淺析塑料薄膜清洗回收設計

摘"要：塑料廣泛應用于生產生活各個領域，造成城市生活垃圾中存在大量廢塑料，廢塑料如不能被有效回收利用，會破壞生態環境，影響人類健康，而再生廢塑料產品應用市場廣闊。常規廢塑料處理方式如填埋、焚燒等易出現難自然降解或釋放有毒有害氣體及資源浪費；常規塑料清洗生產線或設備對于城市生活垃圾中的塑料薄膜清洗有許多的不適用。本文對城市生活垃圾中塑料薄膜清洗回收生產線的產量及連續正常生產存在的問題提出解決方案，將城市生活垃圾中經過機械分選后的塑料薄膜最大程度資源化利用及經濟效益最大化。

關鍵詞：城市生活垃圾；塑料薄膜；清洗設備

Abstract：Plastics"are"widely"used"in"various"fields"of"production"and"life，resulting"in"a"large"amount"of"waste"plastics"in"municipal"solid"waste.If"waste"plastics"cannot"be"effectively"recycled"and"utilized，they"will"damage"the"ecological"environment"and"affect"human"health.The"application"market"for"recycled"waste"plastics"products"is"broad.Conventional"waste"plastic"treatment"methods"such"as"landfill"and"incineration"are"prone"to"problems"such"as"difficult"natural"degradation，release"of"toxic"and"harmful"gases，and"waste"of"resources.Conventional"plastic"cleaning"production"lines"or"equipment"are"not"suitable"for"cleaning"plastic"films"in"municipal"solid"waste.This"paper"proposes"solutions"to"the"problems"of"production"capacity"and"continuous"normal"production"of"plastic"film"cleaning"and"recycling"production"lines"in"municipal"solid"waste.Maximize"the"resource"utilization"and"economic"benefit"of"the"plastic"film"after"mechanical"sorting"in"municipal"solid"waste.

Keywords：Municipal"solid"waste;Plastic"film;Cleaning"equipment

1"背景和意義

塑料廣泛應用于各個領域，塑料污染已成為三大全球性環境危機之一［1］。常規填埋技術雖然投資少，操作簡單，但會侵占大量土地，難以自然降解，從而影響土壤的通透性，妨礙植物呼吸及養分的吸收；焚燒技術雖然可實現減量化要求，同時回收部分能源，但此過程中易釋放有毒有害氣體如二英，直接威脅人類及生態環境健康。實現廢舊塑料的循環利用不僅能有效防止對環境的污染，還能充分利用有限資源創造經濟效益，具有明顯的環境效益和經濟效益。目前廢塑料僅有31%被回收利用［2］，回收利用率亟須提高。目前國內大部分塑料清洗設備廠家所生產設備、生產線適用于地膜、農膜、PET瓶或者經人工挑選后的塑料薄膜，然而這類生產線或設備對于城市生活垃圾中經過機械分選后的塑料薄膜清洗有許多的不適用，生產過程中存在許多問題影響連續生產及產量。

2"廢塑料再生利用

目前生活垃圾中廢舊塑料的再生處理方法最常用的是改性再生技術，且已成為大規模商業化操作［3］。廢塑料回收利用可以降低石油用量，減少能耗［4］。廢舊塑料應用包括以下方面。

（1）土工材料。

（2）建筑防水材料。

（3）防滑板。

（4）改性瀝青［5］。

（5）塑料托盤。

（6）塑木復合材料、排水、排污管材等。

3"系統總體設計

3.1"工藝路線設計

塑料薄膜清洗線產量為1.2t/h，絕干塑料薄膜用于后續1t/h塑料造粒，如圖1所示，清洗線的流程為：撕碎機/破碎機→螺旋輸送機→摩擦清洗機→漂洗、輕重分離→EPS分離機→摩擦清洗機→薄膜擠干機→薄膜料倉→均勻給料至造粒機。進行清洗線薄膜經前端預處理，主要是破袋、以水為介質輕重分離，在水面上浮的塑料薄膜進入清洗線。

3.2"系統環保特點

（1）水耗低：系統清洗水重復利用，系統中清洗水雜質含量從低到高為：三段水槽、二段水槽、一段水槽；在保證清洗要求情況下，系統主要清水補充由摩擦清洗機至三段水槽，由三段水槽溢流至二段水槽，再由二段水槽溢流至一段水槽，一段水槽污水溢流排放至渣池至污水處理；保證達到各處理段清洗水水質且清水耗用量最小的經濟環保要求。

（2）清洗效果佳：物料通過高速離心加清水清洗，能將附著在物料上的雜質分離，保證物料的純凈度。

（3）生產線占地面積小，系統清洗主要通過高速離心清洗，相對傳統漂洗清洗線占地面積更小，就能實現同種物料清洗分類至同一純凈度要求。

4"主要設備設計介紹

4.1"撕碎機

工作原理：物料進入撕碎機箱體內，箱體上承載有撕碎刀片，推料箱在液壓系統作用下將物料推至旋轉刀片附近，物料在撕碎轉動刀片與固定刀片作用下經過撕扯、擠壓、剪切等綜合作業，把撕碎成小塊的物料，從篩網孔中排出。

4.2"漂洗槽

工作原理：物料進入漂洗槽后，在槽體內介質（水）作用下，依靠重力作用分選，輕浮物在介質上層通過拔料裝置作用下，物料前行至出料裝置排出漂洗槽進入下一處理設備，重于介質密度物料下沉至沉渣輸送裝置通過沉渣輸送裝置排出漂洗槽，實現物料按密度初步分離。

4.3"摩擦清洗機

工作原理：物料進入摩擦清洗機后，在輸送裝置及主軸清洗刀片裝置的高速運轉作用下，將附著在塑料膜表面的雜質、水分與塑料膜分離，小于篩網的雜物在物料中脫出的水的帶動下從篩網至沉渣輸送裝置排出摩擦清洗機，塑料膜等通過輸送裝置送至摩擦清洗機出口排出摩擦清洗機，進入下一處理設備。塑料薄膜在摩擦清洗機作用下得到較深層次的清洗。

4.4"擠壓機

工作原理：物料進入擠壓機在螺旋葉片裝置作用下往出料口輸送，在備壓壓力作用下擠壓物料，將物料中的水分擠出通過篩網裝置排出擠壓機，隨著物料連續進入螺旋葉片裝置，出口處物料壓力大于備壓裝置壓力通過出料口排出擠壓機，以獲得干度符合要求的干凈物料。

4.5nbsp;EPS分離機

工作原理：由于EPS不濃于水且密度遠小于含水塑料薄膜，在漂洗槽內浮于表面，通過攪拌裝置作用將EPS形成環狀集中在攪拌軸附近，通過離心風機作用形成負壓將物料吸入輸送管道排至旋風分離裝置，在旋風分離裝置內將空氣從上側出風口排出，EPS通過重力作用在下料口排出實現EPS與空氣分離，實現EPS與塑料薄膜分離，從而獲得純度較高的塑料薄膜。

5"生產中存在的問題及設計改進

（1）撕碎機/破碎機刀片磨損嚴重，由于前端塑料薄膜只有初步分選，進入撕碎機/破碎機的塑料薄膜夾帶、附著泥沙、細石、金屬等容易破壞刀具，而破碎機轉速更高容易出現崩刀。經生產試驗證明高含水率物料在低轉速撕碎機撕碎作用下能實現細化塑料薄膜，滿足后續生產要求且刀片不易發熱損壞，從而減小撕碎機刀具更換以降低運營成本。

（2）傳統的螺旋輸送機已經實現行業標準化，但是標準化的螺旋適用輸送的介質為紙漿、沙石、污泥、木片等傳統物料，并不能適用于城市生活垃圾提取的塑料薄膜大角度輸送；傳統螺旋輸送機的轉速較低、葉片與殼體的間隙較小，在輸送城市生活垃圾提取的塑料薄膜時出現卡堵、產量遠遠用小設計產量、連續運行的時間短。螺旋輸送機設計改進：加大螺旋葉片間隙及加快螺旋轉速，能夠實現達產及連續生產。

（3）摩擦清洗機是清洗的核心設備，高速旋轉的刀片能夠分離塑料薄膜表面附著的泥沙及油污。現實中部分的摩擦清洗機轉鼓直徑不到0.5m，轉速大概1000rpm，這類摩擦清洗機適用PET硬料清洗，在塑料薄膜這類軟物料清洗時，薄膜表面的雜質會有不少殘留。當轉速在2400rpm時能達到比較滿意的清洗效果，但是2400rpm的轉速對設備的加工精度有很高的要求，動平衡要求高，振動大，軸承容易損壞，運營成本高，經研究、試驗發現對薄膜清洗效果有影響的是葉片末端線速度，那么加大刀片轉鼓直徑至0.8m左右，減小刀片高，降低轉鼓轉速在1500rpm左右，使刀片末端線速度和2400rpm時0.5m轉鼓直徑的刀片末端線速度一致，生產線串聯使用2～3臺摩擦清洗機能達到清洗、降低運營成本、提高設備穩定性的目的。

n=πRω/60

n—旋轉的刀片未端線速度（m/s）；R—旋轉的刀片直徑（m）；ω—旋轉的刀片轉速（r/min）。

n1=πR1ω1/60=3.14×0.5×1000/60=26.17m/s

n2=πR2ω2/60=3.14×0.5×2400/60=62.8m/s

n3=πR3ω3/60=3.14×0.8×1500/60=62.8m/s

（4）漂洗、輕重分離，輕重分離介質為水，密度大于水的物料沉于水，如泥沙，PET瓶片沉在槽體底部需做錐口縮口由螺旋輸送匯集提渣，生產試機證明，傳統的螺旋設計不能適用于槽體底部重渣的輸送，沉底的重渣需用低轉速的螺旋輸送，如直徑300mm螺旋轉速應在10～15rpm，轉速過高會將部分的重渣攪動混在水中不利于沉渣，而且傳動螺旋葉片的螺距也不適用，用于槽體沉料輸送螺旋的螺距應遠遠低于普通螺旋螺距，如直徑300mm螺旋的螺距在80～120mm更適用。

（5）薄膜擠干機。目前國內外大部廠家所生產的直徑300mm薄膜擠干機功率為55～75kW，擠干后薄膜干度為85%～92%，產量為300～400kg/h，而為1.2t/h絕干塑料薄膜設計直徑600mm薄膜擠干機功率為100～132kW，理論上產量能達到，但現實生產試機的結果是干度及產能不能滿足要求。當擠干螺旋直徑大于400mm時，葉片徑向中間部分擠壓的薄膜不能脫水，產量最大為800kg/h，薄膜干度小于80%，1.2t/h絕干塑料薄膜生產線應配2臺直徑400mm薄膜擠干機功率為90kW，每臺擠干機的絕干產量在600kg，干度為92%，薄膜干度滿足后續造粒機要求。

（6）薄膜料倉。由于造粒機需預熱到一定溫度才能正常工作，預熱時間大約為1h，耗電量為200～300kW/h，預熱成本高造成必須儲存足夠的薄膜為造粒機供料，避免多次停機預熱。1.2t/h絕干塑料薄膜生產線配備造粒機24h薄膜料倉即約30m3薄膜料倉，目前大部分料倉為小于10m3，為水平臥式底部活動地板送料或并排多根螺旋送料，如果臥式料倉做到30m3占地大，清洗系統應配用立式直徑2.5m高6.2m底部圓錐縮口料倉。實踐證明薄膜料有較大的可壓縮性，當通過縮口時會堵料而且越堵越嚴重，無法使用。料倉型式更改為圓柱形料倉底部封住，開一長條出料口，底部中間加轉盤，用轉盤拔片轉速控制出料量，能實現儲料及給料。立面圖如圖2、平面圖如圖3所示。

Q=n×ω×V×ρ=n×π×ω×R×L×h×ρ

Q—輸送量（t/h）；n—轉盤拔片數量（個）；ω—拔片轉速（r/h），減速機直聯，減速機轉速（1r/min）；V—單片拔片拔料體積（m3）；R—拔片中點到圓心距離（m）；L—拔片長度（m）；h—拔片高度（m）；ρ—物料密度（t/m3），經取樣測算破碎清洗脫水風送至料倉的塑料薄膜（含水率＜8%），密度約為0.25t/m3。

Q=n×π×ω×R×L×h×ρ

=2×3.14×60×1.61m/h×0.7m×0.02m×0.25t/m3

=2.12t/h

進料量Q=2.12t/h滿足造粒機進料1.2t/h要求，生產調試通過變頻控制匹配產能需求。

結語

隨著城鎮化及消費結構的調整，廢塑料的產生量增加，廢塑料再次利用相當于節約化石能源，所以廢塑料再次利用不僅環保，還節約資源。本文所述的工藝、設備經生產檢驗能滿足城市生活垃圾中廢塑料薄膜清洗回收生產需求。

參考文獻：

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作者簡介：楊志承（1987—"），男，漢族，福建永春人，本科，工程師，研究方向：垃圾資源化設計、機械設計。