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過程是這樣的:通過進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。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，也可以補充成品在冷卻收縮時減少的體積)→包裝→入庫。同時注塑機加入脫模劑，合模。注塑工藝主要控制各工序的溫度、壓力、速度、時間等參數。每一種塑料，每一種產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、著色劑控制等。

 

注塑成型的四個要素

 

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、合模裝置和傳動機構組成。電驅動馬達，馬達驅動油泵，油泵產生油壓，油壓驅動活塞，活塞驅動機械，機械產生動作。

 

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，就比較復雜了。不同的原料產生不同的廢氣成分。

 

塑料，學名聚氯乙烯，是由熱塑性氯乙烯聚合而成的高分子化合物。工業產品為白色或淡黃色粉末，比重約1.4 g/cm3，氯含量56% ~ 58%，熔點約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，產生游離單體廢氣，PVC產生氯乙烯和氯化氫單體。

 

ABS塑料，學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，分解降解過程產生游離單體廢氣，主要是乙烯單體。

 

PP塑料，學名聚丙烯，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生游離單體廢氣，主要是丙烯單體。

 

NPBT塑料，學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。無味，無嗅，無毒。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%，熱解過程中分解的單體為芳烴組分。

 

PAS塑料，學名聚芳酚，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，聚甲醛的相對密度為1.402-1.405。結晶度為77%-78%，低于多聚甲醛。熔點、強度、硬度也略低。熔點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)產品生產:高壓聚乙烯加熱到150℃時，酸、酯、不飽和烴、過氧化物、甲醛、乙醛、CO2、CO分解；薄膜產品應注意抗氧化劑、穩定劑和著色劑造成的毒性危害；其產品有一種******的氣味，用摻有穩定劑的聚乙烯管長期靜脈輸液可能會發生靜脈炎。低壓聚乙烯加熱至150℃，產生酸、酯、不飽和烴、過氧化物、甲醛、乙醛、CO2、CO等揮發性復雜混合物。210℃~250℃產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，熱解產物為甲醛和丙烯醛。這種熱解產物會導致中毒。

 

②聚乙烯(PE):本身無毒性，加入抗氧化劑、穩定劑、著色劑等有毒性。當產物加熱到150℃~220℃時，熱解產物包括酸、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應該比非甲烷總烴***。另外，熱解量沒有0.1%-0.5%那么***，注塑生產的噴嘴材料、龜頭材料甚至試驗機材料一般的材料損耗也只有1%-2%，所以熱解量肯定沒有那么***。但不同的塑料件會有所不同，注塑件和薄膜制品的退熱損耗也會有所不同，一般按原材料消耗的0.01%計算。

 

2)聚氯乙烯

 

注塑過程中使用的原材料是PVC(聚氯乙烯)，廢氣中可能會釋放出HCl和游離氯乙烯。而原料中含有聚甲醛(POM)，可能會釋放出甲醛。此外，由于造粒過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行定量評價，有些地方還計算VOC(VOCs)進行定量評價。由于造粒時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行，所以只排出少量生成的單體。一般來說，以100-200克/噸產品計，熱分解產生的單體僅占總量的0.01-0.02%。造粒過程廢氣成分復雜，不同原料產生的廢氣成分不同。

 

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℃。工業產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***異的耐化學腐蝕性。熱穩定性和耐光性差。氯化氫暴露在100℃以上的陽光下或長時間暴露時開始分解。聚氯乙烯在加工過程中會因受熱而降解。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個以上時，其對光波的吸收開始收斂，所以顏色會逐漸加深(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階段:

 

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

 

(2)中期降解:140~160℃時，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。

 

注塑成型簡介:

 

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

 

從化學反應方程來看，氧化反應類似于化學燃燒過程，但由于其VOC濃度較低，在化學反應中不會產生可見的火焰。一般來說，氧化法可以通過兩種方法保證氧化反應的順利進行: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，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。在燃燒過程中，焚燒爐產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間，***終實現有機廢氣的無害化處理。

 

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“三個條件”:反應溫度、時間和湍流。這“三個T條件”是相互關聯的。在一定程度上，一個條件的改善可以減少另外兩個條件。熱燃燒熱氧化器的缺點在于輔助燃料價格高，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，可有效降低工廠運營成本

 

催化廢氣處理爐

 

所需溫度:300-400攝氏度

 

根據廢氣濃度引發自燃

 

系統設計通過使用預處理劑和催化劑清洗來延長設備的使用壽命

 

前端可以設置各種吸附材料

 

RCO處理技術***別適用于對熱回收率要求較高的場合，也適用于同一條生產線上的不同產品導致廢氣成分經常變化或廢氣濃度波動較***的場合。***別適用于需要熱能回收的企業廢氣處理或烘干線，烘干線可以利用能量回收，從而達到節能的目的。

 

***點:工藝流程簡單，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；整個過程無廢水產生，凈化過程無NOX等二次污染產生；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:催化燃燒裝置僅適用于處理含有低沸點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也可以啟動自燃系統的設計

 

它可以與RCO一起使用

 

適用于***風量、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，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，不產生NOX等二次污染；全自動控制，操作簡單；安全性高。

 

***點:處理***流量、低濃度的有機廢氣，運行成本非常低。

 

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

 

圖為RTO(蓄熱式熱焚燒技術)濃縮及余熱回收系統，可將低濃度、***風量的VOCs廢氣濃縮成高濃度、小風量的廢氣，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(簡稱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，產生的高溫煙氣通過配套的多級換熱裝置加熱生產過程中所需的空氣或熱水，充分回收有機廢氣氧化分解過程中產生的熱能，降低整個系統的能耗。因此，當生產過程中需要***量熱量時，TNV系統是處理含有機溶劑廢氣的一種有效而理想的方法。新建涂裝生產線一般采用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、循環空氣加熱系統和新風換熱系統

 

廢氣焚燒集中供熱裝置的***點包括:有機廢氣在燃燒室中的停留時間為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:處理低濃度有機廢氣時，運行成本較高；管式換熱器只有在連續運行時才具有較長的壽命。

 

VOC廢氣處理技術——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，通過降低或增加系統壓力，冷凝提取蒸汽環境中的有機物。有機廢氣經冷凝提取后，可以得到高度凈化。其缺點是操作困難，常溫下不易使用冷卻水，需要對冷凝水進行冷卻，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含量不會因爆炸極限而過高，因此要達到較高的回收率，必須采用極低溫冷凝介質或高壓措施，這必然會增加設備投資和處理成本。因此，這種技術通常被用作初級處理技術，并與其他技術相結合。