印刷过程VOCs的排放在线监测及控制技术研究

发布时间：2017-05-16 06:39

第一章 绪论

近年国内陆续颁布了许多关于 VOCs 治理政策标准，如表 1.1 所示。各地方也陆续出台了相关标准，广东省是国内最早制定印刷业 VOCs 排放标准的省份，2010 年 11 月 1 日起实行的《包装印刷行业挥发性有机化合物排放标准》，对印刷车间空间气体允许浓度进行了规定[19]。2014 年天津市环境保护局发布了《工业企业挥发性有机物排放控制标准》，对厂界印刷 VOCs 组份排放进行了界定[20]；2015 年 5 月 13 日北京市环境保护局发布了《印刷业挥发性有机物排放标准》（DB11/1201-2015）该标准对印刷生产活动中使用的处于即用状态的印刷油墨VOCs 含量限值以及印刷生产活动中设备或车间排气筒排放的 VOCs 浓度作出了相应规定[1]。2015 年 2 月 28 日上海市环境保护局发布了《印刷业大气污染物排放标准》（DB31/872-2015），该标准规定了印刷生产过程中使用的即用状态印刷油墨的 VOCs 含量限值和大气污染物排放限值[21]。

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第二章 印刷机邻域 VOCs 扩散特征研究

2.1 车间 VOCs 扩散理论基础

气体与液体统称为流体，流体流动主要分为层流与湍流两种模型。层流状态下，建立的流体力学方程能够形成封闭方程组，但是湍流情况下，由于使用某种平均（时间平均或者网格平均等）使得建立的流体力学方程不能形成闭环，无法求解计算，这种情况下需要建立新的未知量，建立模型，使得方程组封闭。根据雷诺方程（2-7），判定车间 VOCs 为湍流模型。

2.2 车间 VOCs 仿真模拟

印刷车间本身具有大空间建筑的特点，，再加上其内印刷设备散热量很大、空间温度高等使得影响其气流组织的因素多而复杂，因此通风情况尤为重要。模拟车间通风情况为低温送风空调系统[37]将车间分为两部分，下部视为工作区，上部视为非工作区。中部送风，下部和上部同时排风，形成两个气流区，保证下部工作区达到空调设计要求，而上部气流区负责排走非空调区的余热。送风温度为7℃，总送风量为 9000m3/h，总排风量为 10100 m3/h，如图 2.2 所示。

第三章 印刷过程 VOCs 在线监测方法研究.............17

3.1 车间 VOCs 监测方案............ 17
3.2 现场测试............. 21
3.3 不确定度分析.......... 25
3.4 小结...... 25
第四章 基于 ZigBee 技术的印刷 VOCs 在线监测系统......26
4.1 气体在线监测系统硬件......... 26
4.2 气体在线监测系统软件......... 32
4.3 小结........ 34
第五章 印刷 VOCs 控制方法研究.....35
5.1 印刷业 VOCs 控制技术.......... 35
5.2 车间环境对 VOCs 分布影响.... 37
5.3 小结........... 44

第五章 印刷 VOCs 控制方法研究

5.1 印刷业 VOCs 控制技术

印刷业 VOCs 来源主要是使用大量的有机型溶剂，油墨、清洗剂、洗车水等含有大量的 VOCs。具体 VOCs 含量为，塑料里印刷油墨白色 65%、白色以外的油墨 70%，塑料表印油墨 60%，纸质凹版印刷油墨 60%，丝网印刷油墨 45%，金属油墨 45%，商业轮转印刷油墨 30%，单张纸印刷油墨 5%；胶黏剂 30%；涂布液 40%；润版液 20%；洗车水 17%。因此提出印刷材料绿色化，降低 VOCs 输入量。改用环保型油墨（水性油墨、植物性油墨、光固化油墨、电子束固化油墨、UV 无水胶印油墨），无醇润版液或者低醇含量润版液（异丙醇浓度＜5%）、环保型洗车水、免治理 CTP 板材、使用植物淀粉类型喷类、平装使用聚氨酯（PUR）型热熔胶、使用预涂膜采用水光基胶黏剂、水光基上光油等。为了降低 VOCs 扩散，提出通过改进工艺方法来减少 VOCs 的产生。常采用的技术大体分为直接替代、间接替代及机械式替代的方式，具体如下：（1） 目前原材料存放严格按照要求储存，建立统一物品存储区域，并及时密封保存，减少 VOCs 挥发。（2） 采用计算机直接制版（CTP）系统和数字化工艺流程软件；采用节省油墨软件，利用底色去除（UCR）工艺减少彩色油墨用量；制版与冲片清洗水通过过滤净化循环等.

5.2 车间环境对 VOCs 分布影响

目前通过采用以上所述方法，印刷业 VOCs 治理得到了一定的改善，但也存在一定问题。印刷业管理水平相差较大，采取有效的末端治理设施较少，且 VOCs捕集效率较低只有 20‐40%。印刷过程仍有大量的 VOCs 堆积在车间内部，无法有效排出，无法符合行业标准。而车间环境对污染气体的分布有很大的影响，提出可通过分析印刷环境进一步提高废气收集效率，减少 VOCs 的排放。 本文主要从通风条件、车间结构以及车间照明三方面进行初步分析。采用计算机 CFD 数值模拟，基础理论与软件设置同第二章。
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第六章 结论与展望

研究印刷过程 VOCs 的扩散特征并提出监测方案，通过改变车间环境条件有利于 VOCs 的收集，为印刷业 VOCs 的控制提供依据。具体结论如下:（1）CFD 技术对于空间内流体的温度场、浓度场可以很好的仿真模拟。模拟结果得出印刷 VOCs 主要集中在印刷机邻域范围内，印刷机上方 2m 及左右 2m且呈阶梯状不均匀分布，其主要扩散源有印刷色组及收纸台处。（2）根据气体分布特征，提出基于印刷机邻域的 VOCs 气体监测，监测方案包括环境测定、定点 VOCs 测定及连续 VOCs 测定。并进行了现场验证，监测了工作日内印刷 VOCs 的分布情况，并得出清洗阶段车间内 VOCs 含量最高（3）印刷机本身是一个热源，车间内部环境因素复杂，对于监测设备有很高的要求。为了能够有效、快速监测印刷过程 VOCs 浓度变化，搭建了基于 ZigBee气体监测系统，并进行了现场测试。实现了印刷过程中复杂环境下长时间、无人值守、多点监测、多级警的 VOCs 实时监测，避免了一般监测成本高、线路缠绕不方便携带特点。

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参考文献（略）

本文编号：369953