CN112642844A - 一种热固性塑料废料的填料回收装置及回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热固性塑料废料的填料回收装置及回收方法，该回收装置主要由喂料机、喂料机平移装置、回转加热炉、螺旋送料机、冷却喷淋炉、粉尘过滤器、尾气净化炉、VOC检测装置、液压升降机构、水冷系统、空气输入系统、氮气输入系统、电气控制系统等组成，本发明采用长时间高温有氧燃烧的方法去除热固性塑料废料中的有机物，实现了废料内填料的回收，可重新用于热固性塑料的生产，实现了废物的循环利用，从而降低了生产成本，减少了环境污染，提高了经济效益；而且，本发明采用集中加料、高温有氧锻烧、倾斜出料、连续喷淋冷却、连续出料的生产工艺，装置结构紧凑，生产效率高，能够实现连续性批量生产。

Description

一种热固性塑料废料的填料回收装置及回收方法

技术领域

本发明属于物料回收处理技术领域，具体涉及一种热固性塑料废料的填料回收装置及回收方法。

背景技术

热固性塑料的基本组分是体型结构的聚合物，其在第一次成型后，重新加热时无法再次熔融软化和反复塑制，因而其常被用作隔热、耐磨、绝缘、耐高压电等材料。为了提高其隔热性能、耐高温性能等，常在其成型过程加入各类填料，例如陶瓷粉末等。

环氧树脂具有绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等优点，在高低压电器、电机和电子元器件的绝缘及封装上得到广泛应用。特别是在半导体集成电路行业，环氧塑封材料是最常用的热固性封装材料，其主要由环氧树脂、硬化剂、填充剂、添加剂等混合后加工而成。其中填充剂所占比重较大，约为75-90%，常采用二氧化硅或氧化铝等。

由于现在半导体集成电路的消费量巨大，在封装过程中会产生大量的边角废料，这些热固性塑料废料无法重新熔化进行再生产，通常的处理方法是焚烧或掩埋，造成了极大的浪费和环境污染。在环氧塑封材料中，占主要比重的二氧化硅等填料的价格比较昂贵，通过高温加热将废料中的填料粉末回收后可重新用于生产，可实现废物的循环利用，从而降低生产成本，减少环境污染，经济效益显著。

回收填料粉末需要对热固性塑料废料进行高温加热以去除其中的热固性塑料成分。对热固性塑料（例如环氧塑封材料）进行高温加热分解是一个很复杂的化学过程，主要裂解产物有H₂O、CO、CO₂、CH₄、H₂、C₂H₆和烟雾等，加热温度越高，分解越充分，其分解产物二氧化碳、水等越多。热固性塑料通常在700℃达到着火点，在有氧环境下遇火后会在表面形成一层碳化层，添加的阻燃剂也会阻止火焰深入，这就会阻止和延迟高温分解反应。所以要去除热固性塑料不但需要不断地搅拌来破碎碳化层，还需要在有氧环境下长时间煅烧，使其充分分解。热固性塑料充分燃烧时会释放大量的热，会使炉内温度大幅升高，甚至会超过炉子设计的最高温度，超过陶瓷粉末的烧结温度而将生产所需的陶瓷粉末烧结成块状。所以，在炉内加热分解的过程中还要控制热固性塑料的燃烧速度，确保炉内温度在控制的最高限内。因此，对热固性塑料废料进行高温加热来回收填料粉末具有一定的难度。

发明内容

为了解决背景技术中指出的技术问题，本发明提供一种环保节能、自动化程度高且可用于连续大批量生产的热固性塑料废料的填料回收装置及回收方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种热固性塑料废料的填料回收装置，包括电气控制系统、用于对热固性塑料废料进行持续高温有氧加热的回转加热炉、用于将热固性塑料废料加入回转加热炉的喂料机、用于将热固性塑料废料分解后得到的填料输送至冷却喷淋炉的螺旋送料机；

回转加热炉的一端底部具有倾翻支点，另一端底部具有液压升降机构，液压升降机构可将回转加热炉的其中一端顶起，从而将回转加热炉内分解后得到的填料输送至螺旋送料机；

该填料回收装置还包括由温度传感器、流量控制器和电磁气阀Ⅰ组成的氮气输入系统，其中，温度传感器设置在回转加热炉的内部，电磁气阀Ⅰ和流量控制器通过液压管道串接后连接至回转加热炉的进气口处，温度传感器通过PID控制器与流量控制器连接。

进一步的，该填料回收装置还包括由氧含量检测仪、高压离心风机和电磁气阀Ⅱ组成的空气输入系统，其中，氧含量检测仪设置在回转加热炉的出气口处，电磁气阀Ⅱ和高压离心风机通过液压管道串接后也连接至回转加热炉的进气口处，氧含量检测仪通过PID控制器与高压离心风机连接。

进一步的，所述回转加热炉的出气口处通过液压管道依次连接有粉尘过滤器、尾气净化炉和VOC检测装置，所述的氧含量检测仪连接在粉尘过滤器与尾气净化炉之间的液压管道上。

进一步的，所述回转加热炉沿水平方向设置，回转加热炉的内壁上沿周向间隔设置有多个与其轴线平行设置的水平翅片。

进一步的，喂料机的底部设置有喂料机平移机构，喂料机平移机构带动喂料机水平移动，从而将热固性塑料废料加入回转加热炉中。

进一步的，所述冷却喷淋炉的内部设置有螺旋翅片，冷却喷淋炉的外围设置有水冷系统，该水冷系统具有冷却水入口和冷却水出口。

进一步的，冷却喷淋炉略微倾斜向下设置，并在较低的一端设置有成品输出口。

一种热固性塑料废料的填料回收装置的回收方法，包括以下步骤：

S1、集中加料，通过喂料机将热固性塑料废料添加到回转加热炉中，直至添加到设定量后停止加料；

S2、高温有氧煅烧，对回转加热炉内的热固性塑料废料进行高温有氧加热，将废料中的有机物分解，只留下填料；

S3、倾斜出料，调节液压升降机构，使回转加热炉倾斜，分解后的得到的填料慢慢排出，并通过螺旋送料机连续输送到冷却喷淋炉中；

S4、连续喷淋冷却，进入冷却喷淋炉的填料随着冷却喷淋炉的旋转缓慢向前移动，同时，设置在冷却喷淋炉外围的水冷系统对移动过程中的填料进行冷却；

S5、连续出料，随着冷却喷淋炉的旋转，填料经冷却后移动到成品输出口输出；

当回转加热炉内的填料输出完毕后，回转加热炉重新放平，重新进行下一轮物料的进料和加热生产。

进一步的，所述热固性塑料废料在回转加热炉内高温有氧加热的时间为3-5小时，温度控制在700-1000℃。

进一步的，热固性塑料废料在回转加热炉内高温有氧加热的过程中，氧含量检测仪对回转加热炉的出气口处所排出废气的氧含量实时进行检测，当氧含量低于设定值时，PID控制器通过控制高压离心风机的转速来控制回转加热炉中空气的流量，从而控制废料氧化燃烧反应的程度；

同时，温度传感器对回转加热炉内的温度实时进行检测，当炉内温度超过设定值时，回转加热炉的加热系统关闭，若炉内温度继续升高并超过最高温度时，电磁气阀Ⅱ打开，PID控制器根据炉内温度传感器的检测值，通过控制流量控制器实时控制输入回转加热炉中的氮气流量，大量氮气带走回转加热炉中的热量，同时降低了炉内气氛中的氧气含量而降低燃烧速度，从而降低回转加热炉内的温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用长时间高温有氧燃烧的方法去除热固性塑料废料中的有机物，实现了废料内填料的回收，可重新用于热固性塑料的生产，实现了废物的循环利用，从而降低了生产成本，减少了环境污染，提高了经济效益；

2、本发明采用的回转加热炉水平布置，炉管内壁采用与轴线平行设置的翅片，从而在回转加热炉转动的过程中，带动炉内物料产生翻抛运动而破坏热固性塑料废料燃烧产生的碳化层，加快燃烧反应速度，提高生产效率；

3、本发明采用加热温度闭环控制系统来控制加热炉的加热温度，采用空气流量闭环控制系统来控制物料燃烧反应的程度，采用氮气流量闭环控制系统来实现加热炉和填料粉末的过热保护，对加热炉内热固性塑料的燃烧反应控制精度较高；

4、本发明采用集中加料、高温有氧锻烧、倾斜出料、连续喷淋冷却、连续出料的生产工艺，装置结构紧凑，生产效率高，能够实现连续性批量生产；

5、本发明采用粉尘过滤器和尾气净化炉对加热炉内产生的粉尘和废气进行过滤和净化，经VOC检测合格后才排放出去，满足环保要求。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明的工作原理图；

图3是本发明实施例的主视图；

图4是本发明实施例的倾斜工作状态图；

图中标记：1、喂料机，2、喂料机平移机构，3、回转加热炉，301、回转加热炉箱体，302、回转加热炉炉管，4、液压升降机构，5、倾翻支点，6、螺旋送料机，7、水冷系统，8、冷却喷淋炉。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明采用的工艺流程如图1所示。第一步为集中加料，即将热固性塑料废料添加到回转加热炉3中，直至添加到设定量后停止加料。第二步为高温有氧煅烧，即对回转加热炉3内的热固性塑料废料进行持续时间的高温有氧加热，将废料中的有机物分解，只留下填料。第三步为倾斜出料，即将回转加热炉倾斜，让其中剩余的填料慢慢排出，并通过螺旋送料机6连续输送到冷却喷淋炉7中。第四步为连续喷淋冷却，即进入其中的物料随着冷却喷淋炉7的旋转缓慢向前移动，同时炉体外围喷洒冷却水对移动过程中的物料进行冷却。第五步为连续出料，即随着冷却炉的旋转，物料经冷却后移动到成品输出口输出。当加热炉内物料输出完毕后，加热炉重新放平，可以进行下一轮物料的进料和加热生产。

本发明的工作原理图如图2所示。该装置主要由喂料机1、喂料机平移装置2、回转加热炉3、螺旋送料机6、冷却喷淋炉7、粉尘过滤器、尾气净化炉、VOC检测装置、液压升降机构、水冷系统8、空气输入系统、氮气输入系统、电气控制系统等组成。

本发明实施例的主视图如图3所示，本实施例以环氧树脂塑封废料中二氧化硅填料的回收为例对本发明的技术方案进行详细说明：

回转加热炉3的炉管采用高温不锈钢炉管，炉管直径1430mm。回转加热炉的箱体301采用进口耐火材料进行保温，使炉体外壳温度不大于45℃。喂料机平移机构2带动喂料机1向右平移，使喂料机1的出料口进入到回转加热炉3中，物料从入料口进入到喂料机中，被不断输送到回转加热炉中。当物料输入达到设定值（约4立方米）时，停止物料输入，喂料机平移机构2带动喂料机水平左移到规定位置后停止。关闭回转加热炉3的炉门，电气控制系统开始控制回转加热炉3回转，并按照规定的工艺规范开始加热，根据炉内温度传感器的反馈实时控制加热棒的功率，实现炉内温度的PID闭环控制。

环氧树脂塑封废料在回转加热炉3内需要连续加热4小时，温度控制在800℃。在加热过程中同时通入空气，环氧树脂塑封废料在高温下与空气中的氧气发生化学反应而分解为H₂O、CO、CO₂、CH₄、H₂、C₂H₆和烟雾等，而CH₄、H₂、C₂H₆则进一步燃烧为二氧化碳和水。回转加热炉3内产生的废气、粉尘等通过粉尘过滤器后过滤掉粉尘，剩下的废气再通过尾气净化炉加热到750-1100℃，高温下将废气中的有机物氧化成二氧化碳和水等，从而净化废气，废气经过净化并经过VOC检测装置检测合格后才由出气口排放出去。

为了确保废料的充分燃烧，利用氧含量检测仪检测废气的中的氧含量，当氧含量低于设定值时，则增大高压离心风机的转速，从而提高流入加热炉中空气的流量，加速废料的燃烧反应。当氧气含量高于设定值时，则减小高压离心风机的转速，从而降低输入加热炉中空气的流量。因此，根据废气中氧含量的反馈，通过控制高压离心风机的转速来控制加热炉中空气的流量，从而控制废料氧化燃烧反应的程度。

由于环氧树脂塑封废料在高温下发生燃烧反应后产生大量的热量，使炉内的温度迅速升高。当超过设定值时炉温PID控制系统关闭加热系统，但由于加热炉良好的保温特性和废料燃烧产生的大量的热量，炉内温度仍然会继续升高，甚至超过炉子的许用最高温度（约1050℃）；同时过高的温度还会造成陶瓷粉末的高温烧结。为了防止加热炉过热和避免陶瓷粉末的高温烧结，通过温度传感器检测炉内的温度，当超过炉子设定的最高温度时就打开氮气电磁阀，根据炉内温度传感器的检测值，通过控制氮气流量控制器实时控制输入加热炉中的氮气流量，大量氮气带走加热炉中的热量，同时降低了炉内气氛中的氧气含量而降低了燃烧速度，从而降低加热炉内的温度，确保炉内温度下降到设定范围内。即根据炉内温度传感器的反馈，通过流量控制器来控制输入加热炉内氮气的流量，从而实现加热炉和陶瓷粉末的过热保护。

本发明的回转加热炉3在加热生产时是水平放置，炉管内壁沿周向间隔设置有与轴线平行的水平翅片，在回转加热炉的回转过程中能够带着物料在垂直平面内旋转，当物流移动到一定高度后再抛落到炉底，通过不断的机械冲击来破坏热固性塑料表面形成的碳化层，促进内部塑料继续进行燃烧反应，加快燃烧反应速度，从而提高生产效率。

本发明实施例的倾斜工作状态图如图4所示。废料在回转加热炉中达到设定时间后，液压升降机构工作，推动回转加热炉绕其倾翻支点5向上翻转，达到30°后停止翻转，螺旋送料机6和冷却喷淋炉7开始工作，加热回转炉3继续回转，炉内的物料在重力的作用下流入到螺旋送料机6的进料口，由螺旋送料机6控制物料的输送速度，将物料输送到冷却喷淋炉7内。

冷却喷淋炉7采用回转炉，其回转炉管向下有一定倾角（其角度可调范围0-5°），炉管内壁有螺旋的翅片，随着回转炉管的旋转连续推动其中的物料向前移动。在回转炉管的外部是水冷系统7，本实施例中采用的是喷淋装置，不断有冷却水喷下，对回转炉管和炉管内的物料进行冷却。物料经过冷却喷淋炉7的冷却后从出料口流出，生产出的填料粉末经进一步处理后可重新用于热固性塑料的生产中。

当回转加热炉内的物料流完以后，液压升降机构4工作，将回转加热炉3放回原来的水平位置，打开炉门，喂料机平移机构2带动喂料机1右移到位，开始下一个生产循环。当冷却喷淋炉7的物料输出完毕后，停止螺旋送料机6和冷却喷淋炉7，等待下一个生产循环。

本发明中的电气控制系统采用网络化的S7-1500型PLC进行控制，监控信息传送到由工控机和Wincc软件组成的监控界面中，可通过变频器分别控制喂料机和螺旋送料机的电机、回转加热炉和冷却喷淋炉回转电机的转速；可通过热电偶检测物料温度实时控制电加热器的输出，从而实现回转加热炉加热温度的闭环控制；废气进入到尾气净化炉的风机转速也可通过变频器进行控制，空气、氮气和冷却水的流量均可由PLC实现自动控制，从而实现了该装置的信息化、网络化、参数化控制等功能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种热固性塑料废料的填料回收装置，其特征在于，包括电气控制系统、用于对热固性塑料废料进行持续高温有氧加热的回转加热炉、用于将热固性塑料废料加入回转加热炉的喂料机、用于将热固性塑料废料分解后得到的填料输送至冷却喷淋炉的螺旋送料机；

回转加热炉的一端底部具有倾翻支点，另一端底部具有液压升降机构，液压升降机构可将回转加热炉的其中一端顶起，从而将回转加热炉内分解后得到的填料输送至螺旋送料机；

该填料回收装置还包括由温度传感器、流量控制器和电磁气阀Ⅰ组成的氮气输入系统，其中，温度传感器设置在回转加热炉的内部，电磁气阀Ⅰ和流量控制器通过液压管道串接后连接至回转加热炉的进气口处，温度传感器通过PID控制器与流量控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种热固性塑料废料的填料回收装置，其特征在于，该填料回收装置还包括由氧含量检测仪、高压离心风机和电磁气阀Ⅱ组成的空气输入系统，其中，氧含量检测仪设置在回转加热炉的出气口处，电磁气阀Ⅱ和高压离心风机通过液压管道串接后也连接至回转加热炉的进气口处，氧含量检测仪通过PID控制器与高压离心风机连接。

3.根据权利要求2所述的一种热固性塑料废料的填料回收装置，其特征在于，所述回转加热炉的出气口处通过液压管道依次连接有粉尘过滤器、尾气净化炉和VOC检测装置，所述的氧含量检测仪连接在粉尘过滤器与尾气净化炉之间的液压管道上。

4.根据权利要求3所述的一种热固性塑料废料的填料回收装置，其特征在于，所述回转加热炉沿水平方向设置，回转加热炉的内壁上沿周向间隔设置有多个与其轴线平行设置的水平翅片。

5.根据权利要求1所述的一种热固性塑料废料的填料回收装置，其特征在于，喂料机的底部设置有喂料机平移机构，喂料机平移机构带动喂料机水平移动，从而将热固性塑料废料加入回转加热炉中。

6.根据权利要求1所述的一种热固性塑料废料的填料回收装置，其特征在于，所述冷却喷淋炉的内部设置有螺旋翅片，冷却喷淋炉的外围设置有水冷系统，该水冷系统具有冷却水入口和冷却水出口。

7.根据权利要求6所述的一种热固性塑料废料的填料回收装置，其特征在于，冷却喷淋炉略微倾斜向下设置，并在较低的一端设置有成品输出口。

8.一种热固性塑料废料的填料回收装置的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、集中加料，通过喂料机将热固性塑料废料添加到回转加热炉中，直至添加到设定量后停止加料；

S2、高温有氧煅烧，对回转加热炉内的热固性塑料废料进行高温有氧加热，将废料中的有机物分解，只留下填料；

S3、倾斜出料，调节液压升降机构，使回转加热炉倾斜，分解后的得到的填料慢慢排出，并通过螺旋送料机连续输送到冷却喷淋炉中；

S4、连续喷淋冷却，进入冷却喷淋炉的填料随着冷却喷淋炉的旋转缓慢向前移动，同时，设置在冷却喷淋炉外围的水冷系统对移动过程中的填料进行冷却；

S5、连续出料，随着冷却喷淋炉的旋转，填料经冷却后移动到成品输出口输出；

当回转加热炉内的填料输出完毕后，回转加热炉重新放平，重新进行下一轮物料的进料和加热生产。

9.根据权利要求8所述的回收方法，其特征在于，所述热固性塑料废料在回转加热炉内高温有氧加热的时间为3-5小时，温度控制在700-1000℃。

10.根据权利要求9所述的回收方法，其特征在于，热固性塑料废料在回转加热炉内高温有氧加热的过程中，氧含量检测仪对回转加热炉的出气口处所排出废气的氧含量实时进行检测，当氧含量低于设定值时， PID控制器通过控制高压离心风机的转速来控制回转加热炉中空气的流量，从而控制废料氧化燃烧反应的程度；

同时，温度传感器对回转加热炉内的温度实时进行检测，当炉内温度超过设定值时，回转加热炉的加热系统关闭，若炉内温度继续升高并超过最高温度时，电磁气阀Ⅱ打开，PID控制器根据炉内温度传感器的检测值，通过控制流量控制器实时控制输入回转加热炉中的氮气流量，大量氮气带走回转加热炉中的热量，同时降低了炉内气氛中的氧气含量而降低燃烧速度，从而降低回转加热炉内的温度。

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