引言

现代社会中，各类塑料制品被广泛使用，其使用量大而分散、使用周期短，从而造成大量塑料制品废弃物，使资源严重浪费，最终破坏环境。因此，对废旧塑料的回收利用有重要的现实意义。废旧塑料回收再利用中，热裂解工艺作为一种常用废旧塑料回收再利用方式，因其消耗能量少、无需加压、生产效率较高等特点，使废旧塑料热裂解工艺被广泛应用。本文在分析目前常用废旧塑料热裂解装置优缺点的基础上，提出一种变螺距连续裂解装置，并对其进行结构分析和初步设计。

1 目前常用热裂解装置分析

目前市场上热裂解装置在结构上有所区别，依据其工作连续性，可分为非连续裂解炉和连续裂解炉两大类。

1.1 非连续热裂解装置

立式加热釜裂解装置是典型的非连续裂解装置[1-2]，原理如图1所示。其工艺流程为：废旧塑料从加热釜顶部加入—封闭原料入口—釜底加热，并经长时间加热而充分裂解。裂解油汽从加热釜顶部出口排出，裂解残渣炭黑从加热釜下部出渣口排出，完成一次裂解过程，之后重复进入下一循环。

这类装置结构简单，但由于不能连续进行裂解而导致生产效率较低，另一方面，原料常常因为加热不均产生结焦碳化，影响裂解反应正常进行。

1.2 连续热裂解装置

连续裂解装置原理如图2所示[3-4]。这类设备通过漏斗连续进料，并由螺旋送料装置将废旧塑料推至裂解段，通过热风管内筒通入的高温热风，将废旧塑料在裂解段中充分裂解，并被裂解段中螺旋板推至右侧终端，油汽从上部排出，残渣从下部出渣口排出。

这类设备能够实现热裂解过程的连续进行，生产效率较高，但其设备结构比较复杂，进料及出渣口密封不易保证，存在安全隐患与二次排放污染的问题，所以没有得到广泛应用。

送餐和送餐车辆应符合以下要求：送餐距离和时间不宜过长，应避免在厕所等可能污染的区域分餐；送餐车辆应具备保温设施，做到专用，保持清洁，每天进行清洗消毒；采用单独份盒饭方式配送的，分装过程必须在备餐间内完成；分装的膳食应采取有效加热保温措施并及时送餐；送餐员必须持有有效健康证上岗。

  

图1 立式加热釜裂解装置原理图

  

图2 连续热裂解装置原理图

所有标本均经10%甲醛固定24小时，常规石蜡包埋，4μm连续切片，脱蜡，染色前用微波炉进行抗原修复，PBS冲洗，DAB显色，苏木精复染，操作严格按照说明书进行。

2 新型连续热裂解装置结构研究

2.1 密封原理

依据相关分析与实验，设计一种变螺距废旧塑料热裂解装置，其工作原理如图3所示。此热裂解装置主体由三部分组成：竖直方向的送料段、水平放置的裂解段和斜向的排渣段。主体装置工作原理如下：

从表1可以看出,PMOS管P1、P2的最小可检测电阻R1和R2均为1 GΩ,而NMOS管的开路电阻R3和R4无法被检测出来。由于新型的低电压8T SRAM中加入了专门的读通路,写入路径和读取路径不同,读取操作只打开其读字线,通过晶体管N7、N8进行读取数据,而不打开写字线,不能有效地得到出错的电阻值。因此,NMOS管的稳定性故障很难被检测出来。

同样，充分热裂解（温度超过500℃）后，剩余部分为颗粒状炭黑，通过实验测得其堆积密度约为0.534 t/m3。通过压缩实验可知，当体积压缩至原体积的73%左右时，再增加压力，体积变化小到可以忽略。

特征特性：晚熟鲜薯鲜食品种，出苗后生育期120天。株型直立，生长势强，株高73.6cm左右。茎、叶绿色，单株主茎数2.9个。花冠白色，花期长，天然结实性中等。块茎卵圆形，浅黄皮，乳白肉，芽眼浅，薯皮光滑。单株平均结薯数为4.3块，平均单薯重102g，平均亩产1775kg，商品薯率75.3%。干物质23.24%，淀粉16.82%，蛋白质2.25%，维生素C含量16.40mg/100g，还原糖0.28%。轻感晚疫病，高抗PVX和PVY病毒病，高抗早疫病。适宜在河北张家口和承德、山西大同和忻州、内蒙古呼和浩特和乌兰察布、陕西榆林中晚熟华北一作区种植。

1）送料段：入料口处松散堆积的塑料裂解原料靠重力及送料螺旋轴上的螺旋板向下推送，送料螺旋轴上的螺旋结构从上至下螺距均匀减小，物料被推送的同时不断被压缩。结合前期实验数据，上下两端螺距比为1∶0.35时（不同废旧塑料原料的压缩比可能不同，可以通过实验来确定螺距比），可实现塑料颗粒以压实状态存于送料段与裂解段连接处。被压实的塑料原料在裂解段入口处实现端口密封，避免裂解油汽从此端逸出。

基于以上分析可知，因需要裂解的原料和裂解后的炭黑渣之间有空隙，可能导致裂解油汽逸出而引发燃爆。因此，在某些裂解炉改进设计中，采用压缩装置，将原料压缩，再推进并送入裂解段，这样虽然可以起到密封进料口的作用，但是此裂解炉结构复杂、成本高，并非最有效的方法。但该结构却提供了一种密封的方式，即通过对原料与炭黑残渣进行压实保证密封。

基于以上分析，引入变螺距螺旋结构，通过变螺距的螺旋结构一边送料，一边压缩物料体积实现两边端口的密封。

2.2 变螺距废旧塑料连续热裂解装置设计

废旧塑料裂解过程中，其原料必须进入裂解段，且裂解产生的废渣需要排出，因此，进料段、裂解段和排渣段都是连通的，而入料口和出料口分别是松散的废旧塑料颗粒以及炭黑渣，无法阻隔裂解产物中的油汽，且裂解油汽易燃易爆，如果两端没有良好的密封，就会产生很大的安全隐患，因此两边端口需要密封。目前连续裂解装置在入料口和排渣口往往要进行复杂的密封结构设计[5]，使得连续裂解装置成本高，从而限制了连续热裂解装置的广泛应用。

  

图3 变螺距废旧塑料热裂解装置原理图

一般废旧塑料原料在裂解时要进行粉碎，粉碎后的颗粒料为自然堆积状态，颗粒堆积密度约为0.1 t/m3。通过原料颗粒物压缩实验可知，当体积压缩至原体积的35%左右时，再增加压力，体积变化量可以忽略不计。

2）裂解段：裂解段内部同样采用变螺距螺旋轴将压实原料向前推送，同时，裂解段外部加热筒中通入热风（约600℃）进行加热，热风流向与螺旋推进方向相反，确保裂解段末端温度500℃以上，保证裂解后的残渣形态为干燥颗粒。裂解段螺旋轴上的螺旋螺距由左至右依次减小，螺距变化是考虑塑料裂解过程中塑料首先熔化，被热裂解后剩余残渣炭黑，在此过程中体积不断减小，通过减小螺距使裂解段内各处有相近的填充度，有利于加热均匀，并避免烧结。

3）排渣段：热裂解之后剩余的炭黑被裂解段螺旋板推送，并从裂解段末端的落渣口落入排渣段，此时的炭黑渣呈松散堆积状态。同样通过变螺距（按照前期实验结果，螺距比为1∶0.73）的排渣螺旋一边向外推送，一边被压实，并在出渣口处形成密实炭黑，保证了排渣段处的密封。

此外，送料段有冷却水循环装置，避免由于热传导而导致送料段下部温度过高，使得被压实且用于密封的塑料颗粒受热熔化，使其体积变小从而导致密封不可靠；排渣段也有冷却水循环装置，使得裂解后的高温炭黑被推送至出渣口时温度不会过高，以免对工作人员造成伤害。

3 结语

环境问题已成为当今人类面临的全球性问题之一，引起了世界各国的普遍关注。而随着各类塑料制品的广泛使用，产生了大量塑料制品废弃物，使资源严重浪费，最终破坏环境。因此，对废旧塑料的回收利用有重要的现实意义，其中热裂解工艺的运用可以有效地缓解此类问题，所以，废旧塑料连续热裂解装置设计尤为重要。

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参考文献

[1]丁亚峰，黄秀玲，王志伟，等.一种新型废塑料裂解反应蓋的研究与设计[J].机械设计与制造，2013（1）：20-22.

[2]区锦波，周卓荣.一种热降解制取巧乙巧蜡的装置：CN2680664Y[P].2005-02-23.

[3]兰霞，薛平，贾明印.聚乙烯蜡制备装置及工艺研究进展[J].塑料工业，2015，43（5）：1-5；55.

[4]李志华，马涛，周云杰.废旧橡胶裂解方式及其工艺设备[J].橡胶工业，2014，61（5）：316-319.

[5]郁东辉.废旧塑料热裂解技术的研究[D].上海：华东理工大学，2012.