用于清洗和分离塑料材料的方法和设备 |
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| 申请号 | CN201780078640.6 | 申请日 | 2017-12-20 | 公开(公告)号 | CN110087774B | 公开(公告)日 | 2021-08-31 |
| 申请人 | 普瑞威努公司; | 发明人 | 弗拉维奥·普瑞威努; | ||||
| 摘要 | 一种用于清洗和分离塑料材料的方法，配置为从包括金属元素(M)的污染材料(C)清洗和分离塑料材料(P)的碎片，该方法包括：将具有第一比重量值(γ1)的清洗 流体 (W)和带有污染材料(C)的塑料材料(P)的碎片供应至清洗容器(2)；在容器(2)中，驱动设有 叶片 (4)的搅拌工具(3)，用于在流体(W)中产生 湍流 搅拌动作，以便通过机械动作从(P)去除附着在其上的(C)的部分。仔细选择叶片(4)的倾斜度和搅拌工具(3)的转动速度(VR)以产生向上的推动动作(FT)，使得将具有第二比重量值(γ2)的(P)保持在浮动状态；将所述推动动作(FT)的 力 限制为不妨碍具有另一比重量值(γ3)的污染金属元素(M)的向下沉淀。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于清洗和分离塑料材料的方法，其中，所述方法配置为从包括金属元素(M)的污染材料(C)中清洗和分离塑料材料(P)的碎片，并且，所述方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 用于清洗和分离塑料材料的方法和设备技术领域[0001] 本发明涉及一种用于清洗和分离塑料材料的方法和设备，其中塑料材料来自于碾磨或减少成碎片的家庭和/或工业废品，废品碎片来自于各种类型的污染物，特别是来自金属类型的污染元素。 背景技术[0002] 众所周知，来自于城市和工业的固态废品的塑料材料经受各种处理，包括：预洗、清洗、研磨成小尺寸的碎片、以及一个或多个随后更精确的清洗步骤。消耗后的塑料材料包括瓶子、容器、其他物品，并且其不仅包括PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，而且还包括P.E(聚乙烯)、P.V.C(聚氯乙烯)、P.P.(聚丙烯)、P.S.(聚苯乙烯)和其他塑料材料。 [0003] 为了使这种塑料材料能够成功地再利用作为再生材料，必须对它们进行仔细的去污，消除所有的原本与之相联接的不期望物质、或者在从城市或工业场所收集直至塑料回收厂的过程中不可避免地附着在其上的物质。 [0004] 用于清洗塑料材料的设备可以从文献EP2703086、DE4337206、US5443652、DE2804729和EP0359106中获知。 [0005] 如果待处理的材料包括例如由塑料材料制成的瓶子和/或容器，则在设有旋转筒的设备中执行第一预洗步骤，在其中瓶子和/或容器经受预洗处理，以消除比较粗糙的污染物，例如标签、以及在收集和储存过程中附着在瓶子上的部分污垢等。然后将容器/瓶子送到碾磨机中以减小成为较小尺寸的碎片。然后将经碾磨的塑料材料转移到其它清洗设备，例如离心分离单元，在其中碎片材料停留的时间使得可以完成清洗(washing)和漂洗(rinsing)操作，并且避免污染可能会损害回收材料的后续使用的残留物残留。 [0006] 需要解决的一个特别察觉到的、严重和困难的问题是不期望的金属元件或碎片的存在，这些金属元件或碎片不幸地存在于待处理的塑料材料中，并且例如来自日常消耗品，例如小的塑料材料瓶，例如喷雾瓶、分配/计量盖、雾化装置：在这些物质内部实际上存在金属弹簧、金属球和/或其他金属件，其在回收过程中与塑料材料部件一起不可避免地前进。 [0007] 需要补充的是，金属元素不仅存在于刚刚提到的日常消耗品中，而且还存在于源自诸如汽车工业等行业的一系列类型的废品中。分类为WEEE(废电气和电子装备)的所有类型的垃圾也必须考虑，其包括大量的塑料材料，从这些塑料材料中需要分离出铜、铁、钢、铝、玻璃、银、铅等。 [0008] 实质上，需要分离出金属的塑料材料不仅包括上面引用的PET、PS、PE、PVC、PP、PS，还包括ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PA(聚酰胺)、SAN(苯乙烯丙烯腈树脂)、和许多其他塑料材料。 [0009] 在一些类型的已知设备中，例如在US5948276中公开的设备中，设置水力旋流器单元，在其下游可以设置离心分离单元。在水力旋流器单元中，由涡流产生的“旋风”效应导致塑料材料的小碎片与重污染物分离，其中重污染物通过重力下落到罐底部，从中定期地去除。 [0010] 清洗流体的涡流迫使塑料碎片再次到达罐的上边缘并通过简单的溢流与清洗流体一起离开，然后被送到更下游的离心单元。 [0011] 水力旋流器单元中的流体的涡流运动，如果在一侧倾向于通过利用不同程度的浮动将较轻的塑料材料的部分与较重的材料分离，则在清洗塑料材料的处理中不能令人满意地有效并且不能完全脱离附着在塑料上的污染部分。换句话说，由简单的涡旋运动引起的温和清洗动作不能使污染物与塑料材料碎片相分离。 [0012] 换句话说，没有机械动作来分离附着在塑料材料上的污染物。因此再一次，需要采用另一个清洗单元，在这种情况下，离心单元串联布置并且在下游处理所有已经由搅拌器和水力旋流器单元处理过的产品。除了在结构和功能上制造和管理更复杂之外，该设备配置甚至不能使塑料材料令人满意地被处理，并且通常不能有效地将金属部分从塑料分离，因此，即使其极小的存在也是非常有害的，因为它极大地降低了待回收材料的质量。 [0013] 因此，仍然十分需要一种能够克服已知清洗和分离设备的缺点和限制的系统。 发明内容[0014] 本发明的其中一个目的是改进用于塑料材料的现有清洗和分离系统。 [0015] 本发明的另一目的是提供一种方法和设备，其能够在清洗塑料材料和从污染物中分离的过程中实现高水平的功效，特别是对于涉及金属类型的污染物。 [0016] 本发明的又一目的是提供一种方法和设备，其从功能和结构的角度上讲分别是非常简单的，同时又是同样有效的，并且能够提供比传统系统更高质量的回收产品，同时确保了有限的清洗流体的消耗和降低的能量输出。 [0017] 发明简述 [0019] 参考附图，通过以下描述，清洗和分离方法和设备的这些和进一步的特征和优点将更加清楚，其中： [0020] 图1和2是根据本发明的清洗和分离设备的两个不同的视图； [0021] 图3是沿图2中III‑III线的纵向剖视图； [0022] 图4是图3中的放大细节； [0023] 图5是沿图3中V‑V线的纵向剖视图； [0024] 图6是设备的俯视图； [0025] 图7是根据本发明的清洗和分离方法的框图。 具体实施方式[0026] 参考附图，公开了一种用于塑料材料P的清洗和分离设备1，其中塑料材料P来自于各种消耗后物品的预洗和研磨。在引入设备1之前，塑料材料P被减小成尺寸为几毫米至几厘米的小尺寸碎片；下面公开的方法和设备1具有清洗上述减小成小碎片的塑料材料并从将上述减小成小碎片的塑料材料从金属和非金属污染物中分离出来的目的。 [0027] 设备1包括清洗容器2，其设置用于通过合适的供应工具12从入口30接收清洗流体W的进入流Fin，特别是具有可能的清洗添加剂的水，以及塑料材料P的碎片，其中待消除的污染物质C附着在塑料材料P的碎片上。 [0028] 设置有出口5，通过该出口5，清洗流体W的离开流Fout由经去污的(即经清洗的)的塑料材料P'溢出而离开，这里通过机械动作从其中分离出污染材料C。 [0029] 出口5由排出通道25界定，排出通道25从清洗容器2的侧壁横向向外突出。排出通道25与用于供给塑料材料P和清洗流体W的入口30径向相对设置。 [0030] 因此，设备1包括单个清洗容器2，其设置有入口30和出口5，它们彼此径向相对地设置。因此，包括这样的单个清洗容器2的设备1被配置用于在单个清洗腔室(由清洗容器2界定)中容纳待处理的清洗流体W和塑料材料P. [0031] 排出通道25由两个侧壁26侧向地界定，并且在下方由斜面壁(ramp wall)27界定，斜面壁27从清洗容器2的侧壁从第一高度突出，以向上倾斜的方式向上延伸直到第二较高的高度。 [0032] 侧向地界定清洗容器2的外壁是圆柱形的。然而，这种外壁可以具有其他合适的形状。作为非限制性实例，根据需要，清洗容器2的外径可以从1200mm到2200mm而变化。 [0033] 容器2在下方由底部6壁界定。底部6壁向内(即向上)凹入，这使得较重的污染材料C，特别是金属元素M发生积累，一旦它们由于其比重量而以局部方式沉淀到底部6的中心区域，便可以定期地对其轻易移动。为此目的，为沉积在底部6上的污染产品，特别是阀门或泵类的金属元件M提供了排出(evacuating)装置11。 [0035] 两个阀的选择性打开和关闭使得积聚在底部6上的较重的沉积物能够周期性地排出，从而最小化清洗流体W的出口。 [0037] 在第一实施例中，搅拌工具包括单个搅拌器3。在另一实施例中，如附图所示，搅拌工具包括两个不同的搅拌器3A和3B，其布置在清洗容器2的纵向轴线X相对的两侧上。特别地，如图6中可见，转子轴7A和7B的轴线位于竖直平面上，该竖直平面正交于中间平面放置，该中间平面纵向穿过排出通道25，穿过入口30。 [0038] 叶轮单元8的直径DG在450和650mm之间。转子轴7A和/或7B具有以这样的方式定位的旋转轴线：即，在圆形轨迹期间，叶片4保持与清洗容器2的侧壁的最小距离。该最小距离与叶轮单元8的直径DG相关，并且可以在该直径DG的0.1至0.4倍之间变化。举例来说，根据前述直径DG的值，由叶片绘制的圆形轨迹与清洗容器2的侧向内表面之间的最小距离“d”可以在约45mm至约260mm之间变化。 [0039] 根据清洗容器2的直径和叶轮单元8的直径，转子轴7A和7B的轴线与中央纵向轴线X的距离为约350至约550mm。 [0040] 每个搅拌器3包括转子轴7，该转子轴7竖直布置并由变速电动机18，例如逆变器类型的电动机来驱动。 [0041] 从大量强烈的实验测试中发现，在搅拌工具3的转速VR为200和400rpm之间时，在清洗和分离过程中可以获得最佳的功效水平。两个搅拌器3A、3B的旋转也可以具有两个不同的速度和相反的方向。通过适当地干预转速值VR，可以设定适合于使塑料材料浮动的推3 3 力，其中该塑料材料的重量为大于或等于1kg/dm至2kg/dm。 [0042] 提供控制单元CU，从而基于特定的处理需要、污染材料C和清洗流体W的待处理的塑料材料P的属性以最佳方式调节包括一个或更多搅拌器3的转速VR。 [0043] 在每个转子轴7上安装一系列叶轮单元8，它们根据设备1和/或特定工艺安装需要的几何尺寸设置在彼此的顶部，数量从4到12不等。每个叶轮单元8包括至少两个叶片4，特别地，在附图中所示的实施例中，对于每个叶轮单元8，设置三个叶片4，它们在角度上等距并且从相应的转子轴7横向突出。无论如何，叶片4的数量可以根据处理的需要而变化，只要它们适合于实现下面公开的效果即可。 [0044] 在每个单个叶轮单元8中，叶片4以彼此相同的方式定向。然而，叶轮单元8的叶片的定向与紧邻其上方或下方的相邻的叶轮单元8的定向是相反的。换句话说，叶片4的倾斜或定向从一个叶轮单元8到下一个叶轮单元8往复地变化。然后考虑到搅拌器3的旋转方向，因此存在一系列向上倾斜的叶片4，以及一系列向下倾斜的叶片。 [0045] 叶片4的组以倾斜角度定向，以便获得在清洗流体W中产生使塑料材料P震动的搅拌和湍流动作的所需效果，从而有效地促进了后者与污染材料C的分离，同时具有向塑料材料P施加向上的流体动力推力的作用。 [0046] 更确切地说，参考图3和4，第一组叶轮单元8的叶片4相对于水平面倾斜第一倾斜角度α1，其介于5°和30°之间，第二组叶轮单元8的叶轮4相对于水平面倾斜第二倾斜角度α2，其介于‑5°和‑30°之间。 [0047] 如此配置的设备1不仅能够使具有非常低重量的塑料材料保持在浮动状态，而且还能够使具有比清洗流体W的第一比重量值γ1更大的第二比重量值γ2的塑料材料保持在浮动状态。 [0048] 利用从上述间隔中选择的倾斜角度α1、α2值，结合包括在200和400rpm之间的搅拌工具3的转速VR，以及上面公开的尺寸特征和结构配置，在清洗的机械动作和浮动动作方面的功效方面获得了优异的性能。 [0049] 设备1包括旋转控制工具9，其被配置用于在给定时间内保持清洗容器2中的塑料材料P，防止塑料材料P一旦被供应到清洗容器2，就立即退出而不首先通过机械搅拌经历清洗过程。旋转控制工具9以由控制单元CU适当调节的速度旋转，以受控方式将经去污的塑料材料P'的量推至排出通道25，然后到达出口5。 [0050] 旋转控制工具9是带有水平轴线的辊或鼓类型的，或者是带类型的，并且由另外的变速电动机工具19，例如逆变器类型的电动机来驱动。旋转控制工具9，例如辊元件9，在排出通道25的两个侧壁26之间延伸并在该通道的斜面壁27上方延伸。可旋转控制元件9包括旋转轴28，从旋转轴28根据轴向平面径向突出的挡板29，挡板29适于与塑料材料P相互作用。可旋转元件9相对于斜面壁27的定位高度使得挡板29接触或部分地穿过自由表面L下方的清洗流体W，以拦截塑料材料P的碎片。 [0051] 控制单元CU构造成用于使辊元件9以一定的速度旋转，以使得塑料材料P保持在清洗容器2中持续给定的平均停留时间(Tp)，该平均停留时间(Tp)足以获得对于塑料材料P的所需的去污程度以及纯净程度。 [0052] 如上所述，控制单元CU被编程用于调节搅拌工具3A、3B的转速VR以产生向上的推动动作FT，从而将具有比清洗流体W的重量更大的比重量的塑料材料P保持在浮动状态。特3 别地，如果清洗流体W基本上包括水，其第一比重量值γ1为1kg/dm ，则搅拌工具3的适当转速结合于如上所述的叶片4的特定的定向，具有同样将塑料材料如PET(第二比重量值γ2等 3 3 于1.4kg/dm)、PVC(第二比重量值γ2等于1.3kg/dm)、尼龙(第二比重量值γ2等于1.13kg/ 3 3 dm)、聚苯乙烯(第二比重量值γ2等于1.04kg/dm)等在浮动状态下向上推动的效果。同时，搅拌工具3的转速VR必须使得上述推动动作FT限制为其值不会妨碍较重的污染物，特别是有害金属元素M的向下沉淀，金属元素M具有更大的另一比重量值γ3，并且该比重量值γ3处 3 于从几乎不大于2kg/dm(例如铝)到更高的值的范围内。 [0053] 换句话说，由搅拌器3的叶片4施加的向上的浮动推力必须足够高，以便与流体静力推力一起‑其本身不足以克服作用在较重塑料碎片上的重力‑帮助后者重新获得保持在自由表面L附近的浮动状态。然而，同时，向上的推动动作不能超过一定值，从而对不期望的较重物质(例如金属)沉淀到底部6这一行为不会起到妨碍作用。 [0054] 借助于图7中的方框图，公开了根据本发明的清洗和分离方法，其通过刚刚公开的清洗和分离设备1来实现。 [0055] 来自于消耗后的塑料废料的预洗和研磨并减小成小碎片(尺寸从几毫米到几厘米)并含有污染材料C的塑料材料P，与清洗流体W的进入流Fin(例如具有可能的添加剂的水)一起装载在清洗容器2内(框S1)。框S2示出了设定搅拌工具3A和/或3B的转速/秒的操作，以及选择叶片4的适当(倾斜)角度α1.2的预备步骤。 [0056] 然后发生驱动搅拌器3的步骤(框S3)，其执行湍流搅拌动作以剧烈地摩擦塑料材料P并且从塑料材料P机械地脱离和分离污染材料C。除了机械地搅拌塑料材料P之外，搅拌器3还使塑料材料P处于浮动状态，同时它们允许包括金属元素M的较重的污染材料C(框S4)沉淀。 [0057] 在该过程中，通过旋转控制工具9将塑料材料P保持在容器2中的步骤(框S5)持续适当的时间，并且提供随后的受控的释放，由此通过去污的塑料材料P'溢流与流体W的离开流Fin一起被排出(框S6)。 [0058] 进入流Fin和离开流Fout可以根据清洗容器2内的清洗流体W所需的“刷新”程度进行调节。考虑到预期的纯净程度和去污程度以及要满足的具体消耗节约要求，从而来确定正确的“刷新”程度。 [0059] 旋转控制工具9的速度可以根据进入/离开流体的流量以及用于使得处理过的塑料材料P获得所期望的纯净程度来调节。 [0060] 在清洗流体W大量更换，因此具有较大的流入和流出流量以及较强的溢流效果的情况下，用于保持的和受控传送的旋转控制工具9发挥作用，以便减慢离开的塑料材料相对于清洗流体W的离开流的流动，反向于到出口5的拖曳水动力动作，并逐渐将塑料材料P释放到出口5。 [0061] 在清洗流体W的流入和流出的操作减少，并且因此具有较小的溢出和拖曳效果的情况下，旋转控制工具9执行拖曳效果，使得经去污的塑料材料P'能够前进到出口5。 [0062] 在清洗过程中，较重的污染物质通过重力下沉并在清洗容器2的底部6上积聚(框S7)，通过驱动相关的排出装置11可以周期性地将其排出(框S8)。 [0063] 从已经公开和在附图中示出的内容可以清楚地看出，根据本发明的清洗和分离方法和设备成功地实现了所设定的目的。 [0064] 通过上述公开的方法和设备，由于从清洗容器2即时连续去除了污染物，所以能够在缩短的时间内在回收的塑料材料中获得较高的纯净程度。由于搅拌器3执行的机械搅拌和浮动推力的双重功能，通过简单但有效的解决方案，可以获得污染物与塑料材料P的最佳分离，尤其是从待回收的塑料材料中有效去除金属。所得结果明显优于传统设备，特别是相对于不能在流体中执行机械湍流和搅拌动作的水力旋流器系统，其对于从其粘附的塑料材料片上分离污垢的操作是无效的。 [0065] 因此，实现了提供一种功能和结构简单的解决方案的目的，该解决方案仍然能够降低一般工艺成本，并确保了非常高的功效将污染物与待再循环的塑料材料分离。 [0066] 需要注意的是，由于存在单个清洗容器2所限定的单个清洗和分离腔室，实现了显著的结构上的简单性，同时，在清洗和分离过程的有效性和速度的方面也获得了优异的结果。 |
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