Переработка отходов производства и потребления

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

Для получения из порошков гранулята, близкого по размерам к монодисперсному, используют тарельчатые (дисковые) грануля­ торы окатывания, обеспечивающие возможность достаточно легко­ го управления процессом.

Например, для гранулирования порошкообразных продуктов используют тарельчатый гранулятор окатывания ОТЮ0К02, уст­ ройство которого показано на рис. 6.11, а технические характери­ стики приведены ниже:

\I*

Рис. 6.11. Гранулятор окатывания тарельча­ тый ОТ100К02:

7 - станина; 2 - тарель; 3 - кожух; 4 - форсунка; 5 - электро­ привод; 6 - механизм поворота; 7 — смотро­ вой люк; I - вход по­ рошка; I I - выход гра­

нул

Гранулирование порошков происходит следующим образом. Материал поступает на наклонную вращающуюся тарель 2, увлаж­ няется связующей жидкостью, подаваемой через форсунку 4, и окатывается до гранул заданной величины. Угол наклона тарели регулируется с помощью механизма 6.

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

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

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

Тарельчатые грануляторы экономичнее барабанных, более ком­ пактны и требуют меньших капитальных вложений. Их недостат­ ком являются высокая чувствительность к содержанию жидкой фа­ зы в обрабатываемом материале и, как следствие, узкие пределы рабочих режимов.

Гранулирование порошков прессованием характеризуется про­ межуточной стадией упругопластического сжатия их частиц, про­ исходящего под действием давления и нагрева (иногда при переме­ шивании) с образованием коагуляционной структуры. Давление начала процесса прессового гранулирования определяется пределом текучести наименее прочного компонента перерабатываемого по­ рошка. Прессовое гранулирование проводят в валковых и табле­ точных машинах различной конструкции, червячных и ленточных прессах, дисковых экструдерах и некоторых других механизмах с получением агломератов различной формы и размеров.

Например, для гранулирования влажных порошкообразных ма­ териалов используют прессующие грануляторы марок ФП025К08 и ФП040К01 производительностью до 200 и 500 кг/ч соответственно. Гранулируемый влажный материал в таких машинах запрессовы­ вается в отверстия вращающегося ротора; сформировавшиеся в них гранулы затем выталкиваются в приемник с помощью толкателей. Прессующие грануляторы могут изготавливать гранулы как в виде цилиндров, так и в виде таблеток.

Валковые грануляторы снабжают прессующими элементами с рабочей поверхностью различного профиля, что позволяет полу­ чать спрессованный материал в виде отдельных кусков (обычно с поперечным сечением до 30 мм), прутков, плиток и полос. Эти ме­

ханизмы часто совмещают с дробилками (обычно также валкового типа), обеспечивающими получение из спрессованных полупродук­ тов гранул заданных размеров.

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

Принципы прессового гранулирования реализуют также в чер­ вячных прессах (экструдерах) различной конструкции, рабочими элементами которых являются червяки (шнеки), пластицирующие перерабатываемый материал и продавливающие его через фильерную решетку, по выходе из которой сформированные жгуты либо ломаются под действием собственной тяжести, либо их режут до или после охлаждения дисковым или гильотинным ножом на час­ тицы заданной длины. Червячные экструдеры широко используют­ ся для гранулирования пластмасс.

На рис. 6.12 приведена конструкция шнекового гранулятора марки ФШ010К02. Продавливаемый через фильерную решетку 6 материал выходит из нее в виде жгутов, которые ломаются вслед­ ствие низкой прочности под действием собственной массы, образуя гранулы в виде небольших цилиндриков.

Вид А

Характеристики аппаратов для грануляции пастообразных ма­ териалов приведены в табл. 6.14.

Таблица 6.14

Характеристики шнековых и роторных гиануляторов пастообразных материалов

Отдельную группу грануляторов представляют аппараты грану­ лирования порошков в дисперсных потоках. Процесс в таких гра­ нуляторах основан на столкновениях частиц порошка или порошка и жидкой фазы в турбулизованном потоке циркулирующего в ап­ парате или проходящего через него воздуха или газа. Турбулент­ ный контакт частиц гранулируемых материалов в потоке сплош­ ной фазы может обеспечиваться в струйных грануляторах или в грануляторах кипящего слоя либо посредством воздействия на час­ тицы вибрационных (грануляторы виброкипящего слоя) или дру­ гих механических возмущений.

При переработке металлургических и топливных шлаков широ­ ко используются специальные методы гранулирования силикатных расплавов, которые рассмотрены в гл. 10.

Таблетирование. При производстве из промышленных отходов некоторых адсорбентов порошковые материалы таблетируют с ис­ пользованием машин различных типов, принцип действия боль­ шинства из которых основан на прессовании пуансонами дозируе­ мых в матричные каналы порошков. Получаемые таблетки харак­ теризуются разнообразной формой (цилиндры, сферы, полусферы, диски, кольца и т.п.) и имеют диаметр поперечного сечения 6 - 12 мм. Производительность наиболее распространенных таблеточ­ ных машин составляет от 3 до 96 тыс. таблеток в час.

Брикетирование. При утилизации твердых отходов с целью создания условий для транспортирования, хранения, а часто и са­ мой возможности переработки или с целью изготовления товарной продукции широко используют брикетирование.

Брикетирование дисперсных материалов проводят без связую­ щего при давлении прессования, превышающем 80 МПа, и с добав­ ками связующих при давлении, обычно составляющем 15 - 25 МПа. На процесс брикетирования дисперсных материалов суще­ ственно 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 брикетиро­ ванием материал обычно подвергают грохочению, дроблению, суш­ ке, охлаждению и другим подготовительным операциям.

Для брикетирования кусковых отходов используют различные прессовые механизмы. Наибольшее распространение получили штемпельные (давление прессования 100 - 120 МПа), вальцовые и кольцевые (около 200 МПа) прессы различных конструкций.

Высокотемпературная агломерация используется при обработ­ ке пылей, окалины, шламов и мелочи рудного сырья в металлурги­ ческих производствах, пиритных огарков и других дисперсных же­ лезосодержащих отходов. Для проведения агломерации на основе таких BMP приготовляют шихту, включающую твердое топливо [коксовую мелочь в количестве 6 - 7 % (масс.)], и другие компо­ ненты (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 оптимальную ее газопроницаемость. Нагрев и вос­ пламенение шихты обеспечивается просасыванием через нее про­ дуктов сжигания газообразного или жидкого топлива. Процесс спе­ кания минеральных компонентов шихты протекает при горении твердого топлива (1100 - 1600 °С), содержащегося в ней. Агломе­ рационные газы удаляют под разрежением 7 - 1 0 кПа.

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

Применяющиеся для высокотемпературной агломерации кон­ вейерные машины с верхним зажиганием шихты производительно­ стью 400 - 500 т/ч отличаются выделением больших объемов раз­

бавленных по загрязняющим компонентам (СО, S02, N02) агломе­ рационных газов. Агломашины с нижним зажиганием в значитель­ ной степени лишены этого недостатка.

6.3. Смешение материалов

Смешение широко используется при переработке отходов с целью диспергирования материалов друг в друге, получения гомо­ генной композиции, изменения физического состояния материалов, ускорения химических и физико-химических процессов. Различа­ ют смешение в жидкой фазе, когда по крайней мере один из пере­ мешиваемых материалов является жидкостью; смешение fc вязко­ текучем состоянии, когда хотя бы один из материалов является вязкой жидкостью или расплавом, и смешение в твердой фазе, когда смешиваемые материалы являются сыпучими порошками.

Существующие смесительные механизмы периодического и не­ прерывного действия основаны на использовании механических, гравитационных и пневматических способов взаимного перемеще­ ния частиц обрабатываемых материалов и отличаются большим разнообразием конструкций.

В зависимости от целей смешения, свойств смешиваемых мате­ риалов, их физического состояния, особенностей технологического процесса используют механическое, барботажное, циркуляционное и поточное смешение. Процесс смешения может быть непрерыв­ ным и периодическим. При непрерывном смешении необходимая гомогенизация смеси или другое изменение ее состояния достига­ ются за один проход через непрерывно действующее оборудование.

При периодическом смешении композиция многократно пере­ мешивается смесительными органами в какой-либо емкости до до­ стижения необходимого качества смеси, после чего выгружается из смесителя. При переработке различных жидких отходов наиболее часто применяют механическое перемешивание при помощи аппа­ ратов с лопастными, пропеллерными, якорными и другими мешал­ ками. Области их применения и некоторые характеристики приве­ дены в табл. 6.15.

Для смешивания жидкостей перспективно применение объем­ ных смесителей - статических, роторно-пульсационных, электрогидравлических, которые позволяют проводить процесс в непре­ рывном режиме, обеспечивая высокую производительность, необ­ ходимое качество смеси, снижение капитальных и текущих затрат.

200 Па-с до 100 кПа-с) целесообразно использовать смесители пе­ риодического действия с Z-образными лопастями типа ЗЛ (рис. 6.15), представляющие собой смесительную камеру, внутри которой расположены два Z-образных ротора, вращающихся в про­ тивоположные стороны с различными скоростями.

Смесительная камера этого аппарата имеет рубашку для тер­ мокондиционирования; при выгрузке она может опрокидываться.

Для приготовления высоковязких композиций в непрерывном режиме предназначен смеситель СНД-1500 (рис. 6.16), представля­ ющий собой смесительную камеру, внутри которой размещены два ротора с мешалками. Камера имеет рубашку для термокондицио­ нирования перемешиваемой массы. Выгрузка приготовленной ком­ позиции производится через штуцер в конце смесительной камеры.

Рис. 6.14. Центробежный смеситель НДЦ-25 ВБК-01

170 5

Рис. 6.15. Смеситель периодического действия ЗЛ-250-01

Смесители могут выпускаться с различным объемом смеситель­ ной камеры и в разных исполнениях, пригодных для перемешива­ ния взрывоопасных, коррозионноактивных и других материалов.

В некоторых процессах утилизации отходов используется барботажное перемешивание. Такой способ заключается в пропуска­ нии через жидкость многочисленных пузырьков воздуха, в резуль­ тате чего она перемешивается с ним. Барботажное перемешивание целесообразно при необходимости интенсифицировать насыщение

жидкости кислородом, в частности, оно используется при сжигании нефтесодержащих отходов, а также в процессах флотационного разделения суспензий и растворов. Перемешивающими устройства­ ми при барботажном способе смешения являются всевозможные га­ зораспределительные устройства.

Качество смешения оценивается гомогенностью смеси или за­ вершенностью химических и физико-химических процессов (на­ пример, коагулирования, растворения и др.). Существует множест­ во способов контролирования качества смешения. На практике, как правило, оно определяется продолжительностью проведения процесса, которая устанавливается эмпирическим путем.

Процессы смешения могут быть охарактеризованы степенью однородности (коэффициентом неоднородности полученной смеси), интенсивностью и эффективностью перемешивания.

Интенсификация процессов перемешивания позволяет увели­ чить поверхности раздела смешиваемых материалов и, как следст­ вие, значительно ускоряет процесс, повышает производительность оборудования.

6.4. Физические методы сепарации отходов

При переработке твердых промышленных отходов (особенно минеральных, содержащих черные и цветные металлы; вышедшей из строя радиоэлектронной аппаратуры и других изделий на основе металлов и сплавов; некоторых топливных зол; смесей пластмасс; шлаков цветной и черной металлургии и ряда других BMP) ис­ пользуют различные физические методы сепарации, в основе кото­ рых лежат различия в магнитных, электрических и других физи­ ческих свойствах отходов.