¿Cómo solucionar el problema de los gases de escape de la impresión en huecograbado? ¡Aquí viene la guía completa sobre gobernanza desde el origen y el proceso hasta la gestión del final-de-vida útil!
La impresión por huecograbado tiene procesos maduros, alta eficiencia de producción, productos impresos ricos y en capas y un excelente rendimiento de reproducción original, lo que la hace ampliamente utilizada en la industria del embalaje flexible. Nuestra empresa posee siete líneas de producción avanzadas de impresión en huecograbado tanto a nivel nacional como internacional, con una producción anual de aproximadamente 26.000 toneladas de película de embalaje. En este artículo, el autor lleva a cabo un-estudio en profundidad sobre las tecnologías de reducción de los gases de escape (COV) y de ahorro de energía-de la impresión por huecograbado, combinando la generación de gases de escape de la impresión por huecograbado, el control del proceso de producción, la mejora de los equipos, el tratamiento de los gases de escape (COV) y la utilización de fuentes de calor, logrando importantes beneficios económicos y sociales.
Fuentes de escape de impresión en huecograbado
La tinta a base de solvente-utilizada en la impresión de huecograbado contiene menos del 75 % o igual a COV. Para mejorar el rendimiento de impresión, se deben agregar a la tinta varios solventes (acetato de etilo, n-butanol, isopropanol, acetato de n-propilo, etc.) para mezclarla y diluirla. Los COV se evaporan y liberan durante la preparación y el secado de la tinta.
Para reducir las emisiones de COV, en los últimos años, la industria de la impresión ha adoptado tintas-a base de agua (sustratos absorbentes inferiores o iguales al 15 % para el control de fuentes de escape; sustratos no absorbentes inferiores o iguales al 30 %). La tecnología también se ha desarrollado rápidamente, pero dado que las tintas-a base de agua no han superado por completo los desafíos técnicos en materia de adhesión, resistencia al agua y brillo, su aplicación actual aún enfrenta limitaciones. Este artículo explora la investigación sobre tecnologías de reducción de emisiones de COV y ahorro de energía-, basadas en tintas solventes-ampliamente utilizadas en la impresión de huecograbado.
Control del proceso de tinta de huecograbado
01/ Almacenamiento
Los COV, como la tinta y los disolventes, deben almacenarse en contenedores sellados, que deben cubrirse y sellarse, mantenerse sellados y almacenarse en almacenes exclusivos para productos químicos peligrosos. La temperatura en los almacenes de productos químicos peligrosos debe controlarse preferiblemente entre 0 grados y 28 grados. En el techo del almacén se pueden instalar techos de almacenamiento de agua o tuberías de agua de refrigeración. Cuando la temperatura exterior sea de 30 grados o más, rocíe agua para enfriar la temperatura, manteniendo la temperatura interna por debajo de 28 grados. Los almacenes de productos químicos peligrosos con condiciones adecuadas deben estar equipados con aire acondicionado-a prueba de explosiones o equipo de suministro de aire-a prueba de explosiones, controlando la temperatura del almacén en verano por debajo de 28 grados y por encima de 0 grados en invierno.
02/ Mezcla
El proceso de mezcla de tinta y solvente debe utilizar equipos de mezcla automática de tinta y operar en un espacio sellado para reducir la evaporación causada por la exposición. Si no se cumplen las condiciones, se deben tomar medidas locales de recolección de gas en la sala de aislamiento y los gases de escape deben introducirse en el sistema de tratamiento de gases de escape de COV a través de ventiladores-a prueba de explosiones y tuberías selladas.
03/ Suministro de tinta
Después de mezclar, la tinta debe transportarse centralmente a la unidad de la máquina de impresión mediante tuberías selladas (idealmente usando un sistema-autoflujo). La unidad de demanda debe utilizar un control de viscosidad centralizado según el uso, y una válvula neumática debe agregar tinta automáticamente a la bandeja de tinta.
Para la transferencia de tinta y disolventes fuera de-tubería, se deben utilizar contenedores sellados. Al agregar tinta o solvente al tanque de tinta, se debe usar un controlador de viscosidad de tinta tipo unidad-para mantener el solvente sellado dentro de la unidad. Después de agregar tinta, el depósito de tinta debe cerrarse rápidamente para reducir las emisiones de COV durante el proceso de suministro de tinta.
04/ Impresión
Para reducir-las emisiones de escape en el sitio, las bandejas de tinta, los tambores de tinta y los tambores de solvente deben cubrirse con placas de cubierta. Los raseros de huecograbado deben usar preferentemente raseros cerrados, o medidas tales como usar cubiertas de tanques de tinta o cambiar la forma de las aberturas de las ranuras pueden reducir el área abierta del sistema de suministro de tinta. El proceso de impresión debe utilizar un control automático de la viscosidad de la tinta, lo que permite el monitoreo en línea de la viscosidad de la tinta y la dosificación automática de solventes para reducir la frecuencia de apertura manual de las tapas de tinta y minimizar las emisiones de COV.
El grupo impresor debe adoptar medidas locales de recogida de gases, con la entrada de aire situada en la parte inferior y en el lado del accionamiento. Después de recolectar los gases de escape, se descargan a través de tuberías selladas al sistema de tratamiento de gases de escape de COV.
05/ Calentamiento del horno
El calentamiento del horno para la impresión en huecograbado representa aproximadamente el 70% del costo de encendido de la máquina y es un objetivo clave para el ahorro de energía y la reducción de emisiones. Los nuevos hornos de suspensión o semi-suspensión de gas de alta-eficiencia ofrecen excelentes efectos de secado y ahorro de energía-; Si las condiciones lo permiten, se prefieren bombas de calor de aire o mezclas de agua-electricidad (vapor). Los conductos de aire de entrada y retorno deben utilizar circulación interna o control automático LEL. El horno debe estar bien sellado para reducir los gases de escape y la pérdida de calor causada por las fugas de aire. Durante el funcionamiento, se debe ajustar el volumen de aire para mantener una ligera presión negativa dentro del horno.
06/ Limpiar con otro plato
La impresión en huecograbado requiere la limpieza de las planchas cuando se completa un pedido o se reemplazan los productos. Durante la limpieza, intente utilizar una pequeña cantidad de disolvente para una limpieza rápida durante el funcionamiento del rodillo portaplanchas. Para una limpieza adicional, es mejor utilizar un limpiador ultrasónico para limpieza automática en un espacio sellado. Los gases de escape producidos se recogen localmente y se descargan a través de tuberías selladas al sistema de tratamiento de gases de escape de COV.
La impresión de planchas de tinta, depósitos de tinta, placas de cubierta, etc. puede reducir en gran medida las emisiones de COV causadas por los disolventes utilizados durante la limpieza mediante pulverización de teflón. A través de la programación científica de órdenes de producción, se producen productos de las mismas especificaciones y variedades de manera centralizada, lo que reduce la frecuencia de reemplazo de los rodillos de placa y minimiza las emisiones de COV.
07/ Entorno de producción
El entorno de producción de impresión por huecograbado debe controlarse entre 18 y 28 grados y una humedad del 45 al 65 %, manteniéndose los ambientes interiores y exteriores bajo una ligera presión negativa (presión negativa interior) para reducir las fugas de COV.
Sistema de escape mejorado para máquinas de impresión.
El dispositivo de secado consta de un horno, un ventilador, una válvula de aire, un conducto de aire, una boquilla de aire y otros componentes. Se sopla aire caliente directamente sobre el sustrato a través de la boquilla y el chorro de aire caliente daña la película de disolvente sobre la superficie del sustrato. Luego, el disolvente de la tinta se filtra a través de los poros dieléctricos huecos y se evapora hacia el lado exterior de la capa de tinta. Parte del calor se transfiere como calor latente, mientras que otra parte se transfiere dentro del cuerpo del sustrato mediante conducción, y el calor restante finalmente sale del horno por aire.
El proceso de secado con aire caliente de los equipos de impresión por huecograbado es un proceso complejo de transferencia de masa y calor. La calidad de la impresión depende no sólo de la velocidad del aire caliente, la temperatura del aire caliente, el espesor de la tinta, el sistema de escape y la temperatura y humedad ambiental, sino que también afecta en gran medida las características del sustrato, la composición y características de la tinta y la estructura del horno de secado.
Para mejorar la utilización general del calor en el horno, implementamos las siguientes mejoras:
(1) Utilizar un horno aislado, con capas aislantes de fieltro de fibra cerámica en las paredes del recinto, proporcionando un aislamiento que refleja el calor y reduce la pérdida de calor en el sistema de secado.
(2) La boquilla del horno corresponde al rodillo guía de aleación de la imprenta. A través del rodillo guía metálico, absorbe y transfiere calor en segundo lugar, aumentando el área de contacto con el material de registro y mejorando el aprovechamiento de la energía.
(3) Instale un intercambiador de calor de aire de retorno para intercambiar calor entre el aire de escape externo y la entrada del horno de calentamiento, recuperando el aire caliente descargado. Esto reduce el contenido de disolvente en el aire de entrada y al mismo tiempo logra la reutilización secundaria del aire caliente. Este método puede recuperar aproximadamente el 65% del aire caliente y reducir las emisiones de aire residual en aproximadamente un 30%.
(4) Aprovechando la baja concentración de escape inferior y la alta concentración de escape superior, el conducto de escape inferior se introduce en el modo de escape superior, reduciendo el aire de escape superior desde el interior. Las pruebas muestran que cada máquina de impresión reduce las emisiones de escape en unos 12.000 metros cúbicos por hora.
(5) Utilizando tecnología LEL unitaria o local, el sistema de escape superior ajusta automáticamente el volumen de aire circulante según la concentración, lo que reduce las emisiones de aire residual. En funcionamiento estable, esta solución reduce las emisiones de escape en un 40%.
Diseño de instalaciones de tratamiento de gases de escape (COV)
Los gases de escape de COV de impresión en huecograbado se caracterizan por una baja concentración y un gran volumen de aire. Después de comparar varias soluciones, elegimos un sistema de tratamiento de gases de escape RTO (horno de oxidación regenerativa) de dos-etapas de concentración rotativa de zeolita + tres-tanques. El uso de un corredor de dos-etapas para concentrar y aumentar la concentración de COV en los gases de proceso permite el funcionamiento autosostenible del RTO-y reduce el consumo de gas natural.
La concentración rotativa de zeolita y la eficiencia de eliminación son del 90% al 95%. Cuando la concentración de COV en el escape supera los 500 mg/m³, la adsorción de concentración de corredor de una sola-etapa ya no puede garantizar el requisito de 40 mg/m³ para COV de escape de chimenea menor o igual a s. Un rodete de dos-etapas está diseñado para realizar una adsorción secundaria del gas adsorbido por el rodete de primera-etapa, lo que aumenta la eficiencia de adsorción de la rueda al 98,5% y reduce significativamente las emisiones de COV. Utilizando un diseño de RTO (horno de oxidación regenerativa) de tres-tanques, la eficiencia de eliminación de VOC puede superar el 99%, lo que mejora enormemente el medio ambiente.
Ahorro energético de los sistemas de tratamiento de gases de escape (COV)
A través de la gestión operativa, la mejora de los equipos y el reciclaje de energía de los sistemas de tratamiento de gases de escape (COV), se logra la reducción de los COV y el ahorro de energía.
01/ Concentrado rotatorio de zeolita de dos-etapas
El dispositivo rotatorio de concentración de zeolita de dos-etapas está diseñado con dos corredores de primera-etapa (A1 y B1) y dos corredores de segunda-etapa (A2 y B2). El aire de desorción del corredor de la primera-etapa ingresa directamente al sistema RTO, mientras que el aire de adsorción del corredor de la primera-etapa vuelve-al corredor de la segunda-etapa para la adsorción secundaria (el aire de adsorción A1 ingresa a A2, el aire de adsorción B1 ingresa a B2). El aire de adsorción del corredor de la segunda-etapa se descarga directamente en la chimenea de escape, y el aire de desorción del corredor de la segunda-etapa se introduce en la entrada del corredor de la primera-etapa para mezclarlo con el gas residual del proceso original. (Figura 1 Esquema de concentración rotativa de zeolita de doble etapa), los puntos clave para las operaciones de ahorro de energía-son los siguientes:
Figura 1 Diagrama esquemático del principio del concentrador de rueda de zeolita de dos-etapas
(1) Ajuste de la velocidad de las ruedas: al inicio, generalmente se establece alrededor de 30 Hz. Durante el funcionamiento, se puede ajustar según el flujo de aire. Por ejemplo, cuando el flujo de aire es bajo y la concentración es baja, ajuste la frecuencia del motor de rotación de la rueda para reducir la velocidad de rotación, aumentar la concentración, lograr el auto-equilibrio de la combustión RTO y ahorrar gas natural; por el contrario, aumente la velocidad de rotación para mejorar el efecto de adsorción de la rueda y garantizar que las emisiones de gases de escape cumplan con el estándar.
(2) Reemplazo regular del filtro de entrada de la rueda (bolsa de filtro): La diferencia de presión en la entrada de la rueda no debe exceder los 75 mmAQ. Mediante una limpieza o reemplazo regular, la diferencia de presión debe controlarse a 25 mmAQ o menos tanto como sea posible, lo que puede ahorrar la carga de energía del ventilador del sistema.
(3) Ajuste de la temperatura de la rueda: La temperatura de entrada de desorción de la rueda se establece en 180 grados. Esta temperatura se controla desde la parte superior de la cámara de combustión del RTO, utilizando una válvula proporcional y una caja de mezcla para estabilizar la temperatura de entrada de desorción de la rueda. Si la temperatura de entrada de desorción es inferior a 115 grados, la eficiencia de desorción será baja; si supera los 225 grados, supondrá un peligro para la seguridad. En este caso, el equipo debe detenerse a la fuerza y el sistema de CO2 de alta-presión se activa automáticamente para enfriar la rueda y garantizar la seguridad.
02/ Tres-cámara RTO (oxidante térmico regenerativo)
RTO (oxidante térmico regenerativo) incluye tres funciones principales: almacenamiento de calor, oxidación térmica y combustión. El "almacenamiento de calor" proviene de los medios regenerativos del RTO. En los sistemas regenerativos cerámicos domésticos, la eficiencia de utilización del calor ya supera el 97%. El principio de funcionamiento es calentar los gases de escape orgánicos a más de 790 grados, lo que hace que los compuestos orgánicos volátiles (COV) de los gases de escape se oxiden y se descompongan en dióxido de carbono y agua. El calor generado durante la oxidación se almacena en los medios regenerativos cerámicos, lo que hace que los medios se calienten y almacenen calor. El calor almacenado en los medios regenerativos cerámicos se utiliza para precalentar los gases de escape orgánicos entrantes posteriormente, que es el proceso de "liberación de calor" de los medios regenerativos cerámicos, ahorrando consumo de combustible en el proceso de calentamiento de los gases de escape.
El RTO de tres-cámaras utiliza conmutación de válvulas y funciona cíclicamente en tres etapas. En la etapa uno, los gases de escape se precalientan a través de la cámara regenerativa 1 y luego ingresan a la cámara de combustión para su combustión. El escape en la cámara de combustión (generalmente mantenido a 800-850 grados) sufre oxidación y descomposición, y cualquier gas restante sin tratar en la cámara regenerativa 2 es devuelto-después de la purificación a la cámara de combustión para su incineración (función de purga). El escape descompuesto se descarga a través de la cámara regenerativa 3, mientras que la cámara regenerativa 3 se calienta (como se muestra en la Figura 2, Diagrama esquemático RTO de tres cámaras).
Figura 2: Diagrama esquemático del RTO (horno de oxidación regenerativa) de tres-tanques.
El principal consumo energético operativo del RTO (Regenerative Regenerative Oxidation Furnace) es electricidad y gas natural. En las mismas condiciones operativas, la gestión operativa científica y las mejoras pueden lograr ahorro de energía y reducción de emisiones:
(1) Ajuste del tiempo de la válvula de conmutación RTO: cuando hay una gran diferencia de temperatura o una temperatura excesivamente alta (por ejemplo, superior a 1000 grados) entre la capa regenerativa de RTO y la zona de enfriamiento, ajuste y acorte el ciclo de la válvula de conmutación RTO (generalmente establecido entre 1,5 y 2 minutos) para garantizar una distribución uniforme del calor en toda la cámara de combustión, lograr el control de la temperatura del horno RTO y ahorrar costos de electricidad.
(2) Ajuste la presión del aire de admisión: cuando la diferencia de temperatura entre las capas media y superior del RTO es pequeña o la temperatura de la capa media es relativamente alta (750 grados), el valor de presión en la entrada de aire del sistema se puede aumentar para aumentar la frecuencia del ventilador, aumentar la diferencia de temperatura, reducir la temperatura en la capa media y mejorar la eficiencia del tratamiento de COV; Cuando hay una gran diferencia de temperatura entre las capas inferior y media del RTO, la presión en la entrada de aire se puede ajustar para reducir la frecuencia del ventilador del sistema y ahorrar electricidad.
(3) Modificación de la ventilación de aire fresco: diseño de seguridad RTO. Cuando la temperatura de la cámara de combustión RTO aumenta por encima del valor establecido, la compuerta de aire fresco se abre automáticamente, lo que reduce la temperatura de la cámara de combustión al introducir aire exterior de baja-temperatura mientras aumenta el volumen de aire para el tratamiento de los gases de escape. A través de-una investigación en profundidad, adoptamos un diseño de conducto de ventilación de aire fresco modificado, utilizando el escape de la parte inferior de la unidad de la máquina de impresión (a temperatura ambiente). De esta manera, aunque cumplimos el objetivo de refrigeración, no aumentamos el tratamiento de los gases de escape y reducimos el consumo de electricidad.
(4) Operación de apagado: cuando el sistema de tratamiento de gases de escape se apaga y se apaga, la temperatura del RTO permanece en 400 grados. Gracias al efecto aislante de la capa interna de almacenamiento de calor, el consumo de gas natural se reduce cuando se reinicia la unidad.
03/ Circulación Térmica
Durante el funcionamiento del sistema de tratamiento de gases de escape de COV, la temperatura de los gases de escape de la chimenea es de alrededor de 200 grados. Para maximizar la utilización de la energía, se instala un intercambio de calor en las tuberías que ingresan a la chimenea para recuperar el calor del escape.
Al diseñar intercambiadores de calor, se deben considerar medidas de protección contra temperaturas bajas y-quema en seco. Por ejemplo, la temperatura de salida de los gases de combustión del intercambiador de calor de tubos de aletas se controla continuamente mediante una resistencia térmica. Si la temperatura está por debajo de la temperatura establecida, se desvía el intercambiador de calor. La temperatura de salida del agua en circulación es monitoreada y controlada continuamente por la resistencia; si la temperatura excede la temperatura establecida, se desvía el intercambiador de calor. La Figura 3 muestra el esquema de recuperación de calor de COV.
Figura 3 Esquema de recuperación de calor de COV
Al controlar la bomba y el tanque de almacenamiento con agua en circulación, el agua caliente recuperada se reutiliza en la imprenta y se agrega al horno, lo que reduce el consumo de energía de impresión. En invierno, el agua caliente también se utiliza para calentar las zonas de producción y de oficinas, lo que permite el reciclaje de energía.
Mantenimiento y servicio
Los sistemas de tratamiento de gases de escape de COV presentan estructuras complejas, altos niveles de automatización y múltiples dispositivos de seguridad. Durante la operación, se debe realizar una inspección exhaustiva cada dos horas, con registros de inspección exhaustivos. Cualquier ruido anormal, aumento de temperatura o tasa de emisión debe abordarse de inmediato. Además de las patrullas operativas, se deben utilizar equipos de inspección especializados, como cámaras termográficas infrarrojas, probadores de vibraciones, amperímetros, etc., para que las inspecciones profesionales detecten signos anormales de manera temprana y faciliten medidas oportunas y efectivas, asegurando el funcionamiento continuo y estable del sistema de tratamiento de gases de escape de los VCO. Los puntos clave para el mantenimiento diario son los siguientes:
(1) Ventiladores y motores de transmisión: equipos importantes pueden utilizar la medición de temperatura en línea, mientras que otros pueden medir la temperatura semanalmente; El aceite lubricante se debe rellenar cada tres meses; Los rodamientos se reemplazan cada 5 años.
(2) Válvulas automáticas (neumáticas): se instalan filtros y válvulas de drenaje en la tubería de aire comprimido; El circuito de aire utiliza aceite lubricante exclusivo para aire comprimido; Las válvulas reguladoras de presión y los filtros de los instrumentos se inspeccionan semanalmente para detectar descargas de aguas residuales.
(3) Ventilador: el impulsor del ventilador se ve afectado por la adhesión causada por partículas de polvo y otros factores, por lo que-la inspección y limpieza in situ se realizan cada seis meses.
(4) Cuerpo del horno ROT: la pared exterior del RTO se inspecciona y se vuelve a aplicar anualmente un revestimiento resistente al calor-; El interior se abre cada dos años para inspeccionar el estado de los ladrillos regenerativos y se realizan reparaciones o reemplazos según sea necesario.
(5) Sellado: Inspeccione los anillos de sellado de las ruedas giratorias de zeolita, las cadenas de transmisión del motor giratorio de zeolita y los sellos de las válvulas de control automático cada seis meses.
(6) Componentes de alta-temperatura: después de aproximadamente 2 años de funcionamiento, se debe reemplazar la sonda interna de alta-temperatura del RTO; Realice el sellado y la calibración de la posición cero-de las válvulas proporcionales de alta-temperatura y realice el mantenimiento o reemplazo del sistema del interruptor de encendido en clima caliente.
(7) Calibración LEL: El LEL de entrada de aire de escape de COV se calibra trimestralmente para evitar desviaciones que podrían afectar la precisión del control del sistema.
(8) Agua en circulación: El agua en circulación de recuperación de calor debe ablandarse o purificarse, drenarse completamente y reemplazarse durante el cierre anual.
(9) Los manómetros de gas natural, válvulas de seguridad, alarmas de gas combustible, manómetros de aire comprimido, etc., deben calibrarse y etiquetarse estrictamente de acuerdo con las leyes y reglamentos.