СПОСОБ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ РЕЗИНОВЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1999 года по МПК B29B17/00 B30B9/04 

Изобретение относится к области переработки вторичного сырья и может быть использовано для измельчения отходов резины.

Известен способ переработки отходов резины, например, автомобильных шин, основанный на предварительном захолаживании шин жидким азотом и последующем их дроблении (а.с. СССР N 1214445, B 29 B 17/00, 84).

Недостатком этого способа является его высокая энергоемкость и сложность технологического оборудования, предусматривающая наличие таких ненадежных элементов как гидравлические цепи криогенной техники.

Наиболее близким к изобретению является способ измельчения резиновых отходов, при котором отходы продавливают через отверстия формообразователя (Патент СССР N 1122211, B 29 B 17/00, 1980).

Недостатком этого способа является его высокая энергоемкость, связанная с необходимостью доведения резины до состояния "холодного ожижения", что требует применения высокого давления до 25000 Н/см².

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего снизить энергозатраты на измельчение резины и уменьшить размер получаемой крошки.

Эта задача решается тем, что в способе измельчения резиновых отходов, при котором отходы продавливают через отверстия формообразователя, на выходе из отверстий формообразователя формируют выпуклые образования, на которые воздействуют агрессивной средой, преимущественно озоносодержащим газом, и которые после растрескивания отделяют от формообразователя. Задача решается также тем, что в зоне формирования выпуклых образований создают принудительную циркуляцию озоносодержащего газа. Кроме того, циркуляцию озоносодержащего газа осуществляют с формированием потока, который направляют на поверхность выпуклого образования. При этом изменяют скорость и/или направление потока озоносодержащего газа. В частности, формирование потока осуществляют в направлении, встречном направлению продавливания резины. Кроме этого, задача решается также тем, что осуществляют воздействие на озоносодержащий газ и/или выпуклое образование нагревом, и/или механическими колебаниями, и/или световым потоком видимой части спектра, и/или световым потоком ультрафиолетовой части спектра.

Такое решение задачи позволяет получить новый технический результат - снижение энергозатрат на переработку резиновых отходов в крошку и уменьшение размера получаемой крошки.

Достижение нового технического результата основано на следующем.

Из уровня техники (С.Д.Разумовский и др. Озон и полимерные материалы, М. , Знание, 1988, с. 12-13) известно, что напряженная резина при взаимодействии с озоносодержащим газом постепенно разрушается, при этом скорость разрушения увеличивается с увеличением концентрации озона в газе. С этой целью в заявляемом изобретении используют в качестве агрессивной среды преимущественно озоносодержащий газ. В качестве агрессивных сред могут быть использованы также различные кислоты и пр. Однако, их использование значительно осложняет саму технологию измельчения.

Экспериментально установлено, что при продавливании резиновых отходов через фильеру озоносодержащий газ ведет себя неоднозначно при изменении режимов измельчения, а это существенно влияет на качество получаемой при измельчении крошки.

По этой причине для достижения поставленной технической задачи процесс продавливания резиновых отходов ведут с формированием на выходе фильеры выпуклых образований с обеспечением на их поверхности, а также и внутри них, такого напряженного состояния, при котором воздействие озоносодержащего газа на них приводит к их быстрому разрушению, а после отделения от фильеры получают крошку с заданными параметрами такими, как однородность, дисперсность, пластичность и др.

Достигаемый технический результат может быть усилен тем, что наряду с созданием напряженного состояния внутри резины по всему ее объему дополнительно воздействуют на выпуклое образование и озоносодержащий газ факторами, влияющими на интенсивность разрушения резины и размер крошки.

Одно из дополнительных воздействий заключается в том, что озоносодержащий газ, выбранный в качестве агрессивной среды, принудительно направляют в зону формирования выпуклых образований, организовав поток газа так, чтобы он был направлен именно на эти образования. При этом предпочтительным является направление, встречное направлению продавливания резины. Такое решение обеспечивает, во-первых, в зоне формирования выпуклых образований наличие газа с повышенной концентрацией озона и, во-вторых, попадание этого газа на наиболее восприимчивые к озону участки выпуклого образования. Помимо этого, осуществляется чисто механическое воздействие на эти образования. При этом изменение скорости и/или направления потока озоносодержащего газа позволяет воздействовать на процесс измельчения.

Второе дополнительное воздействие заключается в том, что озоносодержащий газ и/или выпуклые образования подогревают. Повышение их температуры интенсифицирует процесс химического взаимодействия между газом и резиной, что приводит к увеличению скорости разрушения последней, однако, нагрев выше 35-40^oC вреден из-за начинающейся деструкции озона.

Эффективным является также дополнительное воздействие на выпуклые образования и озоносодержащий газ источником светового потока с использованием только видимой и ультрафиолетовой частей спектра, которые положительно влияют на процесс разрушения резины.

Ультрафиолетовое излучение разлагает остаточный кислород, содержащийся в озоносодержащем газе, и повышает в нем концентрацию озона. Вместе с тем, под воздействием ультрафиолетовых лучей и видимой области спектра озон разлагается с образованием атомарного кислорода, а это, с учетом его высокой реакционной способности, активизирует процесс разрушения резины.

Инфракрасную область спектра светового потока нецелесообразно использовать, поскольку ее наличие приводит, во-первых, к нерегулируемому перегреву резины, что изменяет ее эластичность, т.е. реакцию на деформацию и, во-вторых, к деструкции озона.

В качестве следующего дополнительного воздействия используют механические колебания, которые ориентируют таким образом, что максимум их излучения попадает на разрушаемую резину и ближайшую к ней озоносодержащую газовую среду.

При этом на газовую среду воздействуют механическими колебаниями с интенсивностью акустической энергии от 120 до 500 Дб с частотным диапазоном от 6 КГц до 1 МГц, что вызывает турбулентные микропотоки газовой среды со скоростью - от 1 до 100 м/сек. Газовые потоки при таких скоростях образуют микропотоки над поверхностью обрабатываемого материала, высота которых составляет от 0,01 до 1 мм. Результатом этого является, во-первых, постоянное обновление состава газовой среды и локальное восполнение концентрации озона вблизи поверхности обрабатываемого материала и, во-вторых, снятие диффузионных ограничений на процессы массопереноса. Все это способствует ускорению процесса разрушения резины.

В то же время, на резину воздействуют механическими колебаниями в частотном диапазоне от 0,01 Гц до 1 МГц с амплитудами от 1 мкм до 0,01 м. Эти колебания вызывают в ней нормальные и тангенциальные деформации сдвига и кручения, которые приводят к перемещению отдельных участков материала, отрыву их от массива резины, что, в свою очередь, ведет к увеличению скорости разрушения собственно резины.

Вышеперечисленные дополнительные воздействия, заключающиеся в формировании потоков озоносодержащего газа определенным образом, создании механических колебаний, светового потока и подогрева выпуклых образований и/или озоносодержащего газа, используют либо все одновременно, либо одно из них, либо два, либо три в любом сочетании, что позволяет управлять процессом деструкции резины и превращать ее в крошку.

Ниже изложен пример осуществления способа измельчения резиновых отходов.

Устройство для реализации способа содержит камеры давления и измельчения, разделенные между собой формообразователем с отверстиями. Первая камера содержит механизм давления, например, поршень, а вторая камера соединена с источником озоносодержащего газа и содержит средство для отделения разрушенной резины от формообразователя. Обе камеры выполнены герметичными.

Работу ведут следующим образом. Подлежащие измельчению резиновые отходы загружают в камеру давления и герметизируют обе камеры. Включают механизм давления.

Механизм давления продавливает резиновые отходы через отверстия формообразователя. Процесс ведут так, что на выходе из отверстий формируют выпуклые образования. В результате создания внутренних напряжений в выпуклых образованиях воздействие на них озоносодержащим газом вызывает их быстрое растрескивание. Затем средство для отделения разрушенной резины от формообразователя разъединяет растрескавшееся выпуклое образование от его "ножки", оставшейся внутри отверстия. Выпуклое образование в результате отделения превращается в крошку, а "ножку", которая не была разрушена, т.к. в малой степени подвергалась воздействию озона, продавливают в камеру измельчения, где она формируется в новое выпуклое образование, и процесс его измельчения повторяют.

Полученная крошка сепарируется, после чего, в зависимости от потребности, может быть отправлена либо на склад, либо на повторное измельчение этим же способом, но уже с использованием формообразователя с меньшими отверстиями.

В принципе процесс получения крошки заданного размера может быть организован непрерывным. Для этого из первой камеры измельчения крошка должна поступать непосредственно в следующую камеру давления, но с меньшими отверстиями у формообразователя, и такая процедура должна повторяться до получения необходимой фракционности.

Для интенсификации процесса измельчения и уменьшения размера крошки камеру измельчения снабжают рядом дополнительных устройств. Во-первых, камера содержит средство для подогрева поступающего в нее озоносодержащего газа, спреер и вентилятор, которые обеспечивают необходимую циркуляцию озоносодержащего газа, во-вторых, камера содержит нагреватель, тепловой поток которого направляют на выходящую из отверстий формообразователя выпуклое образование, в-третьих, предусматривают источники механических колебаний, в-четвертых, в камере устанавливают источник светового потока, снабженный фильтром, отсекающим инфракрасную область потока.

Все вышеперечисленные средства воздействия на выпуклые образования могут быть включены порознь, вместе или в любом сочетании, и в любом из этих вариантов процесс разрушения крошки идет интенсивнее с одновременным уменьшением ее размера.

В случае проведения непрерывного процесса измельчения устанавливают последовательно камеры, содержащие формообразователи, отверстия которых уменьшаются по ходу измельчения отходов, а вышеперечисленные средства воздействия могут быть установлены каждое независимо друг от друга в соответствующих камерах измельчения.

Перечисленные выше воздействия направлены на достижение главного технического результата - получение крошки заданных размеров и свойств. При этом, в сравнении с известными техническими решениями, указанный результат обеспечивается с меньшими энергозатратами на переработку резиновых отходов, за счет применения более дешевых средств продавливания.

Данные, полученные при апробировании предлагаемого способа, показывают, что при расходе до 10 г озона на 1 кг крошки и при усилии продавливания порядка 10-20 Н/см² скорость движения резины в отверстиях формообразователя составляет около 2 мм/мин, время разрушения выпуклого образования не превышает 5 мин, при этом значительная часть, более 75%, крошки имеет размер менее 0,5 мм.

Сравнительные расчеты на базе этих данных показали, что энергозатраты, произведенные при производстве крошки предлагаемым способом в 3-4 раза ниже, чем при производстве ее традиционным способом в механических мельницах и, тем более, в криогенных установках.

Источники информации
1. Авт.св. 1214445, кл. B 29 B 19/02, 1984 г.

2. Патент СССР N 1122211, кл. B 29 B 17/00, 1980 г.

3. С. Д. Разумовский, Г. Е. Заиков "Озон и полимерные материалы". М., "Знание", 1988 г.

В способе измельчения резиновых отходов отходы продавливают через отверстия формообразователя, на выходе из отверстий формообразователя формируют выпуклые образования, на которые воздействуют агрессивной средой, преимущественно озоносодержащим газом, и которые после растрескивания отделяют от формообразователя. В зоне формирования выпуклых образований создают принудительную циркуляцию озоносодержащего газа, причем с формированием потока, направленного на поверхность выпуклого образования в направлении, встречном направлению продавливаемой резины, и изменяют скорость и/или направление потока озоносодержащего газа. Кроме этого, осуществляют воздействие на озоносодержащий газ и/или выпуклое образование нагревом, и/или механическими колебаниями, и/или световым потоком. Способ позволяет снизить энергозатраты на измельчение резины, позволяет получить крошку уменьшенного размера. 5 з.п.ф-лы.

1. Способ измельчения резиновых отходов, при котором резиновые отходы продавливают через отверстия формообразователя, отличающийся тем, что на выходе из отверстий формообразователя формируют выпуклые образования, на которые воздействуют агрессивной средой, озоносодержащим газом, и которые после растрескивания отделяют от формообразователя. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне формирования выпуклых образований создают принудительную циркуляцию озоносодержащего газа. 3. Способ по пп.2-4, отличающийся тем, что изменяют скорость и/или направление потока озоносодержащего газа. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что принудительную циркуляцию озоносодержащего газа создают с формированием потока, направленного на поверхность выпуклого образования. 5. Способ по пп.2 и 3, отличающийся тем, что формирование потока озоносодержащего газа осуществляют в направлении, встречном направлению продавливаемой резины. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют воздействие на озоносодержащий газ и/или выпуклое образование нагревом, и/или механическими колебаниями, и/или световым потоком ультрафиолетовой и/или видимой части спектра.