グラビア印刷の排ガス問題をどう解決するか？ソースとプロセスからサポート終了の管理に至るまで、ガバナンスに関する完全なガイドがここにあります。--
グラビア印刷は、成熟したプロセス、高い生産効率、リッチで層状の印刷製品、優れたオリジナル再現性能を備えており、軟包装業界で広く使用されています。当社は国内外に7つの先進的なグラビア印刷生産ラインを所有しており、年間約26,000トンの包装用フィルムを生産しています。この論文では、著者は、グラビア印刷排ガス (VOC) の発生、生産プロセスの制御、設備の改善、排ガス (VOC) 処理、熱源利用を組み合わせて、重大な経済的および社会的利益を達成する、グラビア印刷排ガス (VOC) 削減および省エネルギー技術に関する詳細な研究を行っています。-
グラビア印刷用排気源
グラビア印刷で使用される溶剤ベースのインクには、75% 以下の VOC が含まれています。{0}}印刷パフォーマンスを向上させるには、さまざまな溶剤 (酢酸エチル、n- ブタノール、イソプロパノール、酢酸 n- プロピルなど) をインクに加えて混合し、希釈する必要があります。 VOC は、インクの準備と乾燥中に蒸発して放出されます。
VOC 排出量を削減するために、印刷業界では近年、水性インク（排気源制御のために吸収性基材 15% 以下、非吸収性基材 30% 以下）を採用しています。-技術も急速に発展していますが、水性インクは接着力、耐水性、光沢の技術的課題を完全には克服していないため、現在の用途には依然として限界があります。-この論文では、グラビア印刷で広く使用されている溶剤ベースのインクをベースとした、VOC 排出削減と省エネ技術に関する研究について説明します。{6}{7}
グラビアインキの工程管理
01/ストレージ
インクや溶剤などの VOC は密閉容器に入れ、蓋をして密封し、密封状態を保ち、専用の危険化学品倉庫に保管する必要があります。危険化学品倉庫の温度は 0 度～28 度に管理することが望ましいです。倉庫屋根には貯水屋根や冷却水配管を設置できます。外気温が30度以上の場合は散水して温度を下げ、庫内温度を28度以下に保ちます。適切な条件を備えた危険化学品倉庫には、防爆型空調設備または防爆型給気装置-を設置し、夏期は倉庫の温度を 28 度未満、冬期は 0 度以上に制御する必要があります。
02/ ブレンド
インクと溶剤の混合プロセスでは、自動インク混合装置を使用し、暴露による蒸発を減らすために密閉空間で作業する必要があります。条件が満たされない場合は、隔離室で局所的なガス収集対策を講じ、排気ガスを防爆ファンと密閉パイプラインを介して VOC 排気ガス処理システムに供給する必要があります。-。
03/インク供給
混合後、インクは密閉されたパイプラインを使用して（理想的には自己流動システムを使用して）印刷機ユニットに集中的に搬送される必要があります。-デマンド ユニットでは、使用量に基づいて集中粘度制御を使用し、空気圧バルブでインク トレイにインクを自動的に追加する必要があります。
インクと溶剤をパイプライン以外で移送する場合は、密閉容器を使用する必要があります。-インクや溶剤をインクタンクに追加する場合は、溶剤をユニット内に封入するためにユニット-タイプのインク粘度コントローラーを使用する必要があります。インクを追加した後は、インク供給プロセス中の VOC 排出を削減するために、インク バケットをすぐに閉める必要があります。
04/ 印刷
現場の排気ガスを削減するには、インク トレイ、インク ドラム、溶剤ドラムをカバー プレートで覆う必要があります。-グラビアスキージには密閉型スキージを使用することが望ましいですが、インクタンクのカバーを使用したり、溝の開口部の形状を変更したりすることで、インク供給システムの開口面積が減少する可能性があります。印刷プロセスでは、インク粘度の自動制御を使用し、インク粘度のオンライン監視と自動溶剤投与を可能にして、インクキャップを手動で開ける頻度を減らし、VOC の排出を最小限に抑える必要があります。
印刷ユニットは、空気取り入れ口を下部と駆動側に配置して、局所的なガス収集対策を講じる必要があります。排気ガスは収集された後、密閉されたパイプラインを通ってVOCs排気ガス処理システムに排出されます。
05/オーブン加熱
グラビア印刷用のオーブン加熱は、機械の点火コストの約 70% を占めており、省エネと排出削減の重要な焦点となっています。新しい高効率ガス サスペンション オーブンまたはセミサスペンション オーブン-は、優れた乾燥効果と省エネ効果を提供します。-条件が許せば、空気ヒートポンプまたは水-電気（蒸気）混合が推奨されます。吸気ダクトと還気ダクトには内部循環または LEL 自動制御を使用する必要があります。排気ガスや空気漏れによる熱損失を減らすために、オーブンはしっかりと密閉されている必要があります。動作中は、オーブン内をわずかに負圧に保つように空気量を調整する必要があります。
06/ 別のプレートで掃除する
グラビア印刷では、注文完了時や商品交換時に版洗浄が必要となります。洗浄中は、版ローラーの動作中に迅速に洗浄できるよう、少量の溶剤を使用するようにしてください。さらに洗浄したい場合は、密閉空間で自動洗浄する超音波洗浄器を使用するのが最適です。生成された排ガスは局所的に収集され、密閉されたパイプラインを通じて VOC 排ガス処理システムに排出されます。
インク プレート、インク バケット、カバー プレートなどを印刷すると、テフロンをスプレーすることで洗浄中に使用される溶剤によって引き起こされる VOC の排出を大幅に削減できます。科学的な生産オーダースケジューリングにより、同一仕様・品種の製品を集中生産することで、版ロールの交換頻度を減らし、VOCの排出を最小限に抑えます。
07/ 本番環境
グラビア印刷の生産環境は、VOC漏洩を抑えるため、18～28度、湿度45%～65%に管理し、屋内外の環境を若干の負圧（室内負圧）に保つ必要があります。
印刷機の排気システムの改良
乾燥装置はオーブン、ファン、エアバルブ、エアダクト、エアノズルなどで構成されています。ノズルから熱風を基板に直接吹き付け、熱風噴流により基板表面の溶剤膜にダメージを与えます。次に、インク内の溶媒が中空の誘電体細孔を通って浸透し、インク層の外側に蒸発します。熱の一部は潜熱として伝達され、他の一部は伝導によって基板本体の内部に伝達され、残りの熱は最終的に空気によってオーブンから運び出されます。
グラビア印刷装置の熱風乾燥プロセスは、物質と熱の伝達による複雑なプロセスです。印刷の品質は、熱風速度、熱風温度、インクの厚み、排気方式、環境温湿度だけでなく、基材の特性、インクの組成や特性、乾燥炉の構造などにも大きく影響されます。
オーブン内の全体的な熱の利用を改善するために、次の改善を実施しました。
(1) 筐体の壁にセラミックファイバーフェルトの断熱層を備えた断熱オーブンを使用して、熱を反射し、乾燥システムでの熱損失を減らす断熱を提供します。
(2) オーブンノズルは印刷機の合金ガイドローラーに相当します。金属ガイドローラーを介して熱を吸収し、二次的に伝達することで、登録材料との接触面積が増加し、エネルギー利用率が向上します。
(3) 戻り空気熱交換器を設置し、外部排気と加熱炉入口との間で熱交換を行い、排出された熱風を回収します。これにより、吸気中の溶剤含有量が低減され、同時に二次熱気の再利用も実現されます。この方法により、熱風を約65%回収し、廃空気の排出を約30%削減できます。
(4) 底部排気濃度が低く、上部排気濃度が高いことを利用し、下部排気ダクトを上部排気モードに導入し、室内からの上部排気を低減します。テストによると、各印刷機は排気ガスを 1 時間あたり約 12,000 立方メートル削減します。
(5) ユニットまたは局所 LEL 技術を使用して、上部排気システムが濃度に基づいて循環空気量を自動的に調整し、廃空気の排出を削減します。このソリューションは、安定した運転下で排気ガスを 40% 削減します。
排ガス（VOC）処理設備の設計
グラビア印刷のVOC排出ガスは低濃度で風量が多いのが特徴です。さまざまなソリューションを比較した結果、2 段階ゼオライト回転濃縮 + 3 タンク RTO (再生酸化炉) 排ガス処理システムを選択しました。- 2 ステージ ランナーを使用してプロセス ガス中の VOC 濃度を集中させ、増加させることで、RTO の自立運転が可能になり、天然ガスの消費量が削減されます。-
ゼオライトの回転濃縮除去効率は90%～95%です。排気中の VOC 濃度が 500mg/m3 を超えると、単段ランナー濃度吸着では煙突排気 VOC 以下の 40mg/m3 という要件を保証できなくなります。- 2 段ランナーは、1 段ランナーで吸着したガスの二次吸着を行うように設計されており、ホイールの吸着効率を 98.5% に高め、VOC 排出量を大幅に削減します。- 3 タンク RTO (再生酸化炉) 設計を使用すると、VOC 除去効率が 99% を超え、環境が大幅に改善されます。
排ガス（VOC）処理システムの省エネルギー化
排ガス（VOC）処理装置の運転管理、設備改善、エネルギーリサイクルにより、VOCの削減と省エネルギーを実現します。
01/ 二段階ゼオライトロータリー濃縮物-
2 段階ゼオライト回転濃縮装置は、2 つの第 1 段階ランナー (A1 と B1) と 2 つの第 2 段階ランナー (A2 と B2) で設計されています。{{1}第 1 ステージ ランナーからの脱着空気は RTO システムに直接入りますが、第 1 ステージ ランナーからの吸着空気は二次吸着のために第 2 ステージ ランナーに戻ります（A1 吸着空気は A2 に入り、B1 吸着空気は B2 に入ります）。-第 2 ステージ ランナーからの吸着空気は排気筒に直接排出され、第 2 ステージ ランナーからの脱着空気は第 1 ステージ ランナー入口に導入され、元のプロセス排ガスと混合されます。- (図 1 デュアルステージゼオライト回転濃縮の概略図)、省エネ運転の重要なポイントは次のとおりです。-
図 1 2 段ゼオライト ホイール濃縮装置の原理図
(1) ホイール速度調整：起動時は通常 30Hz 程度に設定されます。運転中は風量に基づいて調整できます。たとえば、空気流量が少なく濃度が低い場合、ホイールの回転モーター周波数を調整して回転速度を下げ、濃度を高め、RTO 燃焼の自己平衡を達成し、天然ガスを節約します。-逆に回転数を上げるとホイールの吸着効果が高まり、排出ガスが基準を満たすようになります。
(2) ホイール入口フィルター (フィルターバッグ) の定期交換: ホイール入口の圧力差が 75 mmAQ を超えないようにしてください。定期的な清掃または交換により、圧力差を可能な限り 25 mmAQ 以下に制御することで、システム ファンの電力負荷を節約できます。
(3) ホイール温度調整：ホイールの脱着入口温度を 180 度に設定します。この温度は、ホイールの脱着入口温度を安定させるために比例バルブとミキシング ボックスを使用して、RTO 燃焼室の上部によって制御されます。脱着入口温度が 115 度未満の場合、脱着効率が低くなります。 225 度を超えると、安全上の危険が生じます。この場合、装置を強制的に停止する必要があり、安全を確保するために高圧 CO2 システムが自動的に作動してホイールを冷却します。-
02/ スリー チャンバー RTO (再生熱酸化装置)-
RTO (Regenerative Thermal Oxidizer) には、蓄熱、熱酸化、燃焼という 3 つの主要な機能が含まれています。 「蓄熱」は RTO の再生媒体から発生します。国内のセラミック蓄熱システムでは、すでに熱利用効率が97％を超えています。動作原理は、有機排気を 790 度以上に加熱し、排気ガス中の揮発性有機化合物 (VOC) を酸化させ、二酸化炭素と水に分解することです。酸化中に発生した熱はセラミック蓄冷材に蓄えられ、蓄熱材が加熱されて蓄熱されます。セラミック再生媒体に蓄えられた熱は、次に流入する有機排気を予熱するために使用されます。これはセラミック再生媒体の「熱放出」プロセスであり、排気加熱プロセスでの燃料消費量を節約します。
3 チャンバー RTO はバルブ スイッチングを使用し、3 段階で周期的に動作します。{0}第 1 段階では、排気ガスは再生チャンバー 1 を通じて予熱され、燃焼のために燃焼チャンバーに入ります。燃焼室（通常 800-850 度に維持）内の排気は酸化分解を受け、再生室 2 に未処理で残ったガスは浄化された後に燃焼室に逆吹きされ、焼却されます（パージ機能）。分解された排気は再生チャンバー 3 を通って排出され、再生チャンバー 3 は加熱されます (図 2、3 チャンバー RTO の概略図を参照)。
図 2: 3 タンク RTO (再生酸化炉) の概略図。-
RTO（再生再生酸化炉）の主な動作エネルギー消費は電気と天然ガスです。同じ動作条件下で、科学的な運用管理と改善により、エネルギーの節約と排出量の削減を達成できます。
(1) RTO 切替バルブの時間調整：RTO 蓄熱層と冷却ゾーンの間に大きな温度差または過度の高温（例：1000 度を超える）がある場合、RTO 切替バルブのサイクルを調整して短縮します（通常 1.5 ～ 2 分に設定）。燃焼室全体に均一な熱分布を確保し、RTO 炉の温度制御を実現し、電気コストを節約します。
(2) 吸気圧力の調整: RTO の中層と上層の温度差が小さい場合、または中層の温度が比較的高い (750 度 ) 場合、システム空気入口の圧力値を上げてファンの周波数を上げ、温度差を大きくし、中層の温度を下げ、VOC の処理効率を向上させることができます。 RTO の下層と中層の間に大きな温度差がある場合、空気入口の圧力を調整してシステム ファンの周波数を下げ、電力を節約できます。
(3) 外気ベントの変更: RTO 安全設計。 RTO 燃焼室の温度が設定値を超えると、外気ダンパーが自動的に開き、排気ガス処理のための風量を増やしながら低温の外気を導入して燃焼室の温度を下げます。- -綿密な研究により、印刷機ユニットの底部（室温）からの排気を使用する、修正された外気通気ダクト設計を採用しました。これにより、冷却目標を達成しながら、排ガス処理量を増やすことなく、電力消費量を削減しました。
(4) 停止動作: 排気ガス処理システムが停止して停止すると、RTO 温度は 400 度のままになります。内部蓄熱層の断熱効果により、再起動時の天然ガス消費量を削減します。
03/ 熱循環
VOCs排ガス処理システムの作動中、煙突排ガス温度は約200度になります。エネルギー利用を最大化するために、煙突に入るパイプに熱交換器が設置され、排熱が回収されます。
熱交換器を設計するときは、空焚きと低温保護対策を考慮する必要があります。-たとえば、フィンチューブ熱交換器の排ガス出口温度は、熱抵抗器によって継続的に監視されます。温度が設定温度を下回る場合、熱交換器はバイパスされます。循環水の出口温度は抵抗器によって継続的に監視および制御されます。温度が設定温度を超えると、熱交換器がバイパスされます。図 3 は、VOC の熱回収の概略図を示しています。
図 3 VOC の熱回収の概略図
水を循環させてポンプと貯湯タンクを制御することで、回収した熱水を印刷機で再利用したりオーブンに加えたりすることで、印刷エネルギーの消費量を削減します。冬には温水が生産エリアやオフィスエリアの暖房にも使用され、エネルギーのリサイクルが可能になります。
メンテナンスとサービス
VOC 排ガス処理システムは、複雑な構造、高度な自動化、および複数の安全インターロックを備えています。運用中は、2 時間ごとに包括的な検査を実施し、徹底的な検査記録を作成する必要があります。異常な騒音、温度上昇、または放出率が発生した場合は、速やかに対処する必要があります。運転パトロールに加えて、赤外線熱画像装置、振動試験機、電流計などの専門的な検査機器を使用して専門的な検査を実施し、異常の兆候を早期に検出し、適時かつ効果的な措置を促進し、VCOの排ガス処理システムの継続的かつ安定した運転を確保する必要があります。日常のメンテナンスのポイントは以下の通りです。
(1) ファンとトランスミッションモーター: 重要な機器はオンライン温度測定を使用できますが、その他の機器は毎週温度を測定できます。潤滑油は 3 か月ごとに補充する必要があります。ベアリングは5年ごとに交換します。
(2) 自動 (空気圧) バルブ: フィルターとドレンバルブが圧縮空気パイプラインに取り付けられています。空気回路には専用の圧縮空気潤滑油を使用しています。計器の圧力調整弁とフィルターは毎週、汚水の排出が検査されます。
(3) ファン: ファンの羽根車は粉塵などによる付着の影響を受けるため、半年ごとに現場点検と清掃を行っています。{1}
(4) ROT 炉本体: RTO 外壁は毎年検査され、耐熱コーティングが再塗布されます。-。 2年ごとに内部を開放して再生レンガの状態を検査し、必要に応じて補修や交換を行っています。
(5) シール: ゼオライトロータリーホイールのシールリング、ゼオライトロータリーモータードライブチェーン、および自動制御バルブのシールを 6 か月ごとに検査してください。
(6) 高温コンポーネント: 約 2 年間使用した後、RTO の内部高温プローブを交換する必要があります。-高温比例バルブのシールとゼロ位置校正を実行し、気象ホットイグニッション スイッチ システムのメンテナンスまたは交換を実行します。-
(7) LEL 校正: VOC 排気入口 LEL は、システム制御精度に影響を与える可能性のある偏差を避けるために四半期ごとに校正されます。
(8) 循環水: 熱回収循環水は軟化または浄化し、完全に排水し、毎年の停止中に交換する必要があります。
(9) 天然ガス圧力計、安全弁、可燃性ガス警報器、圧縮空気圧力計などは、法令に従って厳密に校正され、ラベルが貼られていなければなりません。