一种碳纤维热固性树脂基复合材料的溶剂法回收设备

本发明涉及复合材料回收领域，涉及用于常温常压溶剂法回收碳纤维热固性树脂基复合材料的大型商用化回收设备。

背景技术：

1、目前已经实现商业化的碳纤维热固性树脂基复合材料回收及利用仍局限于机械法回收和高温裂解，机械法回收碳纤维力学性能损失严重，回收利用率较低，而高温裂解则是条件苛刻，工艺成本较高，而相较于两者回收利用率较高且工艺成本较低的化学回收仍停留在实验室阶段。常温常压溶剂法是化学回收中的一种，是指在常温条件(化工系统中，常温的设计温度在>-20～200℃)和常压条件下，通过化学溶剂回收复合材料。在进行常温常压溶剂法回收树脂基复合材料时，比如对碳纤维树脂基复合材料报废件进行溶剂法回收时，需要专门的回收设备。国内外尚没有用于常温常压溶剂法回收树脂基复合材料的大型回收设备，复合材料的常温常压溶剂法回收只局限于实验室规模的小型装置，无法应用于商业化推广。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种碳纤维热固性树脂基复合材料的溶剂法回收设备。本发明从无到有设计研发了成体系的溶剂法回收大型设备，以用于常温常压溶剂法大规模回收树脂基复合材料。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种碳纤维热固性树脂基复合材料的溶剂法回收设备，包括反应池箱体1、反应液储存箱体2、冲洗液储存箱体3、液体循环系统、冷凝回流系统和控制系统；

4、所述反应池箱体1的箱体顶部设有箱盖，箱盖沿长边翻转打开，箱体顶部长边对应的箱体侧板分别为左侧板和右侧板，箱体顶部短边对应的箱体侧板分别为前侧板和后侧板，箱盖闭合后密封性能等级为ip68，反应池箱体1的外壳的内夹层六个面均为保温夹层，保温夹层中的夹层材料为聚苯乙烯泡沫、聚氨酯、硅酸钙板或硅酸铝板，保温性能为a级，反应池箱体1内壁表面光滑，耐腐蚀性能等级为c4，反应池箱体1的左侧板的顶端和右侧板的顶端均分别设有两个喷淋头9，四个喷淋头9喷淋冲洗液，四个喷淋头9的喷淋范围覆盖整个反应池箱体1的底板投影面，反应池箱体1的前侧板或后侧板的外侧面上端设有反应液注水口17，反应液注水口17与液体循环系统相接，反应液注水口17用于输入反应液，反应池箱体1的四个侧板的任意一个侧面的底部设有第一出水口20，第一出水口20用于输出反应液，反应液经第一出水口20流出，通过液体循环系统循环后再次返回反应池箱体1的箱体；反应池箱体1的四个侧板的任意一个侧面的底部设有第二出水口21，第二出水口21用于输出冲洗液，冲洗液经第二出水口21流出，通过液体循环系统循环后返回到冲洗液储存箱体3的箱体；反应池箱体1的左侧板或右侧板的侧壁底端一侧依次排列n个法兰通孔10，通过法兰通孔10将n个电加热管分别插入反应池箱体1的箱体内，温度探头13位于n个法兰通孔10的中间位置处，当n为偶数，则温度探头13左右各有n/2个法兰通孔10，当n为奇数，则温度探头13位于最中间法兰通孔10与前后两个法兰通孔10之间的任一位置，温度探头13通过通孔插入反应池箱体1的箱体内检测箱体内温度，反应池箱体1的侧壁顶端有一个冷凝回流通孔12，冷凝回流通孔12连接冷凝回流系统；反应池箱体1侧壁顶端设有液位计11，通过液位计11观察箱体内液位，反应池箱体1的任一侧壁的底端一侧留有排液孔，排液孔处有手动阀门14，手动阀门14控制反应废液的排出或封闭；

5、反应液储存箱体2的箱体性能等级为ip68，用于盛放反应液，反应液为强酸溶液或强碱溶液，反应液储存箱体2内壁光滑，耐腐蚀性能等级为c4，反应液储存箱体2的上表面有反应液储存箱体注水孔18，便于补充反应液，反应液储存箱体2的任一侧壁的下端设有出液孔，出液孔与液体循环系统相接，将反应液输送至反应池箱体1进行反应，反应液储存箱体2的任一侧壁的下端留有排液孔，排液孔处有手动阀门15，用于排出反应液；

6、所述冲洗液储存箱体3内壁光滑，箱体密封性能等级为ip68，冲洗液储存箱体3的上表面一角有冲洗液储存箱体注水孔19，便于补充冲洗液；冲洗液储存箱体3的上表面另一角设有开口与液体循环系统相连，经此开口，液体循环系统将冲洗液输入至反应池箱体1的喷淋头9，冲洗液储存箱体3的任一侧壁底端有冲洗液回液孔，回液孔与液体循环系统相连，冲洗液通过液体循环系统从反应池箱体1中回流至冲洗液储存箱体3中，冲洗液储存箱体3的任一侧壁留有排液孔，排液孔处有手动阀门16，手动阀门16排出冲洗液；

7、所述液体循环系统分为反应液循环系统和冲洗液循环系统，均为ip68等级的密封连接，反应液循环系统包括循环泵4、第一电动阀门5、第二电动阀门6及管道，反应液循环系统的管道一端与反应池箱体1相连，另一端与反应液储存箱体2相连，反应液循环系统运行时，循环泵4电机正转，第一电动阀门5开启，反应液由反应液储存箱体2的一侧底端的出液孔运输至反应池箱体1上端的注水口17，待液位计11显示到达指定液位，第一电动阀门5闭合，第二电动阀门6开启，已经注入到反应池箱体1中的反应液由反应池箱体1一侧下端的第一出水口20运输至反应池箱体1侧壁上端的反应液注水口17，反应液实现循环流动。

8、冲洗液循环系统包括冲洗泵7、第三电动阀门8及管道，冲洗液循环系统的一端与冲洗液储存箱体3相连，另一端和反应池箱体1相连，冲洗液循环系统运行时，冲洗泵7运转，冲洗液由冲洗液储存箱体3的顶部开口运输至反应池箱体1的喷淋头9，进行喷淋冲洗；同时打开第三电动阀门8，使冲洗液由反应池箱体1底端的第二出水口21流出，经冲洗液储存箱体3底端的回液孔回流至冲洗液储存箱体3，冲洗液实现循环流动，冲洗液循环冲洗时间大于10分钟；冲洗完毕后关闭电动阀门8，冲洗液停止回流，全部流入反应池箱体1中，经反应池箱体1的排液孔14排出。

9、所述控制系统通过集成面板完成控制，通过控制桥式起重机将反应物料放入反应池箱体1中，控制第一电动阀门5、第二电动阀门6和第三电动阀门8三个电动阀门的开关闭合，并控制循环泵4和冲洗泵7的启停，读取温度探头13的实时温度，从而控制电加热管进行加热或保温，读取液位计11的液面高度，并将液面高度信息返回控制系统。

10、更进一步的，将桥式起重机的钩子更换为机械手，实现回收物料抓取的自动化。

11、更进一步的，反应池箱体1的内部配备监控系统，对反应池箱体1内部的反应进行成像监控，实时掌握反应完成状况，以便进行后续工作。

12、更进一步的，在反应液循环系统和冲洗液循环系统中配备传感器，监测液流、液量以及流速，实时监测设备运行状况以便能够及时处理潜在的危险情况。

13、更进一步的，还包括一个反应液废液储罐，反应液废液储罐为废液处理箱体，通过电泵直接抽取反应池箱体1中反应液与物料的混合溶液至反应液废液储罐，在反应液废液储罐的罐体内将反应溶液进行减压蒸馏，分离出反应液和树脂产物并进行储存。

14、一种碳纤维热固性树脂基复合材料溶剂法回收设备的回收方法，共分6个阶段：

15、一是下料阶段，通过控制面板打开反应池箱体1的箱盖，将回收的物料置于物料篮中，控制桥式起重机牵引物料篮将物料和物料篮一起放置于反应池箱体1内，闭上箱盖，做好反应准备；

16、二是反应阶段，打开反应液循环系统，循环泵4电机正转，打开第一电动阀门5，将反应液储存箱体2中的反应液由反应池箱体1上端注水口17注入反应池箱体1内，待液位计11显示到达指定液位，关闭第一电动阀门5，打开第二电动阀门6，反应液由反应池箱体1一侧下端的第一出水口20循环输送至反应池箱体1上端的注水口17，反应液循环流动；打开置于反应池箱体1底端的n个电加热管，待温度探头13显示反应池箱体1内反应温度到达指定温度后，自动切换至保温模式，保持反应箱体内温度恒定，持续反应，蒸汽通过反应池箱体1上端的冷凝回流系统进行冷凝回流；

17、三是废液回收阶段，待反应池箱体1内反应充分完成后，关闭电加热管，待温度下降至室温，将一个底部带轮子的泵移动到反应池箱体1的排液孔旁，排液孔手动阀门14打开，使用软管将反应池箱体1内部的液体抽进反应废液储罐内，待反应废液回收完毕，手动阀门14关闭；

18、四是冲洗阶段，打开冲洗泵7，冲洗泵7将冲洗液储存箱体3中的冲洗液由喷淋头9注入反应池箱体1，开始喷淋冲洗；同时打开第三电动阀门8，使冲洗液由反应池箱体1一侧底端的第二出水口21回流至冲洗液储存箱体3中，冲洗液循环冲洗，持续时间大于10分钟；冲洗完毕后关闭第三电动阀门8，冲洗液全部输送到反应池箱体1中，排液孔手动阀门14打开，排出冲洗液；

19、五是出料阶段，打开反应池箱体1的箱盖，取出物料篮，得到反应完成后的物料；

20、六是废液处理阶段，将反应废液储罐中的回收废液进行减压蒸馏，分离得到反应液和降解后的树脂产物，反应液重新用于溶剂法回收，实现反应液的循环利用，树脂产物用于生产降级产品，有效减少废弃物的产生。

21、本发明的有益效果在于提供一种用于常温常压溶剂法回收碳纤维热固性树脂基复合材料的回收设备，常温常压溶剂法回收技术是一种创新性的复合材料回收技术，现有研究中尚且没有与之相配套的工业化大型设备，仅仅是在实验室中用各种小型的化学装置简单的组合起来进行研究，本发明从无到有设计了一套成体系的工业化大型设备，能够将常温常压溶剂法回收技术应用于复合材料工业回收中，大幅度提高碳纤维热固性树脂基复合材料的回收利用率，实现碳纤维热固性树脂基复合材料溶剂法回收的规模化商业化。

22、本发明具有反应池箱体、反应液储存箱体、冲洗液储存箱体、液体循环系统、冷凝回流系统和控制系统，整个回收设备充分满足了常温常压溶剂法回收的反应条件，为回收物料与反应溶液的反应提供了良好的反应场所。

23、回收设备由控制系统进行自动化作业，可以实现连续、高速的生产过程，以更快的速度和更高的精确度完成回收任务，从而提高生产效率。不仅可以减少对人力资源的需求，降低人工成本，而且可以减少工作人员接触化学药品的机会，有效提高工作人员的劳动保护。能够有效地提高生产效率、降低生产成本、扩大生产规模，实现高效的大规模溶剂法回收，具有较强的可推广性，具有较大的经济效益。

24、其反应箱体的保温性能良好，不仅可以有效地阻止反应箱体的热量的散失，为反应提供适宜的温度条件，而且降低了回收设备的的加热能耗，进而降低能源成本，减少碳排放量，降低对环境的不良影响，实现节能减排。

25、通过液体循环系统，将反应液和冲洗液在整个设备中循环，提高了溶剂法回收的自动化程度，能够精确控制溶液消耗，帮助优化资源利用，提高反应液和冲洗液的循环利用程度，减少废弃物产生。而且溶剂法回收设备还可以实现废料的回收和再利用，能够大幅度地减少对环境的负面影响，提高了生产环境的可持续性，对降低工艺成本和保护环境具有很大优势，具有良好的环境效益。