СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЛАСТИФИЦИРОВАНИЯ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ РЕЗИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR AUTOMATIC PLASTIFICATION OF GROUND RUBBER AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники
Изобретение относится к автоматическому способу пластифицирования измельченной резины, при котором выполняется пластификация измельченной резины при регенерации, обработке и утилизации резиновых отходов. В данном изобретении также предоставлен аппарат пластификации для осуществления процесса пластифицирования.
Уровень техники
Резина является важным стратегическим материалом, ее производство и использование строго контролируется в разных странах. Несмотря на высокое потребление резины, Китай имеет очень ограниченные ресурсы резины и производит много резиновых отходов. Чтобы решить проблему недостатка ресурсов резины, Китай рекомендует, поощряет и поддерживает повторное использование резиновых отходов и производство регенерированной резины. Измельченная резина, как промежуточный продукт резиновых отходов при повторном использовании, является важным сырьем для производства регенерированной резины. Поэтому качество этого сырья определяет качество регенерированной резины.
В настоящее время, измельченная резина десульфируется, главным образом, методом динамической вулканизации. У данного метода есть следующие недостатки:
1. Высокое давление. Рабочее давление во время десульфуризации доходит до 2,2-4,0 МПа; резервуар для динамический десульфуризации требует использования камер класса II по давлению; долговременное или неправильное использование могут вызвать истончение стенок резервуара, создать другие потенциальные угрозы безопасности, даже привести к авариям, при которых могут пострадать персонал и оборудование.
2. Потребность в воде и вредные выбросы. В условиях высоких температур для того, чтобы препятствовать обугливанию резины из-за неравномерного нагревания, необходимо во время десульфуризации добавлять определенное количество воды, чтобы образовался пар, или подавать пар непосредственно как теплоноситель. Однако пар и добавляемые пластификаторы могут вступать в сложные реакции, таким образом, производя выделение сильно пахнущих продуктов, с последующим серьезным загрязнением окружающей среды. Хотя в таких случаях и выполняется обработка выбросов, тем не менее, фундаментально решить проблему загрязнения не удается.
3. Прерывистый режим производства и ручная подача. Этот способ имеет прерывистый режим производства, низкую производительность, высокую интенсивность труда, требует больших трудозатрат и объемов работ.
4. Высокое энергопотребление. В прерывистом режиме производства высокое давление и пар сбрасываются как отходы, поэтому издержки производства высоки.
5. Нестабильное качество и низкая управляемость. Прерывистость производства приводит к большой разнице в качестве партий продукции и низкой управляемости. В условиях высокого давления, высокой температуры и высокой влажности имеют место сложные реакции. Качество каждой партии продукции становится известно только после сброса давления и пара, поэтому крайне сложно контролировать качество каждой партии.
6. Обработанная измельченная резина может использоваться для производства изделий из регенерированной резины только после дегидратации. Однако дегидратация является сложным процессом и требует целого комплекса оборудования, что приводит к крупным первоначальным вложениям, высокому энергопотреблению и большим текущим затратам.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью представленного изобретения является раскрытие автоматического процесса пластифицирования измельченной резины. В простом процессе реализуется автоматическое непрерывное производство без применения давления, без выброса газообразных отходов или иных загрязнений, в силу этого процесс безопасен и надежен в применении, обеспечивает стабильное качество и легкость в управлении. Обработанная пластифицированная измельченная резина может непосредственно использоваться для производства продукции из резины без дегидратации, что приводит к энергосбережению, уменьшает энергопотребление, капитальные вложения и текущие затраты. В изобретение также предоставлено устройство пластификации, обеспечивающее выполнение автоматической непрерывной пластификации, имеющее простую структуру, легкое и удобное в работе, с легким управлением и низкой стоимостью.
Для достижения вышеупомянутой цели в представленном изобретении описано следующее решение: измельчение резиновых отходов до получения порошка с размером частиц от 10 до 40 меш, добавление некоторого количества активатора и пластификатора в определенном весовом отношении, равномерное их смешивание, последующий нагрев смеси до 180-320°С и выдерживание в течение 8-15 минут, затем выполнение десульфуризации и пластифицирования, с получением после охлаждения смеси пластифицированной измельченной резины. С целью отличия такой резины от измельченной резины, которая получается при динамической вулканизации, в представленном описании она называется «пластифицированной измельченной резиной».
Более подробно, процесс происходит следующим образом:
Этап 1, смешивание ингредиентов: измельчение резиновых отходов до получения порошка с размером частиц от 10 до 40 меш, добавление некоторого количества активатора и пластификатора в следующем весовом отношении: измельченная резина: активатор: пластификатор = 1:0,3-0,4%:8-18%, затем равномерное их смешивание;
Этап 2, десульфуризация и пластифицирование: нагрев смеси, полученной на этапе 1, до 180-320°С и выдерживание в течение 8-15 минут, затем выполнение десульфуризации и пластифицирования для получения пластифицированной измельченной резины, составляющей предмет данного изобретения;
Этап 3, охлаждение: охлаждение пластифицированной измельченной резины после пластифицирования до температуры 80°С и ниже, затем получившийся продукт может сразу использоваться или упаковываться для последующего использования.
Активатор может быть выбран из числа широко распространенных: 450В, 510, 420, или других активаторов.
Пластификатор можно выбрать из числа обычно используемых: каменноугольный деготь, древесная смола и так далее.
Измельченная резина является вулканизованным каучуком, имеет упругость и другие характеристики, определяемые пространственной структурой молекулярных связей. Для регенерации и утилизации резиновых отходов, в первую очередь необходимо разрушить пространственную структуру связей исходной резины. Этого можно добиться несколькими способами: 1) механическое воздействие, то есть с помощью механического разрушения (процесс производства измельченной резины); 2) тепловое окисление, то есть, пространственная структура связей разрушается реакцией расщепления под действием теплового окисления резины; 3) добавление регенерирующих агентов, то есть активатора и пластификатора, чтобы вызвать набухание и размягчение вулканизованной резины, повысить ее пластичность и ускорить разложение вулканизированной резины. Сшивающим агентом для обычной резины, обеспечивающим образование скрепленной связями структуры вулканизированной резины, часто является сера, образующая каркас структуры сшивки (связи сшивки состоят из ковалентных связей серы, дисульфидных мостиков, поливалентных дисульфидных связей, и др.). Обычная схема вулканизации основана, прежде всего, на поливалентных дисульфидных связях. Поэтому разрушение структуры связей в резине фактически представляет собой разрушение поперечных молекулярных связей. Поскольку поливалентные дисульфидные связи меньше, чем связи основной цепи резины (связь «с-с»), поливалентные дисульфидные связи разрываются легче, в данном документе это называется "причинами десульфуризации". Однако, фактически, молекулы серы образуют малые молекулы сульфурированной резины с большей вероятностью, чем разрывают связи. Кроме того, плотность молекулярной сшивки вулканизованной резины мала, существует свободное тепловое движение в цепях молекул резины между двумя точками образования поперечных связей, и существует непоперечная сшивка ненасыщенных двойных цепей, поэтому десульфурированная измельченная резина и регенерированная измельченная резина обладают пластичностью и способностью к повторному образованию поперечных связей.
В изобретение также предоставлено автоматическое устройство пластификации для процесса пластификации, содержащее блок перемешивания, блок подачи, блок термической реакции и блок охлаждения. Блок термической реакции оснащен нагревательным устройством, а блок охлаждения оснащен циркуляционным устройством охлаждения. Выход блока перемешивания сообщается с входом блока подачи. Выход блока подачи сообщается с входом блока термической реакции, а выход блока термической реакции сообщается с входом блока охлаждения.
Блок подачи может иметь различные конструктивные формы, например, представлять собой спиральное устройство перемещения 1 или другие устройства перемещения.
Блок термической реакции может иметь различные конструктивные формы, например, представлять собой спиральное устройство перемещения II, а нагревательное устройство может находиться вне спирального устройства перемещения II. Нагревательное устройство может иметь различные конструктивные формы, например, представлять собой электрический нагревательный элемент, нагревательное устройство с циркулирующим масляным теплоносителем, и так далее.
Блок охлаждения может иметь различные конструктивные формы, например, представлять собой спиральное устройство перемещения III, а циркуляционное устройство охлаждения может находиться вне его.
Циркуляционное устройство охлаждения может быть воздушным, водяным, и т.д.
Блок перемешивания, блок подачи, блок термической реакции и блок охлаждения имеют электрические соединения с электрическим блоком управления, благодаря чему реализуются автоматический контроль и непрерывность процесса.
Пластифицируемая измельченная резина, для перемешивания, помещается в блок перемешивания, с введением активатора и пластификатора. После равномерного смешивания, смесь вводится в блок подачи для дальнейшего смешивания, а затем подается в блок термической реакции для десульфуризации и пластифицирования, после которого смесь подается в блок охлаждения для охлаждения, и завершается процесс выводом продукта через выход блока охлаждения, после охлаждения измельченной пластифицированной резины, для непосредственной упаковки или поставки на производство продуктов из повторно использованной резины.
Благодаря использованию собственной схемы десульфуризации резины, данное техническое решение улучшает существующий процесс динамической вулканизации, выполняет десульфуризацию и пластифицирование измельченной резины без применения давления и воды, поэтому происходит значительное сохранение энергии и отсутствует выброс отходящих газов. Процесс также отличается простотой, не требует больших трудозатрат и объемов работ, имеет низкие текущие затраты, стабилен по качеству, легок в управлении и контроле. Благодаря непрерывности действия процесс также имеет высокую производительность. Пластифицированная измельченная резина может непосредственно использоваться для производства продуктов из резины, без дегидратации, таким образом, упрощая обработку, экономя большое количество энергии, рабочей силы, материалов и финансовых ресурсов, что дает несомненные социальные выгоды.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ
На прилагаемом чертеже показано схематическое изображение устройства согласно представленному изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В представленном изобретении описан процесс автоматического пластифицирования измельченной резины для сульфуризации измельченной резины, а также устройство пластификации для процесса пластифицирования. Согласно представленному техническому решению, производится измельчение резиновых отходов до получения порошка с размером частиц от 10 до 40 меш, добавление некоторого количества активатора и пластификатора в определенном весовом отношении, равномерное их смешивание, последующий нагрев смеси до 180-320°С и выдерживание в течение 8-15 минут, затем выполнение десульфуризации, с получением, в конечном итоге, после охлаждения смеси, пластифицированной измельченной резины.
Детально, процесс происходит следующим образом:
Этап 1, смешивание ингредиентов: измельчение резиновых отходов до получения порошка с размером частиц от 10 до 40 меш, добавление некоторого количества активатора и пластификатора в весовом отношении: измельченная резина:активатор:пластификатор = 1:0,3-0,4%:8-18%, затем равномерное их смешивание;
Этап 2, десульфуризация и пластифицирование: нагрев смеси, полученной на этапе 1, до 180-320°С и выдерживание в течение 8-15 минут, затем выполнение десульфуризации и пластифицирования для получения пластифицированной измельченной резины, составляющей предмет представленного изобретения;
Этап 3, охлаждение: охлаждение пластифицированной измельченной резины после пластифицирования до температуры 80°С и ниже, затем получившийся продукт может сразу использоваться или упаковываться для последующего использования.
Активатор может быть выбран из числа широко распространенных: 450В, 510, 420, или других активаторов.
Пластификатор можно выбрать из числа обычно используемых: каменноугольный деготь, древесная смола и так далее.
Вариант осуществления 1
Активатор и пластификатор добавляют к измельченной резине с размером частиц от 10 до 20 меш, причем активатор может быть выбран из числа широко распространенных: 450В, 510, 420, или других активаторов, а пластификатор можно выбрать из числа обычно используемых: каменноугольный деготь, древесная смола и пр., в следующих весовых соотношениях: измельченная резина:активатор:пластификатор = 1:0,3-0,4%:8-10%, далее их равномерно перемешивают в блоке перемешивания 1; смесь подают в блок термической реакции 3 через блок подачи 2, нагревают до температуры 280-300°С, выдерживают 13-15 минут при перемешивании в спиральном устройстве перемещения II таким образом, что измельченная резина равномерно нагревается и полностью десульфируется и пластифицируется при высокой температуре; затем получившуюся смесь подают в блок охлаждения 4 для охлаждения до 80°С и ниже, а затем выводят из блока охлаждения 4 для производства продукции из регенерированной резины.
Вариант осуществления 2
Активатор и пластификатор добавляют к измельченной резине с размером частиц от 30 до 40 меш, причем активатор и пластификатор те же, что и в Варианте осуществления 1, в следующих весовых соотношениях: измельченная резина:активатор:пластификатор = 1:0,3-0,4%:16-18%, затем их равномерно перемешивают в блоке перемешивания 1; смесь подают в блок термической реакции 3 через блок подачи 2, нагревают до температуры 200-220°С, выдерживают 8-10 минут при перемешивании в спиральном устройстве перемещения II таким образом, что измельченная резина равномерно нагревается и полностью десульфируется и пластифицируется при высокой температуре и под воздействием активатора и пластификатора, затем получившуюся смесь подают в блок охлаждения 4 для охлаждения до 80°С и ниже, а затем выводят из блока охлаждения 4 для производства продукции из регенерированной резины.
Вариант осуществления 3
Активатор и пластификатор добавляют к измельченной резине с размером частиц от 20 до 30 меш, причем активатор и пластификатор те же, что и в Варианте осуществления 1, в следующих весовых соотношениях: измельченная резина:активатор:пластификатор = 1:0,3-0,4%:12-14%, затем их равномерно перемешивают в блоке перемешивания 1; смесь подают в блок термической реакции 3 через блок подачи 2, нагревают до температуры 240-260°С, выдерживают 10-12 минут при перемешивании в спиральном устройстве перемещения II таким образом, что измельченная резина равномерно нагревается и полностью десульфируется и пластифицируется при высокой температуре и под воздействием активатора и пластификатора, затем получившуюся смесь подают в блок охлаждения 4 для охлаждения до 80°С и ниже, а затем выводят из блока охлаждения 4 для производства продукции из регенерированной резины.
Вариант осуществления 4
Активатор и пластификатор добавляют к измельченной резине с размером частиц от 20 до 40 меш, причем активатор и пластификатор те же, что и в Варианте осуществления 1, в следующих весовых соотношениях: измельченная резина:активатор:пластификатор = 1:0,3-0,4%:14-16%, затем их равномерно перемешивают в блоке перемешивания 1; смесь подают в блок термической реакции 3 через блок подачи 2, нагревают до температуры 200-220°С, выдерживают 10-12 минут пои перемешивании в спиральном устройстве перемещения II таким образом, что измельченная резина равномерно нагревается и полностью десульфируется и пластифицируется при высокой температуре и под воздействием активатора и пластификатора, затем получившуюся смесь подают в блок охлаждения 4 для охлаждения до 80°С и ниже, а затем выводят из блока охлаждения 4 для производства продукции из регенерированной резины.
Результаты испытаний физических свойств пластифицированной измельченной резины, полученной с использованием способа по представленному изобретению
Таблица 1
Физические свойства пластифицированной измельченной резины
Показатель
Результаты испытаний
Национальный стандарт GB/T 19208-2008
Тепловые потери, % ≤
0,6
1,0
Зольность, % ≤
8
8
Выделение ацетона, % ≤
6
8
Содержание углеводорода резины, % ≥
54
42
Содержание сажи, % ≥
31
26
Содержание металла, % ≤
0,02
0,03
Содержание волокна, % ≤
0,06
0,1
Прочность на разрыв, мПа ≥
19
15
Удлинение при разрыве, % ≥
538
500
Результаты испытаний физических свойств регенерированной резины, произведенной с использованием способа по представленному изобретению
Таблица 2
Физические свойства регенерированной-резины
Показатель
Результаты испытаний
Национальный стандарт GB/T 13460-2008
Тепловые потери, % ≤
0,5
1,0
Зольность, % ≤
7
10
Выделение ацетона, % ≤
7
22
Плотность, мг, макс. ≤
1,18
1,24
Вязкость по вискозиметру, Муни, макс. ≤
74
80
Прочность на разрыв, мПа ≥
12,3
9
Удлинение при разрыве, % ≥
420
360
Данные, приведенные выше, позволяют сделать вывод о том, что и пластифицированная измельченная резина, и регенерированная резина, произведенная с использованием способа по представленному изобретению, соответствует национальным стандартам.
В представленном изобретении также описано автоматическое устройство пластификации для процесса пластифицирования, содержащее блок перемешивания 1, блок подачи 2, блок термической реакции 3 и блок охлаждения 4. Блок термической реакции 3 снабжен нагревательным устройством 5, блок охлаждения 4 оснащен циркуляционным устройством охлаждения 6. Выход блока перемешивания 1 сообщается с входом блока подачи 2. Выход блока подачи 2 сообщается с входом блока термической реакции 3, а выход блока термической реакции 3 сообщается с входом блока охлаждения 4.
Блок подачи 2 может иметь различные конструктивные формы, например, представлять собой конструктивное исполнение, в котором используется спиральное устройство перемещения I.
Блок термической реакции 3 может иметь различные конструктивные формы, например, представлять собой конструктивное исполнение, в котором используется спиральное устройство перемещения II, а нагревательное устройство 5 находится вне спирального устройства перемещения II. Нагревательное устройство 5 может иметь различные конструктивные формы, например, представлять собой электрический нагревательный элемент или нагревательное устройство с циркулирующим масляным теплоносителем. В этом конструктивном исполнении нагревательное устройство 5 представляет собой нагревательное устройство с циркулирующим масляным теплоносителем, в силу равномерности нагрева масляным теплоносителем. Блок охлаждения 4 может иметь различные конструктивные формы. Согласно одному из вариантов осуществления, он представляет собой спиральное устройство перемещения III, а циркуляционное устройство охлаждения 6 расположено вне его. Циркуляционное устройство охлаждения 6 может быть воздушным, водяным, и т.д. В целях энергосбережения и (или) полного использования избыточной теплоты, циркуляционное устройство охлаждения, согласно одному из вариантов осуществления, представляет собой циркуляционное устройство водяного охлаждения.
Для реализации автоматического контроля и непрерывности процесса в одном из вариантов осуществления имеется электрический блок управления. Блок перемешивания 1, блок подачи 2, блок термической реакции 3 и блок охлаждения 4 имеют электрические соединения с электрическим блоком управления, благодаря чему реализуются автоматический контроль и непрерывность процесса.
Благодаря использованию собственной схемы десульфуризации резины, представленное изобретение улучшает существующий процесс динамической вулканизации, позволяет выполнять десульфуризацию и пластифицирование измельченной резины без применения давления и воды, таким образом, обеспечивая значительное сохранение энергии и отсутствие выбросов газообразных отходов. Процесс также отличается простотой, не требует больших трудозатрат и объемов работ, имеет низкие текущие затраты, стабилен по качеству, легок в управлении и контроле. Благодаря непрерывности действия процесс также имеет высокую производительность. Пластифицированная измельченная резина может непосредственно использоваться для производства продуктов из резины, без дегидратации, таким образом, упрощается обработка, происходит существенная экономия энергии, рабочей силы, материалов и финансовых ресурсов, что дает несомненные социальные выгоды. Таким образом, представленный процесс характеризуется простотой процедур, автоматическим и непрерывным производством, экологичностью без нагрузки на окружающую среду, без выбросов газообразных отходов и иных загрязнений; также характеризуется безопасностью и надежностью, стабильностью качества, хорошей управляемостью, доступностью непосредственного использования пластифицированной измельченной резины в производстве продукции из резины без дегидратации, экономией энергии, уменьшенным энергопотреблением, низкими капитальными и текущими затратами. Кроме того, в изобретении также представлено устройство для выполнения пластифицирования, обеспечивающее непрерывность процесса, имеющее простую структуру, удобное в эксплуатации, отличающееся хорошей управляемостью и низкой стоимостью.