废弃印刷线路板热解过程传热特性的数值模拟及实验研究

发布时间：2017-12-03 07:19

  本文关键词：废弃印刷线路板热解过程传热特性的数值模拟及实验研究

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【摘要】：随着电子时代的到来,作为电子产品的重要组成器件——印刷线路板(PCB)的报废量日益增多,对其无害化、资源化、批量化处理受到广泛关注。热解工艺在处理废弃PCB方面日益成熟,但要实现批量化处理,关键问题在于热解炉的高效传热和传质。通过理论分析和实验研究线路板颗粒内部传热过程,提高热解炉的有效热利用率和热解速率,优化热解炉设计,具有重要的学术价值和实际意义。本文针对固定床内单颗粒线路板热解过程建立了颗粒内部传热的数学模型,综合考虑了线路板导热系数各向异性、线路板热物性随温度的变化以及热解过程中反应热的影响,利用有限元法计算了热解过程中线路板颗粒内部温度分布随时间的变化规律,并讨论了各参数对模型的影响。基于模拟热解过程颗粒内部各节点的温度变化结果,获得单颗粒线路板热解过程的热失重曲线,并与热重分析实验结果进行比对,验证单颗粒传热模型的合理性。在模型分析的基础上开展了增强传热的实验研究,分析了搅拌转速的变化对固定床内料层温度分布、热失重率、热失重速率的影响,并通过能耗分析寻求现有实验条件下的最优工况点。研究发现:固定床内单颗粒线路板热解过程中颗粒与热解炉内环境间热量传递的主要方式为对流换热,且对流换热系数与颗粒尺寸成反函数关系。单颗粒传热模型的建立不能忽略导热系数的各向异性、热物性参数随温度的变化以及热解过程中产生的反应热的影响。搅拌使得固定床热解炉内线路板料层热量传递的主要方式由单纯的颗粒间接触导热转化为颗粒与热解气间的对流换热。搅拌提高了物料热失重率,且搅拌转速越高,热失重率越高,但当搅拌转速升高至18r/min之后,热失重率几乎不再升高。热失重速率随时间变化曲线的三个峰值分别对应了三部分物料反应最激烈的时间点。整体热失重速率随搅拌转速的提高而上升,且主要体现在上层物料的反应速率提升上。固定床热解炉内,物料由上自下分为未热解区、部分热解区与完全热解区,与前人研究相符。在搅拌状态下,几乎不存在未热解区,所有物料都部分或完全参与了热解反应。在搅拌器转速为18r/min的工况下物料热解实验的热利用率最高,为30.52%,且已经达到实验条件下的最大值。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124

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本文编号：1247883