Тамбовский государственный технический университет
 Скачать 2.63 Mb.
|
|
1.2.3. Описание конструкции оборудования для измельчения Оборудование для измельчения применяется в химической промышленности для проведения технологических операций дробления, раздавливания, истирания, расщепления волокнистых ингредиентов и отходов полимерных материалов при их вторичной переработке, а также других операций. Применяемое оборудование дробилки, мельницы, дезинтеграторы, грануляторы, резательные станки, дистилляторы и др. В качестве рабочих органов дробилок используют роторы с жёсткими продольными билами, молотковыми, крестовыми, консольно-стержневыми, ножевыми устройствами. Типовые бильные валы показаны на рис. 1.2. Первый тип роторов характеризуется массивностью и жёстко закреплёнными на них билами различной конфигурации. Служат для грубого дробления твёрдых тел (различных смол, твёрдых компонентов и др. Молотковые устройства 2 характеризуются наличием шарнирно закрепленных насадок-молотков и служат для дробления твёрдых тел, в том числе и отходов пластмасс. Третий тип насадок пригоден для вторичного дробления, разрыхления и распушки продуктов химических производств. Консольно-стержневые насадки 4 характеризуются наличием стержней, жёстко закреплённых в дисках, расположенных концентрично и вращающихся навстречу друг другу. Применяются в дезинтеграторах для дробления серы, графита, асбеста, отхо- Рис. 1.2. Типовые конструкции бильных валов 1 – с продольными билами; 2 – молотковые устройства 3 – крестовые устройства 4 – консольно-стержневые насадки 5 – ножевые роторы дов РТИ и других материалов. Ножевые роторы 5 характеризуются наличием нескольких жёстко закрепленных ножей и используются в дезинтеграторах по переработке полимерных материалов и отходов пластмасс, шин и РТИ. Типичная конструкция ножевого измельчителя показана на рис. 1.3. Полимерные материалы, подлежащие дроблению, из загрузочного бункера 8 поступают в измельчительную камеру и захватываются вращающимся ротором 5. Измельчение происходит между двумя ножами 7, установленными на вращающемся роторе 5 и неподвижном корпусе 3. Качество измельчения материалов определяется величиной зазора между ножами. Регулировка зазора производится путём радиального перемещения ножей на роторе. Степень измельчения характеризуется величиной отверстий калибровочной решётки 9. При перегрузках (например, заклинивании ножей при попадании металлических предметов) шпильки 6 срезаются, и диск свободно будет вращаться относительно ротора, тем самым предохраняя электродвигатель от перегрузок. Перспективным направлением в конструировании измельчителей барабанного типа является разработка вибровращательных мельниц. Такое оборудование исключает недостатки присущие барабанным шаровыми вибрационным мельницам низкую эффективность процесса измельчения, наличие застойных зон, значительную металлоёмкость и ограничение по скорости вращения барабана. 2 3 1 4 5 Конструктивная схема вибровращательной мельницы показана на рис. 1.4. Рис. 1.3. Ножевой измельчитель 1 – станина 2 – фланцевый электродвигатель 3 – корпус 4 – диск 5 – ротор 6 – шпильки 7 – ножи 8 – загрузочная воронка 9 – сменная калибрующая решётка; 10 – лоток Схема состоит из барабана 1, его подшипниковых опор 2, которые жёстко установлены настойках, опирающихся на виброплиту 4, которая монтируется на четырёх цилиндрических пружинах 6. Вибратор 5 крепится к нижней поверхности плиты 4. Вращение барабана осуществляется от электродвигателя, через редуктор (вариатор) (на рис. 1.4 – условно не показано) и клиноремённую передачу 8. Скорость вращения барабана определяется по эмпирической формуле 3 2 1 5 6 10 9 8 7 4 ) 2 5 ( ) 2 ( 8 б, (1.1) где б радиус барабанам коэффициент заполнения барабана мелющими телами. Рис. 1.4. Конструктивная схема вибровращательной мельницы 1 – барабан 2 – узел подшипника 3 – стойка 4 – виброплита; 5 – вибратор 6 – пружина 7 – плита 8 – клиноременная передача Масса шаровой загрузки ш б б ш ϕρ π = L R G , (1.2) где б – длина барабанам ш – насыпная плотность мелющих тел, м. Диаметр размольных тел 3 ш 3 πρ ⋅ = − q d , (1.3) где ( ) ( ) ( ) ] 30 / 30 / 2 30 / [ 8 10 б б б c = 0,57 – коэффициент при сухом измельчении и c = 5,5 – при мокром измельчении E 0 – энергия начала разрушения частиц. 1 2 3 4 5 6 7 8 Мощность, необходимая для вращения барабана 4 б 5 , 2 б ш 10 6 1 , 1 − ⋅ ρ = L R M N , (1.4) где М = 0,5 – эмпирический коэффициент работы массы мелющих тел. Мощность, потребляемая электродвигателем вибратора з, (1.5) где )] ( [ 10 2 2 2 1 2 2 7 1 в 3 G G Q G G KQM N + + ⋅ ω = ; ω – частота колебаний барабана, с М в – момент вибратора, Нм G 1 – масса загрузки, кг G 2 – масса колеблющихся узлов измельчителя (без загрузки, кг Q = 0,4 ... 0,5 – экспериментальный коэффициент K = 1 – коэффициент, характеризующий передачу мощности от барабана к загрузке. Средняя амплитуда колебаний барабана ) 1 ( 1 1 2 2 2 в ср µ + + + = Q Q G M A , (1.6) где 2 1 G G = µ – коэффициент соотношения массы загрузки и массы колеблющихся тел узлов мельницы. Оптимальное значение µ= 1,8. Суммарная мощность вибровращательного измельчителя 2 1 c N N N + = , (1.7) те. мощность, затрачиваемая на вращение барабана и его вибрацию. Более полное описание конструкций резки каучуков и измельчения других ингредиентов смесей изложено в [4 – 6]. Определение основных параметров ножевого измельчителя Для составления технической характеристики ножевого измельчителя студент должен определить мощность привода и производительность ножевого измельчителя при дроблении отходов термопластов, используя приведённые ниже зависимости и методы, изложенные в литературе и лекционном курсе. При этом задаются следующие параметры направление и скорость вращения ротора, величина загрузки отходов полимера, время измельчения, величина зазора между ножами, суммарная площадь отверстий сита. Производительность ножевых измельчителей определяется по формуле н, (1.8) где V – скорость движения крошки через сечение отверстий ситам с S – суммарная площадь отверстий ситам коэффициент полноты заполнения отверстий сита крошкой γ – насыпная плотность крошки, кг/м 3 ϕ = S Q V v 3600 , (1.9) где Q v – объёмная производительность измельчителям ч. k d S 4 2 π = , (1.10) где d – диаметр отверстий сменной калибрующей решётки, м k – число отверстий в сменной калибрующей решётке. Мощность навалу электродвигателя измельчителя р д, (1.11) где F P ср τ = – сила среза материала одним ножом ротора, Н τ ср – напряжение среза материала, Нм l F δ = – площадь срезам толщина срезам длина ножам р – скорость вращения роторам с R – радиус действия силы среза (определяется путём геометрического измерениям число оборотов двигателя, об/мин; z – количество ножей η – КПД привода измельчителя. 1.2.4. Способы модификации вторичных полиолефинов Результаты исследования механизмов процессов, протекающих при эксплуатации и переработке ПО, и их количественное описание позволяют сделать вывод о том, что получаемые из вторичного сырья полупродукты должны содержать не более 0,1 ... 0,5 моля окисленных активных групп и иметь оптимальные молекулярную массу и молекулярно-массовое распределение (ММР), а также обладать воспроизводимыми физико-механическими и технологическими показателями. Только в этом случае полупродукт можно использовать для производства изделий с гарантированным сроком службы взамен дефицитного первичного ПО-сырья. Однако получаемый в настоящее время гранулят этим требованиям не удовлетворяет. Надёжным путём решения проблемы создания качественных полимерных материалов и изделий из вторичных ПО является модификация гранулята, цель которой – экранирование функциональных групп и активных центров химическими или физико- химическими способами и создание однородного по структуре материала с воспроизводимыми свойствами. Методы модификации вторичного ПО-сырья можно разделить на химические (сшивание, введение различных добавок, главным образом органического происхождения, обработка кремнийорганическими жидкостями и др) и физико-механические (наполнение минеральными и органическими наполнителями. Например, максимальное содержание гель-фракции (дои наиболее высокие физико-механические показатели сшитого ВПЭНП достигаются при введении 2 ... 2,5% пероксида дикумила на вальцах при Св течение 10 мин. Относительное удлинение при разрыве такого материала – 210%, показатель текучести расплава составляет 0,1 ... 0,3 г мин. Степень сшивания уменьшается с повышением температуры и увеличением продолжительности вальцевания в результате протекания конкурирующего процесса деструкции. Это позволяет регулировать степень сшивания, физико-механические и технологические характеристики модифицированного материала. Разработан метод формования изделий из ВПЭНП путём введения пероксида дикумила непосредственно в процессе переработки и получены опытные образцы труби литьевых изделий, содержащих 70 ... 80% гель-фракции. Введение воска и эластопласта (до 5 мас. ч) значительно улучшает перерабатываемость ВПЭ, повышает показатели физико- механических свойств (особенно относительное удлинение при разрыве и стойкость к растрескиванию – на 10% и с 1 до 320 ч соответственно) и уменьшают их разброс, что свидетельствует о повышении однородности материала. Модификация ВПЭНП малеиновым ангидридом в дисковом экструдере также приводит к повышению его прочности, теплостойкости, адгезионной способности и стойкости к фотостарению. При этом модифицирующий эффект достигается при меньшей концентрации модификатора и меньшей продолжительности процесса, чем при введении эластопласта. Перспективным способом повышения качества полимерных материалов, получаемых из вторичных ПО, является термомеханическая обработка кремнийорганическими соединениями. Этот способ позволяет получать изделия из вторичного сырья с повышенными прочностью, эластичностью и стойкостью к старению. Механизм модификации заключается в образовании химических связей между силоксановыми группами кремнийорганической жидкости и непредельными связями с кислородосодержащими группами вторичных ПО. Технологический процесс получения модифицированного материала включает следующие стадии сортировка, дробление и отмывка отходов обработка отходов кремнийорганической жидкостью при 90 ± Св течение 4 ... 6 ч сушка модифицированных отходов методом центрифугирования перегрануляция модифицированных отходов. Помимо твёрдофазного способа модификации предложен способ модификации ВПЭ в растворе, который позволяет получать порошок ВПЭНП с размером частиц не более 20 мкм. Этот порошок может быть использован для переработки в изделия методом ротационного формования и для нанесения покрытий методом электростатического напыления. Большой научный и практический интерес представляет создание наполненных полимерных материалов на основе вторичного полиэтиленового сырья. Использование полимерных материалов из вторичного сырья, содержащих до 30% наполнителя, позволит высвободить до 40% первичного сырья и направить его на производство изделий, которые нельзя получать из вторичного напорные трубы, упаковочные плёнки, транспортная многооборотная тара и др. Это в значительной степени сократит дефицит первичного полимерного сырья. Для получения наполненных полимерных материалов из вторичного сырья можно использовать дисперсные и армирующие наполнители минерального и органического происхождения, а также наполнители, которые можно получать из полимерных отходов (измельчённые отходы реактопластов и резиновая крошка. Наполнению можно подвергать практически все отходы термопластов, а также смешанные отходы, которые для этой цели использовать предпочтительней и с экономической точки зрения. Например, целесообразность применения лигнина связана с наличием в нём фенольных соединений, способствующих стабилизации ВПЭН при эксплуатации слюды – с получением изделий, обладающих низкой ползучестью, повышенной тепло- и атмосферостойкостью, а также характеризующихся небольшим износом перерабатывающего оборудования и низкой стоимостью. Каолин, ракушечник, сланцевая зола, угольные сферы и железо применяются как дешёвые инертные наполнители. При введении в ВПЭ мелкодисперсного фосфогипса, гранулированного в полиэтиленовом воске, получены композиции, имеющие повышенное удлинение при разрыве. Этот эффект можно объяснить пластифицирующим действием полиэтиленового воска. Так, прочность при разрыве ВПЭ, наполненного фосфогипсом, на 25% выше, чему ВПЭ, а модуль упругости при растяжении больше на 250%. Усиливающий эффект при введении во ВПЭ слюды связан с особенностями кристаллического строения наполнителя, высоким характеристическим отношением (отношением диаметра чешуйки к толщине, причём применение измельчённого, порошкообразного ВПЭ позволило сохранить строение чешуек при минимальном разрушении. Композиции, содержащие лигнин, сланцы, каолин, сферы, отходы сапропеля, обладают сравнительно невысокими физико-механическими показателями, зато они являются наиболее дешёвыми и могут найти применение при производстве изделий строительного назначения. 1.3. ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА В процессе переработки полимеры подвергаются воздействию высоких температур, сдвиговых напряжений и окислению, что приводит к изменению структуры материала, его технологических и эксплуатационных свойств. На изменение структуры материала решающее влияние оказывают термические и термоокислительные процессы. ПВХ – один из наименее стабильных карбоцепных промышленных полимеров. Реакция деструкции ПВХ – дегидрохлорирование начинается уже при температурах выше С, а при С реакция протекает очень быстро. В результате термоокисления ПВХ происходят агрегативные и дезагрегативные процессы – сшивание и деструкция. Деструкция ПВХ сопровождается изменением начальной окраски полимера из-за образования хромофорных группировок и существенным ухудшением физико-механических, диэлектрических и других эксплуатационных характеристик. В результате сшивания происходит превращение линейных макромолекул в разветвлённые ив конечном счёте, в сшитые трёхмерные структуры при этом значительно ухудшаются растворимость полимера и его способность к переработке. В случае пластифицированного ПВХ сшивание уменьшает совместимость пластификатора с полимером, увеличивает миграцию пластификатора и необратимо ухудшает эксплуатационные свойства материалов. Наряду с учётом влияния условий эксплуатации и кратности переработки вторичных полимерных материалов необходимо оценить рациональное соотношение отходов и свежего сырья в композиции, предназначенной к переработке. При экструзии изделий из смешанного сырья существует опасность брака из-за разной вязкости расплавов, поэтому предлагается экструдировать первичный и вторичный ПВХ на разных машинах, однако порошкообразный ПВХ практически всегда можно смешивать с вторичным полимером [5]. Важной характеристикой, определяющей принципиальную возможность вторичной переработки ПВХ-отходов (допустимое время переработки, срок службы вторичного материала или изделия, а также необходимость дополнительного усиления стабилизирующей группы, является время термостабильности. 1.3.1. Методы подготовки отходов поливинилхлорида Однородные производственные отходы, как правило, подвергаются вторичной переработке, причём в случаях, когда глубокому старению подвергаются лишь тонкие слои материала. В некоторых случаях рекомендуется использовать абразивный инструмент для снятия деструктированного слоя с последующей переработкой материала в изделия, которые не уступают по свойствам изделиям, полученным из исходных материалов. Для отделения полимера от металла (провода, кабели) используют пневматический способ. Обычно выделенный пластифицированный ПВХ может использоваться в качестве изоляции для проводов с низким напряжением или для изготовления изделий методом литья под давлением. Для удаления металлических и минеральных включений может быть использован опыт мукомольной промышленности, основанный на применении индукционного способа, метода разделения по магнитным свойствам. Для отделения алюминиевой фольги от термопласта используют нагрев вводе при 95 ... С. Предлагается негодные контейнеры с этикетками погружать в жидкий азот или кислород с температурой не выше С для придания этикеткам или адгезиву хрупкости, что позволит затем их легко измельчить и отделить однородный материал, например бумагу. Энергетически экономичен способ сухой подготовки пластмассовых отходов с помощью компактора. Способ рекомендуется для переработки отходов искусственных кож (ИК, линолеумов из ПВХ и включает ряд технологических операций измельчение, сепарацию текстильных волокон, пластикацию, гомогенизацию, уплотнение и грануляцию можно также вводить добавки. Подкладочные волокна отделяются трижды – после первого ножевого дробления, после уплотнения и вторичного ножевого дробления. Получают формовочную массу, которую можно перерабатывать литьём под давлением, содержащую ещё волокнистые компоненты, которые не мешают переработке, а служат наполнителем, усиливающим материал. |