塑料和橡胶废弃物热解课程设计.docxVIP

塑料和橡胶废弃物热解课程设计三篇

教案一：热解基础理论与实验室操作

课题名称

塑料橡胶热解入门：原理与基础实验

一、教学目标

知识与技能目标

理解热解与焚烧的本质区别（缺氧条件下的热化学分解）

掌握实验室热解装置的组成与操作流程（反应器、温控系统、产物收集）

能识别热解主要产物（炭黑、热解油、气体）的化学特性

过程与方法目标

通过理论讲解→模拟演示→分组实验的流程，提升实验操作能力

运用对比法分析热解与焚烧的环境效益差异

环保意识目标

认识热解技术在固废减量化中的重要性

强化实验室安全与环保操作规范

二、教学重点与难点

重点：热解装置的操作步骤与产物分析

难点：热解反应机理的微观理解（断链、裂解、重整反应）

关键点：通过可视化模拟突破抽象理论理解

三、教学方法

讲授法、演示法、实验探究法

四、教学过程

（一）行业背景导入（10分钟）

数据震撼

展示塑料废弃物污染数据：全球每年产生3亿吨塑料垃圾，仅12%被热解处理

提问：为什么热解被称为塑料循环的绿色钥匙？

技术对比

动画演示热解vs焚烧：

焚烧：产生二噁英，释放CO?

热解：生成可利用资源，减少碳排放

（二）课本讲解：热解原理剖析（20分钟）

原文内容（选自《固体废物处理工程》）

热解是指在隔绝空气或低氧条件下，有机废弃物受热分解为小分子物质的过程。对于塑料橡胶，热解主要发生聚合物链的断裂，生成烯烃、烷烃及芳香烃化合物。

知识点解析：

核心反应：解聚反应（如PE→乙烯）、缩合反应（生成炭黑）

影响因素：温度（300-800℃）、停留时间、原料组成

装置解构

展示实验室热解炉结构图，标注关键部件：

进料口→裂解反应器→冷凝系统→气体收集瓶

（三）分组实验：塑料热解初探（60分钟）

实验准备（15分钟）

讲解安全事项：佩戴护目镜，避免明火靠近气体收集装置

分发材料：聚乙烯塑料碎片、热解炉、温度传感器

操作流程（30分钟）

①称取50g塑料放入反应器，设定温度450℃

②观察冷凝管中液体生成（热解油），用气相色谱检测气体成分（CH?、C?H?）

③冷却后收集炭黑，测量产率（油/气/炭比例）

数据记录（15分钟）

记录表格：

温度(℃)

热解油产量(g)

气体体积(L)

炭黑残留(g)

450

28.5

12.3

8.2

（四）互动交流：实验问题研讨（15分钟）

问题1：实验中为什么要控制反应器内的氧气含量？（预留5分钟讨论）

参考答案：氧气存在会导致塑料燃烧而非热解，影响产物纯度并可能产生有害气体（如CO?、NOx）

问题2：热解油与柴油的成分差异可能是什么？（预留5分钟讨论）

参考答案：热解油含更多烯烃和芳香烃（不饱和键），热值略低于柴油，需进一步精炼

五、教材分析

本课内容选自高等教育出版社《固体废物处理工程》热解章节，教材详细介绍了热解原理但缺乏实验操作细节。教学时需补充实验室安全手册内容，通过分步演示确保学生掌握关键操作，同时对比焚烧技术强化热解的环保优势。

六、作业设计

基础作业：

绘制热解装置流程图，标注各部件名称

对比热解与焚烧的3个核心差异点

拓展作业：查阅资料：橡胶热解与塑料热解在产物上的主要区别

七、结语

今天我们揭开了塑料热解的神秘面纱，看着塑料在热解炉中转化为油、气、炭，仿佛见证了废弃物的重生。实验中每一个数据都是环保创新的基石，希望大家保持对热解技术的好奇，下次课我们将探索如何优化热解工艺。

教案二：热解工艺优化与产物分析

课题名称

热解效率提升：温度与原料配比的影响

一、教学目标

知识与技能目标

理解热解温度对产物分布的影响规律（低温产炭，高温产气）

掌握正交实验法优化热解工艺参数（温度、原料含水率、停留时间）

能使用红外光谱分析热解油的化学结构

过程与方法目标

通过假设-验证-分析的科学思维优化工艺

运用SPSS软件分析实验数据相关性

创新思维目标

培养从数据中发现规律的能力

激发工艺创新的环保应用意识

二、教学重点与难点

重点：温度对热解产物的影响规律

难点：正交实验设计与数据分析

关键点：通过案例教学突破实验设计瓶颈

三、教学方法

案例教学法、小组合作法、数据分析法

四、教学过程

（一）问题驱动导入（10分钟）

案例引入

展示某企业热解厂数据：温度从400℃升至500℃时，热解油产率从35%降至28%，气体产率从40%升至52%

提问：为什么会出现这种变化？如何找到最佳温度区间？

知识回顾

复习热解反应阶段：

低温阶段（400℃）：主要生成炭黑和重质油

高温阶段（600℃）：大分子烃类裂解为小分子气体

（二）课本讲解：工艺优化理论（20分钟）

原文内容（选自《循环经济导论》）

热解工艺优化需综合考虑原料特性与目标产物。例如，若以