Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электромагнитная утилизация автомобильных шин. Монография
.pdf
К.К. Ким, И.М. Карпова
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ
УТИЛИЗАЦИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН
Монография
Москва
Ай Пи Ар Медиа
2023
УДК 629.3
ББК 39.3
К40
Авторы:
Ким К.К. — д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой
электротехники и теплоэнергетики ПГУПС;
Карпова И.М. — канд. техн. наук, доц., доц. кафедры
электротехники и теплоэнергетики ПГУПС
Рецензент:
Иванов С.Н. — д-р техн. наук, доц., проф. кафедры
электромеханики Комсомольского-на-Амуре
государственного университета
Ким, Константин Константинович.
К40 Электромагнитная утилизация автомобильных шин : монография /
К.К. Ким, И.М. Карпова. — Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2023. — 55 с. —
Текст : электронный.
ISBN 978-5-4497-2516-5
Утилизация изношенных автомобильных шин выполняется путем начального охлаждения шин для получения хрупкого состояния резины. Затем на шину воздействуют импульсным магнитным полем, индуцирующим в металлокорде и бортовых кольцах шины вихревые токи. Взаимодействие этих токов
с импульсным магнитным полем приводит к возникновению импульсной механической силы, действующей на металлические части шины. В результате шина прижимается к опорной плите и разрушается. Окончательное разделение резиновой крошки и металлических частей осуществляется с помощью озона
и электромагнитной сепарации.
Монография предназначена для научных работников и инженеров, занимающихся вопросами утилизации и переработки изношенных автомобильных шин.
Научное электронное издание
ISBN 978-5-4497-2516-5 © Ким К.К., Карпова И.М., 2023
© ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2023
Научное издание
Ким Константин Константинович
Карпова Ирина Михайловна
Издано в авторской редакции
Технический редактор, компьютерная верстка Т.П. Устьянцева
Обложка С.С. Сизиумовой
Подписано к использованию 01.11.2023. Объем данных 6 Мб.
ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»
8 800 555 22 35 (бесплатный звонок по России)
E-mail: sale@iprmedia.ru
4
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5
1. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН ...... 13
2. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ................................................................................... 17
3. ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ШИНЕ ............................... 20
4. ПРОЕКТ ЗАВОДА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН .......... 26
5. ЦЕХ ДЕСТРУКЦИИ ШИН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ТИПА ....................... 29
5.1. Назначение цеха и его планировка ............................................................... 29
5.2. Магнитно-импульсная установка .................................................................. 30
5.3. Эксплуатация магнитно-импульсной установки ......................................... 33
5.4. Технологическая оснастка ............................................................................. 34
5.5. Эксплуатация технологической оснастки .................................................... 39
5.6. Основные требования к технике безопасности при производстве
работ в цеху деструкции и противопожарные мероприятия ............................. 40
6. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ......................................................................... 41
6.1. Замечания по расчету экономической эффективности ............................... 41
6.2. Рынок услуг ..................................................................................................... 42
6.3. Финансовый план ............................................................................................ 42
6.4. Реализация проекта ......................................................................................... 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 45
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 46
ПРИЛОЖЕНИЕ ......................................................................................................... 47
5
ВВЕДЕНИЕ
Динамичный рост парка автомобилей во всех развитых странах приводит
к постоянному накоплению изношенных автомобильных шин. По данным Европейской Ассоциации по вторичной переработке шин (ЕТРА) в 2000 году общий вес изношенных, но непереработанных шин достиг:
• в Европе — 2,5 млн тонн;
• в США — 2,8 млн тонн;
• в Японии — 1,0 млн тонн;
• в России — 1,0 млн тонн.
В Москве ежегодно образуется более 70 тыс. тонн изношенных шин, в
Петербурге и Ленинградской области — более 50 тыс. тонн.
В настоящее время общемировые запасы изношенных автошин оцениваются в 25 млн т. при ежегодном приросте не менее 7 млн т.
Из общего количества изношенных шин в мире только 23 процента находят применение (экспорт в другие страны, сжигание с целью получения энергии, механическое размельчение для покрытия дорог и др.). Остальные
77 процентов использованных шин никак не утилизируется, ввиду отсутствия
рентабельного способа утилизации.
Объем переработанных шин методом измельчения не превышает 10 %.
Большая часть собираемых шин (20 %) используется как топливо (рис. 1).
Рис. 1. Печи для сжигания шин
6
Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются источником
длительного загрязнения окружающей среды: шины не подвергаются биологическому разложению; шины огнеопасны и, в случае возгорания, погасить их
достаточно сложно; при складировании они являются идеальным местом размножения грызунов, кровососущих насекомых и служат источником инфекционных заболеваний. Закопанные в землю шины разлагаются в естественных
условиях не менее 100 лет.
Сегодня вопрос обращения с изношенными шинами в той или иной степени
регулируется двумя международными конвенциями, четырнадцатью федеральными законами, девятью постановлениями правительства РФ, двенадцатью нормативно-правовыми актами федеральных органов исполнительной власти. При
этом все эти нормы не имеют прямого действия, вследствие чего основная масса
изношенных шин до сих пор утилизируется в России путем банального захоронения на придорожной территории, полигонах и свалках (рис. 2).
Рис. 2. Свалка изношенных шин
Между тем следует отметить, что по своей структуре и свойствам материалов шины являются строго унифицированным видом продукции. Жесткая
7
конкурентная борьба за качество и надежность привела к тому, что состав и
свойства каучуков, каркасных материалов, а также технология производства
этих изделий весьма схожи у разных производителей. В результате современные шины представляют собой сложное композитное изделие из разнородных
материалов, обладающее большой устойчивостью к механическим повторнопеременным нагрузкам и разрушающим факторам внешней среды. Эти свойства шин, крайне необходимые для обеспечения безопасной эксплуатации колесной техники, становятся крайне неприятными при решении проблемы их
ликвидации после завершения жизненного цикла. Система удаления с территории региона данного вида отхода автотранспортной деятельности должна
предусматривать обязательный этап их сбора и переработки.
Вместе с тем, амортизированные автомобильные шины содержат в себе
ценное сырье: каучук, металлический и текстильный корд.
В каждой тонне шин содержится около 700 кг резины, которая может
быть повторно использована для производства резинотехнических изделий, материалов строительного назначения или топлива, а масса металлокорда в автомобильной шине, например, для грузового автомобиля составляет 13–15 кг.
Резина и металлический корд изношенной шины могут найти самое широкое применение при вторичной переработке.
Перспектива и потенциал переработки изношенных шин и получения регенерата, резиновой крошки, металлического корда и текстиля заключается в широком спектре использования данных материалов и высоком спросе на рынке.
Ниже представлены области использования резиновой крошки:
1. Изготовление новых автомобильных шин.
2. Изготовление резинотехнических изделий для автомобилей.
3. Изготовление техпластины.
4. Изготовление водоотталкивающих покрытий для крыш.
5. Изготовление железнодорожных шпал и подрельсовых прокладок.
6. Изготовление напольных ковриков и подошв для обуви.
7. Изготовление колес (шинок) для инвалидных колясок и коек.
8. Изготовление покрытий для дорог (14–15 тонн на 1 км дорожного по-
крытия).
9. Изготовление спортивных покрытий из резиновой крошки для фут-
больных полей, теннисных кортов и детских площадок.
10. Изготовление плитки из резиновой крошки.
11. Изготовление бетона для строительства в качестве добавок.
8
Переработанные шины применяются также для производства: гидроизоляции при нефтедобыче; гидроизоляционных мостов и труб; защиты от эрозии
почв и берегов; строительства мостов и водопропускных коллекторов в дорожной индустрии; создания звукоизолирующих ограждений — экранов на автодорогах; усиления «слабых» грунтов в инженерных сооружениях широкого профиля.
Помимо утилизации и переработки автомобильных шин широкое применение нашла технология восстановления протектора изношенных шин.
Существует несколько технологий восстановления изношенного протектора. Наиболее распространены нарезка и горячая вулканизация специальной
гладкой ленты с одновременным формированием рисунка, а также «холодная»
(при температурах до 100 ºС) вулканизация с применением лент с заранее нанесенным рисунком.
В странах ЕС восстанавливается около 15 % использованных шин для
легковых машин (что на 20 % дешевле производства новых).
В настоящее время, все известные методы переработки шин можно разделить на две группы:
1. Физический метод переработки шин.
2. Химический метод переработки шин.
Наиболее полно первоначальная структура и свойства каучука и других
полимеров, содержащихся в отходах, сохраняются при механическом измельчении (рис. 3).
Процесс измельчения, несмотря на кажущуюся простоту, очень сложный
не только по определению характера, величины и направления нагрузок, но и
по трудности количественного учета результатов разрушения.
Ниже представлена классификация имеющихся в настоящее время способов измельчения вторичных резин:
1. По температуре измельчения:
- при отрицательных температурах;
- при положительных температурах.
2. По механическому воздействию:
- ударом;
- истиранием;
- сжатием;
- сжатием со сдвигом;
- резанием.
9
Рис. 3. Процесс механического измельчения шин
Согласно данной классификации рассмотрим следующие технологии:
1. Низкотемпературная технология утилизации шин.
При низкотемпературной обработке изношенных шин дробление производится при температурах –60 ºС ... –90 ºС, когда резина находится в псевдохрупком состоянии. Дробление при низких температурах значительно уменьшает энергозатраты на дробление, улучшает отделение металла и текстиля от
резины, повышает выход резины.
2. Бародеструкционная технология переработки шин.
Технология основана на явлении «псевдосжижения» резины при высоких
давлениях и истечении её через отверстия специальной камеры. Резина и текстильный корд при этом отделяются от металлического корда и бортовых колец, измельчаются и выходят из отверстий в виде первичной резино-тканевой
крошки, которая подвергается дальнейшей переработке: доизмельчению и сепарации.
10
3. Полностью механическая переработка шин.
В основу технологии переработки заложено механическое измельчение
шин до небольших кусков с последующим механическим отделением металлического и текстильного корда, основанном на принципе «повышения хрупкости» резины при высоких скоростях соударений, и получение тонкодисперсных
резиновых порошков.
4. Технология переработки (утилизации) шин озоном.
Суть технологии — в «продувании» озоном автомобильных шин, что
приводит к полному их рассыпанию в мелкую крошку с отделением от металлического и текстильного корда.
Изношенные автомобильные шины при химических методах переработки
могут использоваться как вторичный энергоресурс.
Речь идет о методах, приводящих к глубоким необратимым изменениям
структуры полимеров. Как правило, эти методы осуществляются при высоких
температурах и заключаются в термическом разложении (деструкции) полимеров в той или иной среде и получению продуктов различной молекулярной
массы. К этим методам относятся сжигание, термический и каталитический
крекинг и пиролиз, регенерацию и разложение резины под воздействием кислорода, водорода и других химических реагентов, деполяризацию, измельчение и
другие.
Существуют два способа сжигания с целью утилизации энергии: прямой
и косвенный.
В первом случае шины, грубоизмельченные или целиком, сжигают в избытке кислорода. Иногда грубоизмельченные шины добавляют к другому сжигаемому материалу для повышения его теплотворной способности.
Одним из главных недостатков переработки сжиганием является тот
факт, что при сжигании изношенных шин, как и при сжигании нефти, уничтожаются химически ценные вещества, содержащиеся в материале изношенных
шин. А также такой способ переработки требует значительных энергозатрат,
что приводит к существенному удорожанию получаемых продуктов и создает
неблагоприятный экологический фон.
Во втором случае на сжигание поступает газ, полученный в процессах
переработки изношенных шин, например, при пиролизе (основан на термическом разложении отходов при отсутствии или большом дефиците кислорода с
целью сохранения углеводородного сырья) (рис. 4).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]