CN203401630U - 废旧聚酯瓶片的清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供废旧聚酯瓶片的清洗装置，清洗装置本体内自上而下间隔固定设置若干个再分布器；一旋转轴转动固定于本体的底部并贯穿各再分布器开口设置，旋转轴的上端与动力装置传动连接；旋转轴上设置搅拌叶；每个再分布器上均设置数个通孔；本体底部与乙二醇蒸汽管道连通。本实用新型的乙二醇清洗剂不会腐蚀设备，不仅清洗干净，并且，切片下降速度可控，醇解反应容易控制；另外，本实用新型产生的污液量小，回收成本低。

Description

废旧聚酯瓶片的清洗装置

技术领域

本实用新型属于高分子塑料材料回收利用领域，尤其是废旧聚酯瓶片的清洗装置。 

背景技术

聚酯瓶的回收利用是高分子塑料材料回收利用技术领域中十分重要的部分。聚酯瓶的回收利用主要包括前期的清洗阶段和后续的回收处理阶段。 

在清洗阶段，现有技术大多通过煮料碱池对聚酯瓶片表面的油污、油漆等油渍进行清除，存在诸多缺点：1）溶剂腐蚀性强，对煮料机的设备本体的损坏严重；2）用于清洗作业的碱液不易回收利用，只能排入污水池，不仅造成了资源的浪费，而且，严重污染环境。 

在回收处理阶段，聚酯瓶回收技术分为物理回收技术和化学回收技术两大类。物理回收是将废弃聚酯加热熔融，提纯后通过螺杆挤压机挤出成型，但是，由于回收的聚酯在高温吹胀拉伸下，有的聚酯分子分解生成乙醛，因此，这样回收聚酯瓶片只能进行降级使用。化学回收方法是通过化学反应将废弃聚酯解聚成低分子化合物，醇解产物经纯化后可重新作为聚酯原料，或制成其他产品，并且，得到产品的质量高。近来开发了一些“瓶”到“瓶”的技术，“瓶”到“纤维”的技术，但是这些“瓶”到“瓶”、 “瓶”到“纤维”的技术中采用乙二醇进行醇解反应时，由于聚酯瓶片的熔点为270℃，因此，醇解反应器的温度一般为270℃左右，剩余的乙二醇蒸汽（乙二醇的沸点为197.3℃）回收，再次利用时，需重新加热升温，能量浪费大，并且，清洗阶段采用的清洗剂与回收处理阶段用的反应剂不同，使得整个清洗回收过程步骤繁琐、设备的结构设计复杂。 

发明内容

本实用新型旨在提供一种清洗废旧聚酯瓶片效果好，清洗作业容易控制，并且，清洗液容易回收的废旧聚酯瓶片清洗装置及清洗工艺。 

废旧聚酯瓶片的清洗装置，包括本体，本体的顶部分别设有进料口和出气口；本体的底部设有出料口；本体内自上而下间隔固定设置若干个再分布器；一旋转轴转动固定于本体的底部并贯穿各再分布器开口设置，旋转轴的上端与动力装置传动连接；本体内任意位置的旋转轴上设置搅拌叶；每个再分布器上均设置数个通孔；本体与乙二醇蒸汽管道连通。 

采用上述清洗装置进行的废旧聚酯瓶片清洗工艺，主要包括以下步骤：（1）通入本体内的高温乙二醇蒸汽，通过通孔在本体内扩散开来，同时，旋转轴、搅拌叶开始转动；（2）将经初步清洗破碎后的大块瓶片切片送入本体内，瓶片切片自上而下依次通过搅拌叶的间隙和各个再分布器的开口逐渐下落，此时，乙二醇蒸汽也穿过瓶片切片，对瓶片切片进行清洗；（3）最后，清洗干净的瓶片切片从清洗装置底部的出料口排出，多余的乙二醇蒸汽从出气口排出；其中，在整个清洗过程中，清洗装置的工作要求为：自下至上，本体内部的温度从240℃逐渐下降至90℃。 

本实用新型的废旧聚酯瓶片的清洗装置以及清洗工艺的优点在于：（1）瓶片切片由顶部至底部移动的过程中温度自90℃至240℃逐渐上升，由于乙二醇的沸点为197.3℃，因此，本体的上部为预热段，由中部上升来的乙二醇蒸汽凝结在瓶片切片表面起到充分润湿和加热作用；中部为升温段，在乙二醇蒸汽的加热下，瓶片切片表面的乙二醇凝液与固体瓶片切片发生醇解反应，但反应仅在固液相界面处存在；下部的反应温度最高、乙二醇的含量也最高，醇解反应充分进行，蒸汽流量由反应温度自动控制，最终将瓶片切片表面的污物全部清除干净；（2）采用乙二醇作为溶剂来去除瓶片切片表面的污物，对设备的腐蚀性小，并且，回收乙二醇容易；（3）采用逐渐升温的方式对瓶片切片表面的污物进行清除，醇解反应比较容易控制，使醇解反应仅发生在瓶片切片的表面，并且，反应结束时瓶片切片的大部分没有被醇解；（4）得到的污液量非常小；（5）此清洗装置可实现瓶片切片的间歇下降，为控制醇解反应提供了条件；（6）再分布器为漏斗形，使瓶片切片具有向下移动的趋势，再加上旋转轴上短搅拌叶的设置，通过控制旋转轴的转速和短搅拌叶的间隙大小可控制单位时间内通过再分布器下开口的瓶片切片的体积，从而，实现瓶片切片自动、可调的有序下降。 

为了方便调节清洗装置中的醇解反应条件，在上述清洗装置的基础做进一步改进：本体内自上而下间隔固定设置至少两个再分布器，再分布器将本体间隔分成上、中、下腔体。采用此改进的清洗装置进行的清洗工艺与上述清洗工艺的不同之处在于：上腔体、中腔体、下腔体的温度分别为；90~180℃、140~210℃、180~240℃，从下腔体至上腔体，温度基本呈梯度上升，温度易控制；瓶片切片停留时间分别为30~53min、30~60min、50~90min，可控制醇解反应在一定程度内，避免瓶片切片的损失；高温乙二醇蒸汽的通入量为0.27~0.54kg/kg·h（即单位时间每千克瓶片切片对应的乙二醇蒸汽的重量），使乙二醇的控制在适当范围内，避免乙二醇的浪费。 

本实用新型的废旧聚酯瓶片回收装置，在上述清洗装置的基础上增加了沿生产线顺序设置的提升装置、破碎机、后醇解反应器，其中，清洗装置的出料口正下方设置提升装置，提升装置出料端的下方设置破碎机，破碎机与后醇解反应器连通，后醇解反应器上设有乙二醇液体管道，且，后醇解反应器内设有加热装置。 

本实用新型的废旧聚酯瓶片回收工艺，其采用上述回收装置进行回收，在上述清洗工艺的基础上增加了以下步骤：清洗装置排出的瓶片切片经过提升装置的提升至一定高度后，落入破碎机内，破碎后的瓶片切片进入后醇解反应器内进行熔融，后醇解反应器的温度为250~290℃。 

本实用新型的废旧聚酯瓶片回收装置以及回收工艺的优点在于：（1）通入清洗装置的瓶片的尺寸较大，可避免瓶片过快被醇解，经过清洗装置后，再通过破碎机将瓶片制成更小的尺寸，有利于输送和后醇解反应的快速熔融；（2）通过后醇解反应器将瓶片切片醇解降解成小分子聚合物之后，再加以利用，可以得到聚合度均一的聚酯产品，避免降级使用；（3）还具有清洗装置以及清洗工艺的所有优点。 

本实用新型的废旧聚酯瓶片清洗装置可做如下改进： 

1）在再分布器开口位置设置短搅拌叶，除再分布器开口位置的其他位置设置长搅拌叶。搅拌叶设置在再分布器开口位置，在静止时候，可以阻止破碎后的瓶片往下掉落，搅拌的时候，通过对搅拌叶的速度控制，限制瓶片下落的速度，搅拌越快瓶片下落的速度就越快；同时，此时，设置在再分布器开口位置的搅拌叶可采用短搅拌叶即可，节约了搅拌叶的成本。

2）清洗装置的上方还沿生产线方向依次设置计量装置和振动筛，振动筛设置在计量装置出料口的正下方，振动筛再与清洗装置的进料口管道连接，这样，振动筛可将瓶片切片中的机械杂质筛除，同时，计量装置的设置可对进入振动筛以及清洗装置的瓶片切片进行定量，并且，通过对进入振动筛的瓶片切片进行限量，可提高振动筛的过滤效率。 

3）再分布器为漏斗形，使瓶片切片具有向下流动的趋势力，下料更顺畅。 

4）于上、中、下腔体对应的本体外分别设有一传热夹套，每个传热夹套与一传热介质管道连通，通过调节传热介质的温度，可对本体内部的温度进行相应的调整。 

本实用新型的废旧聚酯瓶片的回收装置均可做进一步的改进： 

1）清洗装置出气口与冷却装置连接，冷却装置再与清洗装置的上部连通，这样，从清洗装置出气口排出的乙二醇蒸汽可经过冷却再次通入清洗装置的上部内进行利用。

2）清洗装置和提升装置的底部均通过第一输送泵与净化装置连通，净化装置再通过第二输送泵分别与提升装置和清洗装置连通，清洗装置和提升装置产生的污液体的主要成分是乙二醇和低分子量的酯化物，经过第一输送泵将这些送入净化装置回收其中的乙二醇，可实现乙二醇的循环利用，其中，净化装置可采用活性炭+活性炭白土为滤材的压滤机方式或采用活性碳球固定床方式，这些结构均为本领域公知结构，在此不做赘述。 

2）后醇解反应器的加热装置可采用内部装有热媒的内盘管来实现。 

3）后醇解反应器的外侧可设置保温装置。 

4）后醇解反应器内设有搅拌装置。 

5）清洗装置上的乙二醇蒸汽管道的另一端与后醇解反应器的顶部连通，当后醇解反应器内形成的乙二醇蒸汽过量时，可从后醇解反应器的顶部通过管道进入清洗装置内，作为清洗装置醇解反应的热源和清洗源，可使热量和乙二醇得到充分、有效的利用。 

6）提升装置为采用若干部输送装置顺序组合而成的结构，每部输送装置的中部或上部与乙二醇液体管道连通，其中的乙二醇液体可起到对经过清洗装置清洗的瓶片切片进行冲洗使挂留在瓶片切片表面的污物彻底清除的作用，并且，可根据原料的清洁程度，将适当数量的输送装置组合在一起。 

7）后醇解反应器的底部依次与第三输送泵、过滤装置连通，过滤装置可过滤除去剩余的杂质；在具体实施过程中，输送泵多采用齿轮泵。 

另外，本实用新型的废旧聚酯瓶片回收工艺可进一步改进： 

1）通入提升装置的乙二醇液体的温度为110～190℃，既可提高冲洗的效率，又可避免整个系统在工作过程中升温、降温造成的能量损耗，另外，整个装置系统均采用乙二醇作为溶剂和热源，使能量得到了充分的利用。

2）净化装置的操作温度为110~190℃，避免升温、降温造成的能量损耗。 

3）后醇解反应器内的停留时间为60~110min，避免醇解反应时间太长，熔体容易变色，醇解时间太短，熔融不彻底。 

附图说明

图1为本实用新型的废旧聚酯瓶片清洗装置的内部结构图； 

图2为本实用新型的废旧聚酯瓶片清洗装置沿A-A线的剖视图；

图3为本实用新型的中腔体的结构图；

图4为本实用新型的废旧聚酯瓶片回收装置的结构简图；

图5为本实用新型的提升装置的结构图。

具体实施方式

现结合附图具体说明本实用新型的3种较佳实施方式： 

实施例1

结合图1~3，废旧聚酯瓶片清洗装置：包括本体1，本体1的顶部分别设有进料口5和出气口6；本体1的底部设有出料口23；本体1内自上而下间隔固定设置至少两个再分布器7，再分布器7将本体1间隔分成上、中、下腔体（8、9、10）；一旋转轴11贯穿各再分布器开口13设置，旋转轴11的上端与动力装置14传动连接、下端与固定在清洗装置1内的支撑装置4转动连接；在每个再分布器开口13位置的旋转轴11上设置短搅拌叶15，除再分布器开口13位置的旋转轴11上设置长搅拌叶27；每个再分布器7上均设置数个通孔17；本体1与乙二醇蒸汽管道22连通；另外，于上、中、下腔体（8、9、10）对应的本体外分别设有一传热夹套21，每个传热夹套21与一传热介质管道40连通（图3为中腔体的结构图，上腔体和下腔体的结构均与中腔体相同），通过调节传热介质的温度，可对本体内部的温度进行相应的调整。

采用上述清洗装置进行的清洗工艺，主要包括以下步骤：（1）通入本体1内的高温乙二醇蒸汽，通过通孔17在本体内扩散开来，同时，旋转轴11、搅拌叶15开始转动；（2）将经初步清洗破碎后的大块瓶片切片送入清洗装置1内，瓶片切片自上而下依次通过短搅拌叶15和长搅拌叶27的间隙和各个再分布器7的开口逐渐下落，此时，乙二醇蒸汽也穿过瓶片切片，对瓶片切片进行清洗；（3）最后，经过清洗的瓶片切片从清洗装置1底部的出料口23排出，多余的乙二醇蒸汽从出气口6排出；其中，上、中、下腔体（8、9、10）的温度依次分别为：100℃、140℃、190℃，相应的停留时间分别为：50、60、85，乙二醇通入量为0.27 kg/kg·h。本实用新型的乙二醇通入量为单位时间每千克瓶片切片对应的乙二醇蒸汽的重量。 

如图4所示，废旧聚酯瓶片回收装置：在上述清洗装置的基础上增加了沿生产线顺序设置的提升装置24、破碎机25、后醇解反应器26，其中，清洗装置出料口23正下方设置提升装置24，提升装置出料端的下方设置破碎机25，破碎机25与后醇解反应器26连通，后醇解反应器26上设有乙二醇液体管道264，且，后醇解反应器26内设有内部装有热媒的内盘管261和浆式搅拌器262。 

根据上述回收装置进行的回收工艺：在上述清洗工艺的基础上增加了以下步骤：清洗装置排出的瓶片切片经过提升装置24的提升至一定高度后，落入破碎机25内，破碎后的瓶片切片进入后醇解反应器26内进行熔融，后醇解反应器26的温度为250℃，停留时间为110min，其他步骤与回收工艺Ⅰ相同。 

实施例2 

废旧聚酯瓶片的清洗装置与实施例1的清洗装置结构相同。

废旧聚酯瓶片的清洗工艺与实施例1的清洗工艺不同之处在于：上、中、下腔体（8、9、10）的温度依次分别为：150℃、180℃、210℃，相应的停留时间分别为：44、44、70，乙二醇通入量为0.32 kg/kg·h，其他步骤均与实施例1的清洗工艺步骤相同。 

废旧聚酯瓶片的回收装置与实施例1的回收装置结构相同。 

废旧聚酯瓶片的回收工艺与实施例1的回收工艺的不同之处在于：后醇解反应器26的温度为272℃，停留时间为75min，其他步骤均与实施例1的回收工艺步骤相同。 

实施例3 

废旧聚酯瓶片的清洗装置与实施例1的清洗装置结构相同。

废旧聚酯瓶片的清洗工艺与实施例1的清洗工艺不同之处在于：上、中、下腔体（8、9、10）的温度依次分别为：180℃、210℃、240℃，相应的停留时间分别为：30、30、55，乙二醇通入量为0.54kg/kg·h，其他步骤均与实施例1的清洗工艺步骤相同。 

废旧聚酯瓶片的回收装置与实施例1的回收装置结构相同。 

废旧聚酯瓶片的回收工艺与实施例1的回收工艺的不同之处在于：后醇解反应器26的温度为290℃，停留时间为60min，其他步骤均与实施例1的回收工艺步骤相同。 

现将实施例1~3的反应条件以及检测结果列举如下，其中，表1为实施例1~3中清洗工艺的反应条件及结果；表2为实施例1~3中回收工艺的反应条件及结果： 

表1 实施例1~3的清洗工艺反应条件及结果测定

上述实施例1~3中的数据仅为本实用新型无数实验数据截取的一部分，其中，瓶片切片的失重率越高表示瓶片切片的清洁度越高，从表1可看出，废旧聚酯瓶片清洗工艺通过将本体1的上、中、下腔体（8、9、10）中的温度、停留时间以及本体1的乙二醇通入量进行限定，使得瓶片切片在经过本实用新型的清洗装置本体1后，既可对瓶片切片表面的油污、油漆等难清理的污物进行清除，又可将醇解反应程度控制在最小范围内，以减少资源的浪费。

瓶片切片失重速率由阿伦尼乌斯方程计算得到，阿伦尼乌斯方程是化学反应的速率常数与温度之间的关系式，适用于基元反应和非基元反应，甚至某些非均相反应。其不定积分形式为：　或　

，其中：

为反应的速率常数；

称为指前因子/阿伦尼乌斯常数，单位与 

相同；

为反应的活化能，单位为焦（J）或千焦（kJ），在温度变化范围不大时被视为常数；

为气体常数；

为绝对温标下的温度，单位为开尔文（K）。因此，lnk与1/T在较短温度范围内呈正相关，此时，直线方程相对应的斜率为11250，即为Ea/R的值；本实用新型的修正系数为0.817^0.66；而阿伦尼乌斯常数为1.0×10⁷，因此，本实用新型的瓶片失重率的计算公式为：瓶片失重率=k*停留时间=1.0×10⁷×exp（-11250/(操作温度+273.15)）×0.817^0.66×停留时间。 

从上表中可看出，实施例1~3得到的瓶片切片失重量为4.74~6.21%，但是，本实用新型的清洗工艺的上、中、下腔体的温度、停留时间以及乙二醇通入量不限于以上数据或数据范围，通过对上、中、下腔体的温度、停留时间以及乙二醇通入量进行相应的调整，只要能够控制瓶片切片失重量在4~7%，均可解决本实用新型的技术问题。 

表2 实施例1~3的回收工艺反应条件及结果 

实施例	反应温度（℃）	停留时间（min）	熔融情况
				1	250	110	完全熔融
2	272	75	完全熔融
				3	290	60	完全熔融

由于后醇解反应器26的反应温度和停留时间由最终的熔融情况决定，因此，瓶片切片完全熔融所需的反应温度与停留时间之间是反相关的。并且，在反应温度在250~290℃范围内均可通过调整对应的停留时间，使瓶片完全熔融。

实施例1~3均为本实用新型的最佳实施方式，当然，搅拌叶可设置在本体内任意位置的旋转轴上，均可起到将瓶片切片搅拌均匀和对瓶片切片的下降进行限速的作用，但是，当搅拌叶设置在再分布器开口13位置时，搅拌叶的长度最短，节约成本；再分布器7的个数也可以是一个，但是，这样的话，瓶片切片的下降速度以及停留时间均不易控制；后醇解反应器26内的搅拌装置262也可以采用其他各种能够实现混合作用的搅拌器，但是，浆式搅拌器的转速较慢、推力大，更适合粘稠状液体的搅拌；再分布器7的形状不限于漏斗形，也可以为阶梯形、中部倾斜向下的不规则形状等，但是，漏斗形再分布器的结构简单，瓶片切片的流动性好，且各径向方向上受力均匀，下滑速度均匀。 

实施例1~3的废旧聚酯瓶片清洗装置均可做进一步的改进： 

1）清洗装置的上方沿生产线方向依次设置计量装置34和振动筛35，振动筛35设置在计量装置出料口341的正下方，振动筛35再与清洗装置的进料口5管道连接（如图4所示），这样，振动筛35可将瓶片切片中的机械杂质筛除，同时，计量装置34的设置可对进入振动筛35以及清洗装置的瓶片切片进行定量，并且，通过对进入振动筛35的瓶片切片进行限量，可提高振动筛35的过滤效率；

2）于上、中、下腔体（8、9、10）对应的本体外分别设有一传热夹套21，每个传热夹套21与一传热介质管道40连通（如图3所示），通过调节传热介质的温度，可对本体内部的温度进行相应的调整，操作方便。

实施例1~3的回收装置还可做如下改进： 

1）清洗装置出气口6与冷却装置31连接，冷却装置31再与清洗装置1的上部连通（如图4所示），这样，从清洗装置出气口6排出的乙二醇蒸汽可经过冷却再次通入清洗装置内进行利用。 

2）清洗装置和提升装置24的底部均通过第一输送泵28与净化装置29连通，净化装置29再通过第二输送泵30分别与提升装置24和清洗装置1的中部连通（如图4、5所示），清洗装置1和提升装置24产生的污液体的主要成分是乙二醇和低分子量的酯化物，经过第一输送泵28将这些送入净化装置29回收其中的乙二醇，可实现乙二醇的循环利用；其中，净化装置29可采用活性炭+活性炭白土为滤材的压滤机方式或采用活性碳球固定床方式，这些结构均为本领域公知结构，在此不做赘述。 

经过乙二醇液体管道的乙二醇液体最好为高温乙二醇液体，可提高冲洗效果。 

3）后醇解反应器26的外侧可设置外夹套263（如图4所示），可起保温作用。 

4）与清洗装置1连通的乙二醇蒸汽管道22的另一端与后醇解反应器26顶部连通（如图4所示），当后醇解反应器26内形成的乙二醇蒸汽过量时，可从后醇解反应器26的顶部通过管道进入清洗装置1内，作为清洗装置1醇解反应的热源，可使热量得到充分、有效的利用。 

5）提升装置24为采用若干部输送装置243顺序组合而成的结构，每部输送装置243的中部或上部设有乙二醇液体管道242（如图5所示），其中的乙二醇液体可起到对经过清洗装置1清洗的瓶片切片进行冲洗使挂留在瓶片切片表面的污物彻底清除的作用，并且，可根据原料的清洁程度，将适当数量的输送装置243组合在一起。 

6）后醇解反应器26的底部依次与第三输送泵32、过滤装置33连通（如图4所示），过滤装置33可过滤除去剩余的杂质；在具体实施过程中，输送泵32多采用齿轮泵。 

实施例1~3的回收工艺均可进一步改进： 

1）通入提升装置24中的乙二醇液体的温度为110～190℃，既可提高冲洗的效率，又可避免整个系统在工作过程中升温、降温造成的能量损耗，另外，整个装置系统均采用乙二醇作为溶剂和热源，使能量得到了充分的利用。

2）净化装置29的操作温度为110～190℃，避免升温、降温造成的能量损耗。 

    采用本实用新型得到的醇解熔体可用于多种生产过程，其中常见的两种再聚合方式为：（1）将过滤后的醇解熔体直接输送至缩聚工序36；（2）将过滤后的醇解熔体与聚酯材料的原料按一定比例混合进行混合共线生产。用再聚合的方式可得到性质均一的高质量聚酯熔体，可满足高品质聚酯短纤维、长丝的纺丝、聚酯瓶级切片等产品的生产需求。 

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。 

Claims (6)

1.废旧聚酯瓶片的清洗装置，包括本体，本体的顶部分别设有进料口和出气口；本体的底部设有出料口，其特征在于：本体内自上而下间隔固定设置若干个再分布器；一旋转轴转动固定于本体的底部并贯穿各再分布器开口设置，旋转轴的上端与动力装置传动连接；本体内任意位置的旋转轴上设置搅拌叶；每个再分布器上均设置数个通孔；本体底部与乙二醇蒸汽管道连通。

2.根据权利要求1所述的废旧聚酯瓶片的清洗装置，其特征在于：本体内自上而下间隔固定设置至少两个再分布器，再分布器将本体间隔分成上、中、下腔体。

3.根据权利要求1所述的废旧聚酯瓶片的清洗装置，其特征在于：在再分布器开口位置设置短搅拌叶，除再分布器开口位置的其他位置设置长搅拌叶。

4.根据权利要求1所述的废旧聚酯瓶片的清洗装置，其特征在于：振动筛设置在计量装置出料口的正下方，振动筛再与清洗装置的进料口管道连接。

5.根据权利要求1所述的废旧聚酯瓶片的清洗装置，其特征在于：再分布器为漏斗形。

6.根据权利要求2所述的废旧聚酯瓶片的清洗装置，其特征在于：于上、中、下腔体对应的本体外分别设有一传热夹套，每个传热夹套与一传热介质管道连通。

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