Раздел 3. Оборудование окрасочных производств и факторы воздействия на окружающую среду

Раздел 3. Оборудование окрасочных производств и факторы воздействия на окружающую среду

3.1 Оборудование очистки

3.1.1 Оборудование механической очистки

К методам механической подготовки поверхности к окрашиванию относится ее обработка:

- ручным или механизированным инструментом с помощью проволочных стальных щеток, шарошек, скребков, зубил, абразивных кругов или полотен;

- абразивным насыпным материалом, воздействующим на изделия в галтовочных или вибрационных барабанах;

- струей абразивного материала, выбрасываемого на поверхность с большой скоростью из гидропескоструйных, дробеструйных, дробеметных и других установок.

Ручные инструменты используют при небольшом объеме работ для механической очистки поверхности сложной конфигурации или небольших участков поверхности от окалины, ржавчины, грязи. К ручным инструментам относятся проволочные стальные щетки, скребки, зубила, шпатели, молотки и др. Механизированный инструмент используют для очистки сравнительно больших поверхностей, когда работа ручным инструментом не рациональна.

Галтовочные барабаны предназначены для очистки и отделки мелких деталей.

Наиболее широко распространены методы очистки с использованием аппаратов струйного действия. Принцип их действия основан на сообщении кинетической энергии частицам абразивного материала и их направленной подаче на очищаемое изделие струей сжатого воздуха, воды или за счет действия центробежных сил.

В европейских странах в качестве абразива при механической очистке используют сухой лед, предварительно измельченный прямо в установке. Достоинство такой технологии заключается в отсутствии необходимости утилизации абразивного материала, так как он испаряется.

В таблице 36 приведены абразивные материалы, их характеристики и области применения; в таблице 37 - потребление сжатого воздуха и абразива.

Таблица 36 - Сравнение абразивных материалов

Материал	Размер сита	Твердость по Моосу	Источник	Применение
Песок	6-270	5,0-6,0	Природный материал	Наружная очистка
Минеральный шлак	8-80	7,0-7,5	Отходы	Наружная очистка
Колотая дробь	10-325	8,0	Производство	Удаление плотной окалины
Стальная дробь	8-200	8,0	Производство	Очистка, уплотнение
Оксид алюминия	12-325	8,0-9,0	Производство	Очистка, отделка, удаление заусенцев
Стеклянные шарики	10-400	5,5	Производство	Очистка, отделка
Пластик	12-80	3,0-4,0	Производство	Удаление лакокрасочного покрытия, снятие заусенцев, очистка
Пшеничный крахмал	12-50	2,8-3,0	Отходы	Удаление лакокрасочного покрытия, очистка
Кукурузные початки	8-40	2,0-4,5	Отходы	Удаление лакокрасочного покрытия с деликатных поверхностей

Таблица 37 - Потребление сжатого воздуха и абразива [46]

Отверстие сопла, мм	Давление в сопле, бар (кПа)								Требования
	3,5	4,2	4,9	5,6	6,3	7,0	8,6	10,3
	350	420	490	560	630	700	860	1035
5	0,73	0,84	0,92	1,06	1,15	1,26	1,54	1,82	Воздух,
	68	78	89	98	108	120	145	174	Абразив, кг/ч
	4,5	5,3	5,6	6,4	7,1	7,5	9,0	10,8	кВт
6,5	1,31	1,51	1,71	1,90	2,08	2,27	2,75	3,22	Воздух,
	122	142	161	185	203	224	276	325	Абразив, кг/ч
	7,9	9,0	10,1	11,6	12,4	13,5	16,2	19,4	кВт
8	2,16	2,50	2,83	3,16	3,53	3,84	4,71	5,57	Воздух,
	212	242	274	305	336	368	445	534	Абразив, кг/ч
	13,1	15,0	19,1	20,2	21,0	22,9	27,5	33,0	кВт
9,5	3,02	3,53	4,00	4,50	4,85	5,50	6,64	7,79	Воздух,
	303	347	392	435	477	573	632	758	Абразив, кг/ч
	18,0	21,0	24,0	27,0	28,9	33,0	39,6	47,5	кВт
11	4,12	4,76	5,44	6,09	6,73	7,11	8,80	10,48	Воздух,
	406	468	533	595	657	719	876	1040	Абразив, кг/ч
	24,8	28,5	32,6	36,4	40,1	42,4	50,9	61,1	кВт
12,5	5,46	6,28	7,06	7,85	8,65	9,46	11,46	13,45	Воздух,
	526	606	686	762	842	918	1115	1333	Абразив, кг/ч
	32,6	37,5	42,0	46,9	51,8	56,3	67,6	81,1	кВт
Примечание - Данные основаны на использовании абразива плотностью 1,5 кг/л.

В процессе струйной обработки поверхности гранулы абразива расщепляются на микрочастицы и в виде пыли долгое время остаются в окружающем воздухе.

Процесс обработки поверхности в закрытых помещениях проводится в кабинах и камерах различных размеров. Небольшие камеры обслуживаются рабочими, которые находятся вне камеры и обрабатывают изделия через проемы, продевая руки в резиновые рукава с перчатками, вмонтированными в эти проемы. В больших камерах помещаются и обрабатываемые изделия, и рабочие в специальных костюмах, обеспечивающих защиту от воздействия пыли. Процесс обработки может автоматизироваться, что позволяет очищать обрабатываемую поверхность без участия рабочего.

Кабины и камеры оборудуются мощной системой вентиляции, фильтрами и уловителями продуктов очистки и абразива. Конструкция камер должна исключать возможность распространения пыли в окружающие помещения.

Количество воздуха, отсасываемого из камеры, приведено в таблице 38.

Таблица 38 - Объем удаляемого из оборудования воздуха

Обслуживание установок очистки	Объем отсасываемого воздуха,	В расчете на
Снаружи	0,3	1 внутреннего горизонтального сечения камеры
Внутри	3,0-5,0	1 сопло
	0,6-1,0	1 дробеметный аппарат

Скорость движения воздуха в воздуховодах составляет 18-20 м/с.

С целью защиты окружающей среды от загрязнений воздух, удаляемый из камеры, направляется в циклон, где оседают крупные частицы пыли, поступает в увлажнительную камеру или тканевый фильтр или фильтр из полиэфира, затем выбрасывается в атмосферу.

При применении фильтра из перфорированного листа или сетки, на который насыпан гравий с размером зерен 4-5 мм, площадь фильтрующей поверхности принимается из расчета 0,4-0,6 .

В современных камерах в качестве фильтрующих элементов используется полиэфирный материал. При нагрузке на фильтр 50-60 степень очистки выбрасываемого в атмосферу воздуха от пыли, дроби и оксидов железа составляет 99,8%.

При работе на открытом воздухе участок струйной обработки и близлежащую территорию огораживают для ограничения доступа незащищенного персонала. Пыль может разлететься на большие расстояния и в случае большой концентрации загрязнять строения и предметы, землю, воду и прочие объекты. С целью защиты окружающей среды в полевых условиях струйную обработку осуществляют под тентами, изготовленными из тяжелой ткани, винилового или прорезиненного материала. Защитные тенты широко используются на мостах, при строительстве, в резервуарах-хранилищах, кораблях и иных больших объектах. Промышленные тенты комплектуются пылесборниками и вентиляторами.

При уборке отходов после окончания работ с использованием лопат возникают огромные облака пыли. Для защиты окружающей среды при уборке пользуются вакуумным оборудованием с герметичным контейнером.

При использовании в качестве абразива песка собранные отходы подлежат утилизации. Песок повторно не используется и является источником загрязнения окружающей среды. Использование колотой стальной дроби снимает проблему загрязнений, так как после промывки для удаления свинцовой пыли и иных токсичных загрязнений может повторно использоваться. Регенерация абразива в значительной степени уменьшает не только затраты при струйной обработке, но и уровень загрязнений.

3.1.2 Оборудование обработки растворителем

Ручное обезжиривание поверхности изделий органическими растворителями производят в производственном помещении с вытяжной вентиляцией либо в камерах с вытяжной вентиляцией, в которых предусмотрены контейнеры с растворителем и контейнеры для сбора и хранения отходов, содержащих растворители (например, загрязненных салфеток и остатков на основе растворителя).

Для очистки используют одноразовые и многоразовые салфетки. Одноразовые салфетки утилизируются путем сжигания. Многоразовые салфетки промываются в растворителе и используются повторно. Загрязненный растворитель отгоняется, а осадок сжигается.

3.2 Окрасочные камеры

Окрасочная камера - это совокупность связанных друг с другом компонентов, например: технической вентиляции из одного или нескольких вентиляторов, системы фильтров сухой очистки и/или системы мокрой очистки воздуха, измерительных и контрольных устройств (например, для блокировки технической вентиляции и распылительных устройств), системы нагрева воздуха технической вентиляции (например, горелки), автоматических устройств пожаротушения, предупреждающих устройств, электрического оборудования, которые соединены друг с другом в частично или полностью закрытом пространстве (ограниченном стенками) для контролируемого нанесения распылением жидких органических ЛКМ [47]. Окрасочные камеры предназначены для создания оптимальных и допустимых санитарно-гигиенических условий труда и исключения возможности образования взрыво- и пожароопасных концентраций красочного аэрозоля и растворителей в рабочих помещениях, предназначенных для окрашивания изделий методами распыления.

Различают:

- закрытые распылительные камеры - закрытые со всех сторон в процессе распыления, за исключением входных и выходных отверстий для изделий и вентиляционных трубопроводов;

- камеры с открытой верхней стороной - закрытые со всех сторон в процессе распыления, за исключением верхней стороны для приточного воздуха, входных выходных отверстий для изделия и выходных отверстий для выбрасываемого в атмосферу воздуха;

- камеры с открытой передней стороной - закрытые со всех сторон в процессе распыления, за исключением входных и выходных отверстий для изделий и трубопроводов для выбрасываемого в атмосферу воздуха в боковых стенках. Открытая передняя сторона служит входным отверстием для приточного воздуха и для обслуживающего персонала.

Крупногабаритные изделия окрашивают на открытых участках, оборудованных системами вытяжной вентиляции или приточно-вытяжной вентиляции и отделенных от общего помещения легкими переносными металлическими щитами (бескамерная установка).

В таблице 39 приведены нормативы по количеству удаляемого воздуха из окрасочной камеры.

Таблица 39 - Количество удаляемого воздуха из окрасочной камеры

Способ окрашивания	Степень токсичности ЛКМ по ГОСТ 12.1.005-88	Количество удаляемого воздуха
		через 1 открытого проема камеры с боковым отсосом	с 1 площади камеры с нижним отсосом
Пневматическое распыление	I	4700	2200
	II-III	3600	2200
	IV	2500	1800
Безвоздушное распыление	I-III	2500	1500
	IV	2200	1200
Электростатическое распыление	IV	1800	-
Автоматизированное распыление	IV	1500	800

В таблице 40 приведены основные типы камер, используемые в промышленности для обработки поверхности методом окрашивания распылением. Стрелками на схемах показано направление движения воздушного потока.

Для обеспечения санитарно-гигиенических условий труда и защиты окружающей среды от загрязнений основным конструктивным элементом окрасочной камеры является гидрофильтр. При этом следует отметить, что в Российской Федерации в соответствии межотраслевыми правилами по охране труда при окрасочных работах вытяжной воздух из помещений для работ с ЛКМ, местных вентиляционных систем и местных отсосов должен подвергаться очистке от аэрозолей ЛКМ "мокрым" способом в гидрофильтрах [48]. Гидрофильтры предназначены для очистки воздуха, выходящего из камеры, от красочного аэрозоля и паров растворителя (частично) многократной обработкой потока воздуха водой.

Сущность очистки отсасываемого из окрасочной камеры воздуха, загрязненного ЛКМ, состоит в том, что поток воздуха направляется либо на сплошную, постоянно падающую пленку воды, либо на водяную завесу в виде мельчайших капель воды. Сплошная пленка воды, стекающая по экрану, создает водяную завесу на пути движения красочной пыли, вызывая коагуляцию уносимого ЛКМ. В случае применения воды в виде аэрозоля улавливание происходит как за счет коагуляции, так и за счет сложных сорбционно-кинетических взаимодействий воды и частиц ЛКМ.

В зависимости от схемы контакта отсасываемого воздуха с водой гидрофильтры разделяют на три принципиально различных типа:

- форсуночные - воздух проходит через водяную завесу в виде мельчайших капелек;

- экранные (каскадные) - воздух проходит через водяную завесу - сплошную пленку воды, стекающей по экрану;

- барботажно-вихревые - обеспечивающие интенсивное турбулентное перемешивание смеси загрязненного воздуха с водой.

Наиболее старый тип гидрофильтра - форсуночный (см. рисунок 4). Ввиду небольшой эффективности улавливания загрязнений из воздушных выбросов из-за невозможности создания сплошной водяной завесы форсуночный гидрофильтр применяется совместно с краскоулавливающими решетками на входе в гидрофильтр и с сепараторами на выходе из него.

Конструкции экранных гидрофильтров унифицированы в зависимости от количества отсасываемого воздуха (от 4 до 15 ) при скорости его движения в живом сечении промывного канала 5,0-6,5 м/с и расходе воды 2-3 л на 1 воздуха.

В гидрофильтре типа трубы Вентури при высокоскоростном прохождении потока воздуха через местное сужение происходит тонкодисперсное распыление воды, поступающей в горловину сужающегося устройства; это приводит к образованию большой поверхности фазового контакта и более полному улавливанию каплями воды частиц ЛКМ.

Таблица 40 - Типы окрасочных камер [62]

Тип камеры	Вид транспорта	Направление воздуха: принцип действия	Схемы	Производство	Характер изделия
Тупиковая	Тележка, монорельс, поворотный круг	Поперечное		Непоточное	Мелкое
					Среднее
		Вертикальное (нижний отсос, верхний приток)			Среднее и крупное
Проходная	Подвесной конвейер	Поперечное, непрерывного и периодического действия		Поточное	Мелкое и среднее
	Напольный конвейер	Продольное, периодического действия с двухсторонним окрашиванием			Среднее и крупное
		Продольное, с частичным охватом поверхности и двухсторонним окрашивание		Поточное и непоточное	Крупное (вагоны)
Проходная	Подвесной конвейер	Поперечное, непрерывного действия с двухсторонним окрашиванием		Поточное	Мелкое, среднее и длинное
	Подвесной и напольный конвейер	Вертикальное (нижний отсос, верхний приток), непрерывного и периодического действия			Среднее и крупное
		Вертикальное (нижний отсос), периодического действия			Крупное небольшой высоты

В таблице 41 приведены параметры очистки воздуха в гидрофильтрах окрасочных камер.

Таблица 41 - Параметры очистки воздуха

Тип гидрофильтра	Коэффициент очистки от паров растворителя	от красочной пыли
Каскадный:
- с S-образным промывным каналом	0,35	0,86
- со щелью Вентури	0,35-0,50	0,999
Барботажно-вихревой:
- насосный	52	92
- безнасосный	60	98

В таблице 42 приведены данные по расходу воды в гидрофильтрах в расчете на 1000 отсасываемого воздуха.

Таблица 42 - Расход воды

Наименование оборудования и назначение воды	Расход, л
Окрасочная камера для очистки воздуха от красочного аэрозоля	15-20
Бескамерная установка с нижним отсосом для очистки воздуха	15-20

При проведении окрасочных работ в ванне гидрофильтра накапливаются отходы ЛКМ. После многократного использования вода гидрофильтра, представляющая собой высококонцентрированную коллоидную систему, должна подвергаться локальной очистке. Содержание ЛКМ в сточных водах может быть от 50 до 10 , растворителя - от 150 до 16 . Сброс воды на очистку проводят либо непрерывно, либо периодически.

Для очистки воды применяют различные коагулирующие добавки. Коагулянты дозируют непрерывно или периодически в зону интенсивного перемешивания непосредственно в ванну гидрофильтра либо в специальную емкость с гидравлическим или механическим перемешиванием. Скоагулированный ЛКМ оседает на дно или всплывает на поверхность, в зависимости от типа применяемого коагулянта, и ежедневно удаляется из оборудования.

Рисунок 4 - Типы гидрофильтров [62]

Принципиальная схема очистки воды показана на рисунке 5.

В технологии очистки воды гидрофильтров окрасочных камер могут быть использованы как традиционные коагулянты: сернокислый алюминий, гидрохлорид алюминия, хлорид алюминия, полиакриламид, сернокислое закисное окисное железо, алюмо- и железосодержащие отходы производства, так и специфические: соли магния, кальция, цинка, а также элюаты (сточные воды) Na-катионитовых фильтров водоумягчительных установок. Применение различных флоккулирующих добавок позволяет увеличить эффективность осветления очищаемой воды, уменьшить дозу коагулянта.

Кроме перечисленных реагентов для очистки воды гидрофильтров получили распространение специальные многокомпонентные составы. На практике используются порошкообразные щелочные составы, содержащие гидроксид, силикат и фосфат натрия, сульфат алюминия, жидкие алюмокремниевые кислые коагулянты.

Рисунок 5 - Схема очистки краскосодержащих сточных вод [63]

В каждом отдельном случае необходимо разрабатывать оптимальную технологию применения реагентов в зависимости от вида применяемого ЛКМ. При очистке сточных вод от ЛКМ на основе эпоксидных и алкидных смол применение хлорида и сульфата алюминия в дозированном количестве (8-16 мг/л) позволяет получить эффект очистки взвешенных веществ 88% - 90% и по ХПК 65% - 68%. При этом токсичность воды гидрофильтра снижается в 10-30 раз. Для очистки сточных вод от нитроцеллюлозных и алкидно-акриловых ЛКМ могут быть использованы составы с добавками декстрина. Эффективен щелочной состав на основе едкого натра, кальцинированной соды и полиакриламида. Реагенты могут вводиться непосредственно в ванну гидрофильтра, которая должна иметь зону повышенной турбулентности для смешения реагента с водой.

На рисунке 6 показана схема очистки сточных вод гидрофильтра с использованием электрофлотатора при окрашивании железнодорожных вагонов.

Электрофлотационный способ очистки позволяет достигнуть высоких показателей степени очистки сточных вод. Основными преимуществами этого метода являются: простота изготовления установки, возможность регулировать степени очистки стоков в зависимости от фазово-дисперсного состояния путем изменения только одного параметра - плотности тока, дополнительная минерализация растворимых органических соединений с одновременным обеззараживанием воды за счет образующихся на аноде продуктов электролиза - атомарного кислорода и активного хлора. Электрофлотация осуществляется при следующих параметрах:

- плотность тока - 100-150 ;

- рН - 6-8,0.

Эффект очистки по ХПК - 95% - 98%, по взвешенным веществам - 98% - 99%.

Для извлечения растворителей из сточных вод за рубежом используется также вакуумная дистилляция [4]. Это испарительная система восстановления, где вакуум используется для снижения давления, позволяющего проводить перегонку при более низких температурах.

Рисунок 6 - Технологическая схема очистки сточных вод окрасочных камер железнодорожных вагонов [64]

Сточные воды гидрофильтров требуют очистки перед сбросом в заводскую канализацию, так как после удаления скоагулированного осадка вода представляет смесь раствора коагулянта с растворителем ЛКМ, в которой находятся взвешенные мелкие частицы твердых фракций ЛКМ. На практике очищенная от скоагулированного осадка вода повторно используется в работе гидрофильтра в течение очень длительного срока.

Скоагулированный осадок образует отходы, которые должны утилизироваться в установленном порядке. Подробно с особенностями обращения с отходами можно ознакомиться в разделе 2.9 ИТС НДТ 15-2016 "Утилизация и обезвреживание отходов (кроме обезвреживания термическим способом (сжигание отходов)" [14] и разделе 1 ИТС 9-2015 "Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов)" [60].

Наиболее распространенный на предприятиях способ очистки сточных вод - флотационные методы очистки, которые подробно описаны в разделах 2, 4 ИТС НДТ 8-2015 "Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях" [9].

За рубежом в окрасочных камерах значительно шире используются сухие фильтры. В камерах с поперечным движением воздуха чаще используются сухие картонные фильтры. Фильтрующий элемент представляет собой (см. рисунок 7) негорючую бумагу складчатого типа (двойная складка) с отверстиями, расположенными в шахматном порядке. Загрязненный ЛКМ воздух, проходя через фильтр, четыре раза меняет направление до выброса в атмосферу. При каждом изменении направления загрязненного воздуха частицы ЛКМ отбрасываются инерционными силами и прилипают к поверхности фильтра. Краскоемкость таких фильтров - от 15 до 30 . Фильтр должен утилизироваться в соответствии с определенным классом опасности отхода в установленном порядке.

Рисунок 7 - Картонный инерционный фильтр [57]

При вертикальном (нижнем отсосе) движения воздуха используют синтетический фильтр из термовспененных волокон полиэстера. Коэффициент очистки от красочной пыли - от 80% до 97%.

Как правило, замена загрязненных фильтров производится каждую неделю. Загрязненные ЛКМ фильтры образуют твердые отходы, которые должны утилизироваться в установленном порядке (например, сжиганием).

Подаваемый в окрасочную камеру воздух фильтруется на фильтрах тонкой очистки, изготавливаемых из объемного полиэфирного волокна. Обычно их замену производят 2 раза в год. Фильтры образуют отходы, которые должны утилизироваться в установленном порядке.

При использовании сухих фильтров, как правило, требуются дополнительные меры для очистки от растворителей, так как весь выделившийся в процессе окрашивания растворитель поступает в окружающую среду.

При проведении окрасочных работ количество растворителя, выделяемого при окрашивании, зависит от метода окрашивания. В таблице 43 приведены данные по количеству выделяемых паров растворителей в окрасочной камере от общего количества растворителя в ЛКМ.

Таблица 43 - Количество растворителя, выделяющегося при окраске

Метод нанесения распылением	Доля растворителя от общего количества в составе ЛКМ, %
Пневматическое распыление	25
Безвоздушное распыление	23
Электростатическое распыление	50
Нанесение кистью	10

Выделяющийся при окрасочных работах растворитель загрязняет атмосферный воздух.

3.3 Сушильные камеры

Отверждение ЛКП осуществляется в естественных условиях или искусственным путем в установках, называемых сушильными камерами. Отверждение (сушка) связано с переходом жидкого ЛКМ в твердое состояние (покрытие) [49]. Отверждение может быть вызвано физическими процессами испарения растворителей, химическими процессами полимеризации или поликонденсации либо теми и другими процессами одновременно.

Искусственная сушка ЛКП при повышенных температурах позволяет значительно сократить время, затраченное на цикл окрашивания, способствует получению более прочной пленки покрытия. Отверждение ЛКП при повышенных температурах осуществляется в сушильных камерах.

Сушильные камеры (сушилки и печи) - это оборудование, в котором имеют место процессы сушки и/или отверждения и в котором выделяются горючие вещества [50].

Применяемые в промышленности сушильные камеры классифицируются:

- по способу подачи энергии окрашиваемому изделию;

- по виду потребления энергии;

- по конструктивному исполнению.

Классификация сушильных камер приведена в таблице 44.

Таблица 44 - Классификация сушильных камер для отверждения ЛКП

Способ подачи энергии	Вид потребляемой энергии
Конвективные	Водяные
	Паровые
	Газовые
	Электрические
Терморадиационные	Газовые
	Электрические
Терморадиационно-конвективные	Газовые
	Электрические
Индукционные	С использованием токов высокой частоты
	С использованием токов промышленной частоты
Радиационно-химические	С использованием ультрафиолетовых лучей
	С использованием ускоренных электронов

В промышленности наиболее широко распространены электрические и газовые сушильные камеры конвективного, терморадиационного и терморадиационно-конвективного типа, в которых отверждение ЛКП связано с использованием тепловой энергии. Перспективными и экономичными являются также радиационно-химические установки, ЛКП в которых отверждаются под действием ультрафиолетовых лучей или ускоренных электронов.

Теплоноситель для сушильных камер выбирается в зависимости от температуры отверждения ЛКП:

- до 80°C электричество, газ, пар, вода;

- до 100°C электричество, газ, пар;

- более 100°C электричество, газ.

При конвективной сушке окрашенные изделия нагреваются в результате непосредственного контакта с горячим циркулирующим воздухом или топочными газами.

Конвективные сушильные камеры отличаются простотой устройства, легкостью обслуживания, высокой надежностью в работе, высокой равномерностью нагревания окрашенных изделий сложной формы, изготовленных из разных материалов. Их недостатки: низкая производительность из-за необходимости длительного нагревания изделий, большая тепловая инерционность, низкая экономичность из-за того, что значительная часть теплоты расходуется на нагревание стен, воздуха камеры, транспортных средств, теряется с выбрасываемым наружу воздухом.

В терморадиационных сушильных камерах окрашенные изделия нагреваются за счет передачи им теплоты лучистой энергией и поглощения лакокрасочным слоем окрашенного изделия тепловых (инфракрасных) лучей. Роль воздуха в конвективном переносе теплоты невелика. Вследствие более интенсивной передачи энергии и быстрого разогрева металлической поверхности изделия продолжительность процесса сушки при терморадиационном методе нагрева по сравнению с конвективным методом уменьшается в 2-10 раз.

Терморадиационные сушильные камеры характеризуются простотой конструкции, малой тепловой инертностью, легкостью регулирования теплового режима. Их недостатки: невозможность обеспечения равномерного нагрева поверхности сложнопрофильных изделий; сильное влияние экранирования на нагрев, что ограничивает плотность размещения изделий на конвейере; возможное изменения оттенка покрытий на наиболее сильно облучаемых участках поверхности в результате перегрева.

В терморадиационно-конвективных сушильных камерах комбинируется лучистый нагрев с конвекцией, в результате чего повышается КПД и равномерность нагрева окрашенных изделий. Особенно эффективно применение таких камер для отверждения покрытий на изделиях сложной конфигурации, имеющих экранированные участки поверхности. По устройству они аналогичны конвективным.

На рисунках 8-10 показаны основные схемы движения воздуха в сушильных камерах различного типа.

Рисунок 8 - Схемы движения воздуха в проходной камере или электроэнергии

Рисунок 9 - Панель ИК-излучения с газовым обогревом [62]

Рисунок 10 - Керамический излучатель с отражателями [62]

Рисунок 11 - Ускоритель электронов [62]

Рисунок 12 - Терморадиационно-конвективная сушильная камера с электронагревателями [62]

Рисунок 13 - Схема установки радиационно-химического отверждения покрытий ускоренными электронами [62]

Вытяжная вентиляция сушильных камер должна обеспечивать:

- концентрацию паров растворителей не более 50% нижнего предела их взрываемости;

- отсос воздуха в количестве, равном объему смеси воздуха с поступающими из топки продуктами сгорания (для сушильных камер с газовым обогревом).

Взрывобезопасная концентрация паров растворителя в сушильной камере обеспечивается выбросом в атмосферу части загрязненного воздуха и подсосом свежего. Удаление загрязненного воздуха осуществляется самостоятельным вытяжным вентилятором, вентиляторами воздушной завесы или рециркуляционным вентилятором через выхлопной воздуховод.

Количество растворителя, выделяемого при сушке, также зависит от метода окрашивания. В таблице 45 приведены данные по количеству выделяемых паров растворителей в сушильной камере от общего количества растворителя в ЛКМ в рабочей вязкости.

Таблица 45 - Количество растворителя, выделяющегося при сушке

Метод нанесения распылением	Доля растворителя от общего количества в составе ЛКМ, %
Пневматическое распыление	75
Безвоздушное распыление	77
Электростатическое распыление	50
Нанесение кистью	90

При использовании газовых сушильных камер нагрев окрашенных изделий осуществляется газовоздушной смесью (смесью топочных газов с воздухом) или воздухом, предварительно нагретым топочными газами в воздухонагревателях. Топочные газы также являются источником загрязнения окружающей среды.

В таблице 46 приведен часовой расход отсасываемого воздуха в сушильных камерах в расчете на 100 окрашиваемой поверхности.

Таблица 46 - Объем выбрасываемого загрязненного воздуха в атмосферу при сушке ЛКП

Температура сушки, °C	Часовое количество отсасываемого воздуха,
До 100	900
До 150	1500
До 200	1800

При работе сушильных установок в атмосферу выбрасывается отработанный воздух со значительным содержанием паров растворителя и других ЛОС (до 3-10 ), что загрязняет окружающую атмосферу и ухудшает санитарно-гигиенические условия прилегающих к окрасочному производству территорий. При этом происходят также безвозвратные потери органических растворителей, количество и стоимость которых достаточно велики.

Для очистки выбросов сушильных камер используют адсорбционные и окислительные методы, которые подробно описаны в разделе 3.7.

В зарубежной практике [4] для снижения выбросов в атмосферу от конвективных сушильных камер используют инертные газы вместо обычного воздуха. Инертные газы могут содержать гораздо большее пожаровзрывобезопасное количество растворителя. Уменьшается объем выбрасываемого воздуха, увеличивается концентрация в нем растворителя. Растворитель можно извлечь из выбрасываемого в атмосферу воздуха конденсацией.

Применение УФ-отверждения при окраске рулонного металла уменьшает энергетические затраты на отверждение покрытия на 70%. Отверждение ускоренными электронами позволяет полностью автоматизировать процесс сушки и эффективно при окраске рулонного металла.

3.4 Окрасочно-сушильные камеры

Для окрашивания и сушки крупногабаритных изделий в сборе в промышленности используются окрасочно-сушильные камеры.

В соответствии с [51] окрасочно-сушильные камеры - это совокупность агрегатов и связанных друг с другом компонентов, например вентиляторов, системы нагрева для технической вентиляции (например, теплообменников, горелок), механических дроссельных и переключающих клапанов, трубопроводов для технической вентиляции, системы сухих фильтров и/или системы мокрой очистки воздуха, автоматических устройств для тушения пожаров и дополнительного специального электрооборудования, системы управления и энергосети, которые соединены друг с другом в закрытом пространстве с технической вентиляцией для нанесения и сушки жидких ЛКМ.

Окрасочно-сушильные камеры имеют 4 режима работы: окрашивание, обдув, сушка, охлаждение.

В режиме окрашивания воздух забирается всасывающим вентилятором из атмосферы, затем очищается, нагревается на теплообменнике и проходит через потолочное пространство в камеру в направлении пола. Донный фильтр удаляет из выбрасываемого воздуха красочную пыль.

После окончания окрашивания включается режим продува, в течение заданного времени проходит продувка камеры, в результате которой камера очищается от остатков частиц красочной пыли и паров растворителя.

В режиме сушки нагретый калориферами до заданной температуры воздух начинает циркулировать в камере. До 15% - 20% чистого воздуха всасывающий вентилятор постоянно забирает из атмосферы.

В режиме охлаждения в камеру подается воздух из атмосферы для снижения температуры пространства камеры.

На рисунке 14 показана схема движения воздуха при работе окрасочно-сушильной камеры.

При окрашивании воздух вентилятором подается в приточный короб (1) и очищается на фильтре (2) от грубых частиц. Далее воздух проходит через теплообменник и попадает в потолочное пространство (4), проходит через фильтры тонкой очистки и попадает в камеру (5). Очищенный воздух ровным потоком опускается вниз. Красочная пыль задерживается напольными фильтрами (6). Воздух проходит в подпольное пространство (7), через вентиляционное отверстие (8) попадает в группу вытяжки и выбрасывается в окружающую среду.

В режиме сушки переключают рециркуляционную заслонку (1), прекращая поступление холодного воздуха. Запускается горелка, и освещение камеры отключается. Камера перестает забирать воздух с улицы и переходит в режим рециркуляции. Приточный вентилятор (2) подает воздух в теплообменник, где свежий и чистый воздух из камеры нагревается. Горячий воздух из теплообменника (3) через переходной короб (4) поступает внутрь камеры (5), пройдя через фильтры. После этого через напольные фильтры (6) воздух поступает в основание (7) и через переходной короб (8) снова поступает на рециркуляционную заслонку (1), приточный вентилятор снова подает воздух на теплообменник до достижения заданной температуры. По окончании предусмотренного времени сушки прекращается нагрев и включается режим продувки для удаления остаточных паров растворителя и охлаждения теплообменника.

Режим продувки аналогичен режиму окраски без подогрева.

В результате окрасочных работ образуются отходы, загрязненные красочной пылью, которые утилизируют в установленном порядке.

Периодичность образования отходов:

- каждые 50 ч красочная пыль на фильтрах предварительной очистки воздуха;

- каждые 100 ч фильтры сухой очистки, загрязненные красочной пылью;

- каждые 200 ч фильтры окончательной очистки воздуха, загрязненные красочной пылью;

- каждые 700 ч фильтры предварительной очистки воздуха, подаваемого в камеру;

- каждые 1000 ч потолочные фильтры очистки воздуха, подаваемого в камеру.

Растворители, выделяющиеся при окрасочно-сушильных работах, выбрасываются в атмосферу. Для очистки выбросов от растворителя рекомендуется использовать адсорбционные и окислительные методы очистки (см. 3.7).

Рисунок 14 - Пример окрасочно-сушильной камеры [65]

3.5 Оборудование для нанесения лакокрасочных материалов

В зависимости от состояния ЛКМ и способа его нанесения на изделие различают 5 групп методов окрашивания (см. таблицу 47) [52].

Таблица 47 - Группы окрашивания изделий

Состояние ЛКМ	Способ нанесения	Метод окрашивания	Группа
Жидкий на органических растворителях и водоразбавляемый	Дозированный ЛКМ равномерно подается на поверхность в виде жидкой дисперсии	Пневматическое распыление Безвоздушное распыление Распыление в электрическом поле	I
Порошковый (отсутствуют органические растворители)	Дозированный ЛКМ равномерно подается на поверхность в виде порошковой аэродисперсии Нагретое изделие погружается в порошковую аэродисперсию	Пневматическое напыление Напыление в электрополе Погружение в псевдоожиженный слой Погружение в псевдоожиженный слой с применением электрополя	II
Жидкий на органических растворителях	Изделие погружается в ЛКМ	Окунание Окунание с последующей выдержкой в парах растворителя	III
Жидкий водоразбавляемый		Окунание Электроосаждение Автоосаждение
Жидкий на органических растворителях	ЛКМ подается на поверхность в виде струй или свободно падающей завесы	Струйный облив Струйный облив с последующей выдержкой в парах растворителя	IV
Жидкий водоразбавляемый		Струйный облив
Жидкий на органических растворителях и водоразбавляемый	ЛКМ подается на поверхность в виде струй или свободно падающей завесы	Налив Валок Кисть	V

К первой, наиболее распространенной группе относятся: пневматическое и безвоздушное распыление, распыление в электростатическом поле и различные комбинации этих методов. Общим для них является то, что ЛКМ предварительно диспергируется с помощью сжатого воздуха и в виде аэрозоля переносится на изделие.

Ко второй, очень перспективной группе с точки зрения защиты окружающей среды относятся методы окрашивания, основанные на получении покрытий из аэродисперсий порошковых красок (не содержат органические растворители).

Третью, четвертую и пятую группы составляют окунание, облив, налив, электро- и автоосаждение, окрашивание кистью и валиком. Для нанесения покрытий этими методами необходим прямой контакт твердой поверхности и жидкого ЛКМ.

В таблице 48 приведены сведения о применении различных методов окрашивания для различных изделий.

Таблица 48 - Применение методов окрашивания для различных изделий

Метод окрашивания	ЛКМ	Класс покрытия по ГОСТ 9.032-74	Габариты, конфигурация изделия	Тип производства
Пневматическое распыление без нагрева	Любой	I	Любые	Единичное, серийное, массовое
Пневматическое распыление с нагревом	Любой	II	Любые	Серийное, массовое
Безвоздушное распыление без нагрева и с нагревом	Любой	III	Средние, крупные и особо крупные, простой и средней сложности	Единичное, серийное, массовое
Электростатическое распыление	С соответствующими электрическими свойствами	II	Любые, простой и средней сложности	Серийное, массовое
Окунание	Однокомпонентные, кроме быстровысыхающих	IV	Простой и средней сложности	Серийное, массовое
Окунание с последующей выдержкой в парах растворителя	Однокомпонентные, кроме быстровысыхающих	IV	Простой и средней сложности	Серийное, массовое
Электроосаждение, автоосаждение	Водоразбавляемый	II	Любые	Серийное, массовое
Струйный облив, струйный облив с последующей выдержкой в парах растворителя	Однокомпонентные, кроме быстровысыхающего и пенообразующего	V	Средние, крупные, простой и средней сложности	Серийное, массовое
Налив	Любой	IV	Любые, простой сложности	Серийное, массовое
Валки	Любой	V	Любые, простой сложности	Серийное, массовое
Кисть	Любой	V	Любые	Единичное

Окрашивание пневматическим распылением - способ нанесения лакокрасочного материала распылением с помощью сжатого воздуха. При окрашивании используется оборудование, представленное на рисунке 15.

Рисунок 15 - Оборудование при окрашивании пневматическим распылением [62]

Окрашивание безвоздушным распылением - способ нанесения лакокрасочного материала, находящегося под высоким давлением, распылением без подачи воздуха (см. рисунок 16).

Окрашивание электростатическим распылением - способ нанесения лакокрасочного материала, при котором между окрашиваемым изделием и распыленными частицами лакокрасочного материала создается разность электростатических потенциалов (см. рисунок 17).

Окрашивание электроосаждением - способ нанесения водорастворимого лакокрасочного материала, находящегося под воздействием электрического тока, на окрашиваемое изделие, являющееся в зависимости от природы лакокрасочного материала анодом или катодом (см. рисунок 20).

Окрашивание окунанием - способ нанесения лакокрасочного материала погружением окрашиваемого изделия в ванну с лакокрасочным материалом с последующим извлечением и стеканием избыточного лакокрасочного материала (см. рисунок 18).

Окрашивание струйным обливом - способ нанесения лакокрасочного материала, при котором окрашиваемое изделие перемещается сквозь завесу струи лакокрасочного материала, рециркулируемого в замкнутом контуре (см. рисунок 19).

Окрашивание валками - способ нанесения лакокрасочного материала, при котором плоское изделие проходит между двумя или более горизонтально расположенными валками, с помощью которых лакокрасочный материал наносится на изделие с одной или обеих сторон (см. рисунок 21).

Окрашивание наливом - способ нанесения лакокрасочного материала наливом без стекания или с возможностью стекания его излишков с окрашиваемого изделия (см. рисунок 22).

Рисунок 16 - Оборудование при окрашивании безвоздушным распылением [62]

Рисунок 17 - Оборудование при окрашивании электростатическим распылением [66]

Рисунок 18 - Оборудование для нанесения окунанием [66]

Рисунок 19 - Оборудование для нанесения струйным обливом [62]

Рисунок 20 - Оборудование для нанесения электроосаждением [62]

Рисунок 21 - Оборудование для нанесения валками методом прямой (а-г) и обратной (д, е) ротации [66]

Рисунок 22 - Оборудование для нанесения наливом [66]

В процессе нанесения ЛКМ не весь материал попадает на окрашиваемую поверхность. Часть материала теряется и образует безвозвратные потери в виде красочной пыли. В таблице 49 показаны потери ЛКМ в зависимости от метода нанесения. Потери зависят также от сложности конфигурации поверхности изделий.

Таблица 49 - Потери ЛКМ по методам окрашивания и группам сложности поверхности, %

Метод окрашивания	Группа сложности поверхности
	I	II	III
Пневматическое распыление	24	34	55
Безвоздушное распыление (без подогрева)	20	35	55
Электростатическое распыление	10	-	-
Электростатическое распыление высокооборотными распылителями	8	-	-
Струйный облив с выдержкой в парах растворителя	20	25	-
Окунание	20	25	-
Электрофорез	5	10	-
Валковый	10	-	-
Налив	10	-	-

В таблице 50 показаны данные по выделению загрязняющих веществ (растворителей) при нанесении ЛКМ.

Таблица 50 - Преимущества и недостатки различных методов

Метод нанесения	Содержание паров растворителя от общего содержания растворителя в ЛКМ в рабочей вязкости, %
	при окрашивании	при сушке
Пневматическое распыление	25	75
Безвоздушное распыление	23	77
Гидроэлектростатическое распыление	25	75
Пневмоэлектростатическое распыление	20	80
Электростатическое распыление	50	50
Горячее распыление	22	78
Окунание	28	72
Струйный облив	35	65
Электроосаждение	10	90

В таблице 51 приведены экологические и экономические преимущества и недостатки различных методов нанесения.

Таблица 51 - Преимущества и недостатки различных методов нанесения ЛКМ

Метод окрашивания	Преимущества	Недостатки
Пневматическое распыление	Простота устройства и обслуживания оборудования, надежность его работы; возможность окрашивания поверхностей любой сложности и конфигурации; высокое качество ЛКП; простота в обслуживании	Большие потери на туманообразование
Безвоздушное и пневмобезвоздушное распыление	Уменьшение потерь ЛКМ на туманообразование; высокопроизводительная окраска; возможность получения утолщенного покрытия	На изделиях сложной формы, а также на рамных изделиях большие потери ЛКМ; большой расход ЛКМ через сопло распылителя; невозможность изменения расхода ЛКМ; невозможность получения высокого класса покрытия; более дорогостоящее оборудование по сравнению с оборудованием пневматического распыления
Ручное электростатическое и пневмоэлектростатическое распыление	Сокращение потерь ЛКМ (до 90% ЛКМ попадает на окрашиваемую поверхность)	Возможны непрокрасы на острых кромках; невозможность окрашивания изделий сложной конфигурации, имеющих глубокие впадины и сложные сопряжения, без последующей подкраски пневматическим распылением; высокая стоимость оборудования
Окунание, струйный облив	Не требует сложного оборудования; процесс окрашивания без участия маляра; одновременное окрашивание наружных и внутренних поверхностей большого количества изделий различной конфигурации	Окрашиваемые изделия должны иметь обтекаемую форму и гладкую поверхность; значительная неравномерность и невысокое декоративное качество покрытия; возможность потеков; необходимость больших объемов ЛКМ для заполнения ванны окунания; необходимость емкости аварийного слива за пределами окрасочного участка
Электроосаждение	Высокое качество покрытия; равномерность по толщине; отсутствие потеков; возможность окрашивания внутренней и внешней поверхностей изделий со скрытыми карманами; экологически безопасный метод	Сложное дорогостоящее оборудование; применимость только для грунтования поверхности; высокотемпературная (180°C) сушка

Снижению количества выбросов загрязненного воздуха в атмосферу способствует автоматизация процесса окрашивания и подачи ЛКМ на распыление.

Согласно [4], во время ручного перемешивания возникают потери растворителя от 1% до 2%. Они могут составлять до 15% от общего объема выбросов ЛОС. Автоматическое смешение ЛКМ в закрытых емкостях уменьшает количество выбросов ЛОС в атмосферу.

Теоретическая и практическая подготовка персонала также имеет немаловажное значение. Знания технологических инструкций ведения технологического процесса окрашивания, обслуживания оборудования, свойств применяемых материалов, борьбы с розливами обеспечивают снижение потребления ЛКМ и отходов производства и способствуют снижению выбросов ЛОС.

Оптимизация технологических процессов окрашивания, использование компьютерных программ для поддержания параметров работы оборудования позволяют оптимизировать потребление воды, электроэнергии и экономию сырья, способствуют сведению к минимуму выбросов ЛОС.

Техническое обслуживание оборудования, регулярные визуальные проверки уплотнений, фланцев, клапанов, гидравлические испытания трубопроводов и резервуаров, наличия износа исключают неорганизованные выбросы ЛОС в результате аварий.

При окрашивании электроосаждением применение обратной каскадной системы промывки снижает потребление воды и образование отходов.

При окрашивании пневматическим распылением переход на распылители низкого давления (НVLP) обеспечивает экономию лакокрасочного материала до 20% по сравнению с обычным пневматическим распылением [4]. Более низкие количества ЛОС образуются при горячем распылении ЛКМ, так как снижается количество растворителя в ЛКМ рабочей вязкости. Нагрев до 60°C - 70°C может осуществляться как в распыляющем пистолете, так и в емкости или нагретых трубопроводах. Уменьшается количество слоев ЛКП. Расход ЛКМ может снизиться до 10% [4].

3.6 Камеры и зоны выдержки и растекания ЛКП

Камеры и зоны предназначены для выдержки и растекания ЛКП. В этих камерах и зонах можно проводить естественную сушку лакокрасочных покрытий. Камеры представляют собой туннели, снабженные приточно-вытяжной вентиляцией. Эти камеры в технологической линии окрашивания помещаются перед сушильной камерой. Зоны выдержки снабжены приточно-вытяжной вентиляцией и не имеют ограждений от основного помещения окрасочного производства.

В камерах и зонах выдержки и растекания ЛКП проходят процессы испарения растворителя, как и при сушке ЛКП. К ним предъявляются такие же требования по взрывобезопасности, что и для сушильных камер. Часовое количество отсасываемого воздуха составляет 1500-2000 на 1 открытого проема туннеля. Вытяжная вентиляция должна обеспечивать концентрацию паров растворителей не более 50% нижнего предела их взрываемости.

Время выдержки в технологическом процессе окрашивания для большинства ЛКМ составляет от 5 до 10 мин.

По данным [53], потери растворителя из свежеокрашенных покрытий перед горячей сушкой составляют:

- 10 мин - 25%;

- 20 мин - 45%;

- 30 мин - 50%.

Испарение растворителей со свежеокрашенных поверхностей происходит неравномерно по времени и зависит от физико-химических свойств ЛКМ, температуры и скорости воздуха вблизи высыхающей поверхности, от расположения поверхности в пространстве (вертикально, горизонтально).

Определение текущих уровней выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду от камер и зон выдержки и растекания ЛКП приведено в разделе 4.

Для очистки загрязненного воздуха, выбрасываемого в атмосферу, применяют такие же методы, что и для сушильных камер.

3.7 Оборудование для очистки вентиляционных выбросов окрасочно-сушильного оборудования

Для очистки вентиляционных выбросов, содержащих пары растворителей, применяются в основном два метода: адсорбционный и окислительный [54, 55].

3.7.1 Адсорбционный метод очистки

Адсорбция - это процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из газовой или жидкой среды твердыми телами. В промышленной практике в качестве адсорбентов применяют активные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты.

Наиболее распространенным адсорбентом для рекуперации летучих растворителей являются активные угли. Их применяют для улавливания паров растворителя, присутствующих в выбросах в небольшой концентрации.

Активные угли - пористые углеродные адсорбенты, содержащие все разновидности пор. Для очистки вентиляционных выбросов используются так называемые газовые и рекуперационные активные угли. Используются газовые угли типа АГ, БАУ, СКТ и рекуперационные типа АР, АРТ и др.

На рисунке 23 показана схема сорбционной технологии очистки.

Рисунок 23 - Пример сорбционной очистки воздуха [67]

Температура входной газовой смеси должна быть не выше 60°C, концентрация пыли - до 10 . Концентрация вредных веществ - до 10 без регенерации адсорбента и неограниченно - с регенерацией. Эффективность очистки составляет 90% - 98%.

Схема секции угольного фильтра показана на рисунке 24.

Рисунок 24 - Пример схемы секции сорбционно-угольного фильтра [68]

При применении активных углей окрасочные камеры будут служить значительно дольше по сравнению с сушильными камерами, так как 1/4 часть растворителей выделяется при окраске и 3/4 - при сушке ЛКП. Сорбционный метод очистки с использованием угольных фильтров предполагает встраивание их в воздуховоды. При отсутствии установки регенерации метод становится дорогостоящим, так как стоимость активного угля может доходить до 10 долларов за 1 кг.

3.7.2 Окислительный метод очистки

Суть окислительного метода очистки заключается в обезвреживании паров растворителей путем их сжигания (окисления) и превращения при этом в пары воды и углекислый газ.

Этот метод подразделяется на низкотемпературный каталитический, высокотемпературный термический и термокаталитический комбинированный. К разновидностям низкотемпературного каталитического метода относятся газоразрядно- и плазмокаталитический методы очистки.

3.7.2.1 Термические окислители

Термические регенеративные окислители (см. рисунок 25), работающие при температуре 760°C - 816°C, имеют трубчатый теплообменник в корпусе из нержавеющей стали для предварительного нагрева воздуха. Окисление происходит при прохождении вытяжного воздуха через теплообменник, при смешении и поддержании его при повышенной температуре в камере сгорания в течение 0,5-2 с. Современные термические окислители (оксидайзеры) имеют КПД до 80%, и степень очистки составляет около 95% - 99%.

Рисунок 25 - Диаграмма воздушного потока термического рекуперативного окислителя [55]

При применении оксидайзеров для дожигания отходящих от сушильных камер газов выбросы растворителей в атмосферу снижаются на 85%. Экологический эффект от внедрения такой системы очистки на заводах по производству легковых автомобилей выражается в снижении выбросов ЛОС на 120 т/г. КПД систем "Оксидайзер" составляет около 94%.

Метод термической очистки наименее затратный. Установка горелок в газоходы обеспечивает сжигание органических примесей в удаляемом воздухе, а также нагрев воздуха для дальнейшего использования в сушильных камерах.

3.7.2.2 Регенеративно-термические окислители

В регенеративно-термическом окислителе (см. рисунок 26) (RTO) загрязненный воздух от рабочего процесса направляется приточным вентилятором во всасывающий трубопровод последовательно через первую и вторую коробки регенерации энергии с помощью впускных контрольных клапанов. Загрязненный воздух проходит от узла клапана вертикально вверх через первую из двух коробок теплообменника, где адсорбирует тепло из керамической среды, охлаждая таким образом среду и обеспечивая предварительный нагрев воздушного потока.

Рисунок 26 - Диаграмма воздушного потока термического регенеративного окислителя [55]

Затем предварительно нагретый воздух поступает в камеру сгорания. В камере сгорания воздух нагревается до температуры 816°C и поддерживается при этой температуре в течение 0,5-2 с до полной деструкции ЛОС. Дополнительно в камеру сгорания подводится топливо (природный газ). Чистый горячий воздух проходит от камеры сгорания вертикально вниз через вторую коробку регенерации энергии. Тепло, получаемое при термическом окислении загрязненного воздуха, адсорбируется затем керамической средой, которая нагревается, а очищенный воздух охлаждается. Охлажденный воздух выбрасывается в атмосферу через выпускной контрольный клапан, выпускной трубопровод и выхлопную трубу. Для достижения максимального теплообмена, как правило, клапаны переключаются для чередования пути воздушного потока между коробками через каждые 3-5 мин. Современные RTO обеспечивают КПД до 97% и обеспечивают очистку воздуха до 95% - 99%.

Эффективность применения установок термического дожигания зависит от концентрации паров растворителя в газовых выбросах, которая обычно составляет 0,5-5 (чем она больше, тем выше технико-экономические показатели установок).

3.7.2.3 Каталитические окислители

Рисунок 27 - Диаграмма воздушного потока каталитического окислителя [55]

Каталитические окислители обеспечивают химическую деструкцию растворителей при более низкой температуре по сравнению с термическим окислением, обычно при 260°C - 343°C. Благодаря более низкой рабочей температуре каталитическая деструкция требует меньших энергозатрат. Для уменьшения производственных расходов каталитические окислители имеют высокоэффективный противоточный пластинчатый теплообменник для предварительного нагрева очищаемого воздуха. Окисление происходит при прохождении загрязненного воздуха через слой катализатора из чистых металлов группы платины. Современные рекуперационные каталитические окислители имеют КПД до 80% и обеспечивают степень очистки 95% - 99%.

Для дожигания исходящих газов из сушильных камер рекомендуется использовать катализаторы в блоках из кордиерита. Стоимость очистки ориентировочно составляет 2,5$ за 1 очищаемого воздушного потока. Каталитические блоки работают не менее трех лет до момента регенерации.

3.7.2.4 Фотокаталитические окислители

В настоящее время широко изучается и развивается фотокаталитический метод окисления органических соединений. В основном при этом используются катализаторы на основе диоксида титана с применением УФ-облучения.

Сущность метода состоит в окислении веществ на поверхности катализатора под действием мягкого УФ-излучения диапазона А (с длиной волны более 300 нм). Реакция протекает при комнатной температуре, при этом токсичные примеси не накапливаются на фильтре, а разрушаются до безвредных компонентов воздуха (диоксида углерода, воды и азота). Вредные органические, неорганические загрязнители, бактерии и вирусы адсорбируются на поверхности фотокатализатора, нанесенного на пористый носитель (фотокаталитический фильтр). Под действием света от УФ-лампы органические компоненты окисляются до углекислого газа и воды.

Для очистки воздуха от окрасочных камер предлагается использование фотокатализатора . Установка, включая озонатор с производительностью 1-2 г озона в час, будет потреблять порядка 25 кВт электроэнергии. Срок работоспособности установки - 1,5-2 года.

3.7.2.5 Системы вращающихся концентраторов

Рисунок 28 - Диаграмма воздушного потока системы ротационного концентратора [55]

Процесс очистки воздуха производится в две стадии:

- удаление загрязнений из воздушного потока с помощью вращающего колеса из гидрофобного цеолита;

- деструкция концентрированного загрязнения воздуха с помощью RTO.

После предварительной эффективной фильтрации от твердых загрязнений воздух проходит через вращающееся колесо концентратора, растворитель адсорбируется гидрофобной средой из цеолита. Приблизительно 10% очищенного воздушного потока проходит через вентиляционную систему охлаждения, остальная часть выбрасывается в атмосферу. 10% воздушного потока нагревается до температуры десорбции (обычно 176°C) и возвращается в корпус концентратора в зону десорбции. Колесо концентратора вращается со скоростью 2-8 об/ч, при этом сектор колеса с адсорбированным растворителем постоянно проходит через зону десорбции для удаления с помощью нагретого воздушного потока. Затем воздушный поток с высокой концентрацией растворителя подается в RTO для термической деструкции. Концентрация увеличивается по сравнению с первоначальным отходящим газом примерно в 15 раз.

3.7.2.6 Термокаталитические окислители

Термокаталитические методы очистки отличаются универсальностью. Позволяют перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями растворителей, добиваться высокой степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнений. Реализация метода каталитического окисления зависит в основном от правильного выбора надежных, долговечных и дешевых активных катализаторов. Наиболее активны платиновые и палладиевые катализаторы, а также катализаторы на основе , , , , .

Для невысоких концентраций и больших объемов очищаемого воздуха (например, воздуха окрасочных камер) использование термокаталитического метода требует высоких энергозатрат.

Разновидностью термокаталитического метода очистки является озоно-каталитический, сорбционно-плазмо-каталитический и газоразрядно-каталитический методы (см. рисунки 29-31).

Рисунок 29 - Пример озоно-каталитической очистки [67]

Температура входной газовой смеси должна быть до 100°C. Концентрация пыли - до 10 , концентрация вредных веществ - до 100 . Энергопотребление составляет до 3 . Достигается степень очистки 90% - 98%.

Рисунок 30 - Пример сорбционно-плазмо-каталитической очистки [67]

Температура входной газовой смеси должна быть до 260°C. Концентрация пыли - до 10 , концентрация вредных веществ - до 3 . Энергопотребление составляет до 1 . Достигается степень очистки 90% - 98%.

На рисунке 31 показана схема газоразрядно-каталитической установки очистки воздуха от растворителей. Установка очищает вентиляционные выбросы от газообразных загрязнений органической природы путем их полного каталитического окисления атмосферным кислородом до образования углекислого газа и воды. Окисление происходит в результате комбинирования воздействия объемного барьерного разряда, озона высокой концентрации, каталитического воздействия на молекулы загрязнений и других физических факторов. Оборудование встраивается в существующую систему вентиляции.

Конструктивно состоит их следующих блоков:

- газоразрядный блок;

- каталитический блок;

- блок питания;

- щит управления.

Блоки установки монтируются непосредственно в вытяжную вентиляцию.

Производительность установки - до 30 000 . Энергопотребление - до 6 кВт. Температура входящей газовой смеси - до 50°C. Достигается эффективность очистки 90% - 99%, которая не зависит от качественного состава загрязнений.

Рисунок 31 - Установка газоразрядно-каталитической очистки [55]

К преимуществам газоразрядно-каталитической технологии по сравнению с термокаталитической очисткой относится низкое потребление электроэнергии (0,12 ). К недостаткам - необходимость охлаждения вытяжного воздуха до 50°C. В течение трех лет возможно снижение эффективности очистки на 10% - 20% от начальной из-за снижения эффективности катализатора. При этом возможно восстановление (регенерация) катализатора либо его замена. Регенерация катализатора с восстановлением 85% его эффективности производится путем подогрева в течение 2 ч. При этом возможно выделение большого количества дыма. Стоимость катализатора для замены составляет 30% - 35% от базовой стоимости установки. Установки предназначены для очистки воздуха от газообразных органических загрязнений с концентрацией от 3 .

3.7.2.7 Установки для биохимической очистки

Биохимические методы очистки основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в среде очищаемых газов. Биохимическая система пригодна для очистки газов постоянного состава. К недостаткам биохимического метода очистки относятся: низкая скорость биохимических реакций, высокая избирательность штампов микроорганизмов, трудоемкость переработки смесей переменного состава, необходимость утилизации продуктов очистки.

Рисунок 32 - Пример схемы биологической очистки [67]

Влажность входной газовой смеси может быть до 100%. Температура газовой смеси должна быть не более 50°C. Концентрация пыли без предварительной фильтрации допускается до 100 . Применяют для очистки загрязнений растворителями до 100 . Энергопотребление отсутствует (без учета вентилятора). Эффективность очистки составляет 80% - 98%. Биологическая очистка эффективна для очистки от растворителей, хорошо растворяющихся в воде (простые и сложные эфиры, кетоны, спирты).

3.7.2.8 Установки охлаждения

В зарубежной практике [4] используется также метод охлаждения отходящих газов в теплообменнике до температуры ниже 0 C. Обычно используется два режима: конденсации и разморозки. ЛОС могут быть восстановлены и повторно использованы. Этот метод обычно используют при концентрациях растворителя выше 100 .

Используется также криогенная заморозка жидким азотом при концентрации загрязнений от 200 до 1000 .