СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MECHANICAL RUBBER GOODS RECYCLING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области утилизации промышленных и бытовых резинотехнических отходов различной толщины, в частности к технологии переработки резинотехнических изделий, например изношенных, бракованных и т.п. колесных шин автомобильных и других транспортных средств, а также к устройствам для осуществления указанной технологии.
Известен «Способ измельчения изношенных шин и устройство для его осуществления», см. RU, патент №2140358, Кл. В29В 17/00, 1998 г., позволяющий их измельчение с помощью взрыва, при этом шины предварительно либо деформируют сжатием, либо разрезают с последующим охлаждением до степени охрупчивания - 100 градусов. Устройство для измельчения шин содержит рабочую камеру, внутри которой соосно с ней расположена вихревая камера. Устройство снабжено автоматизированными загрузочным и разгрузочным узлами, элементами для размещения и разрушения шин и узел фиксации взрывчатого вещества. Однако как способ, так и устройство не обеспечивают эффективного процесса измельчения вследствие значительных потерь энергии взрыва, способ включает специальную дорогостоящую подготовку шин, устройство является громоздким и металлоемким, а сам процесс не отвечает требованиям экологии и безопасности проведения взрывных работ.
Известно техническое решение «Способ переработки резинотехнических изделий», см. RU, заявка №96120371, кл. В29В 17/00, 1996 г., включающее использование как механических нагрузок, так и воздействие газовой среды, содержащей более 0,01% озона, при этом переработку ведут при 10-110 градусах, а озоносодержащую газовую смесь, прошедшую через камеру переработки, частично пропускают через генератор озона и используют повторно. В основу способа положен физико-химический метод разрушения резины под действием озона, он недостаточно эффективен для разрушения шин до состояния крошки, а процесс требует затрат больших мощностей и длительного воздействия озона.
Известен «Способ размола для получения тонкоизмельченных медицинских субстанций» (RU, патент №2234375, кл. В02С 19/18), при котором помол кристаллического вещества проводят путем распыления этого вещества с использованием мельничной среды, включающей газ гелий при температурах от -30 град. до -120 град. Этот способ предназначен для измельчения только твердых кристаллических веществ в условиях низких температур и не пригоден для разрушения резиновых шин. Он также является энергоемким.
Наиболее близким техническим решением является способ измельчения материалов (патент США №2078933, кл. 241-1, 1937 г.), при котором пористый материал, насыщенный жидкостью, помещают в камеру с высокой температурой и с давлением от 150 до 200 атм. Потом резко сбрасывается давление до атмосферного, при котором происходит взрывообразное испарение воды и разрушение материала. Такой способ измельчения не эффективен для резинотехнических изделий из-за их эластичности и недостаточной энергии разрушения пара в этих условиях.
Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа и устройства утилизации резинотехнических изделий, которые обеспечивали бы повышение эффективности процесса измельчения резинотехнических изделий различной толщины, повышение производительности, упрощение операций, снижение энергетических затрат, снижение степени загрязнения атмосферы и обеспечение возможности повторного использования продуктов переработки.
Указанная задача достигается тем, что в способе утилизации резинотехнических изделий, включающем загрузку материала в камеру, воздействие и разрушение их рабочей средой, характеризующемся тем, что в качестве рабочей среды используют газ с высоким коэффициентом диффузии, например гелий, который подают в камеру под давлением от 5 атм до 250 атм, выдерживают его до полного насыщения гелием всех пор резинотехнических изделий, по крайней мере поверхностных, выравнивают давление в порах с давлением в камере, затем резко снижают давление газа в камере до атмосферного, откачивают остатки гелия в свободные дополнительные баллоны, после чего в рабочую камеру подают газ-ингибитор, например углекислый, при этом после откачки рабочей среды ее очищают и подают на повторное использование, при этом давление рабочей среды в камере и время выдержки проникновения газа в поры разрушаемого материала коррелируется с толщиной резинотехнических изделий, чем больше толщина изделий, тем выше давление рабочей среды и больше время выдержки. Способ характеризуется тем, что при неполном разрушении резинотехнических изделий их направляют повторно в рабочую камеру до полного разрушения. Способ характеризуется тем, что разрушенную массу очищают от песка и других неметаллических включений известными способами, например в осадочных циклонах, а металлические включения убирают посредством электромагнитных ловушек.
Поставленная задача в части устройства достигается тем, что устройство для утилизации резинотехнических изделий, содержащее рабочую камеру с загрузочным и разгрузочным узлами и трубопроводом для выпуска рабочей среды, характеризующееся тем, что рабочая камера выполнена герметичной и компрессионной, а устройство дополнительно снабжено контрольно-измерительными приборами, компрессионным насосом, баллонами рабочего газа, например гелия, и газа-ингибитора, например углекислого газа, а также отдельными баллонами для сбора гелия с давлением ниже атмосферного и атмосферного, связанными трубопроводами с вентилями с баллоном рабочего газа, при этом все баллоны соединены трубопроводами посредством вентилей с рабочей камерой, а в баллонах с гелием и ингибитором создают давление в пределах от 5 до 250 атм.
На чертеже изображено устройство по разрушению и утилизации шин.
Устройство содержит герметичную камеру 1, в которую закладывают резинотехнические изделия, такие как пакеты, презервативы, грелки, а также, как показано на чертеже, шины 2, через герметичный загрузочный узел 3. Камера 1 при помощи трубопровода 4 с вентилем 5 соединена с баллонами 6, а трубопроводом 7 с вентилем 8 - с баллоном 9. Трубопровод 4 снабжен компрессором 10 с очистным средством 11. Баллон 6 имеет либо разряжение, либо давление в одну атм. Баллон 9 имеет давление в 1 атмосферу. Камера 1 трубопроводом 12 с вентилем 13 соединена с баллоном 14, в котором находится рабочий газ с высоким коэффициентом диффузии, например гелий, с рабочим давлением 5-250 атм. Все трубопроводы снабжены контрольно-измерительными приборами, на чертеже не показаны. Устройство снабжено компрессионным насосом 15. Баллоны 6 и 9 соединены с баллоном 14 трубопроводом 17, снабженным вентилем 18 от баллона 6 и вентилем 19 от баллона 9, при этом трубопровод 17 снабжен компрессором 20 с очистным средством 21, который перекачивает гелий из баллонов 6, 9 в баллон 14. Трубопровод 12 соединен патрубком 22 с вентилем 23 с баллоном 24, заполненным газом-ингибитором, например углекислым газом. Рабочая камера 1 снабжена разгрузочным узлом 25, из которого выгружают полностью измельченную массу, которую затем подвергают очистке от металлических включений посредством, например, электромагнитных ловушек, на чертеже не показаны, а от грязи, камней и других твердых включений - в осадительных циклонах, на чертеже не показаны.
В соответствии с предложенным изобретением способ осуществляется следующим образом. В рабочую камеру 1 загружают резинотехнические изделия, например шины 2, предназначенные для утилизации, они могут быть как целыми, так и предварительно разрезанными на отдельные части. Камера 1 герметизируется, из нее выкачивается воздух компрессионным насосом 15, о наличии которого судят по показаниям контрольно-измерительных приборов. После стабилизации давления в камере равным нулю в нее из баллона 14 подают под давлением рабочий газ, например гелий, до создания в камере давления свыше 100 атм, и выдерживают при этом давление до его стабилизации, т.е. до полного насыщения гелием всех пор в шинах или других резинотехнических изделиях. При утилизации толстых изделий давление газа поддерживают от 100 до 250 атм либо устанавливается большее время выдержки этого давления, а при утилизации тонкостенных изделий, например резиновых шариков, камер от колес или резиновых грелок, давление создают 5-50 атм, т.е. чем тоньше резинотехническое изделие, тем меньше устанавливают давление в рабочей камере. При более толстых резинотехнических изделиях для проникновения газа в поры требуется более высокое давление до 100-250 атм либо большее время выдержки. Затем резко сбрасывают давление, при этом открывают вентиль 8 баллона 9, в котором давление либо 1 атм, либо разряжение, тем самым газ устремляется в баллон 9. Оставшийся в рабочей камере 1 газ откачивают компрессором 10 и очищают посредством очистного средства 11 в дополнительный баллон 6, после чего в рабочую камеру из баллона 24 подают углекислый газ. После проведения вышеперечисленных операций производят выгрузку крошки переработанных шин, из которой удаляют металлический или синтетический корд. При неполном разрушении резинотехнических отходов их повторно загружают в камеру и цикл повторяют до полного измельчения отходов.
Сущность заявленного способа заключается в том, что совокупность признаков позволяет создать условия, при которых в порах шин, число которых составляет более миллиарда штук с размерами до 10 мкм, под высоким давлением насыщается гелий как наиболее диффундируемый в резину газ. При резком сбрасывании давления до атмосферного происходит разрыв шины под действием давления в порах на микрочастицы с размером в пределах от 20 мкм до 100 мкм. В этом случае шина разрушается под действием давления в порах. Газ гелий используют многократно, для чего он сбрасывается в баллоны 9, 6 с откачкой и очисткой его и сбором в баллон 14 для повторного использования.
Для исключения вероятности появления очагов возгорания полученной крошки резины от соприкосновения с кислородом воздуха перед ее выгрузкой из рабочей камеры в нее подается углекислый газ. В последующем из общей массы порошка удаляются металлический или синтетический корд и другие включения с помощью известных средств, например электромагнитных ловушек и осадительных циклонов.
Преимущества заявленных способа и устройства в сравнении с известными заключаются в том, что их реализация позволяет получать крошку резины от изношенных или бракованных шин и других резинотехнических отходов, пригодной для последующего использования в различных отраслях хозяйства. Процесс получения ее возможен при небольших затратах энергии, металла и времени, обеспечении требований экологии и безопасности выполнения работ.