АГЛОМЕРАТОР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПЛАСТМАСС Российский патент 2004 года по МПК B29B17/00 B02C18/06 B02C18/44 B29K101/00 

Изобретение относится к устройствам для переработки отходов тонколистовых и пленочных термопластичных полимерных материалов в агломерат - сыпучий материал и может быть использовано на предприятиях, перерабатывающих пластмассовые отходы.

Агломераторы, о которых идет речь, представляют собой вертикальную овальную (цилиндрическую или эллипсную в поперечном сечении) емкость, в нижней части которой расположен быстроходный вращающийся измельчитель отходов (для цилиндрической емкости) или пара измельчителей (для эллипсной емкости). Измельчители представляют собой плосковращательный режущий аппарат скользящего резания, т.е. резания, осуществляемого ножами с прямолинейными режущими кромками, которыми оснащаются агломераторы, под воздействием приложенных к ним взаимно перпендикулярных сил Р_n и P_t, где P_n - сила, нормально действующая на материал, а P_t - тангенциальная сила, необходимая для возбуждения тангенциального перемещения лезвия ножа по материалу. Резание со скольжением возможно при наличии угла скольжения τ, что достигается смещением ножа в плоскости вращения на некоторую величину ι относительно радиальной линии О_B. При таком расположении ножа линейная скорость V=rω любой точки лезвия при вращении режущего аппарата может быть разложена на составляющие: нормальную V_n и тангенциальную V_t:

V_n=rωcosτ=ω;

V_t=rωsinτ=ωl.

Составляющая V_n изменяется по закону прямой, a V_t сохраняет постоянную величину для всех точек лезвия, так как ι=rsinτ=cosτ.

Эффект скользящего резания объясняется тем, что при скольжении лезвия по материалу оно захватывает неровностями частицы материала, стремится сдвинуть их с места и увлечь за собой (пилящее воздействие режущей кромки). Между смещаемыми и соседними частицами материала возникают нормальные напряжения растяжения и касательные напряжения сдвига вместо напряжений смятия, т.е. сжатия, как при нормальном резании (рубке). Именно напряжения растяжения и сдвига в основном и обеспечивают разрезание, разрыв материала и максимальное выделение теплоты при агломерации. Теплота выделяется также за счет трения частиц материала между собой, о стенки емкости и детали режущего аппарата.

При переработке упруговязких материалов с различными физико-механическими свойствами, каковыми являются термопласты, эффект от скользящего движения лезвия может быть значительным только при определенных углах скольжения τ. Значение этого угла для величины усилия резания общепризнано. Таким образом, выбор величины угла τ для переработки каждого конкретного материала является одним из важнейших определяющих факторов в оптимизации процесса измельчения при агломерации, т.е. таких условий, при которых при наименьших затратах энергии выделяется наибольшее количество теплоты.

В агломератор периодически загружают пленочные отходы, где они благодаря высокой скорости режущего аппарата разрезаются, разрываются и, разогревшись до температуры пластикации, уплотняются и агломерируются. Для охлаждения агломерата и фиксации размеров его частиц его опрыскивают небольшим количеством воды, которая быстро испаряется, и затем полученный сыпучий продукт выгружают.

Известно устройство для переработки отходов пластмасс - тонколистовых и пленочных материалов в агломерат. Устройство содержит вертикальную цилиндрическую емкость с загрузочным и выгрузочным отверстиями. В нижней части емкости расположен установленный на приводном валу измельчитель в виде траверс с жестко закрепленными на них ножами с прямолинейными режущими кромками, смещенными в плоскости вращения относительно линии, проходящей через его центр. На верхней траверсе смонтированы направляющие, выполненные в виде лопастей (А.С. СССР № 1595654, В 29 В 17/00, В 02 С 18/44, 1988 (опубл.)). В емкость подают материал, который режущим аппаратом измельчается и за счет превращения механической энергии в тепловую в результате растяжения, разрыва и трения частиц материала о стенки емкости, детали измельчителя и между собой разогревается до размягчения и агломерируется в комки. Фиксация размеров полученного агломерата осуществляется введением небольшого количества воды для резкого охлаждения материала.

Недостатком устройства является то, что жесткое крепление ножей выполнено без возможности регулирования величины смещения их режущих кромок в плоскости вращения относительно его центра. Такая конструкция режущего аппарата предполагает скользящее резание с постоянным углом скольжения τ, что не позволяет оптимизировать процесс агломерации при переработке материалов с различными физико-механическими свойствами, таких, например, как полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, ПВХ и др.

Известен преобразователь отходов пленочных термопластичных материалов в гранулы (агломератор), представляющий собой цилиндр, в котором на вертикальной вращающейся оси расположено два ножа. К стенкам цилиндра прикреплены встречные горизонтальные ножи, несколько выше вращающихся. К вращающимся ножам для интенсивного плавления прикреплены пластины прямоугольного сечения (патент США № 3949941, В 02 В 11/08, 1976 (опубл.)). После измельчения и плавления загруженных отходов пленки в цилиндр производится набрызг воды и из отходов образуются гранулы. Вытяжной вентилятор отсасывает пар и летучие вещества из отходов, и гранулы выгружаются.

Этот преобразователь отходов обладает тем же недостатком - ножи закреплены жестко без возможности регулирования величины угла скольжения τ, что исключает оптимизацию процесса агломерации материалов с различными физико-механическими свойствами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является агломератор, содержащий вертикальную овальную (эллипсную) емкость с загрузочным и выгрузочным отверстиями. Внизу емкости расположены связанные с приводами вращения два измельчителя в виде смонтированных на валах электродвигателей траверс с жестко закрепленными на их концах ножами с прямолинейными режущими кромками, смещенными в плоскости вращения относительно линии, проходящей через ее центр (патент России № 2120378, В 29 В 17/00, 1998 (опубл.)). Процесс агломерации в нем аналогичен описанным в предыдущих примерах. Но и в этом агломераторе не предусмотрена возможность регулировки угла скольжения, а следовательно, и оптимизация процесса измельчения при агломерации различных материалов.

Задача изобретения - оптимизация процесса измельчения отходов тонколистовых и пленочных термопластичных полимерных материалов с различными физико-механическими свойствами при их переработке в агломераторах, т.е. создание таких условий, при которых при наименьших затратах энергии выделяется наибольшее количество теплоты.

Поставленная задача решается тем, что в агломераторе для переработки отходов пластмасс, содержащем вертикальную овальную емкость с загрузочным и разгрузочным отверстиями, в нижней части которой расположен связанный с приводом вращения по меньшей мере один измельчитель в виде смонтированной на валу привода траверсы с жестко закрепленными на ее концах ножами с прямолинейными режущими кромками, смещенными в плоскости вращения относительно линии, проходящей через его центр, крепление ножей выполнено с возможностью регулирования величины этого смещения.

Возможность регулирования величины смещения режущих кромок ножей позволяет выбирать определенный угол скольжения τ при переработке каждого конкретного материала, например, полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата, ПВХ и др., т.е. материала со своими физико-механическими свойствами. Выбор определенного угла τ обеспечивает оптимизацию процесса измельчения при агломерации отходов, т.е. наименьшие затраты энергии при наибольшем количестве выделяемой теплоты.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид агломератора с цилиндрической в поперечном сечении емкостью с одним измельчителем; на фиг.2 - общий вид агломератора с эллипсной емкостью и двумя измельчителями; на фиг.3 - теоретический чертеж плосковращательного режущего аппарата скользящего резания и на фиг.4 - вид измельчителя сверху (одно из конструктивных решений крепления ножей с возможностью смещения их в плоскости вращения).

Агломератор содержит основание 1, на котором расположена откидная вертикальная овальная емкость 2 (цилиндрическая или эллипсная) с закрытым крышкой загрузочным 3 и закрытым шибером 4 разгрузочным отверстиями. Внутри основания размещен электродвигатель 5 (для цилиндрической емкости) или рядом расположенные два электродвигателя (для эллипсной емкости). На валу электродвигателя установлена траверса 6 с жестко закрепленными на ее концах ножами 7 с прямолинейными режущими кромками, смещенными в плоскости вращения относительно линии, проходящей через центр вращения, на величину ι, так что их направления образуют с этой линией угол скольжения τ.

В верхней части емкости расположен патрубок 8, к которому подсоединяется вентилятор для быстрого удаления паров воды, испарившейся при агломерации.

Эллипсная форма поперечного сечения емкости предпочтительна перед цилиндрической, т.к. в ней исключается угон материала при затупившихся ножах и лучше условия перемешивания отдельных частиц, что особенно важно при добавках модификаторов, красителей и т.д.

Крепление ножей к траверсам выполнено так, что имеется возможность зафиксировать их жестко в различных положениях с выбором оптимального угла скольжения τ между направлением режущей кромки и линией, проходящей через центр вращения измельчителя.

Агломератор работает следующим образом.

Подлежащие агломерации отходы тонколистового и(или) пленочного термопластичного материала загружают сверху в емкость через отверстие 3. Отходы падают на вращающийся измельчитель с ножами 7, измельчаются, материал разогревается до температуры пластикации, уплотняется и агломерируется в комки. Затем в агломератор вводят небольшое количество воды, которая быстро испаряется, фиксируя размеры полученных частиц (гранул) материала. Пары воды быстро удаляются вентилятором, и полученный сыпучий продукт выгружается в тару через разгрузочное отверстие внизу емкости при открытом шибере 4.

При переработке материала с конкретными физико-механическими свойствами ножи закрепляются на траверсах под углом скольжения τ, соответствующим оптимальным условиям переработки именно этого материала, т.е. минимальным затратам энергии с максимальным выделением теплоты при пластикации термопласта.

Изготовление агломераторов такой конструкции возможно на машиностроительных предприятиях, обладающих универсальным металлорежущим, сварочным оборудованием и оборудованием для термообработки металлов.

Изобретение относится к устройствам для переработки отходов тонколистовых и пленочных термопластичных полимерных материалов в агломерат - сыпучий материал и может быть использовано на предприятиях, перерабатывающих пластмассовые отходы. Агломератор содержит основание, на котором расположена откидная вертикальная емкость с загрузочным и разгрузочным отверстиями, в нижней части которой расположен связанный с приводом вращения, по меньшей мере, один измельчитель в виде смонтированной на валу привода траверсы с жестко закрепленными на ее концах ножами. Ножи выполнены с прямолинейными режущими кромками, смещенными в плоскости их вращения относительно линии, проходящей через центр вращения на заданную величину так, что направления режущих кромок ножей образуют с этой линией угол скольжения, и закреплены на траверсе с возможностью регулирования величины этого смещения и возможностью жесткой фиксации их в различных положениях с выбором угла скольжения, соответствующего оптимальным условиям переработки соответствующего полимерного материала. Вертикальная емкость может быть выполнена овальной в поперечном сечении. Агломератор позволит оптимизировать процесс измельчения отходов тонколистовых и пленочных полимерных материалов с различными физико-механическими свойствами при их переработке в агломерат. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Агломератор для переработки отходов пластмасс, содержащий вертикальную емкость с загрузочным и разгрузочным отверстиями, в нижней части которой расположен связанный с приводом вращения, по меньшей мере, один измельчитель в виде смонтированной на валу привода траверсы с жестко закрепленными на ее концах ножами, отличающийся тем, что ножи выполнены с прямолинейными режущими кромками, смещенными в плоскости их вращения относительно линии, проходящей через центр вращения на заданную величину так, что направления режущих кромок ножей образуют с этой линией угол скольжения, и закреплены на траверсе с возможностью регулирования величины этого смещения и возможностью жесткой фиксации их в различных положениях с выбором угла скольжения, соответствующего оптимальным условиям переработки соответствующего полимерного материала.2. Агломератор по п.1, отличающийся тем, что вертикальная емкость в поперечном сечении выполнена овальной.