Технологическая линия и способ для экструдирования техногенных волокнистых материалов

Технологическая линия и способ для экструдирования техногенных волокнистых материалов

Реферат

Изобретение относится к утилизации техногенных волокнистых материалов, а именно к переработке отходов деревообрабатывающих, сельскохозяйственных производств и может быть использовано при получении топливных гранул, гранулированных стабилизирующих добавок для дорожного строительства, органо-минеральных удобрений пролонгированного действия из древесных и целлюлозно-бумажных отходов и др.

Известна технологическая линия для производства топливных гранул из древесных отходов (патент РФ на полезную модель №75966, В09В 3/00, C10L 5/48, публикация: 10.09.2008), включающая гранулопроизводящий блок оборудования: молотковую дробилку, приемный бункер-смеситель сырья, пресс-гранулятор, транспортер гранул, элеватор, противоточный охладитель, роторный сепаратор гранул, бункер-циклон для гранул, упаковщик транспортер, пульт управления и блок аспирации: циклоны, вентиляторы, воздуховоды, системы кабелей и датчиков, с взаимосвязью в технологической последовательности и возможностью размещения оборудования в отдельных перемещаемых контейнерах.

Недостатком технологической линии являются низкое качество гранул, повышенная энергоемкость ввиду использования большого количества оборудования и невозможности его взаимозаменяемости при использовании техногенных материалов с различными физико-механическими свойствами.

Наиболее близким является технологический комплекс производства гранулированного торфяного мелиоранта (патент РФ на полезную модель №91066, C05F 11/06, публикация: 27.01.2010), включающий последовательно установленные участки (устройства) приема и дозирования сырья, его сепарации (классификации), участки (устройства) смешения, механохимического активирования и гранулирования сырья с последующей сушкой сгранулированного материала, его складирования и упаковки.

С существенными признаками заявленной технологической линией совпадает следующая совокупность признаков прототипа: последовательно установленные устройства приема и дозирования сырья, смешения, гранулирования, классификации и сушки.

Однако указанный комплекс не обладает способностью производства гранул высокого качества и широкими технологическими возможностями: не позволяет перерабатывать техногенные материалы с различными физико-механическими характеристиками (грансоставом, исходной плотностью и текстурой, пластическими свойствами и др.), исключает возможность ввода в процессе постадийного измельчения техногенного сырья механоактивированных минеральных или топливосодержащих добавок, ограничивает возможности качественной гомогенизации техногенных волокнистых материалов невысокой насыпной массы с органическими связующими, не обеспечивает возможность предварительного уплотнения формуемой шихты перед ее экструдированием в гранулы, что снижает производительность гранулятора из-за низкой эффективности процесса экструдирования. Не позволяет совмещать процессы одновременной классификации и сушки сформованных гранул в одном агрегате с одновременной утилизацией теплоносителя в общем технологическом процессе, не обеспечивает замкнутого рециклинга тепломассообмена в системе: «смешение шихты - экструдирование материала - классификация и сушка гранул - микрогранулирование отсеянной просыпи гранулята и уловленного в аспирационной системе (рукавном фильтре) пылевидного материала».

Известны также различные способы изготовления гранул методом экструдирования из материалов органического или неорганического происхождения (патент РФ на изобретение 2048119, А23K/12, публикация: 20.11.1995, патент РФ на изобретение 2291126, С03С 11/00, публикация: 10.07.2007), включающие процессы предварительной подготовки сырьевых материалов (сушка, измельчение, классификация), смешение формуемых компонентов с введением связующего; гранулирование подготовленной шихты с последующей сушкой гранул или их термообработкой.

Однако недостатками указанных способов являются низкое качество гранул, а также они не могут быть использованы при гранулировании материалов с различными физико-механическими свойствами: отходов деревообрабатывающих, сельскохозяйственных, пищевых и других производств (опилок, отсева зернопродуктов, отходов растениеводства, лигнина, лузги и др.), целлюлозно-бумажных отходов, пылевидного вермикулита и др.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения гранул из техногенного сырья волокнистой текстуры (патент РФ на изобретение 2311224, В012/00, А23K 1/20, публикация: 27.11.2007), включающий процессы измельчения исходного материала, введения в него связующего, последующего доувлажнения материала до формовочного состояния, термонагрева увлажненной шихты и ее гранулирования в шнековом форпрессе, а также охлаждение экструдированных гранул.

С существенными признаками заявленного способа экструдирования техногенных волокнистых материалов совпадает следующая совокупность признаков прототипа: измельчение исходного материала, введение в него связующего и последующего доувлажнения материала до формовочного состояния, термонагрев увлажненной шихты и ее гранулирование, а также охлаждение экструдированных гранул.

Недостатками способа являются низкое качество выпускаемых гранул из-за отсутствия возможности вводить дополнительные компоненты органического или неорганического происхождения с последующим совмещением процессов измельчения и смешения компонентов; обеспечивать условия для высокоэффективной постадийной гомогенизации поликомпонентной техногенной шихты с возможностью введения органических связующих при высокоскоростном смешении компонентов, шихты; а также невозможность использовать техногенные волокнистые материалы в различном исходном состоянии: в виде крупноразмерных листов волокнистой текстуры (например - бумажных отходов), требующих их постадийного измельчения; мелкокусковых волокнистых материалов (например, отходов торфоперерабатывающих производств); мелкозернистых материалов (опилок, лузги, отходов растениеводства и др.); создавать условия для предуплотнения шихты перед ее формованием; совмещения процессов классификации и сушки гранул в одном агрегате, а также обеспечения рациональных условий тепломассообмена в процессе подготовки шихты, ее формовании и тепловой обработки гранул с реализацией рационального способа утилизации просыпи гранулята и уловленного пылеуноса в виде микрогранулята с последующим его рециклингом в основном технологическом процессе.

Изобретение направлено на повышение качеств гранул, а также расширение технологических возможностей для получения экструдированных гранул из техногенных волокнистых материалов с различными физико-механическими свойствами и композиционным составом.

Это достигается тем, что технологическая линия для экструдирования техногенных волокнистых материалов включает последовательно установленные устройства приема и дозирования сырья, смешения, гранулирования, классификации и сушки. Устройство приема и дозирования сырья содержит наклонный загрузчик, который соединен при помощи двух пневмоупругих питающих валков с ленточным конвейером с регулируемым углом наклона α=0° или 30°<α<50°. Наклонный загрузчик соединен с устройством измельчения, содержащее шредер и шнековый питатель, и они расположены над ленточным объемным дозатором, который соединен с молотковой дробилкой. Устройство смешения включает последовательно установленные вертикальный и горизонтальный турбулентные смесители, причем последний содержит блок для предварительного уплотнения шихты, а устройство классификации и сушки гранул содержит барабанно-винтовой сушильный агрегат.

Способ для экструдирования техногенных волокнистых материалов включает измельчение исходного материала, введение в него связующего и последующее доувлажнения материала до формовочного состояния, а также термонагрев увлажненной шихты и ее гранулирование и затем охлаждение экструдированных гранул. В зависимости от исходных размеров и текстуры материала осуществляется двухстадийное, с применением шредера, или одностадийное измельчение, при котором дополнительно вводятся механоактивированные или топливосодержащие добавки. Смешение композиционной смеси с органическим связующим осуществляется при предварительном пароувлажнении и уплотнении смеси. Полученные гранулы подвергают последовательной классификации и сушке или охлаждению в барабанно-винтовом сушильном агрегате.

Ввиду того, что при гранулировании и сушке или охлаждении гранул выделяется дополнительная тепловая энергия с витающими микрочастицами материала, то возможно осуществить рециркуляцию тепловых паровоздушных потоков в устройстве классификации и сушки или охлаждения гранул, устройстве смешения и устройстве гранулирования, а именно: барабанно-винтовой сушильный агрегат - плоскоматричный гранулятор - горизонтальный и вертикальный турбулентные смесители - торообразный микрогранулятор.

Микрогранулирование пароувлажненной просыпи с уловленным пылевидным материалом осуществляется в торообразном микрогрануляторе под действием воздушного потока, который создается вентилятором, и утилизируемого пароувлаженного теплового потока с органическими связующим. Сформованный микрогранулят рециркулируется в горизонтальный турбулентный смеситель.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена технологическая линия для экструдирования техногенных волокнистых материалов.

Технологическая линия включает последовательно установленные и технологически связанные между собой следующие устройства. Устройство приема и дозирования техногенных материалов содержит тельфер 1, соединенный, например, жесткой сцепкой с контейнером загрузки 2 техногенных волокнистых материалов. При этом контейнер загрузки установлен над наклонным загрузчиком 3 с углом наклона, превышающим угол естественного откоса транспортируемого материала, оснащенный двумя пневмоупругими питающими валками 4. Валки соединены с ленточным конвейером 5, который имеет регулируемый угол наклона α.

Ленточный конвейер соединен с устройством одно- или двухстадийного измельчения, а именно с шредером 6. Данное устройство помимо шредера и шнекового питателя 7 механоактивированных или топливосодержащих добавок, расположенных над ленточным объемным дозатором 8, включает трубопровод местного обеспыливания 9 и патрубок загрузки 10, связанные с молотковой дробилкой 11.

Для улавливания мелкой фракции пыли, а также осаждения более крупных частиц необходимо установить устройство аспирации, включающее осадительный циклон 12, соединенный, например, гофрами, с одной стороны с молотковой дробилкой, а с другой - с рукавным фильтром 13, в зоне выгрузки которого размещен затвор-питатель 14.

Осадительный циклон соединен при помощи затвор-питателя с устройством двухстадийного турбулентного смешения, включающим емкость связующего 15 с дозирующим устройством, связанную с вертикальным турбулентным смесителем 16, например, при помощи резинового шланга. К вертикальному турбулентному смесителю прикреплен переходной патрубок 17 для соединения с горизонтальным турбулентным смесителем 18.

Устройство двухстадийного турбулентного смешения жестко связано, например при помощи кожуха, с устройством экструдирования шихты, включающим плоско-матричный гранулятор 19, соединенный через горизонтальный турбулентный смеситель с парогенератором 20.

Устройство экструдирования шихты соединено с устройством классификации и сушки или охлаждения гранул, включающее барабанно-винтовой сушильный агрегат 21, оснащенный вентилятором 22 и соединенный с торообразным микрогранулятором 23 посредством вентилятора 24.

Устройство классификации и сушки или охлаждения гранул соединено с устройством для временного хранения, транспортировки, упаковки и складирования экструдированных гранул, включающим элеватор 25, соединенный с бункером 26 при помощи прикрепленного к нему ленточного гасителя 27 для предотвращения разрушения гранул. Ленточный конвейер 28 с одной стороны связан с бункером при помощи затвор-питателя, а с другой - с биг-бэгами 29, устанавливающимися на напольные весы 30, размещенные на складе готовой продукции 31.

Способ экструдирования техногенных волокнистых материалов осуществляется на приведенной технологической линии.

Исходный техногенный волокнистый материал, например картон, помещается в контейнер загрузки 2 и с помощью тельфера 1 поступает в наклонный загрузчик 3. С помощью пневмоупругих питающих валков 4, кинематически связанных между собой цепной передачей, достигается равномерная подача техногенного материала из наклонного загрузчика на ленточный конвейер 5 с переменным углом наклона α=0°или 30°<α<50°, обеспечивающим при α=30÷50° различную высоту загрузки материала в шредер 6. При α<30° - затрудняется загрузка материала в шредер ввиду значительной высоты последнего, а при α>50° ухудшаются условия равномерной загрузки материала. В случае использования мелкозернистых техногенных материалов (древесных опилок, предварительно измельченных целлюлозно-бумажных отходов или лигнина, волокнистых материалов растительного происхождения, вермикулита и др.) целесообразно исключить двухстадийное измельчение. Угол наклона ленточного конвейера при этом устанавливается равным α=0°. Горизонтальное расположение ленточного конвейера 5 исключает первую стадию измельчения в шредере 6. Материал направляется на ленточный объемный дозатор 7 и далее через патрубок загрузки 10 - в молотковую дробилку 11. При этом на ленточный объемный дозатор с материалом подаются механоактивированные компоненты или топливосодержащие добавки посредством вертикального шнекового питателя 8. Местное обеспыливание шредера обеспечивается с помощью трубопровода обеспыливания 9, соединенного с входным патрубком молотковой дробилки, работающей под разряжением. Тонкоизмельченный техногенный материал поступает в систему аспирации: осадительный циклон 12, оснащенный затвором-питателем 14 и рукавным фильтром 13. Через переходной патрубок 17 измельченный материал поступает в вертикальный турбулентный смеситель 16, в который подается жидкое связующее из емкости 15 с дозирующим устройством. Органическое связующее подается в турбулентный смеситель в зону его ламинарных потоков, что исключает действие центробежных сил и дезинтеграцию композиционной смеси. Вторая стадия смешения с пароувлажнением из парогенератора 20 реализуется в горизонтальном турбулентном смесителе 18, оснащенном лопастными элементами с развитой боковой поверхностью, обеспечивающими внутренний рецикл перемешиваемого материала. Кроме того, горизонтальный смеситель оснащен специальным устройством для предварительного уплотнения шихты, что обеспечивает ее равномерную подачу в плоскоматричный гранулятор 19, в зону формования, за счет лучшей сыпучести уплотненного материала. Это, в конечном итоге, повышает производительность гранулятора и качество сформованных гранул (стабильность значений плотности, прочности и др. показателей). Совмещенная классификация и сушка или охлаждение сформованных гранул осуществляется в барабанно-винтовом сушильном агрегате 21, обеспечивающем эффективный теплообмен между подаваемым с помощью вентилятора 22 воздухом и выходящим из гранулятора 19 гранулами. При этом барабанно-винтовой сушильный агрегат обладает минимальной металлоемкостью, высокой боковой поверхностью теплообмена и минимальными теплопотерями. Нагретый воздух рекуперируется на стадии смешения в турбулентном вертикальном смесителе 16, а также на стадии микрогранулирования отсеянной в сушильном агрегате 21 крупки и пылевидных материалов, уловленных в рукавном фильтре 13. Нагретый за счет механического экструдирования в плоскоматричном грануляторе 19 тепловой поток может быть направлен как в горизонтальный турбулентный смеситель 18 (схема «а»), так и совместно с тепловым потоком из сушильного агрегата (схема «b»). В горизонтальный смеситель также подается перегретый пар, улучшающий условия смешения техногенного волокнистого материала с органическим связующим. В случае необходимости (для уменьшения вязкости органического связующего) тепловой поток может быть подан в вертикальный турбулентный смеситель 16 (схема «с»). Отсеянная в барабанно-винтовом сушильном агрегате 21 крупка, пароувлажненные частицы которой являются центрами микрогранулирования, подаются в торообразный микрогранулятор 23 с помощью вентилятора 24 (схема «d»). Сформованный из крупки и уловленного пылевидного материала микрогранулят подается в горизонтальный смеситель 18 для последующей утилизации в плоскоматричном грануляторе. Высушенные и охлажденные гранулы из барабанно-винтового сушильного агрегата 21 посредством элеватора 25 загружаются в бункер 26, оснащенный ленточным гасителем 27 ударных воздействий при падении гранул с высоты, и далее, через затвор-питатель 14, ленточным конвейером 28 подается в биг-бэги 29. Взвешенные на напольных весах 30 гранулы размещаются на складе готовой продукции 31.

Проведенные промышленные испытания разработанной технологической линии и реализуемого способа экструдирования техногенных волокнистых материалов показали, что реализация предлагаемых технических решений обеспечивает их следующие преимущества:

- комплексную универсальность использования техногенных волокнистых материалов с различными физико-механическими характеристиками;

- возможность ввода, перед стадией окончательного доизмельчения и смешения материалов, различных механоактивированных или топливосодержащих добавок, что расширяет номенклатуру выпускаемой продукции в технологическом комплексе (топливосодержащих пеллет для выработки тепловой или электрической энергии, поризованных заполнителей для производства теплоизоляционных изделий, гранулированных стабилизирующих добавок для щебеночно-мастичного асфальтобетона улучшенного качества, органо-минеральных удобрений пролонгированного действия и др.);

- возможность реализации теплотехнического рециклинга тепловых потоков с целью экономии энергозатрат на выпуск экструдированной продукции;

- обеспечение утилизации отсеянной просыпи гранул и уловленных пылевидных материалов при их использовании в основном технологическом процессе, а следовательно - повышение производительности технологического комплекса;

- повышение качества гранул и производительности пресс-валкового экструдера при обеспечении замкнутого рециклинга тепловых потоков.

Технический результат от использования изобретения заключается в том, что заявляемая технологическая линия и способ экструдирования техногенных волокнистых материалов обеспечивают получение высокого качества гранул с различными физико-механическими характеристиками при постадийном высокоскоростном смешении поликомпонентной шихты, предуплотнении и экструдировании с организацией рециклинга тепловых потоков, утилизации просыпи гранул и уловленных в аспирационной системе пылевидных материалов в виде сформованного микрогранулята. А также заявляемая технологическая линия и способ экструдирования техногенных волокнистых материалов обладают широкими технологическими возможностями.

1. Технологическая линия для экструдирования техногенных волокнистых материалов, включающая последовательно установленные устройства приема и дозирования сырья, смешения, гранулирования, классификации и сушки, отличающаяся тем, что устройство приема и дозирования сырья содержит наклонный загрузчик, соединенный при помощи двух пневмоупругих питающих валков с ленточным конвейером с регулируемым углом наклона α=0° или 30°<α<50°, который соединен с устройством измельчения, содержащим шредер и шнековый питатель, расположенные над ленточным объемным дозатором, соединенным с молотковой дробилкой, устройство смешения включает последовательно установленные вертикальный и горизонтальный турбулентные смесители, причем последний содержит блок для предварительного уплотнения шихты, а устройство классификации и сушки гранул содержит барабанно-винтовой сушильный агрегат.

2. Способ экструдирования техногенных волокнистых материалов, включающий измельчение исходного материала, введение в него связующего и последующее доувлажнение материала до формовочного состояния, термонагрев увлажненной шихты и ее гранулирование, а также охлаждение экструдированных гранул, отличающийся тем, что в зависимости от исходных размеров и текстуры материала осуществляется двухстадийное или одностадийное измельчение, при котором дополнительно вводятся механоактивированные или топливосодержащие добавки, а последующее смешение композиционной смеси с органическим связующим осуществляется при предварительном пароувлажнении и уплотнении смеси, полученные гранулы подвергают последовательной классификации и сушке или охлаждению в барабанно-винтовом сушильном агрегате.

3. Способ экструдирования техногенных волокнистых материалов по п. 2, отличающийся тем, что осуществляется рециркуляция тепловых паровоздушных потоков.

4. Способ экструдирования техногенных волокнистых материалов по п. 2, отличающийся тем, что микрогранулирование пароувлажненной просыпи с уловленным пылевидным материалом осуществляется в торообразном микрогрануляторе под действием воздушного потока, создаваемого вентилятором, и утилизируемого пароувлажненного теплового потока с органическим связующим, а сформованный микрогранулят рециркулируют в горизонтальный турбулентный смеситель.