吨年PET瓶的回收造粒生产线的设计毕业论文Word文件下载.docx
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PET塑料分子结构高度对称,具有一定的结晶取向能力,故而具有较高的成膜性。
PET塑料具有很好的光学性能和耐候性,非晶态的PET塑料具有良好的光学透明性。
另外PET塑料具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。
PET做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等特点,因而得到广泛的应用。
PBT与PET分子链结构相似,大部分性质也是一样的,只是分子主链由两个亚甲基变成了四个,所以分子更加柔顺,加工性能更加优良。
PET是乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物,表面平滑而有光泽。
耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦和尺寸稳定性好,磨耗小而硬度高,具有热塑性塑料中最大的韧性;
电绝缘性能好,受温度影响小,但耐电晕性较差。
无毒、耐气候性、抗化学药品稳定性好,吸水率低,耐弱酸和有机溶剂,但不耐热水浸泡,不耐碱。
PET树脂的玻璃化温度较高,结晶速度慢,模塑周期长,成型周期长,成型收缩率大,尺寸稳定性差,结晶化时呈脆性,耐热性低等。
通过加入成核剂和进行玻璃纤维增强,PET具有以下的特点:
1.热变形温度和长期使用温度是热塑性通用工程塑料中最高的;
2.因为耐热高,增强PET在250℃的焊锡浴中浸渍10s,几乎不变形也不变色,特别适合制备锡焊的电子、电器零件;
3.弯曲强度达200MPa,弹性模量达4000MPa,耐蠕变及疲劳性也很好,表面硬度高,机械性能与热固性塑料相近;
4.PET树脂和增强PET是工程塑料中价格是最低的,具有很高的性价比。
PET塑料的发展历史
1946年英国发表了第一个制备PET的专利,1949年英国ICI公司完成中试,但美国杜邦公司购买专利后,1953年建立了生产装置,在世界最先实现工业化生产。
初期PET几乎都用于合成纤维,在我国俗称涤纶、的确良。
80年代以来,PET作为工程塑料有了突破性的进展,相续研制出成核剂和结晶促进剂,目前PET与PBT一起作为热塑性聚酯,成为五大工程塑料之一。
我国的PET生产规模远远落后于国外几个主要生产厂商。
进入80年代,我国逐步从国外引进万吨~几十万吨级先进的PET树脂合成装置,质量和产量都有了长足的进展。
根据中国纺织学会统计,1997年我国生产PET切片树脂174万吨,其中高粘度包装用切片树脂生产能力为22.4万吨,所以生产PET工程塑料级的树脂来源充足。
由于制备各种混配改性PET塑料的装置与其他聚合物混配改性用的装置是通用的,国内混配用挤出机的制造也形成一定规模,所以只要市场一旦开拓,国内PET塑料的生产也会快速增长。
PET塑料的用途
玻璃纤维增强PET适用于电子电气和汽车行业,用于各种线圈骨架、变压器、电视机、录音机零部件和外壳、汽车灯座、灯罩、白炽灯座、继电器、硒整流器等。
PET工程塑料目前几个应用领域的耗用比例为:
电器电子26%,汽车22%,机械19%,用具10%,消费品10%,其他为13%。
目前PET工程塑料的总消耗量还不大,仅占PET总量的1.6%。
1.薄膜片材方面:
各类食品、药品、无毒无菌的包装材料;
纺织品、精密仪器、电器元件的高档包装材料;
录音带、录像带、电影胶片、计算机软盘、金属镀膜及感光胶片等的基材;
电气绝缘材料、电容器膜、柔性印刷电路板及薄膜开关等电子领域和机械领域。
2.包装瓶的应用:
其应用已由最初的碳酸气饮料发展到现在的啤酒瓶、食用油瓶、调味品瓶、药品瓶、化妆品瓶等。
3.电子电器:
制造连接器、线圈绕线管、集成电路外壳、电容器外壳、变压器外壳、电视机配件、调谐器、开关、计时器外壳、自动熔断器、电动机托架和继电器等。
4.汽车配件:
如配电盘罩、发火线圈、各种阀门、排气零件、分电器盖、计量仪器罩壳、小型电动机罩壳等,也可利用PET优良的涂装性、表面光泽及刚性,制造汽车的外装零件。
5.机械设备:
制造齿轮、凸轮、泵壳体、皮带轮、电动机框架和钟表零件,也可用作微波烘箱烤盘、各种顶棚、户外广告牌和模型等。
采用注塑、挤出、吹塑、涂覆、粘接、机加工、电镀、真空镀金属、印刷等方法。
PET塑料的回收
德国PET废瓶回收成为“中国毛衣”也值得大家深思,德国市场上每年流动800多万个PET瓶子。
垃圾回收公司收去这些瓶子,压成团或粉碎成片,然后以相对来说相当高的价格出售给中国。
根据相关人士计算,能装16升饮料的瓶子可以做成一件毛衣。
回顾1993年前,所有塑料瓶都进了垃圾箱,一小部分回收利用。
自从4年前实施了押罐费,超市必须回收空瓶,PET瓶子踏上了万里征途:
远赴中国,变成合成粗呢毛衣后,再返回德国,衣锦荣归。
中国纺织业有着巨大的塑料需求。
尽管商人会在德国回收企业的价格上再加一码,进口还是比自己生产这种原料便宜。
从汉堡运往香港的运费很低,原因是,货轮从中国运来并卸下纺织品后,船上有很多空位。
在中国生产的成本很低,因为劳动力低廉,而环境和社会标准不完善。
在中国工厂里,这些PET原料被按色分类,切成碎片熔化。
加工后,PET瓶子以纺织品的形式返回德国,在德国销售。
这里体现的价值创造是巨大的:
一件合成粗呢毛衣价格在50至100欧元之间,而所用材料只相当于32欧分。
远东对旧塑料的饥饿根本就看不到尽头。
中国已无法以一手原料来满足自己的需求。
在这种背景下,像PET这样的二手原料身价倍增。
塑料空瓶运往中国当地被当成原料来用,这一点表明,事实上存在着一个二手原料的世界市场。
10年前,垃圾被扔到垃圾场,“那时我们是一个消费与丢弃社会。
”中国加工德国再出售这个例子说明了问题,“这个市场发展向全体消费者表明:
一些垃圾确实得到了再生再利用。
”
再者,如最近两年来,印度洲际回收公司已经生产出合格再生PET,据报道,印度国有洲际回收公司Indian-ownedIntercontinentalRecycling位于英格兰北部Skelmersdale地区的装置于2007年11月开始试运行,按计划,该装置每年能回收与转化3万吨废塑料瓶。
此外,该装置拥有一些分拣、冲洗和烘干的设备,生产出的产品将是用于非食用产品的热罐瓶片。
消费者可以利用这种材料来包装非食用产品或作为中间来分隔两层可食用物质。
目前在英国,用于非食用产品的再生PET瓶片的市场价格为600英镑/吨左右。
另外,日本企业成功研究开发出回收再生PET改性剂,回顾日本2000年4月全面实施容器回收法,2006年回收PET瓶达到39万吨,仅达到回收率的60%。
为了PET回收再利用的技术难题。
由日本了口夕化成公司成功研究开发出回收再生PET改性剂“AR-P-1000”和“AR-P-1100”两种牌号推向市场。
AR-P回收再生改性剂的主要特点是:
①使用时不需要进行干燥处理。
②在室温下非常稳定。
③适用于所有的塑料成型加工设备。
④能够任意着色。
⑤可直接进行共混添加。
⑥提高了PET回收再生成型材料的冲击强度。
由于AR-P以微细状态分散在回收PET成型材料中,在成型加工剪切力的作用下,相互界面张力小。
AR-P与回收PET成型材料粘度比为1,分散好,改善了回收PET成型材料的冲击强度,例如:
当添加5%"
AR-P”时,缺口冲击强度由2KJ/m22。
在-10℃时低温冲击强度由kJ/m2提高到5kJ/m2。
⑦改善了回收再生PET成型材料的粘度,提高了PET熔融成型材料的流动性能,适宜成型加工形状复杂,异形材等挤出成型制品。
产品的市场及需求
塑料是现代经济发展中可实现“减量化、再利用、资源化”的重要材料,其加工成型是无污染排放、低消耗、高效率的过程,绝大部分塑料使用后能够被回收再利用,是典型的资源节约型环境友好材料。
同时塑料回收再生利用也是解决资源短缺的一个重大战略问题。
进入21世纪以来,我国塑料再生行业市场逐渐繁荣,中小企业大量涌现,投资活跃,从以前家庭作坊式回收再生塑料模式向以市场需求为动力的纯商业模式转变,并正在发展成为回收加工集群化、市场交易集约化、完全靠市场需求和价格驱动为导向的环保型产业经济。
统计显示,目前中国内地拥有塑料再生企业1万多家,已形成一批较大规模的再生塑料回收交易市场和加工集散地。
再生塑料回收、加工、经营市场规模越来越大,年交易额达几十亿元,且呈蓬勃发展之势。
相比″十五″期间中国塑料消费量年平均增幅高于10%,″十一五″期间塑料消费量增长趋势可能放缓至5~8%。
在塑料制品大量出口的背景下,国内实际消费量将稳定小幅增长,而塑料回收量增长应高于实际消费量的增长[1]。
从事再生塑料回收利用及加工的企业和人员数量庞大且稳定增长,主要是以个体户和农民为主,也有一些其他行业投资商。
塑料再生行业为农村经济增长、为农村富余劳动力就业和增加收入提供了渠道,为资源再生利用、环境保护事业作出巨大贡献,是环保产业的重要组成部分。
根据中国塑料加工工业协会的预测,2010年我国塑料回收量有望超过1000万吨,回收率达到25%左右;
2015年回收量达1500万吨,回收率达到30%。
廖正品表示,中国再生塑料再生加工正在由低质量、高能耗向高质量、低能耗、多品种、高技术的方向发展。
再生塑料回收再利用交易、加工市场逐渐由松散型向紧密型发展,产业集聚度增加,规模化发展条件成熟。
″十一五″期间,塑料再生利用市场前景广阔。
塑料的生产、加工食品的污染排放、低消耗、高效率的过程,绝大部分塑料使用后能被回收再利用,是典型的资源节约型环境友好材料。
另一方面,在国外再生塑料回收利用及加工也有相当大的市场,据美国化学委员会(ACC)的统计,在美国,2005年由PET聚酯和HDPE等塑料生产的塑料瓶中,回收塑料瓶超过99%。
而在欧洲,奥地利、比利时、丹麦、德国、荷兰、挪威、瑞典和瑞士的2007年塑料废弃物回收率均超过80%。
2007年市场上所有PET聚酯瓶收集加以回收利用已达到40%,回收利用率比上一年提高20%。
据欧洲PET聚酯瓶回收利用组织(Petcore)调查显示,欧洲2007年收集量达到了113万吨。
日本是塑料生产第二大国,日本废弃塑料回收利用工作做得较好,据日本“废弃塑料管理协会”统计,日本1020万吨废弃塑料中,52%(530万吨)回收利用,其中包括2%用作化工原料、3%用作再熔化固体燃料、20%用作发电燃料、13%用于焚烧炉热能利用。
1.3国际PET塑料的回收再生利用现状分析
PET塑料在包装领域中具有广泛的应用,无论是包装膜、卷材、还是啤酒瓶,都使用PET塑料。
但是当这些材料被废弃时,面临着如何处理的问题。
通过特殊的合金化工艺,可以使废PET很好地被回收利用,制成与其他塑料共混的合金材料。
底特律举办的SPE全球塑料环境年会(GPEC)上,推出了由聚乙烯及回收的PET制成的合金材料,令人瞩目。
目前,欧洲已有3个生产商成功开发出这种新型合金材料,这种材料坚硬、强度高、易加工,价格低廉。
几十年来,尽管在技术文献资料里有关于此类技术的报道,但此类技术真正实现商品化不过是近几年的事情。
目前,EremaNorthAmerica公司与欧洲的3家生产商进行合作,使用Erema公司的Vacurema连续性固化反应器,在真空状态下对PET进行加热和干燥,以恢复其特性粘度,然后用带结晶干燥器的排气式双螺杆挤出机挤出造粒。
PET/PE合金的应用领域
PET/PE合金具有非常好的性能,它的脆性比纯PET低,加工之前也不用干燥处理。
此外,由于PET/PE材料强度高,流动性好,冷却速度要比HDPE快,因此,这种材料的模制挤压时间短,产量高。
已被西班牙的SPBernerPlasonSL公司收购的SpalexS.A.公司曾在挤出机里,用5层和7层PE保护膜碎片与PET卷材制作合金材料。
他们将这种混合物挤压成单丝,做成刷子毛。
据说,这种单丝的性能可与尼龙相媲美,但价格要比尼龙低廉得多。
由于共挤膜碎片中含有大量的EVA粘结层,正好可以作为PET和LDPE的相容剂。
比利时的InnovaPackagiySystemN.V.(I.P.S.)公司先将回收的PET卷材与HDPE(75/25)及各种助剂在挤出机中进行混合制得合金材料,然后将这种合金材料模制成灰黑色运输用托盘。
I.P.S.公司所使用的PET/PE合金模制生产线包括Ereman的Vacurema装置、结晶干燥器、挤出机以及注塑机。
在这条生产线上,PET从固化器流出时的温度为℃,然后再进入温度为176.85℃(PET的加工温度)的挤出机中,同时把PE和相容剂加到挤出机内,最后将熔融物料送入注射机中,成型出塑料托盘。
据说,这种塑料托盘的价格与用木材制得的产品差不多。
该公司的PET/PE托盘每件售出价格为6~8欧元,而木制托盘的价格为5欧元。
目前,德国MBMMaschinenbau公司正在销售这种托盘模制生产线,并将其出口到了日本。
三年前,英国的DellevePlastics公司生产出了合格的PET/HDPE双壁波纹管材,该材料由PET/HDPE合金和一种相容剂及冲击改性剂制作而成。
PET/HDPE合金技术使DellevePlastics公司能够充分利用其内部的残次品再循环材料。
据说,PET/PE合金材料的性能超出了英国AgremenHAPAS委员会的HDPE公路排水管的标准要求。
DellevePlastics公司声称,直径为75mm2和直径为100mm的HDPE管子一样好。
这种合金材料的流动性好、冷却速度快,易于加工。
据Erema公司报道,PET/HDPE合金材料模制前无需干燥,产品的性能良好,加工周期只是HDPE的一半。
PET/PE合金材料的增容
PET材料和PE材料的共混需要增容。
多数相容剂(某些受专利保护)可以满足要求。
EVA是PET与PE多层膜的典型粘接层,同时也可用作PET与PE合金的相容剂,它比其他相容剂更便宜,但加入量却大一些,按重量计算,要多出5~10%。
Erema公司发现,使用带真空干燥器的Vacurema系统要比不带真空干燥器的Vacurema系统所需的相容剂少,这是因为真空状态下可吸收5%的官能化乙烯共聚物,使相容剂的添加量降低~0.6%。
PET/尼龙合金
在GPEC年会上,有两家公司介绍说,PET/PA啤酒瓶废品也可通过合金技术而加以回收利用。
Clariant公司和JohnsorPolykerLLC公司正在用一种PET扩链剂来增容啤酒瓶中的PET和尼龙。
这种扩链剂的商品名为CESA-extend,其有效成分是环氧官能化苯乙烯/丙烯酸共聚物,是由这两家公司合作开发的。
Clariant公司最初销售该产品时是为了提高PET的特性粘度,后来该公司发现CESA-extend对PET/尼龙合金具有增容效应。
据报道,添加1%的CESA-extend扩链剂,可提高20%的冲击强度和30%的拉伸强度,熔融指数提高了100倍,但当CESA-extend被添加到2%时,上述各性能就不再有明显的提高。
1.4国内外主要工艺路线介绍
PET瓶由于质轻不碎、能耗低等优势,替代了一些传统的包装材料,大量应用在食品、饮料、化妆品等领域,特别是饮料瓶,PET已占绝对优势。
饮料瓶都是一次性使用,所以废弃量极大。
PET瓶的回收技术在国外已达到相当高的水平,美国、德国等国家回收率现已达80%以上。
PET饮料瓶回收方法有化学回收和物理回收两种。
化学回收法是将PET废瓶在一定反应条件下解聚生成有用化学品的方法,如生产低档燃料汽油。
物理回收法是将废PET瓶经过分离、破碎、洗涤及干燥处理进行再造粒方法。
物理回收法主要有以下两种:
一是将废PET瓶切碎成片,从PET中分出HDPE、铝、纸和粘合剂,PET碎片再经洗涤、干燥、造粒;
二是先将废PET瓶上非PET的瓶盖、座底、标签等杂物用机械方法分离,再经洗涤、破碎、造粒。
前一种工艺流程:
用人工方法先除去石块、木料、其它塑料制品以及有色PET瓶。
再生PET中不得含有PVC杂质,因为其存在是影响PET色泽的关键因素。
当PVC混入量较少时可在传送带上用人工方法分离,即受扭力作用时PVC与PET瓶在受力部分产生不同的物理现象,PVC瓶出现不透明痕迹,PET瓶没有,即可进行分离。
亦有些公司利用PVC与PET熔点的不同,将破碎PET和PVC碎片通过装有加热器控制一定温度的传送带,PVC被熔化后粘附在传送带上,这样可与PET分离开。
铁的分离采用铁磁分离器。
的筛子以控制碎片的尺寸。
洗净及杂质分离技术是获得高质量再生PET的关键。
饮料瓶通常使用塑料PE或纸标签,纸标签可用粘接剂,也可在瓶子吹塑过程中粘上去,当PET瓶破碎后,部分标签被破碎成碎片,有的仍然粘附在PET碎片上,破碎后的PET通常采用鼓风机和旋风分离机组合分离装置,可以除去约98%的疏松标签碎片,也可采用抽气塔分离装置分离,破碎的PET碎片垂直从分离塔顶部加入,碎片与上升气流形成逆流,利用PET与标签碎片比重差异,标签被抽去,PET从分离器底部出来,为了保证标签分离效率,在生产中可采用两套以上的分离装置。
洗涤的目的是除去粘接剂、灰和原瓶中的残留物。
洗涤采用80-100℃热水来软化或溶解粘贴标签和底座的EVA粘接剂或其他类型粘接剂,为防止脱落的粘接剂再粘附PET碎片,需在水中加入添加剂,如碱、乳化剂或其它专用化学剂。
清洗液一般由工厂根据废瓶来源和粘接特性来确定其配方组成和含量,清洗液可滤去杂质重新加热后循环使用,洗涤可在装有搅拌器的特别清洗罐内进行,为保证清洗的效果,洗涤可采用二级洗涤工艺。
底座的分离是利用底座HDPE与PET密度不同的特性将其分离。
分离在浮洗罐中进行,HDPE碎片从罐顶部溢出,下沉的PET碎片从罐底部出去。
有的则采用水力旋流器分离代替浮选罐,其分离效果更好。
PET碎片通常采用离心脱水机使碎片含水量降至2%,再经带式或管式干燥机干燥,使水份含量降至0.5%。
PET中不能含有铝杂质,即使微量铝杂质都会影响再生PET的透明性,因此再生PET中铝含量应低于50×
10-6,分离铝的最简单方法是在破碎前人工拆除铝盖、铝环或采用静电分离法使铝含量降低至100×
10-6,这种分离可在输送带上进行;
若PET碎片再通过金属检测分离系统进一步净化,铝含量可低于5×
10-6。
再生PET挤出造粒与原生PET挤出造粒除在进料有所区别外其它方面区别不大。
挤出造粒可采用单螺杆或双螺杆挤出机,但在设计时必须考虑传统挤出机的进料压力太大,改用进料部分尺寸较大的螺杆,若用双螺杆挤出机效果更佳。
后一种工艺流程:
先把PET瓶中的非PET成份分离,然后再破碎回收。
它是先采用人工方法将石块、木料及其它塑料制品以及有色饮料瓶分离。
PVC瓶的分离可采用人工挑选方法或PVC分离设备进行。
金属铁的分离可采用磁铁分离器进行分离。
饮料瓶通过输送机后进入清理机,瓶子垂直进入加工生产线,通过除环机和除盖机将瓶盖和拉环拆除,并经称重确保瓶盖已拆除,检测发现某个瓶子重量超过标准将其从生产线上分离出去。
然后向每个废PET瓶子注入100ml开水,溶解瓶内残余饮料,同时将瓶夹紧挂起,瓶外用高压水刷洗,用热水使粘接剂软化,这样底座自行脱落,塑料或纸质标签脱出。
经过洗涤后将瓶底部切除,放出瓶内的水。
破碎如同第一种工艺方法中的设备即可,经过连续干燥器将PET瓶碎片干燥至水份含量低于0.05%。
挤出造粒与第一种回收方法相同。
以上两种回收技术均有工厂采用。
其工艺各有特点。
第一种回收方法较易形成大规模生产,但分离技术比较复杂,分离设备较多,投资较大。
第二种方法产品纯度较高,使用设备较少,投资较省,但仅适用于无破损的完整的饮料瓶,被压扁或有破损的饮料瓶需分离出去,用其它的方法另行回收。
实际上废塑料瓶从运输的经济合理性考虑,应压扁包扎后才可运输。
其次切割出的瓶底座回收基本按照第一种方法进行,因此第二种回收法局限性较大。
1.5设计依据
本设计主要依据《PET瓶回收造粒项目任务书》以及国家标准GB4455-2006《废塑料再生技术及应用》。
1.6产品方案
1.6.1产品选定
通过对市场的了解,主要是颜色无色透明,有光泽,力学性能和新料较为接近的产品市场销售情况最好,所以颜色无色透明,有光泽,力学性
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