RU2016662C1

RU2016662C1 - Method and apparatus for grinding elastic materials

Info

Publication number: RU2016662C1
Authority: RU
Inventors: Б.О. Белорусец; А.М. Домашенко; И.Е. Дудкин; В.Н. Криштал; И.Ф. Султанов; Л.А. Кудрявцев; В.В. Нелидов; Н.В. Филин
Original assignee: Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: comminution of elastic materials. SUBSTANCE: initial material is preliminarily cooled to brittleness temperature by adding liquid nitrogen, mechanically grinding the material, and arranging heat exchange between the cooled and comminuted material and initial material in a counterflow manner through velocity head of evaporating nitrogen providing a fluidized bed of comminuted material in the initial material. Apparatus for carrying out the invention has cooling pipe connected to bottom part of cooling hopper and to outlet from the grinding arrangement. A cyclone is connected to top part of the cooling hopper to communicate with lower part of the hopper by way of gas discharge pipe. EFFECT: enhanced efficiency of the method and apparatus. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к переработке вторичных материальных ресурсов, в частности вышедших из эксплуатации шин и другого резинотехнического лома. The invention relates to the processing of secondary material resources, in particular retired tires and other rubber scrap.

Рост потребности в природном сырье, становящемся все более дефицитным и дорогостоящим, требует изыскания путей его экономии. Одним из таких путей является переработка и использование вторичного сырья, важнейшим видом которого являются изношенные резиновые изделия и отходы резинотехнической промышленности. Большое значение имеет использование отходов резины в виде мелкодисперсных порошков, для получения которых наиболее эффективным является криогенное измельчение материалов, т.е. измельчение при низких температурах. Решающим фактором криогенного измельчения является выбор рационального метода охлаждения. Наилучшим хладагентом является жидкий азот, в связи с чем одной из задач криогенного измельчения является снижение расхода азота, что приведет к удешевлению готового продукта. The growing demand for natural raw materials, which is becoming increasingly scarce and expensive, requires finding ways to save it. One of such ways is the processing and use of secondary raw materials, the most important of which are worn rubber products and waste from the rubber industry. Of great importance is the use of rubber waste in the form of fine powders, for which cryogenic grinding of materials is the most effective, i.e. grinding at low temperatures. The decisive factor in cryogenic grinding is the choice of a rational cooling method. The best refrigerant is liquid nitrogen, and therefore one of the tasks of cryogenic grinding is to reduce nitrogen consumption, which will reduce the cost of the finished product.

Наиболее близким к изобретению (способу) техническим решением, принятым за прототип, является способ измельчения эластичных материалов, заключающийся в том, что исходный материал предварительно охлаждают до температуры охрупчивания подачей в него жидкого азота, механически измельчают при охлаждении, проводят теплообмен между охлажденным измельченным материалом и исходным материалом, отделяют измельченный материал от исходного материала и сбрасывают испарившийся азот в атмосферу [1]. Closest to the invention (method), the technical solution adopted for the prototype is a method of grinding elastic materials, which consists in the fact that the source material is pre-cooled to the embrittlement temperature by applying liquid nitrogen to it, mechanically crushed during cooling, heat exchange is carried out between the cooled crushed material and source material, crushed material is separated from the source material and evaporated nitrogen is discharged into the atmosphere [1].

Наиболее близким техническим решением к установке является установка для измельчения эластичных материалов, содержащая загрузочный бункер, бункер-охладитель, измельчающее устройство, циклон и источник охлаждения с жидким азотом, подключенный к бункеру-охладителю и измельчающему устройству [2]. The closest technical solution to the installation is an installation for grinding elastic materials containing a loading hopper, a hopper-cooler, a chopping device, a cyclone and a cooling source with liquid nitrogen connected to a hopper-cooler and a chopping device [2].

Недостатком известных способа и установки является довольно большой расход жидкого азота, обусловленный недостаточной рекуперацией холода из конечного измельченного материала. A disadvantage of the known method and installation is the rather high flow rate of liquid nitrogen due to insufficient recovery of the cold from the final ground material.

Целью изобретения является повышение экономичности за счет сокращения расхода азота. The aim of the invention is to increase efficiency by reducing nitrogen consumption.

Поставленная цель достигается тем, что по способу измельчения эластичных материалов, заключающемуся в том, что исходный материал предварительно охлаждают до температуры охрупчивания подачей в него жидкого азота, механически измельчают при охлаждении, проводят теплообмен между охлажденным измельченным материалом и исходным материалом, отделяют измельченный материал от исходного материала и сбрасывают испарившийся азот в атмосферу, согласно изобретению теплообмен между исходным материалом и измельченным материалом проводят посредством пропускания последнего через исходный материал противотоком за счет скоростного напора испаряющегося азота, создающего в исходном материале псевдоожиженный слой измельченного материала, а отделение измельченного материала от исходного осуществляют посредством поддерживания величины скоростного напора, необходимого для выноса измельченного материала заданной дисперсности. This goal is achieved by the fact that according to the method of grinding elastic materials, which consists in the fact that the source material is pre-cooled to the embrittlement temperature by applying liquid nitrogen to it, mechanically crushed during cooling, heat exchange is carried out between the cooled crushed material and the source material, the crushed material is separated from the source material and evaporated nitrogen is discharged into the atmosphere, according to the invention, heat exchange between the starting material and the crushed material is carried out by by passing the latter through the source material in countercurrent due to the high-pressure head of evaporating nitrogen, which creates a fluidized bed of the crushed material in the source material, and the crushed material is separated from the source material by maintaining the velocity head required to remove the crushed material of a given dispersion.

Поставленная цель достигается также тем, что в установке для измельчения эластичных материалов, содержащей загрузочный бункер, бункер-охладитель, измельчающее устройство, циклон и источник охлаждения, подключенный к бункеру-охладителю и измельчающему устройству, согласно изобретению измельчающее устройство на выходе сообщено через трубопровод с нижней частью бункера-охладителя, а циклон подсоединен к верхней части бункера-охладителя и посредством трубопровода сброса газа к нижней части загрузочного бункера. This goal is also achieved by the fact that in the installation for grinding elastic materials containing a loading hopper, a hopper-cooler, a chopping device, a cyclone and a cooling source connected to a hopper-cooler and a chopping device, according to the invention, the chopping device is communicated at the outlet through a pipe from the bottom part of the cooler hopper, and the cyclone is connected to the upper part of the cooler hopper and through a gas discharge pipe to the bottom of the feed hopper.

Кроме того, установка снабжена газодувкой и противоточным теплообменником, одна полость которого соединена с трубопроводом сброса газа из циклона, а другая полость подключена к средней части бункера-охладителя и к выходу из газодувки, вход которой подсоединен к трубопроводу сброса газа из циклона. In addition, the installation is equipped with a gas blower and a counterflow heat exchanger, one cavity of which is connected to the gas discharge pipe from the cyclone, and the other cavity is connected to the middle part of the cooler hopper and to the gas outlet, the inlet of which is connected to the gas discharge pipe from the cyclone.

Пропускание охлажденного измельченного материала противотоком через исходный позволяет охладить исходный материал и одновременно прогреть измельченный материал до температуры, близкой к температуре исходного (недорекуперация составит не более 20-30^оС, а в прототипе она составляет 60-80^оС). Поэтому затраты жидкого азота будут идти только на недорекуперацию, внешние теплопритоки и тепло, выделившееся при измельчении.Passing the cooled ground material counterflow through the source allows the source material to cool and simultaneously heat the particulate material to a temperature close to the temperature of the source (nedorekuperatsiya will not exceed 20-30 ^{° C,} and in the prior art it is 60-80 ° ^C). Therefore, the costs of liquid nitrogen will go only to under-recovery, external heat influx and the heat released during grinding.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что теплообмен между исходным материалом и измельченным материалом проводят посредством пропускания последнего через исходный материал противотоком, а установка отличается снабжением трубопроводом охлаждения и указанным подключением. Таким образом, заявляемые установка и способ соответствуют критерию "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive method is characterized in that the heat exchange between the source material and the crushed material is carried out by passing the latter through the source material in countercurrent flow, and the installation is characterized by supplying a cooling pipeline and the specified connection. Thus, the claimed installation and method meet the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемых решений не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаки, отличающие заявляемые решения от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the claimed solutions not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not reveal signs that distinguish the claimed solutions from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлена схема установки для измельчения эластичных материалов; на фиг. 2 - то же, вариант. In FIG. 1 shows a diagram of an installation for grinding elastic materials; in FIG. 2 - the same option.

Установка содержит загрузочный бункер 1, соединенный через шлюзовой дозатор 2 с верхней частью бункера-охладителя 3, нижняя часть которого через шлюзовой дозатор 4 соединена с входом измельчающего устройства 5. Выходом измельчающее устройство (измельчитель) 5 подключено посредством трубопровода 6 охлаждения к нижней части бункера-охладителя 3. Установка также содержит источник охлаждения 7, подключенный посредством трубопровода 8 через вентиль 9 к бункеру-охладителю 3 и через вентиль 20 к измельчителю 5. Выход (трубопровод) 11 из верхней части бункера-охладителя 3 подключен к циклону 12, выход из которого соединен посредством шиберного затвора 13 с потребителем. Циклон 12 содержит трубопровод 14 сброса газа, подключенный к нижней части загрузочного бункера 1. The installation contains a loading hopper 1 connected through a lock dispenser 2 to the upper part of the cooling hopper 3, the lower part of which through a lock dispenser 4 is connected to the input of the grinding device 5. By the output, the grinding device (chopper) 5 is connected via the cooling pipe 6 to the lower part of the hopper- cooler 3. The installation also contains a cooling source 7, connected through a pipe 8 through the valve 9 to the hopper-cooler 3 and through the valve 20 to the grinder 5. The output (pipe) 11 from the upper part b the unker-cooler 3 is connected to the cyclone 12, the output of which is connected via the gate valve 13 to the consumer. The cyclone 12 contains a gas discharge pipe 14 connected to the bottom of the feed hopper 1.

Для повышения эффективности транспортирования измельченного материала установка снабжена (фиг. 2) газодувкой 15 и противоточным теплообменником 16, полость 17 которого соединена с трубопроводом 14 сброса газа из циклона 12, а полость 18 подключена к средней части бункера-охладителя 3 и к выходу из газодувки 15, вход которой подсоединен к полости 17 теплообменника 16 через вентиль 19. Загрузочный бункер 1 имеет трубопровод 20 с вентилем 21, подключенный к трубопроводу 14. To increase the efficiency of transportation of crushed material, the installation is equipped (Fig. 2) with a gas blower 15 and a counterflow heat exchanger 16, the cavity 17 of which is connected to the gas discharge pipe 14 from the cyclone 12, and the cavity 18 is connected to the middle part of the cooling hopper 3 and to the outlet of the gas blower 15 the input of which is connected to the cavity 17 of the heat exchanger 16 through the valve 19. The feed hopper 1 has a pipe 20 with a valve 21 connected to the pipe 14.

Способ заключается в следующем. Исходный материал через шлюзовой дозатор 2 подают в бункер-охладитель 3 и охлаждают жидким азотом. The method is as follows. The source material through the airlock dispenser 2 is fed into the hopper-cooler 3 and cooled with liquid nitrogen.

Охлажденный до температуры охрупчивания (от -100 до -150^оС) в бункере-охладителе 3 исходный материал через шлюзовой дозатор 4 подают в измельчитель 5, где его измельчают, например, до 100-200 мкм, и потоком испарившегося азота, поступающего в измельчитель 5 по трубопроводу 8 через регулирующий вентиль 10, направляют по трубопроводу 6 в бункер-охладитель 3 (в нижнюю его часть). Измельченный материал, проходя через слой засыпанного исходного материала, движущегося вниз, охлаждает его до температуры порядка -100^оС, а сам при этом вместе с гaзообразным азотом, поднимающим его вверх, нагревается до температуры порядка -10^оС. Благодаря организации в бункере-охладителе 3 определенной скорости газового потока (например, для частиц 200 мкм скорость в нижней части бункера должна составлять 0,05-0,1 м/с), которая зависит от площади сечения бункера-охладителя, расхода азота и температуры после измельчителя, образуется псевдоожиженный слой измельченного материала в зазорах слоя исходного крупного материала, что обеспечивает интенсивный теплообмен между потоком газообразного азота с измельченным материалом и кусками исходного материала.Cooled to embrittlement temperature (-100 to -150 ° ^C) in hopper 3, the cooling source material via the airlock compartment 4 is fed into the chopper 5, where it is crushed, for example, 100-200 microns, and the vaporized nitrogen stream entering the chopper 5 through the pipeline 8 through the control valve 10, sent through the pipeline 6 to the cooling hopper 3 (in its lower part). The shredded material passing through the filled layer of starting material, moving downwards, it cools to a temperature of ^about -100 C, and the thus together with the nitrogen gazoobraznym, lifting it up, is heated to a temperature of -10 ° ^C. Through the organization bunkere- cooler 3 of a certain gas flow rate (for example, for particles of 200 μm the velocity in the lower part of the hopper should be 0.05-0.1 m / s), which depends on the cross-sectional area of the hopper-cooler, nitrogen flow and temperature after the grinder, pseudo-fluid is formed a layer of crushed material in the gaps of the layer of the source of coarse material, which provides intensive heat transfer between the flow of gaseous nitrogen with the crushed material and pieces of source material.

Одновременно с процессом теплообмена происходит сепарация измельченного материала, т.е. мелкая его фракция потоком газа выдувается из верхней части бункера-охладителя 3 через трубопровод 11 в циклон 12, а крупные частицы вместе с исходным материалом опускаются и направляются в измельчитель 5 на повторный помол. Сепарацию производят посредством поддержания величины скоростного напора и регулируют с помощью перераспределения потока жидкого азота, подаваемого в измельчитель 5 и нижнюю часть бункера-охладителя 3, регулирующими вентилями 9 и 10. Simultaneously with the heat exchange process, separation of the crushed material occurs, i.e. its small fraction is blown by a gas stream from the upper part of the cooler-hopper 3 through the pipe 11 into the cyclone 12, and large particles together with the starting material are lowered and sent to the grinder 5 for re-grinding. The separation is carried out by maintaining the value of the velocity head and is regulated by redistributing the flow of liquid nitrogen supplied to the grinder 5 and the lower part of the cooling hopper 3, by control valves 9 and 10.

Установка работает следующим образом. Исходный материал из загрузочного бункера 1 через шлюзовой дозатор 2 подается в бункер-охладитель 3, где охлаждается посредством теплообмена с поступающими по трубопроводу 6 измельченным материалом и жидким азотом и по трубопроводу 8 через регулирующий вентиль 9 жидким азотом, а затем через шлюзовой дозатор 4 исходный материал поступает в измельчитель 5. После измельчителя 5 конечный измельченный холодный материал выдувается газообразным хладагентом (азотом), поступающим в измельчитель 5 по трубопроводу 8 через регулирующий вентиль 10, обратно в бункер-охладитель 3 через трубопровод 6. Installation works as follows. The source material from the feed hopper 1 through the airlock dispenser 2 is fed into the hopper-cooler 3, where it is cooled by heat exchange with crushed material and liquid nitrogen supplied through a pipe 6 and through a pipe 8 through a control valve 9 with liquid nitrogen, and then through the airlock dispenser 4 the source material enters the grinder 5. After the grinder 5, the final crushed cold material is blown out with gaseous refrigerant (nitrogen) entering the grinder 5 through pipeline 8 through the control valve 10, but the hopper cooler 3 through conduit 6.

Благодаря потоку газа в бункере-охладителе 3, идущему снизу вверх при определенных скоростях газового потока, конечный измельченный материал создает псевдоожиженный слой (кипящий слой), в котором происходит охлаждение исходного материала за счет интенсивного теплообмена между ним и холодными частицами конечного измельченного материала. В результате этого процесса исходный материал, опускаясь вниз, охлаждается и через шлюзовой дозатор 4 поступает в измельчитель 5, а конечный измельченный продукт, отепляясь и поднимаясь потоком газа в верхнюю часть бункера-охладителя 3, через трубопровод 11 выносится в циклон 12, где происходит резкое падение скорости и отделение конечного измельченного продукта от транспортирующего его газа. Due to the gas flow in the cooler hopper 3, going from bottom to top at certain gas flow rates, the final crushed material creates a fluidized bed (fluidized bed) in which the starting material is cooled due to intense heat exchange between it and the cold particles of the final crushed material. As a result of this process, the source material, falling down, is cooled and through the airlock dispenser 4 enters the grinder 5, and the final crushed product, being heated and rising by the gas flow to the upper part of the silo-cooler 3, is transported through the pipe 11 to the cyclone 12, where speed drop and separation of the final crushed product from the gas transporting it.

Из циклона 12 конечный измельченный продукт через шиберный затвор 13 выдается потребителю. Регулируя при помощи вентилей 9, 10 и 19 скорость газового потока как в бункере-охладителе 3, так и в полости 18, можно получать различную дисперсность конечного измельченного продукта, т.е. в измельчителе 5 получается довольно широкий диапазон размеров частиц. From cyclone 12, the final crushed product through the slide gate 13 is issued to the consumer. By adjusting the speed of the gas flow with the help of valves 9, 10 and 19 both in the cooling bin 3 and in the cavity 18, it is possible to obtain different fineness of the final ground product, i.e. in grinder 5, a rather wide range of particle sizes is obtained.

Поэтому измельчитель 5 в предлагаемой схеме установки выполняет еще и роль классификатора. Мелкие (заданного размера частицы) выдуваются в циклон 12, а крупные частицы поступают вместе с исходным материалом на повторный помол в измельчитель 5. Therefore, the grinder 5 in the proposed installation scheme also performs the role of a classifier. Small (given particle size) is blown into the cyclone 12, and large particles come together with the source material for re-grinding in the grinder 5.

Для более полного использования запаса холода в газообразном азоте (фиг. 2) холодный газ из верхней части циклона 12 по трубопроводу 14 отбирается газодувкой 15 через полость 17 теплообменника 16 и подается через полость 18 теплообменника 16 в среднюю часть бункера-охладителя 3, где он способствует выдуванию измельченного материала из верхней части бункера-охладителя. Избыток азота по трубопроводам 14 и 20 через регулирующий вентиль 21 подают в загрузочный бункер 1, используя его для подсушивания исходного материала с последующим сбросом в атмосферу. For a more complete use of the stock of cold in gaseous nitrogen (Fig. 2), cold gas from the upper part of the cyclone 12 is taken off via a pipe 14 through a cavity 17 of the heat exchanger 16 and fed through the cavity 18 of the heat exchanger 16 to the middle part of the cooler 3, where it contributes blowing shredded material from the top of the hopper cooler. Excess nitrogen through pipelines 14 and 20 through the control valve 21 is fed into the feed hopper 1, using it to dry the source material with subsequent discharge into the atmosphere.

Таким образом, применение изобретения позволяет сократить расход азота в 1,5-2 раза по сравнению с существующими техническими решениями в данной области. Thus, the application of the invention allows to reduce the consumption of nitrogen by 1.5-2 times compared with existing technical solutions in this field.

Claims

1. The method of grinding elastic materials, mainly rubber, which consists in the fact that the starting material is pre-cooled to the embrittlement temperature by applying liquid nitrogen to it, mechanically crushed during cooling, heat exchange is carried out between the cooled ground material and the starting material, the ground material is separated from the starting material and evaporated nitrogen is discharged into the atmosphere, characterized in that, in order to increase efficiency by reducing nitrogen consumption, heat transfer between the source and chennym materials is carried out by passing the latter through the feedstock countercurrent due to dynamic pressure of the evaporating nitrogen in the starting material creates a fluidized bed of crushed material, and separation of particulate material from the source is carried out by maintaining the values of the dynamic pressure required for removal of the crushed material a predetermined fineness.

2. Installation for grinding elastic materials, mainly rubber, containing a feed hopper, a hopper-cooler, a chopper, a cyclone and a cooling source with liquid nitrogen connected to a hopper-cooler and chopper, characterized in that, in order to increase efficiency by reducing nitrogen flow, the grinding device at the outlet is communicated through a pipeline with the lower part of the silo-cooler, and the cyclone at the inlet is connected to the upper part of the silo-cooler and through a pipeline for collecting ha behind - to the bottom of the loading hopper.

3. Installation according to claim 2, characterized in that, in order to increase the efficiency of the process of transporting the crushed material and its separation, it is equipped with a gas blower and countercurrent heat exchanger, one cavity of which is connected to the gas discharge pipe from the cyclone, and the other cavity is connected to the middle part cooler hopper and to the outlet of the gas blower, the inlet of which is connected to the gas discharge pipe from the cyclone.