廢棄印刷線路板熱解過程傳熱特性的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著電子時代的到來，作為電子產(chǎn)品的重要組成器件——印刷線路板（PCB）的報廢量日益增多，對其無害化、資源化、批量化處理受到廣泛關(guān)注。熱解工藝在處理廢棄 PCB方面日益成熟，但要實(shí)現(xiàn)批量化處理，關(guān)鍵問題在于熱解爐的高效傳熱和傳質(zhì)。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究線路板顆粒內(nèi)部傳熱過程，提高熱解爐的有效熱利用率和熱解速率，優(yōu)化熱解爐設(shè)計(jì)，具有重要的學(xué)術(shù)價值和實(shí)際意義。
　　本文針對固定床內(nèi)單顆粒線路板熱解過程建立了顆粒內(nèi)部傳熱的數(shù)學(xué)模型，綜合考

2、慮了線路板導(dǎo)熱系數(shù)各向異性、線路板熱物性隨溫度的變化以及熱解過程中反應(yīng)熱的影響，利用有限元法計(jì)算了熱解過程中線路板顆粒內(nèi)部溫度分布隨時間的變化規(guī)律，并討論了各參數(shù)對模型的影響?；谀M熱解過程顆粒內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)的溫度變化結(jié)果，獲得單顆粒線路板熱解過程的熱失重曲線，并與熱重分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對，驗(yàn)證單顆粒傳熱模型的合理性。在模型分析的基礎(chǔ)上開展了增強(qiáng)傳熱的實(shí)驗(yàn)研究，分析了攪拌轉(zhuǎn)速的變化對固定床內(nèi)料層溫度分布、熱失重率、熱失重速率的影響，并通過

3、能耗分析尋求現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下的最優(yōu)工況點(diǎn)。
　　研究發(fā)現(xiàn)：固定床內(nèi)單顆粒線路板熱解過程中顆粒與熱解爐內(nèi)環(huán)境間熱量傳遞的主要方式為對流換熱，且對流換熱系數(shù)與顆粒尺寸成反函數(shù)關(guān)系。單顆粒傳熱模型的建立不能忽略導(dǎo)熱系數(shù)的各向異性、熱物性參數(shù)隨溫度的變化以及熱解過程中產(chǎn)生的反應(yīng)熱的影響。攪拌使得固定床熱解爐內(nèi)線路板料層熱量傳遞的主要方式由單純的顆粒間接觸導(dǎo)熱轉(zhuǎn)化為顆粒與熱解氣間的對流換熱。攪拌提高了物料熱失重率，且攪拌轉(zhuǎn)速越高，熱失重率越高

4、，但當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速升高至18r/min之后，熱失重率幾乎不再升高。熱失重速率隨時間變化曲線的三個峰值分別對應(yīng)了三部分物料反應(yīng)最激烈的時間點(diǎn)。整體熱失重速率隨攪拌轉(zhuǎn)速的提高而上升，且主要體現(xiàn)在上層物料的反應(yīng)速率提升上。固定床熱解爐內(nèi)，物料由上自下分為未熱解區(qū)、部分熱解區(qū)與完全熱解區(qū)，與前人研究相符。在攪拌狀態(tài)下，幾乎不存在未熱解區(qū)，所有物料都部分或完全參與了熱解反應(yīng)。在攪拌器轉(zhuǎn)速為18r/min的工況下物料熱解實(shí)驗(yàn)的熱利用率最高，為30.52