注塑過程中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(shè)備在注塑成型中的應(yīng)用注塑成型的整個(gè)過程是這樣的:通過進(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(qiáng)度(轉(zhuǎn)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(dāng)塑料達(dá)到一定溫度時(shí)。以一定的速度打開模具→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(bǔ)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(jī)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(shù)。每一種塑料，每一種產(chǎn)品和注塑機(jī)都需要不同的工藝參數(shù)。注塑工藝還應(yīng)包括水分控制、添加劑控制、著色劑控制等。

 

注塑成型的四個(gè)要素

 

1.塑料模具2.注塑成型機(jī)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(jié)構(gòu):

 

①陽模(下模):陽模固定板、陽模輔助板、***出板、陽模板。

 

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(tǒng)冷卻。穩(wěn)定(恒定)芯片溫度。

 

注塑機(jī)主要由塑化注塑裝置、合模裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)油泵，油泵產(chǎn)生油壓，油壓驅(qū)動(dòng)活塞，活塞驅(qū)動(dòng)機(jī)械，機(jī)械產(chǎn)生動(dòng)作。

 

1.可分為:①臥式注塑機(jī)②立式注塑機(jī)③角型注塑機(jī)④多色注塑機(jī)

 

2.按夾緊方式可分為:①直壓式注塑機(jī)②曲軸式注塑機(jī)③直壓式和曲軸復(fù)合式

 

3.可分為:①柱塞注塑機(jī)②單程螺桿注塑機(jī)③往復(fù)螺桿注塑機(jī)

 

塑料注塑成型過程主要涉及造粒和擠出。造粒和擠出過程的溫度一般在169℃-210℃之間。不同項(xiàng)目控制不同，但不能高于塑料原料的熱分解溫度。至于造粒過程的工藝廢氣成分，就比較復(fù)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塑料在熱解過程中(160 ~ 210℃)，由于分子間剪切擠壓，在斷鏈、分解和降解過程中產(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。在熱解過程中(160 ~ 210℃)，由于分子間剪切擠壓，鏈斷裂，分解降解過程產(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(wěn)定性***(分解溫度310℃)。PP塑料加工溫度范圍廣，不易分解。在熱解過程中(200-300℃)，由于分子間剪切擠出，在斷鏈、分解和降解過程中產(chǎn)生游離單體廢氣，主要是丙烯單體。

 

NPBT塑料，學(xué)名聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，是由對(duì)苯二甲酸二甲酯和1，4-丁二醇酯交換而成。結(jié)晶熱塑性聚酯。無味，無嗅，無毒。玻璃化轉(zhuǎn)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(duì)密度為1.324克/立方厘米，吸水率為0.03-0.07%，熱解過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(duì)密度(25℃/4℃)為1.371，折射率為1.652，耐熱性遠(yuǎn)高于雙酚a聚砜，熱變形溫度和連續(xù)使用溫度均高100℃左右。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為288℃，連續(xù)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，聚甲醛的相對(duì)密度為1.402-1.405。結(jié)晶度為77%-78%，低于多聚甲醛。熔點(diǎn)、強(qiáng)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、過氧化物、甲醛、乙醛、CO2、CO分解；薄膜產(chǎn)品應(yīng)注意抗氧化劑、穩(wěn)定劑和著色劑造成的毒性危害；其產(chǎn)品有一種******的氣味，用摻有穩(wěn)定劑的聚乙烯管長期靜脈輸液可能會(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、過氧化物、甲醛、乙醛、CO2、CO等揮發(fā)性復(fù)雜混合物。210℃~250℃產(chǎn)生的混合氣體包括甲醛、不飽和烴、有機(jī)酸、有機(jī)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(dǎo)致中毒。

 

②聚乙烯(PE):本身無毒性，加入抗氧化劑、穩(wěn)定劑、著色劑等有毒性。當(dāng)產(chǎn)物加熱到150℃~220℃時(shí)，熱解產(chǎn)物包括酸、酯、不飽和烴、過氧化物、甲醛、乙醛、CO2和一氧化碳等。從上面可以看出，TVOC應(yīng)該比非甲烷總烴***。另外，熱解量沒有0.1%-0.5%那么***，注塑生產(chǎn)的噴嘴材料、龜頭材料甚至試驗(yàn)機(jī)材料一般的材料損耗也只有1%-2%，所以熱解量肯定沒有那么***。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(jì)算。

 

2)聚氯乙烯

 

注塑過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，由于造粒過程中工藝廢氣成分復(fù)雜，有些地方計(jì)算非甲烷碳?xì)浠衔镞M(jìn)行定量評(píng)價(jià)，有些地方還計(jì)算VOC(VOCs)進(jìn)行定量評(píng)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(nèi)，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。一般來說，以100-200克/噸產(chǎn)品計(jì)，熱分解產(chǎn)生的單體僅占總量的0.01-0.02%。造粒過程廢氣成分復(fù)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(zhuǎn)變溫度為80℃ ~ 85℃。工業(yè)產(chǎn)品為白色或淡黃色粉末，相對(duì)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(wěn)定性和耐光性差。氯化氫暴露在100℃以上的陽光下或長時(shí)間暴露時(shí)開始分解。聚氯乙烯在加工過程中會(huì)因受熱而降解。由于HCl的釋放，多烯結(jié)構(gòu)分子中共軛雙鍵的數(shù)量增加。當(dāng)數(shù)量達(dá)到8個(gè)以上時(shí)，其對(duì)光波的吸收開始收斂，所以顏色會(huì)逐漸加深(黃色→棕色→棕色)。根據(jù)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)早期著色降解:100~130℃時(shí)，HCl開始釋放，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(yīng)生成CO2和H2O。

 

從化學(xué)反應(yīng)方程來看，氧化反應(yīng)類似于化學(xué)燃燒過程，但由于其VOC濃度較低，在化學(xué)反應(yīng)中不會(huì)產(chǎn)生可見的火焰。一般來說，氧化法可以通過兩種方法保證氧化反應(yīng)的順利進(jìn)行:a)加熱。使含有VOC的有機(jī)廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度；b)使用催化劑。如果溫度相對(duì)較低，氧化反應(yīng)可以在催化劑表面進(jìn)行。因此，有機(jī)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(xì)顆粒的形式附著在催化劑載體上，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將過渡元素金屬氧化物如二氧化錳與粘結(jié)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(jī)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(qū)法和蓄熱法。三種方法的主要區(qū)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(jié)合，降低化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)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(qū)和燃燒室組成。其中，助燃劑如天然氣、石油等是輔助燃料。在燃燒過程中，焚燒爐產(chǎn)生的熱混合區(qū)可以預(yù)熱VOC廢氣，為有機(jī)廢氣的處理提供足夠的空間和時(shí)間，***終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的無害化處理。

 

在供氧充足的條件下，氧化反應(yīng)的反應(yīng)程度——VOC去除率——主要取決于“三個(gè)條件”:反應(yīng)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(dǎo)致裝置運(yùn)行成本高。

 

直燃式廢氣處理爐

 

所需溫度:700-800攝氏度

 

相應(yīng)的廢氣類型:所有

 

廢氣凈化效率達(dá)99.8%以上

 

與廢氣機(jī)熱回收系統(tǒng)相匹配，可有效降低工廠運(yùn)營成本

 

催化廢氣處理爐

 

所需溫度:300-400攝氏度

 

根據(jù)廢氣濃度引發(fā)自燃

 

系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過使用預(yù)處理劑和催化劑清洗來延長設(shè)備的使用壽命

 

前端可以設(shè)置各種吸附材料

 

RCO處理技術(shù)***別適用于對(duì)熱回收率要求較高的場(chǎng)合，也適用于同一條生產(chǎn)線上的不同產(chǎn)品導(dǎo)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，烘干線可以利用能量回收，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

 

***點(diǎn):工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備緊湊，運(yùn)行可靠；凈化效率高，一般達(dá)到98%以上；與RTO相比，燃燒溫度低；一次性投資少，運(yùn)行成本低，熱回收效率一般可達(dá)85%以上；整個(gè)過程無廢水產(chǎn)生，凈化過程無NOX等二次污染產(chǎn)生；RCO凈化設(shè)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(dá)到節(jié)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(jī)成分和低灰分的有機(jī)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(yīng)中毒；處理后的有機(jī)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(tǒng)的設(shè)計(jì)

 

它可以與RCO一起使用

 

適用于***風(fēng)量、低濃度，有機(jī)廢氣濃度在100 ppm ~ 20000 ppm之間。其運(yùn)行成本低，當(dāng)有機(jī)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(dá)98%以上，三床RTO凈化率可達(dá)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(jī)廢氣，運(yùn)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(jī)廢氣，運(yùn)動(dòng)部件多，維護(hù)工作量***。

 

圖為RTO(蓄熱式熱焚燒技術(shù))濃縮及余熱回收系統(tǒng)，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(yù)熱及熱轉(zhuǎn)換設(shè)備。

 

回收熱焚燒系統(tǒng)

 

回收熱焚燒系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱TNV)使用氣體或油直接燃燒和加熱含有有機(jī)溶劑的廢氣。在高溫作用下，有機(jī)溶劑分子被氧化分解成CO2和水，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^配套的多級(jí)換熱裝置加熱生產(chǎn)過程中所需的空氣或熱水，充分回收有機(jī)廢氣氧化分解過程中產(chǎn)生的熱能，降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗。因此，當(dāng)生產(chǎn)過程中需要***量熱量時(shí)，TNV系統(tǒng)是處理含有機(jī)溶劑廢氣的一種有效而理想的方法。新建涂裝生產(chǎn)線一般采用TNV回收熱焚燒系統(tǒng)。

 

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

 

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

 

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

 

VOC廢氣處理技術(shù)——冷凝回收法在不同溫度下，有機(jī)物飽和度不同。冷凝回收法利用有機(jī)物的***性，通過降低或增加系統(tǒng)壓力，冷凝提取蒸汽環(huán)境中的有機(jī)物。有機(jī)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(duì)冷凝水進(jìn)行冷卻，因此需要更多的費(fèi)用。

 

這種處理方法主要適用于高濃度低溫有機(jī)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(jī)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)因爆炸極限而過高，因此要達(dá)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(shè)備投資和處理成本。因此，這種技術(shù)通常被用作初級(jí)處理技術(shù)，并與其他技術(shù)相結(jié)合。