Агрегирование полимерных отходов

Грануляция в современных технологиях складирования дисперсных промышленных отходов. Модельная установка для изучения воздействия атмосферных процессов на гранулированные продукты. Назначение и область применения грануляторов формования и окатывания.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ВВЕДЕНИЕ

Наряду с методами уменьшения размеров кусковых материалов и их разделения на классы крупности при переработке твердых отходов большое распространение имеют методы, связанные с укрупнением мелкодисперсных частиц, имеющие как самостоятельное, так и вспомогательное значение и объединяющие различные приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования и высокотемпературной агломерации. Их используют при переработке компонентов отвальных пород добычи полезных ископаемых, хвостов обогащения углей и золы -- уноса ТЭС, в процессах утилизации фосфогипса, в сельском хозяйстве и цементной промышленности, при подготовке к переплаву мелкокусковых и дисперсных отходов черных и цветных металлов, в процессах утилизации пластмасс, саж, пылей и древесной мелочи, при обработке шлаковых расплавов в металлургических производствах и электротермофосфорном производстве и во многих других процессах утилизации и переработки BMP.

Глава 1. АГРЕГАЦИЯ И АГЛОМЕРАЦИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ

Гранулирование. Методы гранулирования охватывают большую группу процессов формирования агрегатов обычно сферической или цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов или растворов перерабатываемых материалов. Эти процессы основаны на различных приемах обработки материалов.

Гранулирование порошкообразных материалов окатыванием наиболее часто проводят в ротационных (барабанных, тарельчатых, центробежных, лопастных) и вибрационных грануляторах различных конструкций. Производительность этих аппаратов и характеристики получаемых гранул зависят от свойств исходных материалов, а также от технологических параметров (расхода порошков и связующих, соотношения ретура -- затравки и порошка, температурного режима, частоты вращения, коэффициента заполнения аппарата) и конструктивных факторов (геометрических размеров аппарата, угла наклона и др.).

Получившие большое распространение на практике барабанные грануляторы часто снабжают различными устройствами для интенсификации процессов, предотвращения прилипания порошков к рабочей поверхности, сортировки гранул по размерам. Они характеризуются большой производительностью (до 70 т/ч), относительной простотой конструкции, надежностью в работе и сравнительно невысокими удельными энергозатратами. Однако барабанные грануляторы не позволяют получить гранулят узкого фракционного состава, а также осуществить контроль и управление процессом.

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

Существует много конструкций тарельчатых грануляторов, различающихся размерами, наличием или отсутствием, а также формой и расположением отдельных конструктивных элементов. Обычно применяют тарели (чаши, диски) диаметром 1--6 м, с высотой борта до 0,6 м.

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

Q=KD\ (4.15)

где К-- коэффициент грануляции, значение которого может быть найдено в специальной литературе (для летучей золы, например, К= 0,4-0,55).

Необходимый размер тарели гранулятора оценивают по удельной производительности q, которая находится в пределах 0,77--

0,91 т/(м²-ч):

Ј=VQ/(0,785?). (4.16)

Тарельчатые грануляторы экономичнее барабанных, они более компактны и требуют меньших капитальных вложений. Их недостатком являются высокая чувствительность к содержанию жидкой фазы в обрабатываемом материале и, как следствие, узкие пределы рабочих режимов. На практике используют грануляторы производительностью до 125 т/ч.

Гранулирование порошков прессованием характеризуется промежуточной стадией упругопластического сжатия их частиц, происходящего под действием давления и нагрева (иногда при перемешивании) с образованием коагуляционной структуры. 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.

Валковые грануляторы снабжают прессующими элементами с рабочей поверхностью различного профиля, что позволяй получать спрессованный материал в виде отдельных кусков (обычно поперечное сечение до 30 мм), прутков, плиток и полос. Эти механизмы часто совмещают с дробилками (обычно также валкового типа), обеспечивающими получение из спрессованных полупродуктов гранул заданных размеров.

Производительность валковых грануляторов обычно составляет 5--100 т/ч. Ориентировочно ее можно оценить по формуле:

Q= 188,4- 10V Р-*'л-Ј^в А (⁴¹⁷>

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

Принципы прессового гранулирования порошков и паст реализуют также в червячных прессах (экструдерах) различной конструкции, рабочими элементами которых являются червяки (шнеки), пластицирующие перерабатываемый материал и продавливающие его через перфорированную решетку (фильерную головку), по выходе из которой сформованные жгуты либо ломаются под действием собственной тяжести, либо их режут до или после охлаждения дисковым или гильотинным ножом на частицы заданной длины.

Отдельную группу грануляторов представляют аппараты гранулирования порошков в дисперсных потоках. Процесс в таких грануляторах основан на столкновениях частиц порошка или порошка и жидкой фазы в турбулизованном потоке циркулирующего в аппарате или проходящего через него воздуха или газа. Турбулентный контакт частиц гранулируемых материалов в потоке сплошной фазы может обеспечиваться в струйных грануляторах или в грануляторах кипящего слоя либо посредством воздействия на частицы вибрационных (грануляторы виброкипящего слоя) или других механических возмущений.

При переработке металлургических и топливных шлаков широко используются специальные методы гранулирования силикатных расплавов, которые рассмотрены в гл. 8.

Таблетирование. При производстве из промышленных отходов (или их компонентов) некоторых адсорбентов, катализаторов, витаминных, лечебных и ряда других препаратов и изделий порошковые материалы гранулируют с использованием таблеточных машин различных типов, принцип действия большинства из которых основан на прессовании пуансонами дозируемых в матричные каналы порошков. Изготавливаемые таблетки характеризуются разнообразной формой (цилиндры, сферы, полусферы, тики, кольца и т. п.) с диаметром поперечного сечения 6--12 мм. Производительность наиболее распространенных таблеточных машин составляет от 3 до 96 тыс. таблеток в час.

Брикетирование. При утилизации твердых отходов с целью придания им компактности, обеспечивающей лучшие условия транспортирования, хранения, а часто и саму возможность переработки, а также с целью изготовления товарной продукции широко используют брикетирование.

Брикетирование дисперсных материалов проводят без * ни чующего при давлении прессования, превышающем 80 МПа, и с добавками связующих при давлении, обычно ограниченном IN -25 МПа. На процесс брикетирования дисперсных материалов существенно влияют состав, влажность и крупность материала, температура, удельное давление и продолжительность прессования. Необходимое удельное давление прессования обычно находится в обратной зависимости от влажности материала. Перед брикетированием материал обычно подвергают грохочению, дробней, сушке, охлаждению и другим подготовительным операциям.

В практике брикетирования твердых отходов используют различные прессовые механизмы. При брикетировании дисперсных материалов наибольшее распространение получили штемпельные (давление прессования 100--120 МПа), вальцовые и кольцевые (около 200 МПа) прессы различных конструкций.

Высокотемпературная агломерация. Этот метод используют при обработке пылей, окалины, шламов и мелочи рудного сырья в металлургических производствах, пиритных огарков и других дисперсных железосодержащих отходов. Для проведения агломерации на основе таких BMP приготовляют шихту, включающую твердое топливо (коксовую мелочь в количестве 6-- 7 % по массе), и другие компоненты (концентрат, руду, флюсы). Шихту усредняют и увлажняют до 5--8 %. Затем ее подают на решетки движущихся обжиговых тележек) агломерационной машины. Высота слоя шихты должна обеспечивать ей оптимальную газопроницаемость. Нагрев и воспламенение шихты обеспечивают просасыванием через нее продуктов сжигания газообразного или жидкого топлива. Процесс спекания минеральных компонентов шихты протекает при горении твердого топлива (при 1100--1600 °С), содержащегося в ней. Агломерационные газы удаляют под разрежением 7--10 кПа.

Спеченный агломерат дробят до крупности 100--150 мм в валковых зубчатых дробилках, продукт дробления подвергают грохочению и последующему охлаждению. Просев грохочения -- фракцию с размером частиц менее 8 мм, выход которой составляет 30--35 %, возвращают на агломерацию.

Применяющиеся для высокотемпературной агломерации конвейерные машины с верхним зажиганием шихты производительностью 400--500 т/ч отличаются выделением больших объемов разбавленных по загрязняющим компонентам (СО, S0₂, N0₂) агломерационных газов. Агл...