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涂装车间清洗溶剂回收在线利用的研究
发布:2019-8-12
摘要
调查了涂装生产中清洗溶剂的耗量及所占VOC排放比例,提出了在线利用的思路。阐述了蒸馏回收原理和溶剂回收系统的特点,通过清洗能力、溶解力等试验验证了面涂清洗溶剂可以蒸馏回收用于中涂机器人旋杯、阀门等设备的清洗。

唐勇华,万彤,徐炳华,苏广林
(长安福特马自达汽车有限公司,重庆401122)
关键词:清洗溶剂;回收利用;蒸馏;清洗能力;VOC

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1 引言

在汽车涂装生产中,为了追求卓越的涂膜质量,常常需要对机器人喷涂系统的CCV阀、齿轮泵、喷杯中的针阀、螺旋管及旋杯等进行反复清洗。其中喷涂颜色更换时,清洗更是不可避免的,而此过程中所消耗的有机溶剂占涂装车间有机溶剂使用量的99%以上,通常会达到单车2kg以上,以年产15万台的整车计算,全年累计清洗溶剂的使用量会达到30万kg。因此如何降低清洗溶剂的消耗已经成为涂装行业的重要课题之一。长安福特马自达汽车公司涂装车间在减少清洗溶剂用量、降低VOC排放的过程中,开创了一条完全自主、具有突破性思维的道路。本文介绍蒸馏回收面涂清洗溶剂用于中涂线机器人旋杯、换色阀管道及手工站喷枪清洗的详细过程。

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2 清洗溶剂的作用及耗量

清洗溶剂一般由类、酮类、酯类等有机成分按照不同比例配制而成,对涂料、油污、杂质等有良好的清洗效果,又因其挥发速率快、与涂料相容,可以应用于高链速的自动喷涂线上进行在线清洗,能有效地避免喷涂过程中所产生的脏点缺陷。在国内外汽车制造厂中,无论是水性涂料还是溶剂型涂料,清洗溶剂的使用都不可取代,也是最主要的VOC排放源之一。各厂家为了保证喷涂质量,在降低VOC方面,一般只从涂料成分及工艺上研究考虑。水性涂料也好,3C1B高固体分涂料也罢,其生产工艺过程中所消耗的清洗溶剂同样没有减少,也很少有研究涉及清洗溶剂回收利用的领域,然而通过调查发现,清洗溶剂的用量及VOC排放在涂装生产中都占据了重要地位。如果将清洗溶剂回收并在线利用,则会得到涂装生产成本下降和环保的双重效果

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3 蒸馏回收原理及设备系统特点

3.1蒸馏原理

清洗溶剂的回收可以利用简单的蒸馏原理,将涂装生产过程中所产生的废溶剂及涂料混合物部分气化和部分冷凝而使其分离回收利用。将沸点低的组分称为易挥发组分,沸点高的组分称为难挥发组分,这样废溶剂可以简化成一个双组分的液态混合物,在温度低于160℃时,树脂、颜料及铝粉可视为不挥发固态物质,因此通过加热气化再冷凝就可以将废溶剂分离。根据双组分液态混合物系统的温度-组成图,可以知道易挥发组分在气相中的相对含量要大于它在液相中的相对含量,这样通过调整蒸馏温度就成功地避免了涂料中高沸点溶剂对清洗效果的干扰。

表1汽车涂装生产中涂料和溶剂耗量及VOC排放量

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3.2设备特点

溶剂回收系统更是一套专门针对汽车涂装生产所开发的溶剂回收设备,通过在机器人站点及手工喷涂站点安装废溶剂回收槽,然后利用隔膜泵集中往废溶剂收集罐中输送喷涂清洗所产生的废溶剂,并在废溶剂罐上安装了气动防爆搅拌器和液位控制器,当液位到达控制上限时,系统会自动往溶剂回收设备装料并蒸馏。系统示意见图1。

    

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图1溶剂回收系统示意

蒸馏主机设备由A200Ex防爆溶剂回收机和V200真空减压泵及JL60Ex气动进料装置组成,系统配置见图2。

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    图2蒸馏主机系统配置示意

溶剂回收机主结构采用具有抗溶剂腐蚀特性的304不锈钢制造,其主要技术参数见表2。

 表2A200Ex回收机技术参数

    

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其特点如下。

(1)回收机按国家防爆标准生产,能适应涂装生产特定的防爆要求,主要防爆部件有防爆轴流风机、防爆循环油泵、防爆电加热器和防爆型电气控制箱。通过热媒油或导热油间接加热废溶剂,并由真空减压装置引流溶剂蒸气,提高了操作的安全性。

(2)真空减压装置配合回收机工作,降低了溶剂的沸点,使回收速度与效率明显提高,耗电量减少,低温运行延长了设备使用年限,降低了废溶剂的处理成本。

(3)根据废溶剂物理化学性质尤其是沸点的不同,通过温度控制器及时间控制器的设定,能将不同溶剂的混合物依照沸点不同分为两大类(高沸点与低沸点),并分段蒸馏。

(4)设有自动进料口及干净溶剂自动排出至储存槽的管道。

(5)回收完成后,可以自动切断电源、热媒油或导热油,温度过高自动关机。当外来因素致使蒸馏桶内的压力超过(0.05±0.01)MPa时会自动泄压。

⑹采用精密的微电脑程序/温度控制器,提高了控制加热温度的精度,数字显示实际的加热温度。

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4 清洗溶剂蒸馏回收在线利用的可行性分析

4.1 清洗能力测试

为了验证蒸馏回收溶剂能否在线使用,特选取了较难清洗的红色中涂涂料作为清洗对象,并做了回收溶剂与新鲜溶剂(QX-ⅡA)清洗能力的对比。测试方法:①测定试验钢板的质量(W0);②将试验钢板在涂料中浸渍1min;③从涂料中取出,挂10min,测定质量(W1);④在清洗溶剂中浸泡30s;⑤从清洗溶剂中取出,挂8min,测定质量(W2)。洗净率计算方法:

洗净率(%)=[1-(W2-W0)/(W1-W0)]×100%

4.2溶解力测试

(1)分别加入20%、40%、60%、80%、100%的溶剂稀释红色中涂涂料;

(2)用FC-3#杯测定稀释好的涂料的黏度;

(3)根据黏度判断溶剂对涂料的溶解力:黏度越低,溶解力越好。

结论:回收溶剂的清洗力和对中涂的溶解力与QX-ⅡA清洗溶剂相差不大,都能达到工艺要求,所以在线利用技术上可行。

4.3 蒸馏曲线对比

对QX-ⅡA清洗溶剂和回收溶剂进行蒸馏曲线对比,见图3。



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图3回收溶剂与Qx—IIA清洗溶剂的蒸馏曲线对比

从图3可以看出,与QX-ⅡA清洗溶剂比较回收溶剂高沸点物质偏多。清洗旋杯和管道设备要求溶剂快速挥发干燥,因此直接蒸馏使用可能会产生溶剂未完全挥发而残留在设备表面的现象,但是通过设定回收机温度控制器和时间控制器成功地降低了高沸点溶剂在回收溶剂内的含量,完全满足了现场生产工艺的要求。

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5 回收利用过程中的注意事项

(1)为了避免中涂因使用受污染的清洗溶剂而出现质量问题,在使用过程中需要对清洗溶剂定期抽样进行缩孔试验。

(2)在蒸馏回收过程中为了确保安全,蒸馏温度不能设定太高,以防止蒸馏固体物碳化发烟,更要注意溶剂蒸气对人体的伤害。蒸气泄露有发生火灾的危险,蒸馏设备操作间应该保证通风、散热良好。

(3)转移回收后的干净溶剂应该在出口管道上安装10μm的过滤袋,以防止铝粉等杂质混入中涂清洗系统的管道内。

(4)在项目实施的过程中,尽量不要全部使用回收溶剂,可以在中涂清洗溶剂系统内加入一定比例的新鲜溶剂混合使用,使用一段时间后对机器人管道、阀门、旋杯做定期维护保养,防止杂物混入将其堵塞。

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6 综合效益分析

(1)以每天向中涂清洗溶剂系统打入260kg清洗溶剂计算,按照2009年公司清洗溶剂采购价格,每天可以节约成本260kg×14.5元/kg=3770元,全年可以累计节约90万元。图4为2009年3月份涂装车间中涂线清洗溶剂耗量的变化趋势。

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图4中涂线清洗溶剂单车耗量统计趋势

(2)2009年长安福特马自达汽车有限公司涂装车间开始逐步实施清洗溶剂回收在线利用项目,数据显示VOC已经从2008年的63.7g/m2下降到目前的56g/m2,图5为VOC排放变化趋势。

    

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图52008.05~2009.02涂装车间总v0c排放趋势

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7 结语

综上所述,采用废溶剂回收在线利用技术,不仅环保、安全地解决了废溶剂存储、转运和处理问题,而且不到1年就可以收回设备投资成本,实现了降低成本和环保的双重效益,为发展环境友好型涂装迈出了历史性的一步。


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主办单位

广东智展展览有限公司

中国表面工程协会电镀分会

中国表面工程协会涂装分会

重庆表面工程协会

重庆表面工程技术学会

重庆市涂料涂装行业协会


合办单位

四川省表面工程行业协会

贵州省装备制造业协会表面工程分会

贵阳市表面工程行业协会

广西省表面工程行业协会



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