食品纸塑铝复合包装废弃物的回收工艺设计及设备选型

2013-08-06刘海军孙井坤王洪江刘成海

黑龙江八一农垦大学学报 2013年2期

刘海军，孙井坤，王洪江，刘成海

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆 163319；2.东北农业大学工程学院）

随着包装工业的发展，包装工业在促进国民经济发展的同时，给环境也带来了一定的危害，包装废弃物所造成的环境污染也日益严重。包装所带来的环境污染仅次于水质污染、海洋湖泊污染和空气污染，中国每年生产的包装制品在使用后被丢弃为70%[1]。为解决资源与环境问题，世界上很多发达国家都把“废弃物资源化”作为国家经济建设的重点，包装的创新也从“绿色革命”转向包装资源化的“二次革命”，使包装废弃物从焚烧、填埋等单一的行业性处理转向资源化再利用。

目前，我国包装产品的回收率还远低于发达国家，我国的包装废弃物给环境带来了巨大的资源浪费和环境负荷。目前世界上主要发达国家的再生资源回收总值已达到每2 500 亿美元，并且以每年15%～20%的速度增长[2-4]。包装废弃物中含有纸、塑料、金属、玻璃等大量能源资料，利用再生资源进行生产，可以节约自然资源，遏制垃圾泛滥。

1 工艺设计

1.1 生产工艺流程确定

通过预处理将回收的食品纸塑铝包装废弃物破碎、清洗、消毒，然后利用水力碎浆及滚筒筛选的方法将碎纸浆与铝塑筛渣分离，碎纸浆经造纸程序形成成品纸浆，而铝塑筛渣经铝塑分离形成成品铝、塑粒子。每天处理10 000 kg 纸塑铝包装废弃物工艺流程如图1 所示。

图1 回收工艺流程图Fig.1 Recovery process diagram

1.2 工艺要点

水力碎浆：水力碎浆是借助极高的摩擦力与液压，将包装片材挤压成圆形的物体，纸浆中的纤维会吸收水分变蓬松状态，因此会与铝箔和聚乙烯分离。经过水力碎浆、分离纸浆后的复合包装剩余部分为1层20～30 μm 厚的铝箔和2 层30～80 μm 厚的低密度聚乙烯层[5-6]。滚筒筛选：不仅使物料在筛料网上的时间大大缩短，而且能使筛下的料向下层流动，筛上物随着筛网的倾斜滚动向前移动，从而避免了振动筛容易堆积、容易夹料、物料在进料区域停留时间过长的问题。而且多级筛网网孔规格可以使铝塑碎片与纤维完全分开。

搅拌剥离：铝塑分离可采用湿法分离，湿法分离主要由所选用剥离剂成分、浓度、反应池温度和铝塑筛渣尺寸等多个因素所决定。采用甲酸为剥离剂，所以使用甲酸剥离剂的浸泡使氧化铝溶解，将铝塑分开。铝塑筛渣中的铝是以氧化物Al2O3形式存在，Al2O3是一种两性氧化物，会接受由甲酸电离产生的质子，生成[Al（OH2）6]3+（aq）其反应过程如式（1）和式（2）所示：

随着式（2）中H+不断被消耗，式（1）中反应平衡向右移动，甲酸源源不断提供H+，直到充分反应。

剥离剂选择：如果反应剥离剂用强酸，以盐酸为例，当铝塑与盐酸接触时，便发生巨烈反应，铝箔很快就溶解，铝的损失率达到100%，溶液中仅剩下塑料。因为盐酸为强酸，完全电离，在pH=1 时，盐酸无法提供足够的H+消耗铝箔和塑料层之间的Al2O3。因此使用强酸作为反应剥离剂不可行。如果反应剥离剂用弱酸，由于甲酸、乙酸在50 ℃时的电离常数分别为4.87 和6.06，由此可知等浓度的甲酸酸性强于乙酸，甲酸对铝塑的分离速率比乙酸快，又因为甲酸作为剥离剂时，铝的损失率较乙酸低，仅为0.24%，所以，选择甲酸作为铝塑剥离剂。

分拣过滤：根据塑料和铝箔的密度差异（塑料密度为910～940 kg·m-3，铝的密度为2 690 kg·m-3）进行分拣过滤，分开后的铝塑，塑料漂浮在反应池上层，而铝则在反应池下部，采用人工分拣即可。洗涤烘干：将分拣后的铝与塑料分别洗涤，以去除残存的剥离剂，由于含有剥离剂，所以用于洗涤的水可以经浓缩等步骤后利用，重新用于反应池。洗涤后的铝与塑料要进行烘干，考虑实际能耗与时间因素，烘干温度定为80 ℃较为适宜。烘干后，得到最终产品铝箔和塑料片材。高度除渣：主要是利用除渣器内高速旋转的叶轮带动浆水转动，利用杂质与浆水的密度不同，去除密度较大的杂质，如金属、石块等。缝筛筛选：利用形状不同，网孔大小不同，对浆水进一步的精细过滤。疏解：利用高频疏解机进行疏解，当高频疏解机高速旋转时，浆料通过动盘与静盘间反复多次撞击而使纤维被分散疏解。由于动静盘间有适当的间隙，纤维仅作单纯的分散，不损伤纤维。逆向除渣：逆向除渣主要是由逆向除渣器完成。逆向除渣器的工作原理是应用纸浆与杂质比重差异进行分离的除渣器之一。优势在于能有效去除轻质杂质，并且能够提高酿浆浓度，回收长纤维。

2 设备选型

该回收工艺的设计能力为每天10 000 kg，所选设备能力应与之匹配。根据目前国内筛分设备单台处理能力及筛分效率，进料输送机的电机型号为Y2-100L1-4/B5，每分钟175 转，为了便于检修及留有余量，摩擦上料机选择两台，电机功率4 kW，型号为Y-112M-4/B5。浆泵选择3 台，型号为75LZ，生产能力为220 m3·h-1。设备选型清单见表1。