浅析塑料薄膜清洗回收设计

摘"要：塑料广泛应用于生产生活各个领域，造成城市生活垃圾中存在大量废塑料，废塑料如不能被有效回收利用，会破坏生态环境，影响人类健康，而再生废塑料产品应用市场广阔。常规废塑料处理方式如填埋、焚烧等易出现难自然降解或释放有毒有害气体及资源浪费；常规塑料清洗生产线或设备对于城市生活垃圾中的塑料薄膜清洗有许多的不适用。本文对城市生活垃圾中塑料薄膜清洗回收生产线的产量及连续正常生产存在的问题提出解决方案，将城市生活垃圾中经过机械分选后的塑料薄膜最大程度资源化利用及经济效益最大化。

关键词：城市生活垃圾；塑料薄膜；清洗设备

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"背景和意义

塑料广泛应用于各个领域，塑料污染已成为三大全球性环境危机之一［1］。常规填埋技术虽然投资少，操作简单，但会侵占大量土地，难以自然降解，从而影响土壤的通透性，妨碍植物呼吸及养分的吸收；焚烧技术虽然可实现减量化要求，同时回收部分能源，但此过程中易释放有毒有害气体如二英，直接威胁人类及生态环境健康。实现废旧塑料的循环利用不仅能有效防止对环境的污染，还能充分利用有限资源创造经济效益，具有明显的环境效益和经济效益。目前废塑料仅有31%被回收利用［2］，回收利用率亟须提高。目前国内大部分塑料清洗设备厂家所生产设备、生产线适用于地膜、农膜、PET瓶或者经人工挑选后的塑料薄膜，然而这类生产线或设备对于城市生活垃圾中经过机械分选后的塑料薄膜清洗有许多的不适用，生产过程中存在许多问题影响连续生产及产量。

2"废塑料再生利用

目前生活垃圾中废旧塑料的再生处理方法最常用的是改性再生技术，且已成为大规模商业化操作［3］。废塑料回收利用可以降低石油用量，减少能耗［4］。废旧塑料应用包括以下方面。

（1）土工材料。

（2）建筑防水材料。

（3）防滑板。

（4）改性沥青［5］。

（5）塑料托盘。

（6）塑木复合材料、排水、排污管材等。

3"系统总体设计

3.1"工艺路线设计

塑料薄膜清洗线产量为1.2t/h，绝干塑料薄膜用于后续1t/h塑料造粒，如图1所示，清洗线的流程为：撕碎机/破碎机→螺旋输送机→摩擦清洗机→漂洗、轻重分离→EPS分离机→摩擦清洗机→薄膜挤干机→薄膜料仓→均匀给料至造粒机。进行清洗线薄膜经前端预处理，主要是破袋、以水为介质轻重分离，在水面上浮的塑料薄膜进入清洗线。

3.2"系统环保特点

（1）水耗低：系统清洗水重复利用，系统中清洗水杂质含量从低到高为：三段水槽、二段水槽、一段水槽；在保证清洗要求情况下，系统主要清水补充由摩擦清洗机至三段水槽，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处理；保证达到各处理段清洗水水质且清水耗用量最小的经济环保要求。

（2）清洗效果佳：物料通过高速离心加清水清洗，能将附着在物料上的杂质分离，保证物料的纯净度。

（3）生产线占地面积小，系统清洗主要通过高速离心清洗，相对传统漂洗清洗线占地面积更小，就能实现同种物料清洗分类至同一纯净度要求。

4"主要设备设计介绍

4.1"撕碎机

工作原理：物料进入撕碎机箱体内，箱体上承载有撕碎刀片，推料箱在液压系统作用下将物料推至旋转刀片附近，物料在撕碎转动刀片与固定刀片作用下经过撕扯、挤压、剪切等综合作业，把撕碎成小块的物料，从筛网孔中排出。

4.2"漂洗槽

工作原理：物料进入漂洗槽后，在槽体内介质（水）作用下，依靠重力作用分选，轻浮物在介质上层通过拔料装置作用下，物料前行至出料装置排出漂洗槽进入下一处理设备，重于介质密度物料下沉至沉渣输送装置通过沉渣输送装置排出漂洗槽，实现物料按密度初步分离。

4.3"摩擦清洗机

工作原理：物料进入摩擦清洗机后，在输送装置及主轴清洗刀片装置的高速运转作用下，将附着在塑料膜表面的杂质、水分与塑料膜分离，小于筛网的杂物在物料中脱出的水的带动下从筛网至沉渣输送装置排出摩擦清洗机，塑料膜等通过输送装置送至摩擦清洗机出口排出摩擦清洗机，进入下一处理设备。塑料薄膜在摩擦清洗机作用下得到较深层次的清洗。

4.4"挤压机

工作原理：物料进入挤压机在螺旋叶片装置作用下往出料口输送，在备压压力作用下挤压物料，将物料中的水分挤出通过筛网装置排出挤压机，随着物料连续进入螺旋叶片装置，出口处物料压力大于备压装置压力通过出料口排出挤压机，以获得干度符合要求的干净物料。

4.5nbsp;EPS分离机

工作原理：由于EPS不浓于水且密度远小于含水塑料薄膜，在漂洗槽内浮于表面，通过搅拌装置作用将EPS形成环状集中在搅拌轴附近，通过离心风机作用形成负压将物料吸入输送管道排至旋风分离装置，在旋风分离装置内将空气从上侧出风口排出，EPS通过重力作用在下料口排出实现EPS与空气分离，实现EPS与塑料薄膜分离，从而获得纯度较高的塑料薄膜。

5"生产中存在的问题及设计改进

（1）撕碎机/破碎机刀片磨损严重，由于前端塑料薄膜只有初步分选，进入撕碎机/破碎机的塑料薄膜夹带、附着泥沙、细石、金属等容易破坏刀具，而破碎机转速更高容易出现崩刀。经生产试验证明高含水率物料在低转速撕碎机撕碎作用下能实现细化塑料薄膜，满足后续生产要求且刀片不易发热损坏，从而减小撕碎机刀具更换以降低运营成本。

（2）传统的螺旋输送机已经实现行业标准化，但是标准化的螺旋适用输送的介质为纸浆、沙石、污泥、木片等传统物料，并不能适用于城市生活垃圾提取的塑料薄膜大角度输送；传统螺旋输送机的转速较低、叶片与壳体的间隙较小，在输送城市生活垃圾提取的塑料薄膜时出现卡堵、产量远远用小设计产量、连续运行的时间短。螺旋输送机设计改进：加大螺旋叶片间隙及加快螺旋转速，能够实现达产及连续生产。

（3）摩擦清洗机是清洗的核心设备，高速旋转的刀片能够分离塑料薄膜表面附着的泥沙及油污。现实中部分的摩擦清洗机转鼓直径不到0.5m，转速大概1000rpm，这类摩擦清洗机适用PET硬料清洗，在塑料薄膜这类软物料清洗时，薄膜表面的杂质会有不少残留。当转速在2400rpm时能达到比较满意的清洗效果，但是2400rpm的转速对设备的加工精度有很高的要求，动平衡要求高，振动大，轴承容易损坏，运营成本高，经研究、试验发现对薄膜清洗效果有影响的是叶片末端线速度，那么加大刀片转鼓直径至0.8m左右，减小刀片高，降低转鼓转速在1500rpm左右，使刀片末端线速度和2400rpm时0.5m转鼓直径的刀片末端线速度一致，生产线串联使用2～3台摩擦清洗机能达到清洗、降低运营成本、提高设备稳定性的目的。

n=πRω/60

n—旋转的刀片未端线速度（m/s）；R—旋转的刀片直径（m）；ω—旋转的刀片转速（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、轻重分离，轻重分离介质为水，密度大于水的物料沉于水，如泥沙，PET瓶片沉在槽体底部需做锥口缩口由螺旋输送汇集提渣，生产试机证明，传统的螺旋设计不能适用于槽体底部重渣的输送，沉底的重渣需用低转速的螺旋输送，如直径300mm螺旋转速应在10～15rpm，转速过高会将部分的重渣搅动混在水中不利于沉渣，而且传动螺旋叶片的螺距也不适用，用于槽体沉料输送螺旋的螺距应远远低于普通螺旋螺距，如直径300mm螺旋的螺距在80～120mm更适用。

（5）薄膜挤干机。目前国内外大部厂家所生产的直径300mm薄膜挤干机功率为55～75kW，挤干后薄膜干度为85%～92%，产量为300～400kg/h，而为1.2t/h绝干塑料薄膜设计直径600mm薄膜挤干机功率为100～132kW，理论上产量能达到，但现实生产试机的结果是干度及产能不能满足要求。当挤干螺旋直径大于400mm时，叶片径向中间部分挤压的薄膜不能脱水，产量最大为800kg/h，薄膜干度小于80%，1.2t/h绝干塑料薄膜生产线应配2台直径400mm薄膜挤干机功率为90kW，每台挤干机的绝干产量在600kg，干度为92%，薄膜干度满足后续造粒机要求。

（6）薄膜料仓。由于造粒机需预热到一定温度才能正常工作，预热时间大约为1h，耗电量为200～300kW/h，预热成本高造成必须储存足够的薄膜为造粒机供料，避免多次停机预热。1.2t/h绝干塑料薄膜生产线配备造粒机24h薄膜料仓即约30m3薄膜料仓，目前大部分料仓为小于10m3，为水平卧式底部活动地板送料或并排多根螺旋送料，如果卧式料仓做到30m3占地大，清洗系统应配用立式直径2.5m高6.2m底部圆锥缩口料仓。实践证明薄膜料有较大的可压缩性，当通过缩口时会堵料而且越堵越严重，无法使用。料仓型式更改为圆柱形料仓底部封住，开一长条出料口，底部中间加转盘，用转盘拔片转速控制出料量，能实现储料及给料。立面图如图2、平面图如图3所示。

Q=n×ω×V×ρ=n×π×ω×R×L×h×ρ

Q—输送量（t/h）；n—转盘拔片数量（个）；ω—拔片转速（r/h），减速机直联，减速机转速（1r/min）；V—单片拔片拔料体积（m3）；R—拔片中点到圆心距离（m）；L—拔片长度（m）；h—拔片高度（m）；ρ—物料密度（t/m3），经取样测算破碎清洗脱水风送至料仓的塑料薄膜（含水率＜8%），密度约为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

进料量Q=2.12t/h满足造粒机进料1.2t/h要求，生产调试通过变频控制匹配产能需求。

结语

随着城镇化及消费结构的调整，废塑料的产生量增加，废塑料再次利用相当于节约化石能源，所以废塑料再次利用不仅环保，还节约资源。本文所述的工艺、设备经生产检验能满足城市生活垃圾中废塑料薄膜清洗回收生产需求。

参考文献：

［1］王红秋，付凯妹.新形势下我国废塑料回收利用产业现状与思考［J］.塑料工业，2022，50（6）：3842.

［2］孙昱楠，张帆，李建园，等.废塑料处置与利用技术研究进展［J］.中国工程科学，2023，25（3）：182196.

［3］陈志坚.城市生活垃圾中PE/PP混合废塑料资源化利用探究［J］.环境卫生工程，2016，24（4）：5051.

［4］林瀚，祝汉国，叶红，等.中国生活垃圾废塑料回收利用现状［J］.化工管理，2023（9）：9294.

［5］程毕.废弃塑料生物油在沥青路面中的应用研究［J］.湖南交通科技，2023，49（2）：5864.

作者简介：杨志承（1987—"），男，汉族，福建永春人，本科，工程师，研究方向：垃圾资源化设计、机械设计。