真空浸漆工藝中有機廢氣源強核算及措施有效性定量研究

任晶

上海賾羽環保技術有限公司 上海 200000

引言

浸漆工藝廢氣治理方面的研究包括浸漆車間有機廢氣收集和末端治理方式的選擇分析，對于真空浸漆工藝中有機廢氣源強核算以及配套的冷凝捕集系統相關的研究較少，本文旨在建立抽真空廢氣源強估算模型并對冷凝器捕集廢氣效率進行定量分析，為環評中真空浸漆工藝廢氣污染源強核算和配套相關污染措施提供參考。

1 真空浸漆工藝及有機廢氣產污節點分析

1.1 真空浸漆廢氣工藝

本文以F級絕緣浸漆工藝常用的ZJH-1800真空浸漆烘干一體裝置為例，工藝流程如下：

再次開啟真空泵和對應閥門，對浸漆罐緩慢抽真空至真空度為-0.08MPa，過程歷時約5min，然后關閉真空泵和對應閥門，保持密閉真空狀態約30min后打開頂蓋旁側閥門釋放真空后關閉。開啟真空泵對貯漆罐抽真空至真空度為-0.08MPa，關閉真空泵和對應閥門，然后打開浸漆罐和貯漆罐之間的連接閥門，完成回漆。抽真空廢氣通過密閉貯漆罐上方管道經由真空泵抽吸進入冷凝捕集器系統。浸漆罐啟動電加熱裝置，加熱溫度至100℃，烘干約6h，烘干降溫后開蓋，取出工件[1]。

1.2 有機廢氣產污節點分析

每批次浸漆過程存在三次抽真空廢氣產生源，分別為對浸漆罐、貯漆罐和貯稀釋劑溶劑罐的抽真空環節。抽真空過程導致苯乙烯等VOC氣體的瞬時高濃度排放。如若真空浸漆裝置管路密閉性不強，或后續抽真空廢氣處理配套的末端防治措施不完善，將導致高濃度苯乙烯氣體無組織逸散或有組織超標排放。

本文重在關注抽真空廢氣產排過程，旨在建立源強估算模型，并結合實例核算VOC產生濃度，最后初步探討配套冷凝捕集器的效用。

2 模型建立與源強估算

浸漆過程對密閉罐抽真空過程可看作壓力容器的減壓過程：壓力容器內貯存一定量體積的有機溶劑，容器內上方存在一定量體積的氣相空間。

針對單一純溶劑的減壓揮發核算過程，但真空浸漆工藝使用的無溶劑絕緣漆為混合溶劑，如本文使用的無溶劑絕緣漆主要成分為樹脂類基體份、苯乙烯溶劑、甲基苯乙烯（稀釋劑）和固化劑過氧化二異丙苯（DCP），抽真空過程中揮發性有機物均逸散揮發，其揮發量與各揮發性有機物在氣相中的分壓相關，因而混合型溶劑減壓過程各揮發份產生量的計算需進行校正。

通常混合有機溶劑中各組分的分壓與其在有機溶劑中的摩爾分數成正比關系。

假設將無溶劑絕緣漆在加入稀釋劑（甲基苯乙烯）調和至使用黏度狀態后視為理想溶液，則結合公式，推導得到無溶劑絕緣漆在抽真空減壓過程中各揮發組分的產生源強。

本例采用無溶劑絕緣漆的成分，VOC氣體包括DCP、苯乙烯和甲基苯乙烯。

獸面紋廣泛出現在各種玉器上，有的素面無底紋；有的充填著各種底紋；有的較為抽象，有的較為具象，均具有一定的駭異性。如瑤山10號墓出土的玉三叉形器，見圖2，器上的獸面紋，眼睛、鼻、嘴部位鮮明。

設備頂部空間體積V計算如下：對浸漆罐或貯漆罐抽真空前漆液面距離罐頂部約0.3m，浸漆罐或貯漆罐的內直徑為1.5m，則V=0.52m3；抽真空過程約為5min，由常壓抽真空至真空度為-0.08MPa，采用密閉水環式真空泵，氣量約為50m3/h。由以上參數可計算每批次抽真空過程VOC氣體的產生量。

進入真空泵廢氣的絕對壓力隨抽真空時間延長而減小，壓縮比不斷增大。設定t時刻，吸入真空泵的氣體總壓（絕對壓力）為Pt，其中i組分VOC氣體的分壓為（Pi）t，則抽吸氣體中VOC組分經真空泵等溫壓縮，最終排口濃度計算公式如下：

由前述可知，假定認為VOC氣相分率（Pi）t/Pt不變，且

則

以苯乙烯為例，真空泵抽吸氣體中苯乙烯經等溫壓縮，真空泵排口濃度為5104.3mg/m3。

每次抽真空過程中VOCs揮發量計，本例中真空泵排出的VOCs濃度非常高，甲基苯乙烯最大濃度高達25521.7mg/m3。抽真空廢氣具有濃度高、氣量小的特點，從安全和環保的角度考慮，真空浸漆設備通常設有捕集冷凝器裝置對高濃度抽真空廢氣的預處理。

3 冷凝捕集器捕集效率定量研究

3.1 對應飽和蒸汽壓的VOCs濃度

飽和蒸汽壓對應的VOCs濃度與溫度、對應溫度下的飽和蒸汽壓和VOCs的分子量相關。本例無溶劑絕緣漆工作溫度（30℃）和冷凝溫度（-15℃）下苯乙烯的對應飽和濃度分別為54798mg/Nm3、3228mg/Nm3；甲基苯乙烯分別為62175mg/Nm3、3662mg/Nm3；DCP分別為128359mg/Nm3、7537mg/Nm3。

3.2 冷凝捕集效率分析

冷凝作用可包括兩種方式：①在定壓下，降低系統的溫度；②在定溫下，增加系統的壓力。冷凝捕集器的工作原理和過程如下：抽真空廢氣在負壓狀態下經管道進入真空泵，經真空泵等溫壓縮至常壓，送入冷凝捕集器進行降溫冷凝。因而以上過程可視為先等溫壓縮后等壓降溫的聯合作用，系統對VOCs的冷凝效率可分兩個階段估算。

VOC通過冷凝降低濃度的極限是冷凝溫度下的飽和蒸汽壓所對應的濃度。本文梳理了VOCs物質各階段飽和濃度和實際濃度，并核算了VOC最大濃度情況下兩級段各段的處理效率。通過對比，三種VOCs物質各自的濃度均高于此溫度下的飽和濃度，因而均能產生液化凝結效果，苯乙烯、甲基苯乙烯和DCP最大冷凝捕集效率分別為36.8%、85.7%和18.2%。

因此，同樣的設備參數和處理溫度下，冷凝捕集器對VOC物質的處理效率由混合溶劑中各VOC物質的摩爾分數和飽和蒸汽壓決定；本例無溶劑絕緣漆中甲基苯乙烯摩爾分數含量最高，揮發量最大，在同樣的冷凝溫度下，甲基苯乙烯的捕集效率最高，約為85.7%。此外，冷凝法處理的出口VOCs濃度即為各VOC物質在冷凝溫度下各自飽和蒸汽壓所對應的濃度，因而為達標排放。

本例中，經過冷凝捕集處理各VOC的濃度仍然很高，與后續吸附-催化燃燒凈化工藝結合使用，可取得滿意的效果。

4 結束語

通過對真空浸漆設備抽真空過程揮發性有機物的揮發量源強核算建立模型可知，無溶劑絕緣漆抽真空過程的揮發損耗量與真空浸漆設備頂部空間體積、各揮發性有機份的飽和蒸汽壓、摩爾質量和其在無溶劑絕緣漆中的摩爾分數有關，還與抽真空的工作真空度等操作參數有關。

由于抽真空過程產生VOC氣體瞬時高濃度，通過真空浸漆設備配套的捕集冷凝器能有效捕集高濃度VOC氣體，在本例中冷凝捕集器對于甲基苯乙烯的捕集效率可高達85.7%。然而，經過冷凝捕集預處理的VOC濃度仍然很高，與后續吸附-催化燃燒凈化工藝結合使用，可實現達標排放。