Панов
Е.И., Панафидин Е.М.
Оренбургский
институт путей сообщения (ОрИПС) – филиал СамГУПС, Россия
Пресс -
экструдер
Топливные брикеты, полученные методом эктрудирования - это
экологически чистое топливо обладающее зольностью 5-10%, а так же теплотой сгорания
17,5 – 19,5 МДж/кг. Топливные брикеты изготавливают из опилок, из измельченной
соломы, из отходов при переработке льна и т.п.
Шнековое прессование (экструзия) - метод формования в
экструдере изделий неограниченной длины продавливанием мелко - дисперсного
материала через формующую головку с каналом необходимого профиля.
Производительность шнекового пресса зависит также от
плотности материала, который подаётся на последний виток шнека. При повышении
плотности на последнем витке при сохранении скорости вращения шнека (объёма
прессуемого материала) возрастает производительность экструдера.
Кроме того, экструзия из горячего расплава
представляет собой быстрый, непрерывный, одноаппаратный производственный
процесс, не требующий дополнительной сушки или дискретных стадий процесса; он
обеспечивает короткое температурное воздействие активных агентов, дает
возможность обработки чувствительных к нагреванию активных агентов; температуры
процесса могут быть уменьшены путем добавления пластификаторов; сравнительно
низкие капиталовложения на оборудование по сравнению с другими процессами. [1]
В работах Малышева Е.Н., Ткачева Г.И.
рассмотрены способы: 1) способ получения твердого топлива в виде брикетов,
гранулятов на основе осадков городских сточных вод для использования в
котельных, на ТЭЦ, в топках железнодорожных вагонов; 2) технологии изготовления
влагоустойчивого топливного брикета в топливной промышленности из отходов
угледобывающей отрасли; 3) технологии получения брикетированного топлива из
углеводородных шламов и дисперсных угольных отходов. Известны также прессы, как
гидравлические, так и шнековые, для прессования опилок, отходов переработки
сельскохозяйственной продукции, металлической стружки и т.п. Это прессовое
оборудование достаточно металлоемко и энергозатратно, а также работает на, так
называемом, «сухом» сырье, влажность которого не превышает 10-12%.
Оптимизация пресс – экструдера заключается в
переработки различных видов сыпучих и волокнистых материалов, преимущественно
для изготовления брикетов различного назначения путем прессования и шнекового
экструдирования [2]. Способ может найти широкое применение при переработке
отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности, отходов
сельскохозяйственного производства, торфа, шламов и дисперсных отходов в угольной
промышленности для получения качественных топливных брикетов для бытовых нужд,
а также для брикетирования аналогичного сырья при решении других
народнохозяйственных задач.
На способ получения топливных брикетов и
установку для их прессования решается задача по промышленной переработке
отходов деревообработки при производстве экологически чистых топливных брикетов
для бытовых нужд. Способ включает измельчение, сушку, смешение компонентов и
последующее прессование. Древесные отходы измельчают до размера не более
половины свободного пространства канавки шнека до фракций около 30 мм, затем
высушивают до влажности 18-20%, после чего измельчают в стружку длиной 1-8 мм.
Окончательную сушку до влажности 3-7% осуществляют без доступа кислорода при
температуре 180-210°С, затем прессуют при температуре 190- 250°С в брикеты
плотностью 1150-1400 кг/м3, на которые наносится защитное покрытие
из парафина.
На способ изготовления топливных брикетов
осуществляют измельчение древесных отходов, обработку перегретым водяным паром
с температурой до 300°С слоя частиц древесных отходов размером 0,4-11 мм в
режиме фильтрования пара и последующее прессование топливных брикетов, причем
при обработке используется перегретый пар с температурой 100-300°С и скорости
фильтрации его через слой отходов примерно 2,5 м/сек.
Пресс снабжен электронагревателем на формующей
части, позволяющий производит обжиг поверхности получаемого брикета при
температуре 200-300°С. Изделия, получаемые при помощи этого пресса, имеют
плотность 1100-1200 кг/м3, устойчивы к непрямому воздействию атмосферной влаги
и могут длительно храниться в складских помещениях, не теряя первоначальной
формы.
При сгорании они не распадаются на составляющие,
сгорая по типу коксового топлива.
К
недостаткам следует отнести следующее:
- невозможность использования сырья со степенью
влажности более 12-15%, поскольку нарушается устойчивость формы брикета,
происходят его разрывы, а также возможны «выстрелы» прессуемого материала
вследствие скопления пара в рабочей камере/применение электронагревателя для
прогрева экструдируемой массы до температуры 200-300°С;
- узкая специализация шнекового пресса,
предназначенного для переработки только сухих опилок из отходов паркетного
производства с использованием опилок размером до 4 мм из древесины дуба;
отсутствие регулировки давления прессования и скорости вращения шнека;
- пресс-экструдер, несмотря на достаточно
небольшие габариты, имеет вес около 1 тонны и энерговооруженность 50 кВт. [3,4]
Общими признаками способа прессования по
заявляемому решению являются следующие действия-операции:
- загружают исходное сырье в бункер с дозатором;
- продвигают сырье по длине канала
экструдирования вращающимся подающим шнеком;
- перерабатываемая масса нагревается;
- уплотнение происходит на коническом участке
канала экструдирования прессующим шнеком.
При использовании исходного сырья повышенной
влажности и различными физико-механическими свойствами, для вывода излишней
влаги устанавливается соответствующая скорость вращения привода вала,
количество подаваемого сырья дозатором, а также соответствующий зазор между
коническими поверхностями шнеков и рабочей камеры для получения необходимой
температуры прессования и плотности получаемого брикета.
Модернизация пресс-экструдера заключается в
расширении его технологических возможностей.
Технический результат достигается шнековым
экструдером, который включает загрузочное устройство, конический шнек в
коническом корпусе, заканчивающийся формующим каналом с расположенными по
контуру греющими элементами. При этом на корпусе между загрузочным устройством
и коническим корпусом выполнена вставка переменной длины в виде зеерного
цилиндра. На внешней поверхности зеерного цилиндра установлен греющий элемент,
а на шнеке выполнена соразмерно с зеерным цилиндром цилиндрическая часть (рисунок
1).
На рисунке 1 изображен шнек
сборной конструкции.
Приемное устройство 1
установлено на шнековом корпусе 2, внутри которого распложен шнек, состоящий из
цилиндрической подающей части 3 и конической прессующей части 7. К корпусу
шнека хомутом 4 прикреплен зеерный цилиндр 5, на конце которого хомутом 6
закреплен прессующий конус 8, соединенный хомутом 9 с формующим каналом 10, на
котором установлены нагревательные элементы 11. Зеерный цилиндр 5 набран из
клиновых закладок 12. Шнек выполнен в виде набора секций 13, установленных на
одном валу 14, передающем крутящий момент. Опорный узел шнека условно не
показан.
Шнековый экструдер, включает
загрузочное устройство, конический шнек в коническом корпусе, заканчивающийся
формующим каналом с расположенными по контуру греющими элементами, отличающийся
тем, что на корпусе между загрузочным устройством и коническим корпусом
выполнена вставка переменной длины в виде зеерного цилиндра, хотя бы одного, с
установленным на внешней поверхности зеерного цилиндра греющим элементом, а на шнеке
выполнена соразмерно с зеерным цилиндром цилиндрическая часть. Шнек выполнен с переменной
длиной цилиндрической части, причем соразмерность цилиндрической части шнека
зеерному участку обеспечена набором участков цилиндрического шнека.
Рисунок №1 Шнек сборной
конструкции.
Приемное устройство установлено
на шнековом корпусе, внутри которого распложен шнек, состоящий из
цилиндрической подающей части и конической прессующей части. К корпусу шнека
хомутом прикреплен зеерный цилиндр, на конце которого хомутом закреплен
прессующий конус, соединенный хомутом с формующим каналом, на котором установлены
нагревательные элементы. Зеерный цилиндр набран из клиновых закладок. Шнек выполнен
в виде набора секций, установленных на одном валу, передающем крутящий момент.
Опорный узел шнека условно не показан.
Устройство работает следующим
образом. Опилки через приемное устройство попадают в рабочее пространство между
корпусом и подающей частью шнека, где прессуются и подаются в зеерный цилиндр.
В зеерном цилиндре за счет кондуктивного теплообмена с контактными
поверхностями опилки нагреваются и из них в виде пара удаляется влага через
щели зеерного цилиндра. Затем материал попадает между конической частью шнека и
корпусом, где создается давление, необходимое для экструдирования через
формующий канал.
Необходимое для испарения влаги
тепло подается контактом поверхности шнека и зеерного цилиндра за счет
теплопередачи от нагревательных элементов, а также в автогенном режиме за счет
контактного трения и внутреннего трения слоя опилок.
Степень обезвоживания опилок
может регулироваться длиной использованного зеерного цилиндра и
соответствующего набора секций шнека.
Таким образом, предлагаемая конструкция
по сравнению с существующими аналогами
позволяет объединить в одной машине процессы формования брикета и сушки
исходного полуфабриката, ведет к уменьшению металлоемкости оборудования и
повышению мобильности при транспортировании к месту использования, сокращает
занимаемую производственную площадь.
Литература:
1.
Гомонай Н.В. Производство
топливных брикетов/ Н.В.Гомонай; МГУЛ - Москва, 2006. -67с.
2.
Зубкова Т.М. Исследование и оптимальное проектирование
одношнековых прессующих механизмов: дис. … канд. тех. наук. Оренбург, гос.
ун-т. - ОГУ, 1997. -165 с.
3.
Карташов Л.П. Параметрический
синтез технологических объектов АПК. «Техника в сельском хозяйстве». /
Л.П.Карташов, В.Ю.Полищук, Т.М.Зубкова// Оренбург - 1998. - №4. - 31-34с.
4.
Полищук В.Ю. Концепция
развития прессующих механизмов непрерывного действия технологических машин сельскохозяйственного
производства: дис. ... докт. тех. наук: Оренбург, гос. ун-т. – 1994. - 357 с.