Устаткування для подрібнення полімерних матеріалів
Основні види подрібнення
У технології переробки пластмас до процесів подрібнення вдаються у двох випадках:
а) подрібнення полімерних матеріалів для їх використання в спеціальних технологічних процесах (напилення, на несення покриттів) або для їх повторного використання (дроблення відходів);
б) подрібнення вихідних компонентів композиційних матеріалів (наповнювачі, барвники, тверді реагенти та ін.)
Тендітні матеріали можна подрібнювати роздавлюванням, ударом або зрізом. Пластичні й еластичні матеріали краще подрібнюються зрізом і стиранням. У більшості видів устаткування для подрібнення ці процеси накладаються один на одного.
Вибираючи метод подрібнення, необхідно керуватися величиною руйнівного напруження при стисканні; за цим показником всі подрібнювані матеріали діляться на три класи: з низькою (до 10 МПа), середньої (від 10 до 50 МПа) і високої (понад 50 МПа) механічної міцністю. Крихкий або плас тичні характер руйнування матеріалу визначає вибір методу подрібнення: удар або зріз.
У залежності від розмірів частинок вихідного матеріалу та готового продукту процеси подрібнення поділяються на п'ять груп: велике, середнє, дрібне, тонке, колоїдне.
У технології переробки пластмас зустрічаються всі перелічені групи. Велике подрібнення, як правило, пов'язано з подрібненням великогабаритних відходів виробництва виробів методом термоформування, колоїдне - з отриманням порошкоподібних полімерів, а також з підготовкою пігментів і барвників.
Ножові дробарки
У сучасних підготовчих виробництвах найбільш широко використовують ріжучі пристрої з обертальним рухом ріжучих елементів - ножові дробарки, які використовують для різання заготовок полімерного матеріалу, армуючих наповнювачів і різних відходів.
В існуючих дробарках застосовують ряд різних способів різання, їм відповідають різні конструкції ріжучих органів і форма частинок одержуваного матеріалу. Так, можливе різання смуг заданої ширини, при якій одержують частки кубічної форми (або у вигляді подовжених паралелепіпедів). Розмір частинок можна регулювати, змінюючи число встановлених на роторі ножів, швидкість обертання ротора і швидкість подачі матеріалу. Застосовується також різка на частки неправильної форми.
Процес різання можна починати в одній точці, а потім розповсюджувати розріз на всю ширину смуги або виконувати різання відразу по всьому фронту. В останньому випадку доводиться збільшувати потужність приводу і частіше замінювати ножі з-за більш інтенсивного їх зносу. Перший спосіб створює більш м'які умови роботи, дозволяючи знизити потужність приводу, зменшити шум і кількість пилоподібних відходів.
Типова ножова дробарка («Дайсер») для отримання гранул кубічної форми з листових матеріалів (рис. 1) складається з поздовжньо-різального пристрою з дисковими ножами 1 і 4, ножового барабана 9, встановленого в кожусі 8 на приводному валу 10. Підлягає подрібненню лист 2 проходить через напрямні 3 та надходить у поздовжньо-різальне пристрій, циркулярні ножі якого 1 і 4 ріжуть лист в поздовжньому напрямку на смуги постійної ширини. Верхній ніж 4 укріплений на підтискається пружиною 5 рухомий опорі. Далі смуги надходять на тягнуть ролики 6 і 14, які просувають їх до нерухомого ножа 13. Ролик 6 підтискається пружиною 7. Потрапляючи на нього, смуги розрізають в поперечному напрямку обертовими ножами) барабана 9. Подрібнений матеріал виводиться з дробарки через розвантажувальну воронку 12.
Дайсер здатні подрібнювати листи завтовшки до 3 і шириною від 60 до 500 мм. Розмір гранул по ширині і довжині може становити від 2 до 25 мм. При продуктивності від 40 до 7500 кг / год потужність приводу дорівнює від 3 до 125 кВт.
Для подрібнення відходів, що утворюються в процесах переробки пластмас (літники, облой, відходи плівки, браковані вироби), випускаються спеціалізовані ножові дробарки. Продуктивність їх складає від 20 до 2000 кг / год при потужності приводу від 0,8 до 180 кВт. Подрібнювані матеріал завантажується через бункер у корпус дробарки і знаходиться в ньому до тих пір, поки ножі не ізмельчат його до часток потрібного розміру.
Форма і розмір завантажувального бункера визначаються характером і розмірами підлягає подрібненню матеріалу. Зазвичай завантаження виробляють зверху, в окремих випадках - по дотичній до окружності обертання ножів. Харчування дробарки може здійснюватися вручну або автоматично. З механічних пристроїв застосовують черв'ячні і роликові живильники, механічні конвеєри та пневмотранспорт. Площа завантажувального отвору визначається розмірами підлягають подрібненню від ходів, досягаючи в окремих дробарок 1,5 м 2. Обсяг приймального - бункери вибирають звичайно досить великим з тим, щоб при періодичної завантаженні забезпечити безперервну роботу дро Білки.
Для подрібнення відходів трубних виробництв використовують похилі бункера - жолоби, розраховані на прийом довгих шматків бракованих труб. Для зменшення викиду подрібнювального матеріалу з завантажувального бункера (особливо при подрібненні пінополістиролу і відходів виробництва порожніх виробів, одержуваних методом роздування) застосовують пружні шторки або металеві дверцята. Якість подрібнення і споживана потужність сильно залежать від конструкції ротора і рухливих ножів. Як правило, привід ротора здійснюється за допомогою клинопасової передачі. Частота обертання вала ротора звичайно становить від 315 до 3000 об / хв (найбільш поширені значення-600-800 об / хв).
Конструкція застосовуваного ротора залежить від умов роботи. При подрібненні відходів плівки, порожнистих виробів (тонкі матеріали, легкі умови) застосовують зварні та збірні ротори, що представляють собою рами із закріпленими на них ножами. У дробарках, призначених для подрібнення великих відходів, ротор одночасно грає роль маховика. Тому його виконують у вигляді суцільного циліндра. Для особливо важких умов роботи при подрібненні щільних масивних відходів як роторів застосовують спеціальні фрези.
Число ножів, їх розташування і форму вибирають таким про разом, щоб в кожний момент часу в розрізанні Контакти рующего з нерухомим ножем матеріалу брав участь лише один рухомий ніж. При подрібненні м'яких і пластичних матеріалів ножі встановлюють таким чином, щоб руйнування шеніе відбувалося за рахунок зрізу. При подрібненні крихкими матеріалів переважно руйнування від ударної воздей ствия. Конструкція кріплення ножів до барабана повинна обесп ечівать передачу динамічних навантажень від різання безпосередньо вiдповiдно на тіло ротора, а не на пристрій кріплення ножів. Число рухливих ножів зазвичай становить від двох до чоти рьох. Проте відомі конструкції з 27 рухомими ножами число нерухомих ножів звичайно дорівнює двом, хоча відомі конструкції з 12 нерухомими ножами. Профіль ножів зави сит від властивостей подрібнювального матеріалу. З огляду на швидке зношування робочих крайок, ножі виготовляють з кількома ріжу щими крайками (до чотирьох) і переставляють у міру зносу, подрібнений матеріал вивантажується з камери дробарки через металеву сітку, розташовану в нижній частині заходи. Площа сітки становить від 36 до 60% всієї циліндричні ської поверхні камери. Розміри осередків у сітці розраховані на проходження через них частинок діаметром від 1 до 15 мм (залежно від розмірів дробарки).
Конструкція дробарок, призначених для подрібнення великогабаритних відходів (наприклад, від виробів, одержуваних при пневмовакуум-формуванні), відрізняється великою довжиною роторів (£ / £> = 5), в той час як у дробарок загального призначення ставлення L / D лежить в інтервалі 0,5-2. При подрібненні пінопластів для збереження їх пористої структури застосовують ножі зі спіральними лезами.
До додаткових пристроїв, що встановлюються на ножових дробарках, відносяться магнітні пастки, пристосування для зняття статичної електрики і системи електромеханічної блокування, що виключає можливість доступу оператора до обертається ножового ротора. У великих дробарках камера закривається за допомогою гідроциліндрів. Для відводу надлишкового тепла ротор і камера мають системи водяного охолодження.
Подрібнювані матеріал завантажується в бункер 1, з якого він захоплюється черв'яком 2, розташованим в корпусі 3, і подається в циліндричний корпус 4, де встановлений ножовий ротор 5. Поступив в корпус матеріал захоплюється ножовим ротором і, потрапляючи в простір між нерухомими ножами 6 і рухомими ножами 7, подрібнюється. Шматки матеріалу, відрубані ножами, відкидаються на сито 8, встановлене в нижній частині корпусу 4. Якщо їх розмір менше розміру вічок сита, то вони провалюються через осередки в розвантажувальний патрубок 9, через який подрібнений матеріал потрапляє в приймальну ємність або за допомогою пневмотранспорту подається на повторну переробку.
Значним недоліком ротаційних дробарок є високий рівень шуму, що досягає 115 дБ. Основні джерел ки шуму - зіткнення частинок подрібнювального матеріалу з корпусом, ножами і між собою, а також наявність турбулентних повітряних потоків. Для зменшення рівня шуму використовують звукоізоляцію бункера і завантажувального отвору, що дозволяє знизити рівень шуму до 90-95 дБ. Застосування масивних корпусів і знижених частот обертання роторів знижує рівень шуму ще на 10 -15 дб. Для зменшення впливу шуму на обслуговуючий персонал ножові дробарки встановлюють на звукопоглинальних фундаментах в окремих приміщеннях.
Молоткові і роторні дробарки
Молоткові і роторні дробарки застосовують для подрібнення як м'яких, так і твердих матеріалів за рахунок енергії удару шарнірно підвішеними на обертовому роторі молотками (молоткові дробарки) або жорстко закріпленими билами (роторні дробарки). Типова молоткова дробарка (рис. 3.3) складається з корпусу 3, усередині якого встановлений ротор 4 з шарнірно підвішеними молотками 5. Через завантажувальну воронку-патрубок / в корпус дробарки завантажується матеріал, що подрібнюється від удару молотками 5 і удару летять частинок матеріалу про відбійні плити 2. Частинки подрібненого матеріалу, що відкидаються на колосникові грати 6, або провалюються через отвори в ній, або (якщо їх розмір завеликий) знову підхоплюються молотками ротора, і подрібнення триває.
Корпус дробарок звичайно роблять зварними із внутрішньої футеровкой зі зносостійкого матеріалу. З такого ж матеріалу виготовляють і відбійні плити, які встановлюють на шарнірах, що дозволяють регулювати положення плит щодо траєкторії руху подрібненого матеріалу.
Ротор виготовляють збірним з окремих дисків, між якими на осях в шаховому порядку встановлюють молотки. У кожному ряду розташовується від 4 до 8 молотків. У дробарках з вертикальним завантаженням діаметр окружності D, описуваної кінцями обертових молотків, визначається з виразу
де d - Найбільший розмір шматків подрібнювального матеріалу, мм.
Довжина ротора складає від 0,8 до l, 2 D. Частота обертання jV = 300 - f - 4000 об / хв. Маса окремого молотка може бути від 3 до 130 кг. Їх зазвичай виготовляють з марганцевистих сталей чи зі звичайних вуглецевих сталей з покриттям із твердого сплаву. Решітка може займати від 80 до 180 ° кола ротора. Для компенсації зносу молотків можна переміщати грати, підтримуючи постійний зазор між нею і молотками.
Частина подрібненого матеріалу обертається за інерцією разом з ротором і подрібнюється в основному за рахунок стирання, причому більш дрібні частинки розташовуються ближче до осі обертання. У результаті дрібні частинки, накопичуючись на решітці, ускладнюють вивантаження подрібненого матеріалу і викликають його надмірне подрібнення. Щоб запобігти забиванню отворів решітки, застосовують сита з максимальним розміром отворів і збільшують зазор між молотками і внутрішньою поверхнею камери.
При тонкому і надтонкий подрібненні лімітуючим фактором виявляється в'язкість повітря, що обмежує швидкість і довжину пробігу частинок. Для збільшення швидкості частинок заповнюють камеру дробарки низьков'язких газом (пропаном, бутаном, воднем) або застосовують підвищені частоти обертання ротора. Експериментально встановлено, що для подрібнення до розміру часток 1; 0,1; 0,005 і 0,001 мм окружні швидкості обертання ротора повинні бути відповідно рівні 15-40, 40 - 80, 80-150 і 150-200 м / с.
Продуктивність молоткової дробарки Q (м 3 / год) розраховується за емпіричною формулою
Потужність приводу W (КВт) визначають за формулою
(3.3)
Конструктивно роторні дробарки (рис. 3.4) аналогічні молотковим і складаються з корпуса /, всередині якого встановлені пружні відбійні плити 2 і колосникові грати 5. Усередині корпусу обертається ротор 3 з встановленими на ньому билами 4. Механізм дроблення аналогічний процесу подрібнення в молоткових дробарках. Окружна швидкість ротора становить близько 60 м / с. Це дозволяє подрібнювати матеріали, у яких руйнівне напруження при стисканні досягає 150 МПа.
Рис. 3.4 Роторна дробарка
У підготовчих виробництвах використовують дробарки середнього і великого дроблення з діаметром роторів від 500 до 1000 мм, які призначені для подрібнення матеріалу зі своїми розмірами шматків 0,1-0,2 D (середнє дроблення) і до 0, Ш (дрібне дроблення). Роторні дробарки застосовують для подрібнення високоміцних матеріалів малої і середньої абразивності, причому в деяких конструкціях можливе одночасне відділення пиловидних частинок, підсушування і фракціонування отриманого подрібненого матеріалу.
Струминні млини
Подрібнення частинок матеріалу в струменевих млинах відбувається при їх русі в високошвидкісному газовому потоці всередині робочої камери за рахунок стирання частинок при їх зіткненнях один з одним і зі стінками камери. Таке устаткування використовують для подрібнення полімерів, барвників та пігментів до частинок розміром у кілька мікрометрів. Попередньо матеріал подрібнюється до розміру частинок 0,1-0,5 мм на будь-якому іншому обладнанні.
Струминні млини за конструктивними ознаками поділяють на млини з горизонтальною і вертикальною помольне камерою. У млині з горизонтальною камерою (рис. 3.5) попередньо подрібнений матеріал подається в камеру 1 через штуцер 2 і розташовані по периферії камери вікна, так що напрямок його руху виявляється тангенціальним до внутрішньої поверхні камери.
Рис. 3.5
Одночасно в камеру через штуцер 6, розподільне кільце 7 і сопла 8 надходить під тиском газ або водяний пар. Сопла в камері встановлені таким чином, що струмені надходить через них газу підхоплюють подрібнювального матеріалу і втягують його в круговий рух по концентричних траєкторіях зі швидкістю 150-200 м / с. Подрібнення відбувається за рахунок зіткнення частинок, що рухаються з різними швидкостями у центральному (велика швидкість) і пристінному (менша швидкість) шарах.
Частинки великого розміру відцентровою силою відкидаються до периферії, де вони піддаються подальшому подрібненню. Частинки менших розмірів захоплюються газовим потоком до центру камери і після проходження сепаратора 3, в якому відокремлюються більші частки, через вивідний патрубок 5 подаються на відділення тонкої фракції в мокрому мішочні фільтри або водяному скрубері, відсіялися більші частки надходять до збірки 4.
Діаметр камери подрібнення 1 може складати від 50 до 1000 мм.
В якості робочого газу найчастіше використовують стиснене повітря при тиску до 0,75 МПа і температурі від 50 до 500 ° С. Витрата стисненого повітря при тиску 0,7 МПа на 1 кг готового продукту складає 4-12 м 3. Зазвичай розмір часток подрібненого продукту не перевищує 0,02 мм.
Продуктивність струменевих млинів з горизонтальною камерою становить від 0,25 (для лабораторних млинів) до 3000 кг / ч. Якість подрібнення, його однорідність і продуктивність млина визначаються тиском і температурою газу.