Компактирование сыпучих материалов и твердых отходов

Наряду с методами уменьшения размеров кусковых материалов и их разделения на классы крупности в рекуперационной технологии твердых отходов распространены механические способы, связанные с укрупнением мелкодисперсных частиц, использующие приемы гранулирования, таблетирования и брикетирования.

Механическое компактирование твердых отходов является одним из основных методов уменьшения их объема с целью дальнейшей переработки отходов и более рационального использования транспорта при утилизации.

Процессы предварительного уплотнения на стадии измельчения применяют для отходов, которые обладают низкой насыпной плотностью (например, отходы пенопластов, пленочные обрезки и т. д.).

Для компактирования твердых бытовых отходов и отходов металлолома применяется механическое прессование.

Для укрупнения мелкодисперсных частиц порошкообразных материалов используют способы гранулирования, таблетирования, брикетирования.

Гранулирование - это процесс формирования агрегатов шаровой или цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов или растворов перерабатываемых материалов при использовании способов окатывания, прессования порошков, гранулирования расплавов.

Способность гранулируемых материалов к уплотнению и формованию характеризуют значениями коэффициентов их гранулируемости:

где р и р0 - текущая и исходная плотность гранулируемого материала, кг/м3; а - предел прочности гранул при сжатии, Па; рПЛ - давление уплотнения, Па.

Величины К{ и К2 позволяют обоснованно рекомендовать метод гранулирования для

данного материала: чем больше значения Кх и К2, тем меньшими усилиями обеспечивается заданная степень уплотнения материала.

Гранулирование порошковых материалов окатыванием наиболее часто проводят в ротационных (барабанных, тарельчатых, центробежных, лопастных) и вибрационных грануляторах различных конструкций.

Грануляторы барабанного типа являются самой распространенной конструкцией грануляторов окатывания в производстве гранулированных материалов. Особое место занимают барабанные грануляторы-сушилки (рис. 9.24), где процесс гранулирования совмещен с процессом сушки.

Барабанный гранулятор-сушилка

Рис. 9.24. Барабанный гранулятор-сушилка:

  • 1 - барабан; 2 - шестерня; 3 - редуктор; 4 - электродвигатель; 5 - опорная станция;
  • 6 - выгрузочная камера; 7 - конус; 8 - подъемно-лопастная насадка; 9 - зубчатый венец; 10 - обратный шнек; 11 - приемная насадка; 12 - форсунка

Барабанные грануляторы получили большое распространение на практике. Их снабжают различными устройствами для интенсификации процессов, предотвращения адгезии липких порошков на рабочих поверхностях, сортировки гранул по размерам. Они характеризуются большой производительностью (до 70 т/ч), относительной простотой конструкции, надежностью в работе, сравнительно невысокими удельными энергозатратами.

Количество исходного сырья, кг/ч, распыляемой в барабанном грануляторе, можно определить по формуле

где Gnp - массовая производительность по готовому продукту, кг/ч; Wn - влажность исходного сырья.

Диаметр, м, барабана

где Q - объемный расход шихты через гранулятор, м3/ч; т - время пребывания шихты в грануляторе, ч; (р - коэффициент заполнения барабана; К = Ы D - соотношение длины L и диаметра D барабана.

Угловая скорость, с'1, вращения барабана

где упод - скорость подъема материала у стенки барабана, м/с.

Барабанные грануляторы не обеспечивают возможности получения гранулята узкого фракционного состава, контроля и управления соответствующими процессами.

Для получения гранулята, близкого по составу к монодисперсному, используют тарельчатые (дисковые) грануляторы окатывания (рис. 9.25), обеспечивающие возможность достаточно легкого управления процессом.

Тарельчатый гранулятор

Рис. 9.25. Тарельчатый гранулятор:

  • 1 - чаша; 2 - электродвигатель; 3 - редуктор; 4 - регулировочное устройство;
  • 5 - фундамент; 6 - станина; 7 - ножи; 8 - колпак для отсоса газов; 9 - трубопровод подачи жидкости; 10 - труба для подачи материала; 11 - зона разбрызгивания жидкости;
  • 12 - малая глубина слоя частиц; 13 - наибольшая глубина слоя частиц

Порошок поступает на тарелку-чашу в верхней точке и смешивается с мелкими частицами, поднимающимися при вращении чаши. Разбрызгивание жидкости способствует слипанию мелких частиц и закатыванию гранул. В тарельчатом грануляторе одновременно с окатыванием гранул происходит их клаиификация, что увеличивает выход товарной фракции до 70...90%.

Связь производительности гранулятора G (в т/ч) с диаметром D тарели (в м) в общем виде выражается зависимостью:

где К - коэффициент грануляции, значение которого зависит от свойств обрабатываемого материала.

Необходимый размер тарели гранулятора целесообразно оценивать по удельной производительности q, которая обычно находится в пределах 0,77...0,91 т/(м2'ч):

Гранулирование порошков прессованием характеризуется промежуточной стадией упругопластического сжатия (пластикации) их частиц, происходящего под действием давления и нагрева (иногда при перемешивании) с образованием коагуляционной структуры, способной к быстрому переходу в кристаллизационную. Давление начала процесса прессового гранулирования определяется пределом текучести наименее прочного компонента перерабатываемого порошка. Прессовое гранулирование проводят в валковых и таблеточных машинах различной конструкции, червячных и ленточных прессах, дисковых экструдерах и некоторых других механизмах с получением агломератов различной формы и размеров.

При таблетировании можно получать из порошка компактный гранулы - таблетки с требуемыми физико-механическими свойствами. Для уплотнения сухих порошков используют валковые прессы (рис. 9.26). Порошки подают в зону деформации, образуемую двумя валками, вращающимися на встречу друг другу.

Схема валкового (а ) и вальцового (б) прессов

Рис. 9.26. Схема валкового ) и вальцового (б) прессов:

1 - допрессовыватель; 2 - исходный порошок; 3 - валки (вальцы); 4 - плитка (таблетка)

Валковые (вальцовые) грануляторы снабжают прессующими элементами с рабочей поверхностью различного профиля, что позволяет получать спрессованный материал в виде отдельных кусков (обычно с поперечником до 30 мм), прутков, плиток, полос.

Ориентировочно производительность валковых грануляторов можно оценить (в кг/ч) по формуле:

где ср = 0,5...0,6 - коэффициент; рн - насыпная плотность исходного материала, кг/м3; п - частота вращения валков, с'1; Ъ - ширина зазора между валками, м; L - длина валка, м; D - диаметр валка, м.

Принципы прессового гранулирования порошков и паст реализуют в червячных прессах (экструдерах) различной конструкции, рабочими элементами которых являются червяки (шнек или валки, пластицирующие перерабатываемый материал и продавливающие его через перфорированную решетку (фильерную головку).

Брикетирование твердых отходов применяют в качестве подготовительных операций с целью придания отходам компактности и в качестве самостоятельных операций для изготовления товарных продуктов.

Брикетирование дисперсных материалов проводят без связующего при давлениях прессованияр >80 МПа и с добавками связующих при давлениир < 15...25 МПа. На процесс брикетирования дисперсных материалов существенное влияние оказывают состав, влажность и крупность материала, температура, удельное давление и продолжительность прессования. Необходимое удельное давление прессования обычно находится в обратной зависимости от влажности материала.

При брикетировании дисперсных материалов наибольшее распространение получили штемпельные (давление прессования 100...200 МПа), вальцовые и кольцевые (« 200 МПа) прессы различных конструкций.

Для компактирования пластичных и сыпучих материалов, твердых бытовых отходов и отходов металлолома применяется процесс механического прессования на гидравлических прессах. Гидравлический пресс представляет собой машину, прессующий узел которого выполнен в виде одного или нескольких гидравлических цилиндров (рис. 9.27).

Гидравлический пресс

Рис. 9.27. Гидравлический пресс:

  • 1 — главный гидроцилиндр; 2 — ползун; 3 — плита для установки прессформы;
  • 4 — цилиндр выталкивателя; 5 — гидроагрегат; 6 — станина

Для изготовления штучных изделий из пресспорошков (пластмасс и др.) применяются вертикальные прессы верхнего давления, т. е. с верхним главным гидроцилиндром с прессующим усилием Р = 250...6300 кН и несколькими вспомогательными меньшими гидроцилиндрами для подъема подвижной плиты, для подъема и опускания выталкивателя и т. п.

Номинальный тоннаж пресса Рном, кН, представляет собой произведение площади сечения одного или нескольких плунжеров главных цилиндров Sm, см2, на расчетное давление высшей ступени гидропривода:

где дц - количество параллельно действующих главных цилиндров; р = 1500... 10000 Н/см2 - давление энергетической жидкости, подаваемой гидроприводом в цилиндр.

Поступающая в цилиндры от гидропривода энергетическая жидкость обеспечивает необходимое конечное технологическое давление руа =5...35 МПа на перерабатываемый материал.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >