СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК B02C19/18 B02C23/06 

Изобретение относится к переработке вторичных материальных ресурсов, в частности вышедших из эксплуатации шин и другого резинотехнического лома.

Рост потребности в природном сырье, становящемся все более дефицитным и дорогостоящим, требует изыскания путей его экономии. Одним из таких путей является переработка и использование вторичного сырья, важнейшим видом которого являются изношенные резиновые изделия и отходы резинотехнической промышленности. Большое значение имеет использование отходов резины в виде мелкодисперсных порошков, для получения которых наиболее эффективным является криогенное измельчение материалов, т.е. измельчение при низких температурах. Решающим фактором криогенного измельчения является выбор рационального метода охлаждения. Наилучшим хладагентом является жидкий азот, в связи с чем одной из задач криогенного измельчения является снижение расхода азота, что приведет к удешевлению готового продукта.

Наиболее близким к изобретению (способу) техническим решением, принятым за прототип, является способ измельчения эластичных материалов, заключающийся в том, что исходный материал предварительно охлаждают до температуры охрупчивания подачей в него жидкого азота, механически измельчают при охлаждении, проводят теплообмен между охлажденным измельченным материалом и исходным материалом, отделяют измельченный материал от исходного материала и сбрасывают испарившийся азот в атмосферу [1].

Наиболее близким техническим решением к установке является установка для измельчения эластичных материалов, содержащая загрузочный бункер, бункер-охладитель, измельчающее устройство, циклон и источник охлаждения с жидким азотом, подключенный к бункеру-охладителю и измельчающему устройству [2].

Недостатком известных способа и установки является довольно большой расход жидкого азота, обусловленный недостаточной рекуперацией холода из конечного измельченного материала.

Целью изобретения является повышение экономичности за счет сокращения расхода азота.

Поставленная цель достигается тем, что по способу измельчения эластичных материалов, заключающемуся в том, что исходный материал предварительно охлаждают до температуры охрупчивания подачей в него жидкого азота, механически измельчают при охлаждении, проводят теплообмен между охлажденным измельченным материалом и исходным материалом, отделяют измельченный материал от исходного материала и сбрасывают испарившийся азот в атмосферу, согласно изобретению теплообмен между исходным материалом и измельченным материалом проводят посредством пропускания последнего через исходный материал противотоком за счет скоростного напора испаряющегося азота, создающего в исходном материале псевдоожиженный слой измельченного материала, а отделение измельченного материала от исходного осуществляют посредством поддерживания величины скоростного напора, необходимого для выноса измельченного материала заданной дисперсности.

Поставленная цель достигается также тем, что в установке для измельчения эластичных материалов, содержащей загрузочный бункер, бункер-охладитель, измельчающее устройство, циклон и источник охлаждения, подключенный к бункеру-охладителю и измельчающему устройству, согласно изобретению измельчающее устройство на выходе сообщено через трубопровод с нижней частью бункера-охладителя, а циклон подсоединен к верхней части бункера-охладителя и посредством трубопровода сброса газа к нижней части загрузочного бункера.

Кроме того, установка снабжена газодувкой и противоточным теплообменником, одна полость которого соединена с трубопроводом сброса газа из циклона, а другая полость подключена к средней части бункера-охладителя и к выходу из газодувки, вход которой подсоединен к трубопроводу сброса газа из циклона.

Пропускание охлажденного измельченного материала противотоком через исходный позволяет охладить исходный материал и одновременно прогреть измельченный материал до температуры, близкой к температуре исходного (недорекуперация составит не более 20-30^оС, а в прототипе она составляет 60-80^оС). Поэтому затраты жидкого азота будут идти только на недорекуперацию, внешние теплопритоки и тепло, выделившееся при измельчении.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что теплообмен между исходным материалом и измельченным материалом проводят посредством пропускания последнего через исходный материал противотоком, а установка отличается снабжением трубопроводом охлаждения и указанным подключением. Таким образом, заявляемые установка и способ соответствуют критерию "новизна".

Сравнение заявляемых решений не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаки, отличающие заявляемые решения от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена схема установки для измельчения эластичных материалов; на фиг. 2 - то же, вариант.

Установка содержит загрузочный бункер 1, соединенный через шлюзовой дозатор 2 с верхней частью бункера-охладителя 3, нижняя часть которого через шлюзовой дозатор 4 соединена с входом измельчающего устройства 5. Выходом измельчающее устройство (измельчитель) 5 подключено посредством трубопровода 6 охлаждения к нижней части бункера-охладителя 3. Установка также содержит источник охлаждения 7, подключенный посредством трубопровода 8 через вентиль 9 к бункеру-охладителю 3 и через вентиль 20 к измельчителю 5. Выход (трубопровод) 11 из верхней части бункера-охладителя 3 подключен к циклону 12, выход из которого соединен посредством шиберного затвора 13 с потребителем. Циклон 12 содержит трубопровод 14 сброса газа, подключенный к нижней части загрузочного бункера 1.

Для повышения эффективности транспортирования измельченного материала установка снабжена (фиг. 2) газодувкой 15 и противоточным теплообменником 16, полость 17 которого соединена с трубопроводом 14 сброса газа из циклона 12, а полость 18 подключена к средней части бункера-охладителя 3 и к выходу из газодувки 15, вход которой подсоединен к полости 17 теплообменника 16 через вентиль 19. Загрузочный бункер 1 имеет трубопровод 20 с вентилем 21, подключенный к трубопроводу 14.

Способ заключается в следующем. Исходный материал через шлюзовой дозатор 2 подают в бункер-охладитель 3 и охлаждают жидким азотом.

Охлажденный до температуры охрупчивания (от -100 до -150^оС) в бункере-охладителе 3 исходный материал через шлюзовой дозатор 4 подают в измельчитель 5, где его измельчают, например, до 100-200 мкм, и потоком испарившегося азота, поступающего в измельчитель 5 по трубопроводу 8 через регулирующий вентиль 10, направляют по трубопроводу 6 в бункер-охладитель 3 (в нижнюю его часть). Измельченный материал, проходя через слой засыпанного исходного материала, движущегося вниз, охлаждает его до температуры порядка -100^оС, а сам при этом вместе с гaзообразным азотом, поднимающим его вверх, нагревается до температуры порядка -10^оС. Благодаря организации в бункере-охладителе 3 определенной скорости газового потока (например, для частиц 200 мкм скорость в нижней части бункера должна составлять 0,05-0,1 м/с), которая зависит от площади сечения бункера-охладителя, расхода азота и температуры после измельчителя, образуется псевдоожиженный слой измельченного материала в зазорах слоя исходного крупного материала, что обеспечивает интенсивный теплообмен между потоком газообразного азота с измельченным материалом и кусками исходного материала.

Одновременно с процессом теплообмена происходит сепарация измельченного материала, т.е. мелкая его фракция потоком газа выдувается из верхней части бункера-охладителя 3 через трубопровод 11 в циклон 12, а крупные частицы вместе с исходным материалом опускаются и направляются в измельчитель 5 на повторный помол. Сепарацию производят посредством поддержания величины скоростного напора и регулируют с помощью перераспределения потока жидкого азота, подаваемого в измельчитель 5 и нижнюю часть бункера-охладителя 3, регулирующими вентилями 9 и 10.

Установка работает следующим образом. Исходный материал из загрузочного бункера 1 через шлюзовой дозатор 2 подается в бункер-охладитель 3, где охлаждается посредством теплообмена с поступающими по трубопроводу 6 измельченным материалом и жидким азотом и по трубопроводу 8 через регулирующий вентиль 9 жидким азотом, а затем через шлюзовой дозатор 4 исходный материал поступает в измельчитель 5. После измельчителя 5 конечный измельченный холодный материал выдувается газообразным хладагентом (азотом), поступающим в измельчитель 5 по трубопроводу 8 через регулирующий вентиль 10, обратно в бункер-охладитель 3 через трубопровод 6.

Благодаря потоку газа в бункере-охладителе 3, идущему снизу вверх при определенных скоростях газового потока, конечный измельченный материал создает псевдоожиженный слой (кипящий слой), в котором происходит охлаждение исходного материала за счет интенсивного теплообмена между ним и холодными частицами конечного измельченного материала. В результате этого процесса исходный материал, опускаясь вниз, охлаждается и через шлюзовой дозатор 4 поступает в измельчитель 5, а конечный измельченный продукт, отепляясь и поднимаясь потоком газа в верхнюю часть бункера-охладителя 3, через трубопровод 11 выносится в циклон 12, где происходит резкое падение скорости и отделение конечного измельченного продукта от транспортирующего его газа.

Из циклона 12 конечный измельченный продукт через шиберный затвор 13 выдается потребителю. Регулируя при помощи вентилей 9, 10 и 19 скорость газового потока как в бункере-охладителе 3, так и в полости 18, можно получать различную дисперсность конечного измельченного продукта, т.е. в измельчителе 5 получается довольно широкий диапазон размеров частиц.

Поэтому измельчитель 5 в предлагаемой схеме установки выполняет еще и роль классификатора. Мелкие (заданного размера частицы) выдуваются в циклон 12, а крупные частицы поступают вместе с исходным материалом на повторный помол в измельчитель 5.

Для более полного использования запаса холода в газообразном азоте (фиг. 2) холодный газ из верхней части циклона 12 по трубопроводу 14 отбирается газодувкой 15 через полость 17 теплообменника 16 и подается через полость 18 теплообменника 16 в среднюю часть бункера-охладителя 3, где он способствует выдуванию измельченного материала из верхней части бункера-охладителя. Избыток азота по трубопроводам 14 и 20 через регулирующий вентиль 21 подают в загрузочный бункер 1, используя его для подсушивания исходного материала с последующим сбросом в атмосферу.

Таким образом, применение изобретения позволяет сократить расход азота в 1,5-2 раза по сравнению с существующими техническими решениями в данной области.

Использование: измельчение эластичного материала. Сущность изобретения: исходный материал предварительно охлаждают до температуры охрупчивания подачей в него жидкого азота, механически измельчают при охлаждении, проводят теплообмен между охлажденным измельченным материалом и исходным материалом противотоком за счет скоростного напора испаряющегося азота, создающего в исходном материале псевдоожиженный слой измельченного материала. Установка снабжена трубопроводом охлаждения, подключенным к нижней части бункера-охладителя и к выходу из измельчающего устройства, а циклон подсоединен к верхней части бункера-охладителя и посредством трубопровода сброса газа к нижней части загрузочного бункера. 2 с.п. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измельчения эластичных материалов, преимущественно резины, заключающийся в том, что исходный материал предварительно охлаждают до температуры охрупчивания подачей в него жидкого азота, механически измельчают при охлаждении, проводят теплообмен между охлажденным измельченным материалом и исходным материалом, отделяют измельченный материал от исходного материала и сбрасывают испарившийся азот в атмосферу, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем сокращения расхода азота, теплообмен между исходным и измельченным материалами проводят посредством пропускания последнего через исходный материал противотоком за счет скоростного напора испаряющегося азота, создающего в исходном материале псевдоожиженный слой измельченного материала, а отделение измельченного материала от исходного осуществляют посредством поддержания величины скоростного напора, необходимой для выноса измельченного материала заданной дисперсности. 2. Установка для измельчения эластичных материалов, преимущественно резины, содержащая загрузочный бункер, бункер-охладитель, измельчающее устройство, циклон и источник охлаждения с жидким азотом, подключенный к бункеру-охладителю и измельчающему устройству, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности путем сокращения расхода азота, измельчающее устройство на выходе сообщено через трубопровод с нижней частью бункера-охладителя, а циклон на входе подсоединен к верхней части бункера-охладителя и через трубопровод для сбора газа - к нижней части загрузочного бункера. 3.Установка по п.2, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности процесса транспортирования измельченного материала и его сепарации, она снабжена газодувкой и противоточным теплообменником, одна полость которого подсоединена к трубопроводу сброса газа из циклона, а другая полость подключена к средней части бункера-охладителя и к выходу газодувки, вход которой подсоединен к трубопроводу сброса газа из циклона.