 

所需溫度:300-400攝氏度

 

根據廢氣濃度引發(fā)自燃

 

系統設計通過(guò)使用預處理劑和催化劑清洗來(lái)延長(cháng)設備的使用壽命

 

前端可以設置各種吸附材料

 

RCO處理技術(shù)***別適用于對熱回收率要求較高的場(chǎng)合，也適用于同一條生產(chǎn)線(xiàn)上的不同產(chǎn)品導致廢氣成分經(jīng)常變化或廢氣濃度波動(dòng)較***的場(chǎng)合。***別適用于需要熱能回收的企業(yè)廢氣處理或烘干線(xiàn)，烘干線(xiàn)可以利用能量回收，從而達到節能的目的。

 

***點(diǎn):工藝流程簡(jiǎn)單，設備緊湊，運行可靠；凈化效率高，一般達到98%以上；與RTO相比，燃燒溫度低；一次性投資少，運行成本低，熱回收效率一般可達85%以上；整個(gè)過(guò)程無(wú)廢水產(chǎn)生，凈化過(guò)程無(wú)NOX等二次污染產(chǎn)生；RCO凈化設備可與干燥室配合使用，凈化后的氣體可直接回用于干燥室，達到節能減排的目的；

 

缺點(diǎn):催化燃燒裝置僅適用于處理含有低沸點(diǎn)有機成分和低灰分的有機廢氣，不適用于處理含有油煙等粘性物質(zhì)的廢氣，催化劑應中毒；處理后的有機廢氣濃度低于20%。

 

蓄熱式廢氣處理爐

 

所需溫度:800-900攝氏度

 

甲苯濃度低于500ppm也可以啟動(dòng)自燃系統的設計

 

它可以與RCO一起使用

 

適用于***風(fēng)量、低濃度，有機廢氣濃度在100 ppm ~ 20000 ppm之間。其運行成本低，當有機廢氣濃度在450PPM以上時(shí)，RTO裝置不需要添加輔助燃料；凈化率高，兩床RTO凈化率可達98%以上，三床RTO凈化率可達99%以上，不產(chǎn)生NOX等二次污染；全自動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)單；安全性高。

 

***點(diǎn):處理***流量、低濃度的有機廢氣，運行成本非常低。

 

缺點(diǎn):一次性投資高，燃燒溫度高，不適合處理高濃度有機廢氣，運動(dòng)部件多，維護工作量***。

 

圖為RTO(蓄熱式熱焚燒技術(shù))濃縮及余熱回收系統，可將低濃度、***風(fēng)量的VOCs廢氣濃縮成高濃度、小風(fēng)量的廢氣，然后高溫燃燒，再回收蓄熱體的熱量，可用于廢氣預熱及熱轉換設備。

 

回收熱焚燒系統

 

回收熱焚燒系統(簡(jiǎn)稱(chēng)TNV)使用氣體或油直接燃燒和加熱含有有機溶劑的廢氣。在高溫作用下，有機溶劑分子被氧化分解成CO2和水，產(chǎn)生的高溫煙氣通過(guò)配套的多級換熱裝置加熱生產(chǎn)過(guò)程中所需的空氣或熱水，充分回收有機廢氣氧化分解過(guò)程中產(chǎn)生的熱能，降低整個(gè)系統的能耗。因此，當生產(chǎn)過(guò)程中需要***量熱量時(shí)，TNV系統是處理含有機溶劑廢氣的一種有效而理想的方法。新建涂裝生產(chǎn)線(xiàn)一般采用TNV回收熱焚燒系統。

 

TNV系統由三部分組成:廢氣預熱焚燒系統、循環(huán)空氣加熱系統和新風(fēng)換熱系統

 

廢氣焚燒集中供熱裝置的***點(diǎn)包括:有機廢氣在燃燒室中的停留時(shí)間為1 ~ 2s；有機廢氣分解率***于99%；熱回收率可達76%；燃燒器出力調節比可達26∶1，***可達40∶1。

 

缺點(diǎn):處理低濃度有機廢氣時(shí)，運行成本較高；管式換熱器只有在連續運行時(shí)才具有較長(cháng)的壽命。

 

VOC廢氣處理技術(shù)——冷凝回收法在不同溫度下，有機物飽和度不同。冷凝回收法利用有機物的***性，通過(guò)降低或增加系統壓力，冷凝提取蒸汽環(huán)境中的有機物。有機廢氣經(jīng)冷凝提取后，可以得到高度凈化。其缺點(diǎn)是操作困難，常溫下不易使用冷卻水，需要對冷凝水進(jìn)行冷卻，因此需要更多的費用。

 

這種處理方法主要適用于高濃度低溫有機廢氣的處理。一般適用于高VOC含量(百分之幾)和少量氣體的有機廢氣的回收處理。由于VOC多為易燃易爆氣體，氣體中的VOC含量不會(huì )因爆炸極限而過(guò)高，因此要達到較高的回收率，必須采用極低溫冷凝介質(zhì)或高壓措施，這必然會(huì )增加設備投資和處理成本。因此，這種技術(shù)通常被用作初級處理技術(shù)，并與其他技術(shù)相結合。