Выбор технологического оборудования процессов дробления и измельчения путем резания ТБО

По размеру кусков исходного отхода и конечного продукта процесс измельчения условно подразделяется на несколько классов, исходя из которых производится выбор оборудования (таблица 4.1):

 

Таблица 4.1 – Классификация методов измельчения

Класс измельчения	Размер кусков до измельчения, мм	Размер кусков после измельчения, мм
Дробление: - крупное - среднее - мелкое		1…5
Помол: - грубый - средний - тонкий - коллоидный	1…5 0,1…0,04 0,1…0,02 <0,1	0,1…0,04 0,005…0,015 0,001…0,005 <0,001

 

Измельчение твёрдых промышленных отходов и разделение их по крупности на фракции является одним из основных процессов подготовки отходов к утилизации и имеет важнейшее значение для обеспечения высокого качества готового продукта. Технология измельчения включает круг вопросов и проблем, связанных с исследованием путей и возможностей совершенствования существующих и создания новых процессов измельчения и соответствующих этим процессам аппаратов – измельчителей. Целью таких исследований является снижение стоимости измельчения, уменьшение удельных затрат энергии, износа и металлоёмкости измельчителей, увеличение их долговечности и удобства эксплуатации. Учитывая, что стоимость основной массы сырья для производства готовой продукции сравнительно высока, технико-экономический фактор играет особую роль в теории измельчения.

Процесс измельчения используют для получения из кусков отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм. При переработке твёрдых отходов используют агрегаты грубого и тонкого измельчения: стержневые, шаровые и ножевые мельницы, дезинтеграторы, дисковые и кольцевые мельницы, бегуны. В качестве несущей среды при сухом измельчении чаще всего применяют воздух, реже дымовые и инертные газы, а при мокром – воду. Измельчение отходов пластмасс и резиновых технических изделий проводят при низких температурах (криогенное измельчение).

Работа А, затраченная при дроблении или измельчении на разрушение исходного материала, прямо пропорциональна вновь образованной поверхности F:

А = k₁ΔF, (4.1)

где k₁ – коэффициент пропорциональности;

ΔF – приращение поверхности.

Степень дробления i выражает отношение размеров кусков подлежащего дроблениюd_Н и кусков раздроблённого материала d_k:

i = d_Н / d_k. (4.2)

Работа внутренних сил упругости при отсутствии потерь равна работе внешних сил, вызвавших упругую деформацию тела:

A = , (4.3)

где - напряжение, возникающее при деформации;

V – объём деформированного тела;

Е – модуль упругости (модель Юнга).

Работа измельчения одного куска размером D равна

А = k₂D³, (4.4)

где k₂ – коэффициент пропорциональности.

В обобщённом виде работа, затрачиваемая на деформацию разрушаемых кусков и образование новых поверхностей, равна

А = γΔV + ΔF, (4.5)

где γ, - коэффициенты пропорциональности;

ΔV – деформированный объём;

ΔF – вновь образованная поверхность.

В чистом виде работы при дроблении пропорциональна среднегеометрическому между объёмом V и вновь обнажённой (образованной) поверхностью S:

А = k_Б(VS), (4.6)

где k_Б – коэффициент Бонда.

Предложена новая конструкция резания твердо-бытовых отходов до размеров 0,5 мм за счет специальных ножниц с крутящими моментами.

К области техники относится сортировочная, мусороразгрузочная и перерабатывающая станция, производящая сортировку, дробление и пакетирования мусора, затем переработку пищевых и полимерных отходов путем пресс формообразования. Авт.св.СССР № 1727914. Кл. В03 В9/06, В65 Г7/00, 1992г.

Недостаток сортировочной станции заключается в том, что она не обеспечивает глубокого разделения компонентов пригодных для повторного использования всех морфологических составов твердых бытовых отходов, а также многооперационность: сортировка, дробление, пересортировка и пакетирования, а также разделение мусора на компоненты путем анализирующего извлекающего устройства.

Известен уровень техники по схеме цепи аппаратов оборудования сортировки и разделении сыпучих смесей переменного состава, к которым относится морфологический состав твердых бытовых отходов (мусор) и извлечение иных компонентов пригодных для повторного использования и более глубиной утилизации остатков (хвостов) твердых бытовых отходов (ТБО), оставшихся после извлечения перерабатываемых материалов [22,23]. Недостатком выше указанного устройства является то, что использование различного оборудования для сортировки ТБО, которое разделяют на несколько потоков с заданными размерами фракции ТБО, многооперационность путем сортировочных работ с использованием многоступенчатой сепарации, а также не эффективность резания обуви, изделий из тканей, автомобильных шин и др.

Известен способ утилизации твердых хозяйственно-бытовых отходов. Изобретение к предварительному патенту №18444. Изобретение относится к способу утилизации твердых хозяйственной бытовых (ТБО) и жидких промышленных отходов и может быть использовано в коммунальном хозяйстве.

Недостатком выше указанной техники является то, что использования различного оборудования транспортировки, дробления и измельчения, которые разделяют отходы на несколько потоков с заданными размерами фракции ТБО, многооперационность путем использования механизмов дробления из обогатительных (ткани и др.) фабрик со сложными конструкциями, а также сложного резания мужских, женских и детских обувей.

Задачей изобретения является исключение механизмов дробления и измельчения ТБО, а также уменьшение транспортных устройств при утилизации химическом способе твердых бытовых и жидких промышленных отходов [66].

Сущность изобретения - обеспечение упрощения конструкции и уменьшение энергоемкости процессов измельчения особенно сложных отходов, например обуви и изделий из тканей и др. путем резания, крутящими ножами, а также всех морфологических составов (ТБО) путем сначала зачистки и сушки, затем прямой операции измельчения путем резания ТБО всех компонентов при химизации твердых и жидких отходов.

Результатом изобретения является смешивания различных сочетаний химических соединений отходов. Например, пластмасс, асбест, аккумуляторы, садовые отходы, отработанные масла, автопокрышки, электронные приборы, кислоты, щелочи, отходы информационных технологии, химические реактивы, краски, лаки, красители, клеящие вещества, органические растворители, пестициды, нефтепродукты, углеводороды, эмульсии, разлагающиеся органические отходы, органические химикаты и др. с раздробленными и измельченными до 10 мм компонентами ТБО, которые поступают в общий миксер. В дальнейшем в миксере происходят химические реакции полимеров, органических соединении с последующим проведением межмолекулярных реакции полимеризации.

Химическая реакция в миксере происходят с повышенной температурой и давлением, с выделением газов (метана, пропана, азота и др.) за счет регулирования выпуска газов в печах электро- и теплоэнергии имеется возможность регулировать давление в миксере. Температура регулируется подачей холодной воды в наружный корпус миксера.

В миксере подготавливается химическая смесь из измельченных твердых бытовых и жидких химических отходов, для которой требуются специальные соединяющие элементы в виде химических добавок, такие как: хлористый калий, натрий, окись железа, хлорные железо, окись хрома, полимеры и др.

После соединения химических смесей твердых бытовых и жидких отходов с химическими добавками они подготовлены в виде пульпы к следующему этапу экструдирования, прессования и формообразования, для протекания которых необходимо определить состав связывающих элементов, например песка, илы, зола, строительных измельченных отходов и др. с красителями. С целью безопасности процессов утилизации отходов не допускается использование специальных опасных, радиоактивных, медицинских, взрывчатых веществ, горючих жидкостей и почв, самовоспламеняющихся веществ, горючих газов, трупов животных, промышленных стоков, промывочных вод и др.

Процессы экструдирования, прессования и формообразования проводятся на базе существующего технологического оборудования, необходимого чтобы в зависимости от выпускаемой продукции, изделий, материалов определять соотношения химических добавок и связывающих элементов. Например, для выпуска материалов досок и стоек железнодорожных снегозадерживающих заборов путем экструдирования необходимо: химические добавки – 10%, песок – 30%, зола – 8%, ил – 5%, краситель – 5%, а остальные 42% составляет химическая пульпа из миксера.

Техническая задача изобретения решается: отбором крупно размерных, железо содержащих строительных отходов (длина 500 мм, ширина 300 мм, высота 200 мм); посредством высушивания всех компонентов отходов (мусора) до состояния не слипания его компонентов, при постоянном его перемещении и последовательном их разрезания механическими ножницами крупных, картонных, деревянных, полимерных и др. ящиков, емкостей; первичное измельчение (автомобильных шин; мужской, женской и детской обуви; изделия из тканей мужской, женской и детской одежды и другие отходы) всех морфологических составов ТБО до размеров 80 мм; выбор железных отходов посредством магнитного потока; вторичное измельчение до размеров 40 мм, 20 мм, 10 мм, до размеров 0,5 мм, далее все поступает в миксер, где производится смешивание с жидкими химическими отходами (шламы гальванопроизводства, кислая смолка, фусты коксохимии, ртутный шлам, отходы нефтепродуктов, лаков, красок, эмалей, органические химикаты, отработанные масла, шины, кислоты, пестициды, щелочи, смолы, соединении цинка, хрома, свинца, углеводороды, эмульсии). Посредством измельчения вращающимися ромбообразными реверсируемые шнеками, которые ускоряют химические соединения, находящееся в смеси в различных соотношениях, а также обеспечивают полимеризацию компонентов отходов, которые нейтрализуются и подвергаются детоксикации, так как добавляются различные фосфорные, азотные и другие жирные кислоты, которые находятся в смеси с твердыми отходами. В результате образующиеся густые пульпы и газы для экструдирования и формообразования, а также полученные тепло и электроэнергия.

В результате химических реакций при высоких температурах до 200 градусов Цельсия и повышенном давлении до 40 атмосфер происходит целый спектр молекулярных процессов, при которых полимеры, текстиль, резины, органические и другие материалы расширяются, все живые микроорганизмы, существовавшие в отходах такие, как бактерии и грибки погибают, все газы и пары образующиеся в ходе химического процесса, перерабатываются в газоочистительной системе и затем используется для получения тепло и электроэнергии.

Практически в окружающую среду не поступают никакие опасные вещества, химический процесс не дает никаких побочных продуктов, все жидкости после мойки ТБО поступают в миксер. Повышение производительности и эффективности измельчения всех морфологических составов (компонентов) твердых отходов для химического соединения с жидкими производственными отходами за счет более глубокой утилизации твердых бытовых отходов (мусора) при использовании привода с ромбообразными вращающимися и реверсируемые шнеками в миксере, что обеспечивает ускоренное смешивание и химической реакции твердых и жидких отходов с нейтрализацией и детоксикацией, а также полимеризацией морфологических составов ТБО за счет повышения температуры и давления в миксере.

Техническим результатом изобретения является поточность технологических процессов измельчения всех компонентов ТБО до размеров 0,5 мм, а также химизация твердых и жидких отходов при исключении человека на всех стадиях операции. В качестве технологического оборудования используются серийные технические средства с учетом измеряющего устройства, при конечном результате измельчения всех морфологических составов хозяйственно-твердых бытовых отходов.

На рисунке 4.1 устройство для измельчения хозяйственно-бытовых отходов путем резания ТБО.

Результатом изобретения устройства является специальная конструкция для измельчения хозяйственно-бытовых отходов путем резания всех морфологических составов ТБО, которая является составным элементом технологических процессов утилизации отходов.

Сущность устройства заключается в том, что на практике зубчатые, валковые и молотковые дробильные установки в основном базируются на ударных механизмах для твердых горных пород.

Использование для дробления таких механизмов при измельчении ТБО не эффективно, так как физико-химические составы не позволяют осуществлять раздавливание ударными нагрузками, что не обеспечивает измельчение ТБО, поэтому необходимо использование способа резания острыми ножами.

Целью изобретения является разработка устройства, которое будет включать в себя технологические процессы утилизации ТБО, что достигается использованием конструкций, позволяющих обеспечить резание различных компонентов отходов, путем вращающихся многочисленных двусторонних лезвий с ножами, которые взаимодействуют с различными мягкими свойствами отходов.

На рисунке 4.1 показан общий вид устройства с особой конструкцией цилиндра и вращающимся приводом.

Устройство содержит электро или гидродвигатель 1, с редуктором 2 которые жестко прикреплены к цилиндру 6 через швеллер 7 с вращающимся и реверсируемой валом 3, жестко закрепленными крестообразными двухсторонними лезвиями 4, жестко закрепленным валом 3, а также цилиндром 6 с жестко закрепленными крестообразными двухсторонними лезвиями 5, которые соприкасаются с вращающимся валом (осью) 3 образуя ножи, путем взаимодействия с двумя лезвиями 4 и 5, что обеспечивает операции резания ТБО.

Увеличение количества взаимодействующих с вращающимся валом 3 лезвий на различных расстояниях, обеспечивает более эффективное измельчение ТБО от 80 мм до 0,5 мм.

С целью уплотнения измельченных разрезанных отходов предусмотрены шнеки 7, которые на различных расстояниях жестко закреплены на вал 3 с взаимодействующими аналогичными ножами 4 и 5, например с целью получения размерами кусков ТБО до 0,5 мм с 12 ножами на выходе.

 

Рисунок 4.1 – Устройство для измельчения хозяйственно-бытовых отходов путём резания