廢舊塑料的破碎是回收利用中必不可少的工序。對于在常溫下就具有較高延展性的韌性塑料薄膜，不宜采用脆性塑料所使用的沖擊破碎方式。筆者采用了剪切破碎原理設計了一種塑料膜片破碎機，結構如圖1所示，主要由進料口、進料室、動刀轉輥、底篩、機架、電動機和出料斗組成。
    對塑料薄膜、編織袋等廢舊塑料進行破碎加工主要存在以下幾方面問題：(1)由于塑料薄膜、編織袋體積大質量輕，呈大塊、長條和團狀，蓬松纏繞，破碎后每1m3僅重30 kg左右，因此喂入困難；(2)因破碎料可壓縮呈彈性，雖然受到高速刀輥的推擠和離心力作用，破碎料仍難以通過底篩孔，所以排料也不順暢，影響生產效率；(3)因塑料膜片薄軟，刀片在切割中易發熱，工作時間稍長即發生粘刀現象，以致不能連續工作；(4)破碎作業時出料口易產生大量粉塵，污染工作環境。
    為了方便處理料的喂入，增強過篩能力，并強化刀片的冷卻效果，避免粉塵污染，改善工作環境，筆者設計了與主機配套的氣流吸送系統。
    圖2為塑料膜片破碎機的總體結構，其中氣流吸送系統由吸送風管、風機、旋風分離器和除塵布袋組成。吸風管與破碎主機下部出料箱連接。
    由于氣流吸送系統的作用，進料口、粉碎室和出料箱均處于負壓狀態，有利于順利喂料、碎料過篩、順暢排料和避免粉塵外逸擴散，有效改善周圍工作環境。生產使用證明，氣流吸送系統是保證破碎主機良好工作的關鍵配套裝置。
1、塑料膜片破碎加工的特點和采用氣流吸送的優勢
    廢舊塑料膜片、編織袋、廢絲破碎時，由于處理料形狀不規整，且互相纏繞，破碎后密度小，1m3重量僅30 kg左右，所以喂人困難。破碎后小碎片蓬松可壓縮，占駐破碎室空間，僅靠刀輥的離心力難以擠壓通過篩孔(篩孔直徑15～28 mm)，常有排料不暢的狀況，大大影響生產率。此外，破碎料體積大，需要較大空間堆放，而破碎機又不宜安裝在較高位置，如果用料倉儲放，則還需提升輸送設備，會增加投資。
    采用氣流吸送除塵系統，在破碎機主機進料口、破碎室及出料口處形成負壓，產生內部吸力，處理料容易喂人，破碎料容易穿過篩孔，粉塵不會外逸，從而有效解決了進、排料不順暢的問題和粉塵污染問題。同時，大量冷空氣從粉碎室流過，對刀片也起到冷卻作用。該系統從破碎機排料口吸出破碎物料及灰塵在封閉狀態下經管道輸送到旋風分離器實現料氣分離，尾氣再經布袋除塵后排出。采用前吸后壓的輸送方式，風機布置在系統中部，結構簡單，旋風分離器在正壓下操作，便于物料下落，壓送部分的風管可以將水平段和垂直段加長，使落料距離更遠，落料高度可提高，方便破碎料倉儲、裝袋或后續工序的安排。
2、旋風分離器的結構設計
    在氣流吸送系統中，破碎料與空氣形成混合兩相流運動，最終必須通過分離裝置將破碎料從空氣中分離出來。
    工程上常用的分離裝置主要有重力沉降室、慣性除塵器、旋風分離器、布袋除塵器、電除塵器、濕式除塵器等，考慮到此處物料的特點，決定采用旋風分離器十布袋除塵器較合適。
    廢舊塑料薄膜、編織袋、廢絲破碎時，經過的底篩是開有直徑為16～28 mm的圓孔，破碎后的物料呈小薄片和絲條狀，迎風面積大，堆密度小，其懸浮速度小于1 m／s。另外原料中含有泥沙、灰塵、細菌，破碎后形成粉塵，其懸浮速度也很小。所以，對于這種蓬松片狀物料采用重力沉降和慣性除塵方式都不合適，因產品需要保持干的狀態，采用濕式除塵器也不合適，而采用電除塵器費用高也不合適。最后，筆者決定采用旋風分離器十布袋除塵器的方式，其中旋風分離器主要用于大部分破碎粗料的分離，布袋除塵器用于尾氣粉塵的捕集。
    由于破碎料呈蓬松薄片狀，輸送氣流中物料容積含量大，采用常規的旋風分離器也是有問題的。
    圖3所示為常規的旋風分離器結構，由矩形進風口、筒體、錐體、排風管四部分組成。含塵氣流由切向進入分離器后，由上向下作旋轉運動，這股向下旋轉的氣流稱為外漩渦。外漩渦到達錐體底部后，轉而向上，沿軸心向上旋轉，最后經頂部排風管排出。這股向上旋轉氣流稱為內漩渦。氣流作旋轉運動時，塵粒在慣性離心力的推動下，要向外壁移動。到達外壁的塵粒在氣流和重力的共同作用下沿壁面落人灰斗。
    氣流從分離器頂部向下高速旋轉時，頂部壓力發生下降，一部分氣流會帶著細小塵粒沿外壁旋轉向上，到達頂部后，再沿排風管外壁旋轉向下，向排風管排出。這股旋轉氣流稱為上漩渦。如果分離器進風口和頂蓋之間有一定距離，沒有進口氣流干擾，上漩渦表現比較明顯。
    旋風分離器內的氣流運動是很復雜的，除了切向和軸向的運動外，還有徑向的運動。圖4為旋風分離器內氣流流線圖，圖5為旋風分離器內流場圖。
    由圖5中內氣流的切向速度可知：外渦旋的切向速度隨半徑r減小而增加，在內、外渦旋交界面上達最大。內渦旋交界面的半徑ro=(0.6-0.65)rp(rp為排風管半徑)。內渦旋的切向速度隨r減小而減小。
    對于徑向速度，假設內、外渦旋的交界面是一個圓柱面，外渦旋氣流均勻地經過該面進入內渦旋，則可以近似地認為，氣流通過該平面的平均速度就是外渦旋氣流的徑向速度。實際上徑向速度沿高度的分布是不均勻的，上部大下部小。徑向速度的方向是外渦旋向內，內渦旋向外，這對塵粒的分離是不利的，有些細小的塵粒會在向心氣流的帶動下進入內渦旋，然后從排風管排出。
    分離器的軸向速度，在外壁是向下的，中心部分是向上的，在排風管底部達到最大值。氣流由錐底上升時，會將一部分已經分離下的塵粒重新帶起，這是影響分離效率的關鍵之一。
    旋風分離器的壓力分布是由外壁向中心逐漸降低的。由于內渦旋氣流高速向上旋轉，即使旋風分離器在正壓下操作，其底部仍有～定的負壓，因此底部必須保持氣密性，防止外界空氣進入。
    本系統中需要分離的固相物為塑料薄膜破碎后的小薄片和絲條狀物，堆密度僅30kg/m3左右，其懸浮速度小于lm／s，在混合的輸送氣流中占有的容積比較大，所以進入旋風分離器內形成的旋轉流厚度較大，進入分離器錐底后極易被內漩渦氣流帶起，影響分離效率。為了改善分離效果，筆者在
    該分離器有如下特點：
    1)頂部采用下旋式結構，為螺旋面頂部，可以強制引導進人的切向氣流，減少了上渦旋，使外渦旋得到加強；
    2)中心排風管采用葉片式結構，如圖7所示，常規的旋風分離器結構的基礎上作了一些改進，設計了如圖6所示的葉片式內芯筒旋風分離器。即芯筒中間部分的筒體由60～80片窄平板條葉片均勻間隔組合而成，平板條與芯筒圓周切線成e角，θ取25°～35°，相鄰平板之間形成氣流通道，其方向與外渦旋相反，而與內渦旋相同。由于旋風分離器的壓力分布是由外壁向中心逐漸降低的，此結構可以使旋轉氣流由上而下過程中有部分氣流通過葉片間隙直接進入芯筒排出，從而減少至下錐部的氣流量，可以削弱內渦旋的強度，減少從底部帶起已分離物料的數量；
    3)減小排風管直徑，擴大芯筒外部空間，以容納較厚的旋轉氣流，使分離料層離芯筒更遠。這里取d<0. 4D(d為排風管直徑，D為分離器直徑)。
    工作原理：混合氣流從分離器頂部切向進入，沿螺旋頂面高速向下旋轉，在離心力作用下物料與氣流分離，物料貼外壁面運動，而氣流靠內側運動。當內側氣流碰到芯筒時，有相當部分（約1/3以上）的空氣就從芯筒葉片間隙中直接進入芯管內，并經由排氣管口排出。剩余的空氣與物料則繼續作向下的旋轉運動，有些很細微的物料顆粒在碰撞到芯筒葉片時會被彈回（這是由于物料顆粒的慣性較空氣大，所以物料顆粒不易轉彎經由葉片間隙逸出去），隨即又重新被向下旋轉的氣流（外渦旋）攜帶著前進。最后，物料被分離從錐底部出口落下，而空氣則從頂部排風管排出。
    由于有相當多的空氣直接經由葉片間隙直接逸出去了，因而可使下旋空氣量（外渦旋）及由下向上返回的內渦旋的空氣量得以減小，這就能使旋風分離器的壓損減小。
    實驗證明，該旋風分離器對于塑料薄膜破碎后的小薄片和絲條狀物有很高的分離效率，它的阻力（壓損）很小（阻力系數為2.6左右）。
3、氣流吸送系統的設計
    為了使破碎主機進料口、破碎室、底篩和出料箱處于負壓，又使旋風分離器處于正壓操作，系統采用先負壓后正壓的方式，風機布置在系統中間，結構較簡單。
    主機進料口斷面尺寸為510 mm×330 mm，底篩為直徑360 mm有效長度500 mm的半圓弧板，篩孔為16～28 mm的圓孔，開孔率約32%。考慮獲得良好的進料效果和防塵效果，取進料口風速為5 m/s，則風量為3 100m3/h，此時穿過篩孔的風速為9.8 m/s，工作時有物料進入，此風速將大于該速度，故對破碎料過篩有良好作用。
    輸送尾端采用前述的葉片式內芯筒旋風分離器，處理3 100 m3/h的風量，取分離器直徑1 100mm，總高度為2 500 mm，其中上部直圓筒高度1 500 mm，分離器下部接儲料倉。分離器進口切向進風速度為15 m/s，中間輸送管為圓管道，其風速也取15 m/s。分離器之后，由于還含有微量細小粉塵，再串接多個簡易的內濾式布袋除塵器，過率風速取0.6 m/s，采用人工振打方式清理布袋，收集的粉料定期放出。
    氣流系統中，氣流經過的路途為：主機進料口→粉碎室→篩孔→出料箱→風管→風機→風管→旋風分離器一布袋除塵器，其中氣流夾帶有蓬松的塑料膜及破碎小料運動，容積比較大，且主機刀輥高速旋轉也起到壓風作用，管路的風阻計算較為復雜，經估算和實驗取系統風壓降為1 500 Pa。
    綜合上述考慮，取系統風量為3 400 m3/h，系統風壓為l 500 Pa，選用排塵風機C4-73№3.6型，主軸轉速2 800 r/min，電機功率3 kW。
4、生產使用效果
    按照上述設計的氣流吸送系統配套塑料膜片破碎主機已經投入使用，工作穩定可靠，效果良好，達到的破碎能力≥450 kg/h，周邊環境粉塵濃度≤10 mg/m3，裝機總容量21.5 kW。氣流吸送系統，使進料順，排料暢，輸送距離遠，落料高度提高，現場布局方便。
    旋風分離器底部下料口連接料倉，經測定下料口處風壓與環境氣壓基本平衡，下料順暢，料倉不需要嚴格的密封。尾部布袋除塵器收集的粉料小于5%，說明旋風分離器效率達到95%。
    吸送系統配套的C4-73型排塵離心通風機，葉輪部分由10個后傾的機翼形葉片焊接而成。由于破碎物料通過風機葉輪，設計時疑有破碎不完全的長條長絲物料可能會纏繞葉片，導致風機不能正常工作。但實驗表明，破碎效果良好，并無長條長絲物料纏繞葉片。分析認為，只要長條長絲的長度不超過30 mm，就不會發生纏繞葉片的問題。
5、結論
    (1)采用氣流吸送系統配套塑料膜片破碎主機工作，對塑料膜片的高效和連續可靠破碎起到良好的作用：①進料口形成負壓，產生內部吸力，使蓬松的塑料膜、編織袋容易喂入，粉塵不外逸；②粉碎室與底篩下形成較大氣流壓力差，使破碎料在離心力和氣壓力雙重作用下容易穿過篩孔；③大量的冷空氣通過粉碎室，可以加強對動刀、定刀的冷卻，避免刀片溫度升高而產生塑料薄膜的粘刀現象；④可以使產出料輸送至較遠的距離，且可以提高下料口高度，方便現場布局。
    (2)設計的葉片式內芯筒旋風分離器，對于蓬松的小薄片和絲條狀物且同相容積含量較大的氣流有良好的分離效果，內芯筒的葉片間隙可以分流部分外渦旋分離的氣流，因而可使下旋空氣量及由下向上返回的內渦旋的空氣量得以減小，這就能使內渦旋帶起底部物料的可能性減少，并可降低分離器的壓損。