废旧塑料回收改性再造粒

本科毕业论文

题 目 年产1200吨聚丙烯/聚乙烯混合废塑料分离及改性再造粒的生产车间的设计 作 者： 杨成 专 业： 高分子材料与工程 指导教师： 张军 完成日期： 2021年6月

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摘 要

聚乙烯和聚丙烯树脂是应用专门广泛的高分子材料，其各类性能优良。因此在生活中充斥着大量的聚丙烯/聚乙烯的废旧塑料。本文介绍了国内外废旧塑料的回收利用现状，说明了聚乙烯/聚丙烯材料的性能及其应用，聚乙烯/聚丙烯材料的改性方法和挤出造粒工艺的选择。

本设计采纳聚乙烯/聚丙烯混合废塑料为原料，以密度分离法将其分离，采纳填充改性法对其进行改性。设计出一条合理的分离、改性及挤出再造粒生产工艺流程。确定各个工艺参数和设备，以实现聚乙烯/聚丙烯废旧塑料的回收再利用。

关键词：聚乙烯/聚丙烯，废旧塑料，挤出造粒，工艺流程

ABSTRACT

Polyethylene and polypropylene resin are widely used polymer materials which have many excellent properties. Therefore, much waste polypropylene and polyethylene plastics was everywhere in regular life. the current status of domestic waste plastics recycling utilization were introduced in this paper briefly. the performance, the application, the modified methods and selection of extrusion granulation process were illustrated.

The waste polyethylene and polypropylene plastics mixture were taken as raw material in this design. The waste polyethylene and polypropylene plastics were separated by the density separation method and modified by filling modification method. A reasonable separation, modification and extrusion process was designed. The process parameters and equipments were determined to realize the recycling of the waste polyethylene and polypropylene plastics mixture.

Keywords: Polyethylene / polypropylene, waste plastics, extrusion, process

目 录

摘 要 ...........................................................................................................................................

ABSTRACT ................................................................................................................................. I

第一章 绪 论 ............................................................................................................................. 0

1.1项目要求 ............................................................................................................................ 0 1.2聚乙烯/聚丙烯 ................................................................................................................... 0 1.3聚乙烯/聚丙烯的应用 ....................................................................................................... 0

1.3.1聚乙烯产品用途 ...................................................................................................... 0 1.3.2 聚丙烯产品用途 ..................................................................................................... 1 1.4废旧塑料回收利用现状 .................................................................................................... 2

1.4.1 国内 ......................................................................................................................... 2 1.4.2 国外 ......................................................................................................................... 3

第二章 生产工艺及设备参数 ..................................................................................................... 5

2.1工艺选择 ............................................................................................................................ 5

2.1.1聚乙烯/聚丙烯混合废塑料的分离工艺选择 ......................................................... 5 2.1.2聚乙烯/聚丙烯改性方法的比较与选择 ................................................................. 7 2.1.3 聚乙烯/聚丙烯的挤出造粒工艺选择 .................................................................... 9 2.1.4 工艺流程图 ........................................................................................................... 10 2.2设备选型 .......................................................................................................................... 11

2.2.1 设备选型的总体原那么 ....................................................................................... 11 2.2.2 挤出造粒设备选择 ............................................................................................... 12 2.2.3高速混合机选择 .................................................................................................... 13 2.2.4平板切粒机选择 .................................................................................................... 13 2.3物料衡算 .......................................................................................................................... 13 第三章 公用工程 ....................................................................................................................... 15

3.1耗电 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2排风设备 .......................................................................................................................... 15 3.3噪音 .................................................................................................................................. 15 3.4通风设计 .......................................................................................................................... 15

3.5用水 .................................................................................................................................. 15 3.6排水 .................................................................................................................................. 15 第四章 物流运输 ....................................................................................................................... 16

4.1道路及运输 ...................................................................................................................... 16 4.2包装 .................................................................................................................................. 16 第五章 厂房设计 ....................................................................................................................... 17 第六章 生产编制及时刻安排 ................................................................................................... 18

6.1生产 .......................................................................................................................... 18 6.2人员安排 .......................................................................................................................... 18 6.3作息时刻安排 .................................................................................................................. 18 第七章 成本与利润核算 ........................................................................................................... 19

7.1固定投资估算 .................................................................................................................. 19 7.2年均成本估算 .................................................................................................................. 19 7.3年利润估算 ...................................................................................................................... 20 7.4回报年限估算 .................................................................................................................. 20 参考文献 ....................................................................................................................................... 21 致 谢 ........................................................................................................................................... 22

第一章 绪 论

1.1项目要求

本项目是年产1200吨的聚乙烯/聚丙烯混合废塑料分离及改性再造粒的生产车间设计。

1.2聚乙烯/聚丙烯

〔1〕聚乙烯〔简称PE〕是通用合成树脂中产量最大的品种，其种类要紧有低密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和一些具有其他特性的聚乙烯产品。

a.聚乙烯物理性能：聚乙烯是一种白色的材料，呈半透亮状，密度约为0.94g/cm3，没有毒性，具有良好的介电性能。聚乙烯材料的透水率较低，聚乙烯材料的结晶度越高，其透亮度就越低，而在一定的结晶度下，聚乙烯材料的分子量越大，其透亮度就会越高。高密度聚乙烯的熔点在132-135℃左右，低密度聚乙烯的熔点那么比较低，约112℃左右。聚乙烯常温下一样不溶于溶剂中，超过70℃时就可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶剂中。

b.聚乙烯化学性能：聚乙烯的化学稳固性良好，在室温下耐各种化学物质的腐蚀，和硫酸除外，这两种酸能有效的破坏聚乙烯材料。

〔2〕聚丙烯〔简称PP〕是一种热塑性树脂，由丙烯聚合而得。依照结构来分有等规物、无规物和间规物三种构型，工业上以等规物为要紧成分。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内，目前聚丙烯行业正处在一个其快速的进展关键时期[1]。

a.聚丙烯物理性能：其物理特性为半透亮的无色固体，无臭无毒。由于聚丙烯的结构规整，同时其结晶度专门高，故熔点高达167℃，聚丙烯材料可进行蒸汽消毒，密度约为0.90g/cm3，是最轻的通用塑料。

b.聚丙烯化学性能：耐腐蚀，抗张强度30MPa，在冲击强度方面和材料的透亮性方面

都比聚乙烯要好。聚乙烯的缺点同样明显：耐低温冲击性差，在空气中容易老化，这两个缺点能够通过改性来进行改进[2]。

1.3聚乙烯/聚丙烯的应用

1.3.1聚乙烯产品用途

〔1〕汽车制造及其他机械工业

在汽车工业中，聚乙烯应用较为广泛，要紧是高密度聚乙烯，能够用于制造齿轮等一些小部件。由于其制作的灵活性，质量轻等优点，高密度聚乙烯零件的市场正逐年增大。而具有更高的耐热性、耐油性和耐冲击回弹性的聚乙烯材料那么用于制作汽车的爱护囊和

燃料软管，同样具有良好的市场。

除了一些小零件，高密度聚乙烯还可用于制作汽车油箱、行李衬里、档风玻璃水洗槽和护档板等。例如将HDPE燃油箱进行氟化和磺化处理及采纳多层共挤出吹塑成型，那么可使油箱有效幸免汽油渗透。除了这些，聚乙烯还可制作颈、旋流器、减震器护管、工具箱等[3]。

除了汽车工业，在纺织机械领域，聚乙烯材料也有专门大发挥空间，如制作纺织织机上的皮结，耐冲击次数可由100万次提高到500-1500万次，使用寿命可延长5-10倍。 〔2〕电子电气行业

在导电性能方面，超高分子量聚乙烯比通常的导电塑料薄膜的导电性高100倍，因此能够用来生产喷漆用的软管制造材料和低噪音电缆的屏蔽材料以及其他有高导电性要求的电子产品。

超高分子量聚乙烯的绝缘性良好，国外用来取代微孔橡胶隔板等制造酸性铅蓄电池隔板并已向大型化进展[3]。除绝缘性外其耐低温性能也专门好，可用来制造工业中的耐低温部件，在超温超导领域中是种理想的绝缘材料。聚乙烯材料对放射线有专门好的遮挡作用，因此可用来制造原子能发电站的遮挡板。 〔3〕管材制造

通过交联改性后的聚乙烯管材具有较高的耐热性，且耐应力开裂、抗蠕变和机械强度高，可用来制造建筑工程用的冷热水器、套管、电线电缆阻燃管、饮用水管、排水排污管、油气管、煤气管等，聚乙烯管材具有PVC管及镀锌管所不具有的各种优点，且与不锈钢管相比占有价格优势。聚乙烯材料制作的热水管具有质轻、耐锈蚀、耐蠕变性好等优点，是家庭热水系统中最具竞争力的热水管材。 1.3.2 聚丙烯产品用途 〔1〕包装材料

目前，包装材料和加工都向着越来越〝轻〞的方向进展，而发泡塑料在这方面明显具有优势。现在微波炉和微波食品在人们的日常生活中越来越常见，而交联发泡聚丙烯片材热成型的食品容器的耐热性可达130℃，而且耐高温，耐沸水稳固性专门好，其热成型的盘子等各类容器在低温下的冲击强度较高，且表面感受舒服柔软，可在低温情形下使用。聚丙烯的化学结构决定了它的降解性能比聚乙烯强，故在一次性包装方面具有明显的优势。据统计，我国目前每年的一次性餐具消耗量约为180亿个[4]。这些一次性餐具由于消耗大量木材必将带来更大的环境危害。而聚丙烯制品的制造过程中，假如不加入抗氧剂等添加剂，会在阳光下专门容易老化降解碎化成粉状。利用聚丙烯的这一特性，采纳发泡聚丙烯片材制作的一次性餐

具是比较理想的环保餐具。 〔2〕隔热材料

发泡聚丙烯材料的热导率比发泡聚乙烯材料的低，且绝热性能更好，在耐高温方面，发泡聚丙烯材料能耐120℃的高温。因此发泡聚丙烯材料必将作为高级保温绝缘材料来应用，可用来制造使用温度要求超过100℃的隔热材料。国外广泛将其用于聚苯乙烯和聚乙烯发泡片材耐热性达不到要求的场合，例如用于90～120℃热载体循环蓄电池的隔热材料、汽车顶棚材料、发动机和车间的隔热材料等。发泡聚丙烯材料作为空调保温管有着庞大的市场，还可用作石油化工管道的保温材料、自来水管防冻保温套、热水管、暖房、贮槽的热绝缘材料等。 〔3〕汽车零部件

聚丙烯除了具有各类优良性能外，可回收再利用也是其一个重要特点，在汽车等行业已成为人们优先考虑选用的替代材料。近年来，发泡聚丙烯材料在汽车工业内作为内装饰的应用日益广泛，可加工成地毯支撑材料、遮光板、隔音板、行李架、内装饰件、盖子、箱体等。为了节约能量的消耗,，现代汽车要求减轻质量，用更多的塑料替代其他材料无疑是今后的进展方向。

1.4废旧塑料回收利用现状

1.4.1 国内

随着工业的进展，各类塑料制品已进入千家万户，而随之而来的是塑料废弃物也日益增多。各种塑料包装物、塑料容器、塑料玩具和文具、塑料鞋、塑料家电外壳、车辆保险杠、塑料管材、工业废料等等，随处可见，造成了极大的环境污染。而据有关数据显示，2020年我国国内仅废旧塑料回收量就已高达1500万吨。 目前，我国废旧塑料现有的要紧处理方式有三种 〔1〕填埋

由于塑料制品多为大分子结构材料制作，因而废弃后不易腐烂，且质量轻体积大，在户外易随着空气或水流移动。因此，人们利用地势建设填埋场，对其进行卫生填埋。卫生填埋法建设投资少、运行费用低，长久以来一直差不多上最常用的处理方法，但填埋处理有着明显的缺点：占用空间大，白费大量的土地资源。

〔2〕焚烧

另一要紧的处理方法是焚烧回收热能法。其优点是处理量大、成本低、效率高，与填埋法相比，焚烧处理对废旧塑料有了一定的利用，差不多变废为宝。但焚烧处理的缺点同样明显：由于在现实生活中塑料的种类有专门多，且专门多塑料制品质量不达标，使塑料

中含有专门多的对人体有害的物质及一些重金属化合物，这些塑料在焚烧的过程中，会产生一氧化碳及其他许多的有害物质。对环境造成专门大的污染。

〔3〕回收再造粒

除了以上两种方法，将废旧塑料回收后进行再造粒，是废旧塑料回收技术的一大进步。利用专用的造粒设备，可将废旧聚乙烯、聚丙烯等塑料通过合理的分离方法分离，在改性后再造粒。同填埋法和焚烧法相比，废旧塑料再造粒实现了真正意义上的资源循环利用。我国在回收废旧塑料并进行再造粒方面起步较早，为节约资源和爱护环境作出了庞大奉献。尽管如此，我国绝大多数企业却仍处于小规模无序化的生产经营方式，还存在许多的问题：①由于废塑料加工户比较分散，大多仍处于一种集收集生产销售为一体的三合一的家庭作坊式的生产经营方式，生产场地简单，加上易燃物品乱堆放，安全隐患较多[5]。②在废旧塑料的加工过程中会产生大量的污染物，而大部分企业未认识到污染问题，因而缺乏污染物治理能力，产生的废水杂质和剩余废料在一样情形下未经处理就被直截了当排放焚烧或随意丢弃，对周围环境的污染专门严峻。 1.4.2 国外

在发达国家中，固体废弃物中的废塑料约为4%一10%(质量分数)，要紧来自于废弃包装物、汽车垃圾和工业废料。废塑料中各品种所占的质量分数分别为:低密度聚乙烯(LDPE)27%，高密度聚乙烯(HDPE)21%，聚丙烯(PP)18%，聚苯乙烯(PS)16%，聚氯乙烯(PVC)7%[6]。能够看出，在废旧塑料中聚乙烯和聚丙烯占有相当大的比重，由于其回收的利用价值高，聚乙烯和聚丙烯的耐老化性能优异，近年来，聚乙烯和聚丙烯废旧塑料的回收利用受到了极大的关注。

〔1〕美国

据美国化学委员会统计，在2020年，美国的塑料瓶回收率已超过99.7%。迫于消费者和零售商的压力，产量占美国80%以上的几家塑料袋生产商在2020年4月22日郑重对外承诺：到2021年将使塑料袋的回收利用率提高至40%。

2020年6月，PWP工业公司已在西弗吉尼亚州投产了8万平方英尺的消费后塑料循环回收利用中心，第二个中心，PWP工业公司与可口可乐亚特兰大塑料循环回收利用公司一起，将PETE塑料瓶转化成食品和医药治理局认可的食品级适用材料。

在2020年6月，美国波士顿的东北大学研究人员宣布，该研究团队开发了一种可将非生物降解塑料破解后形成燃料的废弃物燃烧器，从而极大的减少了有害排放物的排放。该设施可用于驱动大型发电厂，与塑料回收中心相连接，以供应稳固的燃料来源。 〔2〕欧洲

据位于布鲁塞尔的欧洲塑料制造和回收集团统计，2020年欧洲塑料回收率已达到54%，2020年欧洲塑料需求增长至5280万吨，其中有50%的塑料被回收利用，20.6%循环回收，29.5%回收用作能量。从欧盟27个成员国和2个非成员国的统计数据来看，2020年欧洲塑料废弃物总量约为2490万吨，其中63%来自塑料包装。由此不难看出，欧盟专门重视废塑料的回收和利用，欧洲国家的多数市民都能自觉地将包装废弃物分类。

据有关数据显示，目前在欧洲，塑料的应用收益比塑料制品生产和回收过程中的排放高出数倍。据了解，在过去的10年间，欧盟塑料加工行业已投资超过5000万欧元用来促进对塑料废弃物的治理，具有显著成效。按废塑料质量统计，2020年平均回收率为51.3%，比上年增加了1.7%。其中，瑞士废塑料回收工作做得最好，回收率达99.5%，丹麦和德国紧随其后，回收率分别达96.5%和96.3%[7]。

依照欧洲两家行业协会公布的数据来看，2020年欧洲分类后的PET瓶回收率增长了9.4%，达到159万吨。据欧洲PET容器回收协会和欧洲塑料回收协会联合公布的一份报告称，2020年，欧洲市场PET瓶的总体回收率达了51%。2020年超过50%的回收PET瓶被用于生产包装用容器或薄板，另外39%用来生产纤维。在同意调查的国家中，1/3国家的回收率超过了70%。 〔3〕日本

除美国和欧洲外，日本的废塑料回收利用也专门具有代表性。据日本塑料工业联合会称，2020年日本废旧塑料总量为998万吨。而回收利用的废塑料就有758万吨，占到排放总量的76%。

第二章 生产工艺及设备参数

2.1工艺选择

2.1.1聚乙烯/聚丙烯混合废塑料的分离工艺选择

废旧塑料的分离方法要紧有以下几种： （1）手工分离法

这种方法是依照不同塑料的物理性能的差异，利用人力进行手工分离的方法。其分离步骤为：先去除废旧塑料中的金属和非金属杂质，以及其他一些能够看见的不能回收再利用的杂质。再将不同品种的塑料制品进行简单的分类，以便于后面的生产加工。 表2-1 各种塑料的外观性状区别 种类 聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚氯乙烯

透亮性 半透亮 半透亮 透亮 较透亮

脆韧性 韧 韧 脆 柔而韧

光泽性 较差 较差 专门好 有光泽

软硬性 硬 硬 较硬 软或硬

手感 滑腻、蜡状

蜡状

〔2〕静电分离法

这种方法利用塑料在静电感应后具有不同带电特性进行分离，与密度无关。 分离步骤是先将废旧塑料干燥，然后粉碎成10mm3，最好是6mm3以下的小块，加入1×10-6级的调剂剂和表面活性剂等，提高其磨擦带电性，通过强力搅拌，使之磨擦带电，不同塑料那么会产生相反的电荷[8]。

当带不同极性电荷的塑料落体通过120kV的高压电场时，受到两极的吸引，带正电荷的被吸到负极一侧，带负电荷的那么被吸到正极一侧。此装置底部有两块挡板，可使不带电荷的塑料粒子重新返回装置，进行分离。

不同的塑料经磨擦后产生的电荷的差异越大，其分离的成效就越好，效率也越高。当塑料混合物只有两种塑料时采纳这种方法最好。假如塑料混合物的种类过多便专门难达到理想的分离成效。在多种塑料混合物中，只有聚氯乙烯易于分离出来，因为聚氯乙烯总是带负电荷。

〔3〕熔融分离法

此法是利用塑料的熔融温度不同来进行分离的。第一是将混合废塑料放置于传送带上，然后通过较低一级塑料熔融温度上的加热室，这种塑料那么会熔融同时附着在传送带

上，用机械收集。尚未熔融的塑料连续运行，通过较高一级塑料熔融温度上的加热室，以同样方法分离。直到剩下最后一种未被熔融的塑料，将其收集起来。 〔4〕温差分离法

由于不同塑料的脆化温度不同，可将混合废塑料有选择地进行脆化粉碎，以实现混合废塑料的分离。聚氯乙烯与聚乙烯的混合物最适合用这种方法进行分离，因为聚氯乙烯的脆化温度为-41℃，而聚乙烯的脆化温度在-100℃以下。其方法是：将混合废塑料投入冷却器中，温度调剂至较高一级的脆化温度，然后送入粉碎机中粉碎，那么脆化温度高的就会被粉碎，如此即可将其与其他塑料分离开来。 〔5〕密度分离法

此法是利用不同塑料具有不同密度从而对混合塑料进行分离的，要紧有静置分离和旋液分离两种方法。

静置分离法是利用在一定密度的液体中，不同密度的塑料浮沉现象的不同，使之分离的一种方法。这种方法的优点是：简单易行，只要能配制出合适的分离溶液，就能将密度差较大的品种分离开。平经常用的分离液有饱和食盐水溶液、酒精溶液、水等。缺点是：假设以水为分离液，由于塑料的表面活性不同，有些塑料会带着气泡浮在水面上，阻碍分离成效。现在需用表面活性剂对塑料进行预处理，使其充分浸润，然后再进行分离。

旋液分离法是利用水力旋流器和浮沉法相结合，有效的将密度大于或小于1g/cm3的塑料分离的一种方法。但其密度差最好能为0.5g/cm3左右，例如聚丙烯和聚氯乙烯的分离，分离率可高达99.9%。分离步骤：将废旧塑料粉碎后进行清洗和预处理，再用离心泵定量定速地送入水力旋流器中，密度小的塑料就会从上部排出，将其收集后，通过振动筛脱水即可。

〔6〕风筛分离法

这种方法的分离步骤是：第一将废旧塑料粉碎，然后从上方投入风筛分离装置，使空气从横向或逆向吹过，由于不同的塑料和杂志对对气流的阻力和自重形成的合力不同，故可将不同的塑料和杂志分离开来。这种分离方法一样适用于密度差比较大的塑料之间的分离。而分离物的大小、形状将直截了当阻碍分离的成效。由于许多塑料密度差较小，且同种塑料的密度也有差异等因素，因此严格长度的选择是做不到的。风筛分离装置要紧有立式、横式、涡流式3种[9]。

由于聚乙烯与聚丙烯塑料在外观及物理性能上无太大差异，故不选择手工分离法和静电分离法，又由于两者熔融温度较为接近，切熔融后不易分离，因此也不选择熔融分离法，再综合考虑分离的难易程度和分离成本，本设计最终选择密度分离法中的静置分离法，分

离溶液选择食盐水溶液。该法的特点是简单易操作，且分离成本低〔仅需分离溶液用水〕。 2.1.2聚乙烯/聚丙烯改性方法的比较与选择 化学改性要紧有以下几种：

〔1〕接枝改性：PE是非极性聚合物，接枝改性后可给予PE以极性，从而改进PE的涂饰性、粘接性、油墨印刷性。接枝改性后的PE可作为挤出复合膜的粘接层、热溶胶，也可作为PE与各种极性聚合物共混用的相容剂。接枝聚合物可不能改变PE的骨架结构，在保持PE原有特性的同时又将具有各种功能的极性单体接枝到PE主链上，增加了新的功能，是一种简单而有效的PE极性功能化方法。而对PP进行接枝改性与PE类似，在PP的分子链上引入适当极性的支链，增加了新的性质，又改善其性能上的不足。因此接枝改性是扩大PP应用范畴的一种简单易行的方法[10]。 〔2〕共聚改性：在一定程度上，以乙烯单体或丙烯单体为主的共聚改性可改进均聚PE或PP的冲击性能、透亮性和加工流淌性，它是提高PE或PP的韧性的最有效的手段。将乙烯和丙烯混合在一起后聚合，在其聚合物的主链中无规那么地分布着乙烯和丙烯链段，乙烯那么起着阻止聚合物结晶的作用。

〔3〕交联改性：PE的交联方法差不多与PP一样，有化学交联和辐射交联两种。但关于PE来说，辐射交联的同时其降解也十分严峻，因此辐射交联的成效专门有限，故一样我们选择化学交联。通过交联改性后可有效提高PE的力学性能和耐热性。交联改性大大提高了PE的物理机械强度，同时其耐环境应力开裂性、耐腐蚀性、抗蠕变性也得到显著改善，从而使其应用范畴得到有效拓宽。交联改性聚丙烯时，通过选择合适的引发剂和助交联剂，防止聚丙烯降解，实现聚丙烯的可控交联。交联后的材料力学性能大幅度提高。同时，交联改性聚丙烯还可获得高的熔体强度，应用于聚丙烯的发泡成型[11]。

物理改性要紧有以下几种：

〔1〕填充改性：填充改性是在热塑性树脂基质中加入不同的无机粒子，使塑料制品的原料成本降低，同时使塑料制品的性能得到不同程度的改变。也确实是在牺牲塑料的某些性能的同时，使其他性能得到明显的提高。对PE进行填充改性时，应考虑以下几点：PE的性能、无机填料的种类、填料粒度、PE与填料粒子的界面化学、成型工艺与设备。填充剂的种类有专门多，按照化学成分来分，可分为有机填充剂和无机填充剂两大类，常用的无机填料有：云母粉、碳酸钙、滑石粉、硅灰石、炭黑、石膏、赤泥、立德粉、硫酸钡等，常用的有机填料有：木粉、稻壳粉、花生壳粉等[12]。 〔2〕共混改性：共混改性是在一定温度下，将不同的聚合物材料、无机材料以

及助剂进行机械掺混，最终使新材料的力学、热学、光学及其他性能得到有效改善。采纳共混改性能够改善PE的韧性、抗冲击性、印刷性、对油类的阻隔性等性能。尽管共聚PE是提高PE韧性的最有效的手段，但这种改性方法更适合于规模化生产。目前PP共混改性技术进展的要紧特点是采纳相容剂技术和反应性共混技术，在大大提高PP耐冲击性的同时，提高了共混材料的拉伸强度和弯曲强度[13]。相容剂在共混体系中能够改善两相界面黏结状况，有利于实现微观多相体系的稳固，而宏观上是平均的结构状态。反应型相容剂还能在共混过程中通过自身的相容成效，提高共混材料的性能。

〔3〕增强改性：纤维是用于制作增强复合材料的最要紧的增强剂。纤维的种类专门少，有玻璃纤维、碳纤维、涤纶纤维、尼龙、聚酯纤维以及硼纤维、晶须等[14]。以纤维增强PP为例：玻璃纤维增强PP复合材料可分为两大类，即物理结合型与化学结合型。物理结合型玻璃纤维增强PP复合材料仅由PP与玻璃纤维之间的机械黏结力而得到较小的补强成效。化学结合型玻璃纤维增强PP是在PP与玻璃纤维之间形成了牢固的化学和机械结合，因此成效显著，为此用碳纤维增强PP正在不断地被探究着[15]。

废旧塑料相较于新品塑料颗粒，在塑料的各类性能上有明显衰减，为达到成品所需性能要求，本设计选择填充改性对废旧塑料进行改性，使其塑料各类性能获得提高。

表2-2 聚乙烯填充改性配方表

配料 PE 碳酸钙 钛酸酯 玻璃纤维 硬脂酸

份数 100 8.5 1.2 7.8 0.6

用途 基料

提高耐热性和硬度 降低熔融温度和熔体温度

提高拉伸强度 改进熔体流淌性能

表2-3 聚丙烯填充改性配方表

配料 PP 碳酸钙 硬脂酸锌 钛酸酯 玻璃纤维

份数 100 10 1.0 1.2 8.0

用途 基料

提高耐热性和硬度 改进熔体流淌性能 降低熔融温度和熔体粘度

提高拉伸强度

2.1.3 聚乙烯/聚丙烯的挤出造粒工艺选择 〔1〕造粒工艺的比较和确定

热塑性树脂的造粒可分为冷切法和热切法两大类。冷切法又有拉片冷切，挤片冷切，挤条冷切几种，热切法有干热切，水下热切，空中热切等几种。不管何种方法，均要求粒料的颗粒大小大小平均，色泽一致，外形尺寸不超过3～4毫米，因为粒料过大成型时加料困难。

①冷切法：经两辊机塑炼出片或挤出机挤出的塑料片，塑料条经冷却后切粒。 拉片冷切：第一将物料通过高速捏合机捏合，然后倾倒进密炼机中进行进一步混合，预塑化。密炼机一种是密闭式的间歇混炼设备，它的上顶栓会给物料一定压力，使得物料受到强烈的剪切作用，因此混合平均并预塑化。通过捏合或密炼的物料用用炼胶机炼塑成片，经冷却后切粒的方法即为拉片冷切法。

挤片冷切：通过捏合后的粉料用挤出机塑化、挤出成片，冷却后，用平板机切粒机切粒。这种方法适用于不易用炼胶机炼塑拉片的树脂，如聚乙烯，聚酰胺等。

挤条冷切：这是热塑性塑料最早的造粒方法。所用设备和工艺都比较简单，捏合好的物料经挤出机塑化后成圆条状挤出，经冷却后，再用切粒机切成圆柱形颗粒。圆条切粒机这种切粒方法的优点是设备简单，品种方便，能用于全部热塑性树脂的造粒，适合于多品种少批量的塑料生产，缺点是颗粒外观质量较差。

②热切法：这种方法是把切粒机旋转的切刀紧贴在机头模板处，直截了当对刚挤出的热的圆条状料进行切粒，然后冷却。

干热切：这种方法的优点是所用的设备较为简单，操作方便，但缺点是产量高时，易产生粘粒现象。

水下热切：这是用于聚烯烃塑料造粒的一种新技术，机头和切刀在循环温水中工作。

这种方法的优点是加工颗粒的外观美观，粒料平均且不易粘结。多孔模板孔数较多，因此产量专门高。切下的颗粒可用水输送到任何地点，操作噪音小，颗粒质量好，无灰尘及杂质混入。缺点是辅机设备庞大，由于机头与温水接触，为保持水温，要消耗大量能源。切刀与多孔模板表面之间的间隙小，对操作技术要求较高，假设操作不当容易引起模孔的堵塞。

空中热切：这种方法和干热切法差不多。假设在切粒罩内采纳鼓风机，那么为风冷热切，假设采纳喷淋温水，那么为水冷热切。

空中热切法比干热切法产量高，噪音小，同时又不需要水下热切法的加热系统。但它仍旧不能幸免粘粒现象，因此，产量比水下热切低得多。同时，切刀与模面调剂不当，会产生丝带的粒料[16]。

由于热切法在切粒过程中容易显现粘结现象，切操作要求较高，我们选择冷切法进行切粒，又因为聚乙烯与聚丙烯不易用炼胶机炼塑拉片，故本设计最终选择挤片冷切法切粒。 〔2〕造粒工艺与颗粒形状

造粒工艺是将基料及各种助剂经高速混合后经挤出机挤出切粒成各类形状的颗粒的操作过程。颗粒的形状有专门多种，下表简单介绍了几种切粒方法与颗粒形状的搭配以供选择。

表2-4 切粒方法与颗粒形状

切粒方法 颗粒形状

挤片切粒 立方体①

挤条切粒 圆柱体②

空冷模面切粒 圆柱与圆围棋状③

水中冷模切粒 围棋子或球状 ④、⑤

颗粒尺寸/mm

3×3×3

Φ[3×(1～6)]

Φ[3×(1～3)]

Φ[3×(1～3)]

在本设计中，①和②两种差不多上能够选择的，其区别在于挤出机模头挤出孔的形状，假设模头挤出孔为正方形，那么经冷却切粒后的粒料形状为立方体，假设模头挤出孔为圆形，那么冷却切粒后的粒料形状为圆柱体。

③是属于热切粒，多采纳挤出机塑料物料，熔体物料从呈圆形分布的孔板形机头中被挤出，在模面上露出专门短的一截即旋转的切刀切断，形成颗粒。

④和⑤是采纳水下切粒，除熔体粘度专门低的物料，其适合大多数聚烯烃树脂生产[17]。 由于本设计选用的切粒方法为挤片冷切法，故本设计采纳形状①。 2.1.4 工艺流程图

〔1〕聚乙烯颗粒生产流程图

挤出切粒机 冷却 单螺杆挤出造粒 PE基料 初混合 各种助剂 高速混合机

收集

图2-1 聚乙烯颗粒生产工艺流程图

〔2〕聚丙烯颗粒生产工艺流程图

挤出切粒机 冷却 单螺杆挤出造粒 PP基料 初混合 各种助剂 高速混合机

收集

图2-2 聚丙烯颗粒成产工艺流程图

2.2设备选型

2.2.1 设备选型的总体原那么

〔1〕依照聚乙烯和聚丙烯塑料的特性，选择合适的挤出造粒设备及切粒设备，以满足产品的工艺要求。

〔2〕所选设备必须是目前差不多定型，国家认证的技术成熟的设备，以保证生产的连续性和产品的质量。

〔3〕在选择设备的时候要选择原料利用率高的设备，幸免显现原料白费严峻的情形显现。

〔4〕选择设备时，要注意设备的使用年限，尽量选择年限高的设备，以降低投资的

成本。

〔5〕所选的设备要遵循安装简单，便于操作的原那么，减少设备安装和人员的操作培训时刻。

〔6〕选择设备时要尽量选择国产设备，如此能够有效减少产前投资和以后的设备修理费用。

2.2.2 挤出造粒设备选择

考虑到生产工艺、产品质量、设备投资以及生产率各个方面，本设计采纳挤出法来造粒。以下先简单介绍单螺杆挤出机与双螺杆挤出机的特性。

〔1〕单螺杆挤出机除具有输送、均化、混炼、排气等功能外，在结构上还具有容易制造、安装、更换螺杆方便，造价低廉等优点。

单螺杆挤出机的差不多结构有：传动系统、挤出系统和加热、冷却系统。其中挤出机的螺杆是挤出机的最关键。料斗中的物料的移动是由螺杆的转动带动的，得到增压和摩擦的热量，螺杆的直径、长径比、螺槽深度、各段长度比例等参数对螺杆的正常转动运行有专门大阻碍。

按物料在螺杆上运转的情形来分，螺杆能够分为三段：进料段、压缩段和计量段，表2-5列出螺杆三段长度的分配比例以供参考。

表2-5 螺杆进料段、压缩段和计量段的长度比例

塑料 非结晶型塑料 结晶型塑料

进料段 10%～25%L 60%～65%L

压缩段 55%～65%L 1～4D

计量段 22%～25%L 23%～65%L

螺杆直径决定了挤出机挤出量的大小。增大螺杆直径，挤出机的挤出量会明显增加，但现在对挤出机的设计和加工要求也会相应的提高。我国挤出机标准中规定的螺杆直径系列为：20、30、45、65、90、120、150、200、250、300毫米等。

螺杆直径的大小要依照产品要求，生产工艺要求，物料的特性和所需的产量来决定。 螺杆的长径比，长径比一样为18～25之间。长径比的选择那么要综合考虑所需产品质量，加工要求和安装能力，尽量在保证产量和产品质量的情形下选择较小的长径比。

螺杆的压缩比，压缩比是指螺杆送料口处第一个螺杆的容积与计量段最后一个螺杆容积之比。压缩比的大小对制品的密实性和物料中所含气体量等有专门大阻碍。

〔2〕双螺杆挤出机用于制作塑料母料时成效理想，产量比单螺杆挤出机要大，由于双螺杆挤出机的剪切应力较大，因而物料的混合混炼成效更好。双螺杆挤出机的缺点有：前期设备投资较大，故安装、爱护和生产时都必须严格按说明书的要求进行。例如不能在

空载的情形下运转，挤出机的各润滑点要按期调换润滑油。当挤出机处于停车状态时，要赶忙清理机头、螺杆和筒体中的残余塑料，并及时在表面涂防锈油。在生产过程中要注意防止金属杂质、物件等掉入进料口内，如有不正常现象发生，要赶忙停车检查、修理等[18]。 本设计的年产量为1200吨，产量小，投资少，且要加工的产品简单，而双螺杆挤出机设备投资大，修理费用高，综合考虑这几方面因素，本设计最终选择SJ-90A单螺杆挤出机。

表2-6 SJ-90A单螺杆挤出机工艺参数

项目参数 处理物料 螺杆直径 螺杆长度 螺杆长径比 螺杆转速 最高挤出量 中心高度 耗电量

单位 mm mm r/min kg/h mm kw

量值 PE、PP Φ90 1800 20:1 12-72

20-60

1000 41.5

2.2.3高速混合机选择

本设计选择LSH-100型号的卧式混合机，其各参数见表2-7。

表2-7 LSH-100高速混合机参数 型号 LSH-100

混合量kg 100

料筒容量

L 280

主轴转速r/min 136

定时器min 10-60

重量 kg 250

外形尺寸mm 850×850×1

500

电机功率kw 1.5

2.2.4平板切粒机选择

本设计采纳LQ-60型号的平板切粒机，其各类参数见表2-8。 表2-8 LQ-60平板切粒机各项参数

型号 LQ-60

最大产量kg/h 60

切粒条数 ≤6

切粒标准 mm 3×3

切刀尺寸

mm 120×100

切刀转速

r/min 200-1200

调速电机功率kw

1.1

2.3物料衡算

本项目的设计是年产1200吨聚乙烯/聚丙烯废塑料的分离及改性再造粒的生产车间的设计

运算基准的选取

1 年工作日确定〔年工作小时〕 〔1〕年工作时刻

365天-27天〔法定节假日〕=338天=8112h 〔2〕设备大修 10天/年=240h/年 〔3〕机头清洗 1次/6天 8h/次

〔338天-10天〕×1/6次/天×8h/次=437h=18.2天 〔4〕实际开车时刻

实际生产时刻365-27-10-18.2=309.8天 实际生产小时数309.8×24=7435.2h 〔5〕设备利用系数

K=实际开车时刻/年工作时刻=7435.2/8112=0.92 〔6〕年损耗量

表2-7 挤出造粒时期物料损耗率

工序 百分率/%

自然损耗 0.05

下脚料 0.6

一次成品 93.5

输出物料量：1200/0.935=1283.4t 自然损耗量：1283.4×0.05%=0.t 下脚料：1263.2×0.6%=7.58t

下脚料回收破裂量：7.58×〔1-5%〕=7.2t 颗粒料中需加回收料量：1263.2×5%=6.32t 损耗量为：0.+〔7.58-7.2〕=1.02t

〔7〕物料衡算

本设计采纳颗粒形状为3mm×3mm×3mm，牵引速度为13m/min，模头采纳5孔结构 那么每台挤出机每小时的挤出量为0.3×0.3×1300×5×0.92×60=32.3kg/h 每台每年的挤出量为32.3×24×309.8=240t/年 〔8〕产能确定

一年一台挤出量为240t，为达到年产1200t目标，故需要单螺杆挤出机5台。

第三章 公用工程

3.1耗电

生产用电：由表2-6可知，挤出机耗电量为41.5kw

生活用电：依照车间照明的需要，我们需要25W的节能灯20个。

3.2排风设备

车间内设有排风口，将废热、废气直截了当排至室外。

3.3噪音

螺杆挤出机、空调风机等产生较大噪音，因此要重视其带来的环境爱护问题。 因此在车间设计时要考虑隔音设施的建设，尽量减少噪音污染，为环境爱护工作作出奉献。

3.4通风设计

由于在生产过程中产生的气味专门难闻，同时温度较高，因此应在车间内设有较多的通风口，安装排风扇。

3.5用水

车间内外应建有完善的供水系统，应用于废旧塑料分离用水和挤出造粒过程中的冷却用水。同时还有生活用水以及消防用水。

在车间内建有6m×4m×2m的废旧塑料分离池一个，按每天更换分离用水一次来运算，工业用水价格约3元每吨，那么每天约用50吨，每月水费50×3×30=4500元。

3.6排水

车间内排出的要紧是用于分离塑料所用的食盐水分离液和用于冷却物料的冷却水，活污水以及冲洗地面的污水，这些废水无污染，可直截了当排放。

第四章 物流运输

4.1道路及运输

正常宽度道路即可，废旧混合塑料可通过卡车运输，产品颗粒是袋装的，也能够通过卡车运输放在厂房的仓库内或出售，本设计投产后，平均每天生产量为4吨，加上原料的运输情形，需2-3辆卡车。

4.2包装

采纳防水密封塑料袋真空包装，外包装采纳硬质纸箱或编织袋，以保证其密封性。

第五章 厂房设计

本设计车间采纳单层楼，东西为长40m，南北为宽20m，车间高度为4m。 （1）废旧塑料堆放区：用来存放收购来的聚乙烯和聚丙烯混合塑料 （2）分离烘干区：将废旧塑料投入到分离池中进行分离并烘干 （3）生产区：5台单螺杆挤出生产线所在区域，对废旧塑料进行再造粒 （4）收集区：将聚乙烯和聚丙烯的颗粒产品收集起来 （5）包装区：对产品进行外部包装

（6）成品存放区：将包装好的产品堆放在此，便于运输 （7）其他：值班室、卫生间 具体见附图：车间平面图

第六章 生产编制及时刻安排

6.1生产

依照本设计是连续化生产的特点，本厂采纳三班制，即其直截了当生产人员分为3个班，每班每天工作8小时。

6.2人员安排

〔1〕治理人员

车间主任1名，技术员1名 〔2〕生产操作人员

分离操作工4名，烘干操作工2名，挤出生产线操作5名，包装工6名 〔3〕其他人员

设备修理工程师1名，运输人员2名，杂工2名，废旧塑料收购人员2名 总计人员26名。

6.3作息时刻安排

每天5点，13点交，5：00-13：00，13：00-21：00，21：00-5：00。

第七章 成本与利润核算

7.1固定投资估算

本设计中采纳了高速混合机、单螺杆挤出机、平板切粒机等设备。下表为采购设备费用统计。

表7-1 生产设备费用

序号 1 2 3 4

名称

LSH-100型高速混合机 SJ-90A型单螺杆挤出机 LQ-60型平板切粒机

传送带装置

价格〔万元〕

4 10 0.5 2

数量〔台〕

5 5 5

估量设备总投资为4×5+10×5+0.5×5+2=74.5万元，用于收购废旧塑料、各类填充剂的流淌资金估量需要200万元。厂房建设费用按600元/m2运算，那么建设费用为0.06×40×20=48万元。故总投资情形见表7-2。

表7-2 投资估算表

投资类型 生产设备 厂房建设 公用工程建设 不可预见费用 流淌资金 合计

资金〔万元〕

74.5 48 20 20 200 362.5

7.2年均成本估算

〔1〕水电费

车间总功率约为85kw，每月用水1500t，南通本地工业电费为0.9元/度，工业水费为3元/吨。

那么每月水电费为0.9×85×24×30+1500×3=59580元，年均72万元。 （2）设备修理费

按固定资产原值的2.5%计取，那么年修理费为〔74.5+40+48〕×2.5%=4.06万元。 〔3〕厂房折旧

厂房折旧年限按30年运算，那么年均成本为48/30=1.6万元 （4）设备折旧

设备折旧年限按10年运算，那么年均成本为74.5/10=7.45万元 〔5〕工资

由6.2可知，车间工作人员共26人，平均每人年工资为3万元，那么年工人工资支出为26×3=78万元。

〔6〕原料及填充剂

废旧塑料回收价格约为1500元/吨，1200×1500=180万元，填充料每年支出取20万元。 综上所述，年均总成本为72+4.06+1.6+7.45+78+200=363万元。

7.3年利润估算

本设计产品价格约为4500元/吨，那么年利润为〔0.45×1200〕-363=177万元 产品利润按17%运算，那么年净利润为177×〔1-17%〕=146.91万元

7.4回报年限估算

由7.1可知，固定资产投资为362.5万，那么累计净现金流量显现正值年份为362.5/146.91=2.47年，取3年。

投资回收期 = ( 累计净现金流量显现正值年份数 – 1 ) + ( 上年累计净现金流量的绝对值 / 当年净现金流量 )=〔3-1〕+〔〔362.5-146.91×2〕/〔146.91×3-362.5〕〕=2.88年。

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[18] 徐德增，刘维锦.高分子材料生产加工设备[M].中国纺织出版社,2020.3.

致 谢

第一，感谢大学四年以来教诲过我的老师和我的同学们。

然后，在此，我要专门感谢我的论文指导老师张军老师。在我论文撰写的过程中，张军老师不遗余力的为我进行指导，他广博的知识，勇于开拓的精神和严谨的治学态度都为我做了专门好的榜样。尽管在创作过程中遇到过专门多困难，但通过张老师的关心以及我自己的努力，成功的度过了这些难关，相信这对我以后的人一辈子会有专门大的阻碍。

最后感谢所有在座的老师，细心点评我的论文，给予我关心让我及时改正。