塑料近红外分选系统中的喷吹分离装置设计及试验

摘要

塑料制品的广泛应用，使大量废旧塑料随之产生，对土壤、海洋及地下水等造成了巨大的污染。但是废旧塑料具有巨大的可利用潜力，目前对其高效回收再利用技术的研究力度和规模还远远不足。塑料种类繁多、性能各异，因此废旧塑料高效回收利用时，首要前提就是将混合塑料进行分类。近红外光谱识别技术具有快速、连续、精确的特点，近年来逐渐成为分选行业研究的热点。 塑料近红外分选系统主要由识别、控制和分离装置组成。其中分离装置属于执行机构，其功能是接收控制器信号执行喷吹来实现物料的彼此分离。由于分选设备研究方向集中于识别装置和控制系统改进，喷吹分离装置并未得到充分优化。能耗高、耗气量大、喷吹不准确、噪声大等缺陷，相当程度上限制了塑料近红外分选设备的效率和精度。对此，本课题将主要精力集中于分离装置的优化设计，全面系统研究了喷吹分离装置的各项参数。 针对喷吹分离装置上最关键的部件——射流喷嘴阵列，本课题探索了影响喷吹效果的主要因素，首先通过不同形状喷嘴对比，提出了基于维多辛斯基曲线的圆截面流线型渐缩喷嘴。借助CFD工具，经过详尽的理论分析、模型建立和初始参数计算，获取了每种参数对于射流速度、高速核心段长度以及耗气量的影响。利用正交试验，得到了结构与流体的各因素对射流的影响强度关系，并在此基础上，获得了一组适用于分选装置的喷嘴设计参数。 本课题还通过设计试验对仿真结果进行了验证，并对目前分选设备的上喷吹分离装置进行了改进设计，提出了下喷吹结构装置和上下并用的多功能分选思路。针对目前对分选设备上矩形阵列喷嘴，与优化的圆截面流线型的渐缩喷嘴进行了详尽的比较分析，结果显示，矩形喷嘴制造成本更低是其普遍使用的原因，但是在分选精度与效率方面，流线型喷嘴在气耗、精度、噪音等方面都具有明显优势，长期来看更具有优势。 本课题通过理论分析、CFD仿真模拟和试验综合分析，以期优化喷吹分选装置，降低设备使用过程的成本，真正有效提升分选设备的分选能力与分选精度，促进塑料近红外分选设备的推广与应用。

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