热风循环熔融回收塑料的研究进展跟造粒技术

【一】、热风循环熔融回收塑料的研究进展
废旧塑料的回收造粒技术是废旧塑料回收工业的一大进步，该回收工艺有着专门的技术设备，目前应用比较成熟，使用范围也很广。相对于填埋和焚烧处理，该造粒机方法实现了塑料资源的循环利用，我国对该回收技术也进行了大量研究，目前大部分的企业也都是应用此方法进行废旧塑料的回收再利用。简单造粒的工艺流程是：废旧塑料收集、筛选、破碎、清洗、烘干、熔融、挤出、造粒。
该废旧塑料的回收利用技术工艺相对简单，适应性较强，但是制造出的塑料制品性能会有所下降，尤其是力学性能，不能制作产品。除此之外，废旧塑料的清洗以及破碎环节会带来污水和噪声，对环境造成额二次污染。国内很多单位以及企业机构都在该工艺技术的基础上寻求改进，以找到一个佳的回收工艺方法。
针对传统工艺的缺陷，本课题组在废旧塑料回收及简单造粒利用技术方面也进行了研究，提出了热风熔融塑料回收造粒的工艺方法，并且进行了几轮的样机设计和实验研究。热风循环熔融塑料回收造粒工艺是废旧塑料回收的一个全新工艺，该回收工艺免去了传统工艺中废旧塑料的破碎环节，降低了回收设备的成本，同时也避免了对环境的二次污染，使用过程中热风循环运行，热量能够循环重复利用，节约电能。热风循环熔融是对废旧塑料进行热风循环加热，使废旧塑料达到其熔点温度而成熔融状，再将熔融状塑料通过螺杆挤出，后造粒回收。
行了以热风循环熔融塑料进行废旧塑料回收的工艺研究，根据该回收工艺的应用理念以及设计方案，周献华设计了立式热风循环熔融塑料造粒机，其结构原理。
废旧塑料由料斗加入到加热箱体，通过热风对废旧塑料进行循环加热，同时搅拌轴进行搅拌，使废旧塑料受热均匀，加速熔融，后通过螺杆挤出造粒。
根据设计方案制造出的立式塑料造粒机的样机，通过该样机的塑料回收试验，实验结果验证了热风循环熔融回收塑料的工艺是可行的，在此基础上，设计和制造出口模以及切粒装置，并进行了样机试验。通过实验可以进行熔融挤出，但是效果不佳，且存在一些不足之处：样机的搅拌轴和螺杆是同轴转动，无法对螺杆的转速进行调节；样机的另一个不足之处是挤出螺杆的出口位置在设备底部，不便于挤出造粒口模的安装和切粒，操作上也不方便，且没有风冷回收装置。
在立式造粒机的基础上，通过改变回收形式，设计并研制出卧式热风熔融塑料回收造粒机。
卧式造粒机的工作原理是：废旧塑料从料斗加入熔融室，在搅拌轴上搅拌片的搅拌作用下受热熔融，熔融后通过搅拌轴下的筛网落入到底部的螺杆上，后螺杆旋转将熔融状态的废旧塑料挤出造粒。卧式造粒机的搅拌轴和螺杆不同轴，且螺杆水平布置，有利于挤出口模的安装和切粒回收，且操作方便。
虽然卧式造粒机解决了立式造粒机的不足，但样机的试验结果同样也暴露出了一些新的问题一一搅拌轴和螺杆虽然不同轴，但是都是用同一个电机带动运转，所以实际上仍然无法实现螺杆和搅拌轴转速的单独调控；试验中有大量熔融塑料会茹在搅拌轴及搅拌片上，只有少部分落入螺杆，而且螺杆挤出压力不够大，无法连续挤出熔融塑料，有时甚至无法挤出，没有完成切粒回收，且和立式一样也没有风冷装置。
由于两种设计方案都存在问题，试验结果不符合设计要求，本文针对立式和卧式的设计缺陷，重新进行设计分析，提出新型造粒机的设计方案。
【二】、造粒技术
可追溯至古代时期陶类生活器具的制造过程，随着时代发展与工业生产技术的进步，造粒技术也不断发生着变化。古代时期，造粒技术主要应用在生活生产方面，比如陶瓷业生产的胚胎成型过程、以及古代建筑的土质砖坯生产过程等。至19世纪初期，造粒技术开始在金属制品普及，主要应用在金属粉体物料的压坯及锻打等成型过程。至19世纪中期，石蜡成型机造粒技术开始向化工、矿产、医药等发展和应用，主要包括混合肥料造粒，速溶颗粒食品的造粒，粉体物料制备成片、丸的过程，褐煤和泥煤的无粘结剂压制成型过程等。至20世纪初期，造粒技术在越来越多的工业生产普及和应用。
从广义上来讲，将小颗粒粉体物料聚集成大体积实体的工艺过程都可以称为造粒过程。而在各种造粒方法中，干法造粒技术作为一种操作简便和生产的生产工艺，广泛的应用，该技术是以粉体物料为主要原料，利用粉体物料自身凝聚粘附力，通过借助外力造成的挤压作用，逐步被压制成质密的薄片或粒的过程。其优点主要有以下几个方面：
1)干法造粒技术通过机械挤压对粉体物料进行压缩和成型，能够连续的对粉体物料进行造粒，可明显提高生产效率，无需添加任何添加剂，尤其是在食品和医药险，其产品性高；
2)相对于湿法造粒技术，干法造粒技术省略了加湿和干燥工序，尤其是沸腾床、烘箱等设备一次性投入成本较高，占地面积较大，导致加工成本高，能源消耗量大，操作人员多，设备维护成本高等问题，而干法造粒技术操作简便，可明显减少工人的劳动强度，加节能环保，可降低企业生产成本；
3)干法造粒技术通过将粉体物料制成理想的形式或形状，通过增加粉体物料单位体积的质量，以便于存储和运输方便，并且能够准确定量、分配和管理等，如制剂制片、食品工业中小体积食品的压制成型等；
4)干法造粒技术可以改进产品的外观形状，改变粉体物料的流动特性，减少粉料飞尘造成的污染，如陶瓷材料的造粒过程，可显著提高生产加工时给料的稳定性。
5)干法造粒技术的产品，可以方便控制某些产品的溶解速度，比如一些速溶食品，化肥的融解等。