Технология и оборудование утилизации обрезиненного кордного волокна изношенных шин – часть 1

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории

На правах рукописи

Дорж Оюунчимэг

Технология и оборудование утилизации обрезиненного кордного волокна изношенных шин

05.17.08. – Процессы и аппараты химических технологий

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново – 2007

Работа выполнена в Ивановском государственном химико-технологическом университете (ИГХТУ)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Блиничев Валерьян Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Тимонин Александр Семенович (Московский государственный университет инженерной экологии)

доктор технических наук, профессор Лапшин Владимир Борисович (Ивановская государственная сельскохозяйственная академия)

Ведущая организация: Ивановская государственная текстильная академия (ИГТА), г. Иваново

Защита диссертации состоится «04» июля 2007 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.063.05 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000 г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет».

Автореферат разослан « » 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Зуева Г. А.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Существуют данные, известные далеко не всем, но весьма впечатляющие: ежегодно в мире остается около 1 миллиарда использованных автопокрышек. Вследствие экономического развития наблюдается тенденция долгосрочного роста поступлений изношенных шин.

Проблема переработки изношенных шин и вышедших из эксплуатации резинотехнических изделий имеет большое экологическое и экономическое значение для всех развитых стран мира.

Шины представляют собой уникальное утильсырье. Резина и кордное волокно шин в процессе эксплуатации подвергаются изменениям, однако их свойства остаются относительно близкими к первоначальным.

С момента внедрения механического способа отделения кордного волокна от резины на регенератных заводах стали накапливаться большие запасы этого волокна. Содержание резины в волокне доходит до 40-55%.

Утилизация такого волокна возможна лишь в том случае, если будет создано условие для надежного отделения прочно соединенной резины от кордных волокон.

В этой связи целью настоящей работы является разработка технологии и оборудования для отрыва резины от волокна и разделения резинотканевой смеси на отдельные составляющие: тонкодисперсную резиновую крошку и распушенное кордное волокно.

Методы исследований. Экспериментальные и теоретические исследования проводились на базе кафедры МАХП Ивановского государственного химико-технологического университета с использованием современной измерительной аппаратуры. Использовались стандартные методики и компьютерные методы обработки полученных экспериментальных данных.

Научная новизна работы:

1. Предложена новая технология переработки обрезиненных тканевых отходов, образующихся в процессе валкового измельчения изношенных шин. Данная технология состоит из трех операций:

а) ударно-отражательное измельчение тканевых отходов с целью отрыва частиц резины от кордных волокон;

б) вырыв (освобождение) частиц резины из распушенного волокна с помощью специально созданного расчесывающего устройства;

в) виброразделение резино-волокнистой смеси на резиновую крошку и ватообразное кордное волокно.

2. Теоретически найдена скорость однократного ударного нагружения, при которой происходит разрушение резин.

Получена эмпирическая зависимость вероятности разрушения резины и отрыва ее от кордных нитей от скорости ударного нагружения в двухступенчатой мельнице ударно-отражательного действия.

3. Найдены оптимальные режимы измельчения обрезиненных тканевых отходов в мельнице ударно-отражательного действия, обеспечивающие 100% вероятность отрыва резиновой крошки от волокон.

4. Определены режимно-конструктивные параметры разработанного расчесывающего устройства (оптимальные длина иголок, шаг между ними, число рядов игл и разность скоростей вращения валков).

5. Экспериментально найдена зависимость усилия разрыва смеси распушенного кордного волокна и резиновой крошки от шага между иглами и высоты разрываемого слоя.

6. Получены зависимости скоростей движения распушенного кордного волокна и слоя резиновой крошки от амплитудно-частотных характеристик и угла наклона виброрешетки.

7. Найдена зависимость эффективности разделения смеси распушенного волокна и резиновой крошки на составляющие от амплитудно-частотных характеристик колебания виброрешетки и ее длины.

Практическая значимость:

1. Найдены способ и конструкция измельчителя, обеспечивающие высокую эффективность отрыва резины от обрезиненных кордных нитей.

2. Разработана конструкция расчесывающего, разрыхляющего устройства, вырывающего запутавшуюся резиновую крошку из распушенного кордного волокна.

3. Разработана методика расчета потребляемой мощности расчесывающего, разрыхляющего устройства.

4. Найдены оптимальные режимы работы виброрешетки для разделения смеси на распушенное волокно и резиновую крошку.

5. Разработана методика расчета вибросита (виброгрохота).

Автор защищает:

1. Технологию переработки обрезиненных тканевых отходов, образующихся в процессе валкового измельчения изношенных шин.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволяющие осуществить 100% отрыв резины от кордного волокна.

3. Конструкцию и оптимизацию разрыхляющего устройства для волокнистого материала.

4. Процесс виброразделения резинотканевой смеси: гидродинамику движения измельченной резинокордной смеси, кинетику виброразделения.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы были представлены и обсуждены на: VII Международной научной конференции «Теоретические и экспериментальные основы создания новых высокоэффективных процессов и оборудования». Иваново, 2005г; VI Региональной студенческой научной конференции «Фундаментальные науки – специалисту нового века». Иваново, 2006г; Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2007). Иваново, 2007; Международной конференции по химической технологии (посвящается 100-летию со дня рождения академика Николая Михайлова Жаворонкова). Москва, 2007; IV Международной научно-практической конференции “Экологические проблемы индустриальных мегаполисов”. Москва, 2007; студенческой научной конференции «Дни науки-2007». Иваново, 2007.

По результатам проведенной работы опубликованы 7 научных работ, из них 1 статья в журнале «Известия вузов. Химия и химическая технология», 6 тезисов докладов конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора (глава 1), изложения результатов исследований (2,3,4 главы) и выводов общим объемом 130 страниц машинописного текста (в том числе 34 рисунков, 15 таблиц, списка использованной литературы из 102 наименования).

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, отмечены научная новизна и практическая значимость исследования.

Первая глава посвящена обзору научных работ, в которой рассматриваются проблемы переработки изношенных шин и их вторичного использования.

В литературном обзоре рассмотрены два основных вопроса:

первый – связанный с аспектами проблемы, т. е. состоянием и перспективой переработки изношенных автомобильных шин и потребления регенерата;

- второй – связанный с проблемой переработки волокна кордных нитей, частично утративших свои ценные качества, и вторичного их использования в различных отраслях промышленности.

Анализ литературных источников показал, что по существующим технологиям переработки изношенных шин резиновая крошка и кордное волокно могут использоваться только в чистом виде.

Однако при переработке изношенных шин механическим способом резиновая крошка получается сравнительно чистой, а кордное волокно получается очень загрязненным и практически не очищенным от резины (содержание около 50% по массе). На регенератных заводах (например, Чеховском Моск. обл.) накоплено большое количество кордного волокна, загрязненного прочно соединенной с ним резиной (рис.1). В настоящее время в отечественной и зарубежной литературе нет сведений о способах переработки или использования кордного волокна, содержащего такое количество резины. На этой основе сформулированы цели и задачи исследований.

а)

б)

в)

г)

Рис.1. Составляющие компоненты отходов текстильного корда: а) чистые волокна; б) обрезиненные волокна; в) агрегаты; г) резиновая крошка.

Вторая глава – посвящена исследованиям процесса отрыва резиновой крошки от кордных волокон путем измельчения.

В работах Кольского Г. и Бидермана В. Л. связь между максимальными напряжениями и усилиями при ударном нагружении описана следующими уравнениями

(1)

=0,84, (2)

используя которые, мы получили выражение для расчета критической скорости ударного нагружения

(3)

где к1 =((1-m12)/Е1+(1-m22)/Е2); r1 – плотность резины, г/см3; m 1, m 2 – коэффициенты Пуассона для резины и материала ударного элемента мельницы, соответственно.

Учитывая, что при ударном нагружении главным напряжением является касательное напряжение сдвига, то вместо предела растяжения sраст подставляем касательное напряжение, равное

, (4)

получим

. (5)

Критическая скорость, рассчитанная по формуле (3), необходимая для разрушения резины при однократном ударном нагружении, составляет 120 м/с.

Механизм ударно-сдвигового разрушения обрезиненных волокон представлен на рис.2.

Предварительно проведенные нами исследования, а также теоретические предпосылки свидетельствуют о том, что в высокоскоростных машинах ударно-отражательного типа, имеющих била и отбойники, возможно создание максимальных касательных напряжений, больших предела прочности резины и сил адгезионной связи резины с волокном.

Экспериментальные исследования процесса ударно-отражательного измельчения – отрыва резиновой крошки от волокна проводились нами на двух экспериментальных установках.

а)

б)

Рис.2. Механизм разрушения обрезиненных кордных волокон.

а) Напряженное состояние частицы при соударении с поверхностью ударного элемента.

б) Механизм ударно – сдвигового разрушения частиц резины в мельнице ударно-отражательного действия.

Первая экспериментальная установка, представленная на рис.3, позволяла проводить измельчение при разных линейных скоростях ударных элементов двухроторного лабораторного измельчителя.

Эффективность процесса измельчения оценивалась по значению коэффициента эффективности отрыва, равного

Кэ=Gi/Go (6)

где Gi – количество оторванной резины, Go – начальное количество резины, прочно соединенной с волокном.

Результаты экспериментальных исследований представлены на рис.4.

Из рис.4 наглядно видно, что даже при максимальной скорости ударного нагружения второго ротора мельницы, равной 65м/с, эффективность отрыва резины от волокна составляет только 50%.

Рис.3. Схема установки для измельчения кордного волокна:

1 – мельница; 2 – электродвигатель; 3 – мультипликатор; 4 – щит питателя;

5- тахометр; 6 – питатель; 7 – циклон; 8 – сборник измельченного материала.

Многократное пропускание (до 5 раз) исходного материала через первую мельницу не позволило решить проблему полного отрыва резины от волокна, что подтвердило наши теоретические исследования, которые свидетельствовали о необходимости создания больших линейных скоростей ударного нагружения для разрушения резины.

4

 

3

 

5

 

2

 

1

 

Рис.4. Коэффициент эффективности отрыва резины от кордных волокон в зависимости от скорости ударного нагружения при разных числах пропусков через мельницу:

1 – nпр=1; 2 – nпр=2; 3 – nпр=3;

4 – nпр=4; 5 – nпр=5.

Обработка экспериментальных данных, полученных на первой экспериментальной установке, позволила получить эмпирическую зависимость эффективности отрыва резины от волокна от относительной скорости ударного нагружения

Кэ = 0,22 (7)

Vнагр- текущая скорость ударного нагружения, м/с; V – минимальная скорость ударного нагружения, равной 30м/с.

По полученной нами формуле (7) коэффициент эффективности отрыва резиновой крошки от кордного волокна можно определить с погрешностью ±5,5%.

Формула (7) действительна при скоростях ударного нагружения до 96м/с.

Дальнейшие исследования процесса измельчения на второй экспериментальной двухроторной установке показали, что при линейной скорости бил обоих роторов, равной 95м/с, резина полностью отрывается от кордного волокна, которое при измельчении интенсивно распушается, приобретая ватообразный вид.

Третья глава – посвящена разработке устройства для разрыхления измельченной резинокордной смеси.

В процессе обработки исходного материала в измельчителе резиновая крошка отрывается от волокон, но достаточно интенсивно запутывается в турбулентных потоках ватообразной массы распушенного волокна.

Как показали исследования кинетики разделения резинокордной смеси, эффективность выделения резиновой крошки из смеси, полученной на выходе из мельницы, даже при малых толщинах слоя материала (6¸10мм) и большом времени пребывания на виброгрохоте 20с и более не превышает 15-30%.

Данные исследования показали, что для решения проблемы надежного разделения смеси резиновой крошки и распушенного волокна с эффективностью разделения не менее 90% необходимо разработать дополнительное устройство для разрушения прочной связи между кордным волокном и запутавшейся в нем резиновой крошкой.

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника