УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСТЕКЛА
FOAMED GLASS GRANULATOR UNIT

Область техники
Изобретение относится к области производства легких насыпных строительных материалов на основе стекла, а точнее к способам производства пеностекла или пеносиликата, например, с коммерческим обозначением PENOSTEK, которые также являются теплоизолирующими и огнеупорными материалами и могут применяться, например, для теплоизоляции и пожарной изоляции машин, зданий и сооружений, в качестве наполнителя при производстве бетонных конструкций и в других областях техники. Производство пеностекла также связано с задачами по утилизации отходов стекла и направлено на решение экологических проблем.
Уровень техники
Известны положительные свойства пеностекла, области его применения, технологии получения. Известно, что пеностекольный теплоизоляционный пористый материал в основном получают путем спекания смеси мелкого стекольного порошка с газообразователем и обычно используют в виде небольших гранул, например, в качестве наполнителя. Известны различные способы получения гранулированного пеностекла, включающие дробление и помол утилизируемого стекла или стеклянных изделий до образования тонко измельченного дисперсного стеклянного порошка, на основе которого, далее, при добавлении пенообразователя получают шихту для производства пеностекла. Известно, что получение пеностекла из отходов одновременно решает проблемы утилизации мусора и защиты окружающей среды.
Так как среди бытового, тарного и строительного стекла наибольшее распространение имеет неорганическое силикатное стекло, изготовленное на основе двуокиси кремния, то и при утилизации бытовых и строительных отходов основную долю составляет силикатное стекло, которое и используют при переработке, например, с получением гранулированного пеносиликата. Общие вопросы получения пеностекла хорошо рассмотрены в литературе (см., например, Демидович Б.К. Производство и применение пеностекла. - Минск: Наука и техника, 1972); Шилл Ф. Пеностекло. - М.: Издательство литературы по строительству, 1965, с.6-18; Большая Советская энциклопедия, «Советская энциклопедия», т.24-1, М., 1976, с.470-473); Краткая химическая энциклопедия, «Советская энциклопедия», М., 1965, т.4;. с.1033-1034).
Известно множество технологий, составов, ингредиентов для получения шихты, как основы для производства конечного продукта - пеностекла. В качестве примеров применения таких технологий и способов можно привести два направления: первый - это специальная варка стекла требуемого химического состава, а второй - использование композиции на основе стекольного порошка из стеклобоя (отходов стекла) разнородного или однородного химического состава и подбор газообразователя с последующим вспениванием в процессе нагревания всей массы стекла. Стекольный порошок получают помолом либо из специально сваренных стекломасс (например, патенты РФ №2023982, С03С 11/00, 30.04.1995; US №4192664, С03В 19/08, 1980; US №3403990, н.кл. 65-22, 1968), либо из боя оконного, тарного и других стекол при утилизации отходов (например, патенты РФ №2149146, С03С 11/00, 20.05.2000; РФ №2051869, С03С 11/00, 10.01.96; US №4198224, С03В 19/08, 1980). В некоторых случаях для получения пеностекла применяют гранулят специально сваренного стекла (РФ, №2361829, С03С 11/ 00, 27.11.2008; DE №2010263, С03С 11/00, 1979). Из числа аналогов предложенного изобретения по технологии получения и составу гранулированной шихты при изготовлении пеностекла можно выделить шихту, содержащую молотое стекло и карбонатный газообразователь (патент РФ №2266874, С03С 11/00, 10.11.2003) или шихту на основе смеси стеклообразующего компонента и порошкообразных добавок, включающих, в том числе, углеродсодержащий газообразователь, в котором в качестве стеклообразующего компонента используют водный щелочной раствор силиката натрия и/или калия (жидкое стекло), а в качестве порошкообразной добавки применяют тонкоизмельченный стеклобой (патент РФ №2255058, С03С 11/00, 27.06.2005).
Применение (выбор) тех ли иных способов и композиций для производства пеностекла может быть обусловлено целым рядом самостоятельных особенностей и местных условий, например наличием конкретной сырьевой базы, задачами экологии, составом и характером утилизируемого мусора и отходов, стоимостью энергоресурсов, потребностью и экономической целесообразностью применения пеностекла конкретного назначения и заданных характеристик. Следствием этого многообразия и является создание большого ряда производственного оборудования, технических установок и устройств, ориентированных именно на конкретную технологию производства пеностекла разного вида, учитывающих особенности, технические и экономические характеристики такого производства. Указанное не мешает рационально использовать в таких специализированных установках стандартное известное оборудование общего применения.
Так, например, известны различные устройства и установки для получения гранулированной шихты и пеностекла разного типа, включая различные смесители и грануляторы, аналогичные примененным в данной разработке (см., например, патенты РФ №2291126, С03С 11/00, 2007; РФ №2209662, B01J 2/14, 10.08.2003; РФ №1030004, B01J 2/14, 23.07.1983 и другие).
Таким образом, с одной стороны, известны многочисленные технологии и средства для производства качественного пеностекла, включая гранулированное.
С другой стороны, известные технологии и оборудование слабо приспособлены, а в ряде случаев неприменимы для решения проблем утилизации мусора и задач вторичной переработки разнородных отходов стекла. Например, стекло разного состава и вторичное сырье из него могут отличаться по физико-химическим и техническим характеристикам в несколько раз, в то время как известные технологии производства пеностекла разработаны и в основном предназначены для использования сырья со стабильными характеристиками.
Использования разнородного стекольного мусора и случайных отходов стекла для массового производства пеностекла могут вызывать большой разброс в составе и характеристиках полученного стеклопорошка, значительно влиять на качество конечной продукции, увеличивать брак и требовать его утилизации, уже как отходов пеностекла, вызывать дополнительные загрязнения окружающей среды, нарушать требования по охране труда.
Программы экологии, принятые во всем мире, требуют нового подхода и разработки новых технологий переработки мусора и экономии энергоресурсов.
Исходя из решаемой задачи, достигаемого технического результата и всей совокупности существенных признаков изобретения, в качестве наиболее близкого аналога - прототипа предлагаемой установки можно рассмотреть установку для получения сырьевого материала для пеносиликатного гравия согласно известному устройству, которое очень хорошо описано в патенте со ссылками на 67 источников информации об уровне техники и аналогах (см. патент РФ №2307097, С03С 11/00, 20.04.2007).
Указанная установка для получения гранулированного пеностекла выполнена в виде технологической линии с функциональными устройствами и оборудованием, которая в том числе включает склад стеклобоя и молотого стекла, дробилки и мельницы для его измельчения и тонкого помола, емкости и смесители для хранения и смешения ингредиентов, дозаторы, гранулятор для получения гранул шихты пеностекла, сушилки для сушки стеклобоя и гранул, а также соединительные трубопроводы, транспортеры и насосы для подачи материалов и ингредиентов. Все производственное оборудование и функциональные устройства, соединенные трубопроводами и транспортерами, образуют единую производственную линию, которая обеспечивает выполнение заданного технологического процесса. Процесс включает первичное получение и складирование стеклобоя, его дробление, сушку, тонкий помол до фракции менее 40 мкм, с параллельным, путем тонких помолов, получением порошковой смеси кварца, мела и угля с фракциями компонентов менее 40-60 мкм, которую далее смешивают со стеклопорошком и водным раствором жидкого стекла, а затем смесь пропускают через смесители и гранулятор, где формируют сырцовые гранулы, которые сушат и направляют на термообработку.
К недостаткам линии-прототипа можно отнести:
- отсутствие мобильности установки, при необходимости ее быстрого демонтажа, транспортировки и установки на новом месте;
- трудности применения при утилизации стекольного мусора, содержащего разнородный стеклобой, включая значительно загрязненное;
- трудности мойки и очищения установки и оборудования от вредных и опасных примесей, таких как стекольная пыль и стеклобой, отходов шихты и гранулята, водных и иных растворов пенообразователя, например оседающих на оборудовании, устройствах и в помещениях, ухудшающих условия труда;
- значительный объем и сброс собственных отходов производства.
Раскрытие изобретения
Данное изобретение и его технический результат от использования направлены на устранение указанных выше недостатков и прежде всего на решение проблем экологии при утилизации разнообразных стекольных отходов, включая разнотипные по составу и форме, на обеспечение рентабельности утилизации и возможности производства пеностекла из нестандартного стекла переменного состава при одновременном повышении качества конечной продукции (строительных материалов, содержащих пеностекло). Оно также направлено на повышение мобильности предложенной установки, упрощение ее демонтажа, перевозки и монтажа на новом месте, сокращение расходов на это. Предложенное изобретение также направлено на минимизацию вредных выбросов и отходов собственного производства, на обеспечение чистоты оборудования и улучшение условий труда и окружающей среды, на расширение технологического ряда оборудования, ориентированного на переработку стекольного мусора, при создании чистого производства гранулированного пеностекла из таких отходов.
Для решения указанных задач в результате анализа данных экспериментов и стоимостных показателей был принят следующий состав ингредиентов для производства гранулированной шихты и пеностекла, мас.%:
Жидкое стекло
5-15
Карбонатный пенообразователь,
включая глицерин
1-2
Вода
5-15
Молотое стекло (сеянное)
Остальное
3
3
3
3
При этом в ней в качестве карбонатного пенообразователя используют СаСО, или МаСО, или ВаСО, или SrCO, в количестве до 1 мас.%.
Выбор данного состава шихты позволил определить возможные технические средства, необходимые и достаточные для решения поставленных задач.
Предложенная установка для получения гранулированного пеностекла выполнена в виде технологической линии с функциональными устройствами и оборудованием, которая, в том числе, включает склад стеклобоя, дробилки и мельницы для его измельчения и получения стеклопорошка тонкого помола, емкости и смесители для хранения и смешения стеклопорошка, жидкого стекла, воды и ингредиентов пенообразователя, дозаторы, гранулятор для получения гранул шихты пеностекла, барабанную сушилку для сушки гранул, а также трубопроводы, транспортеры и насосы для соединения функциональных устройств, подачи материалов и ингредиентов, что известно из прототипа. Особенностями данного устройства является то, что в нем технологическая линия выполнена в виде нескольких, не менее чем четырех, модулей контейнерного типа и также содержит смеситель шихты планетарно-шнекового типа, последовательно соединенный с тарельчатым гранулятором, сита, включая вибрационные, устройство для присыпки гранул, печь для вспенивания и отжига гранул, замкнутую систему оборотного водоснабжения с насосами, с емкостями для воды, фильтрами для ее очистки и моющими устройствами. При этом в первом модуле установлены устройства для мойки стеклобоя с водоотводом и фильтром, дробилки грубого помола фракции не более 1 мм. Во втором модуле размещены заправочные емкости для хранения и смешения воды, жидкого стекла и ингредиентов пенообразователя, их насосы, дозаторы и смесители, соединенные между собой трубопроводами с общим смесевым выходом. В третьем модуле размещены соединенные трубопроводами и закрепленные с возможностью поворота на угол до 90 градусов емкости для хранения дробленного стекла и воды, мельницы тонкого помола стекла для получения фракции стеклопорошка с частицами не более 0,005 мм, планетарно-шнековый смеситель и тарельчатый гранулятор с выходным каналом для сырцовых гранул, барабанная сушилка, разделитель для гранул полуфабриката, например, в виде сита, а в четвертом модуле установлены устройство присыпки гранул, печь для вспенивания и обжига пеностекла, разделитель для готовых вспененных гранул, например, в виде сита, при этом модули выполнены с жесткими основаниями и с герметичными наклонными полами в виде ванн с отверстиями для водослива, соединенными с системой оборотного водоснабжения, а соединительные трубопроводы между контейнерами выполнены с возможностью их перекрытия и отделения, например, при транспортировке.
Кроме этого, предложенная установка предполагает возможность создания в ней замкнутой системы оборотного водоснабжения, которая может быть выполнена в виде двух контуров, каждый из которых снабжен не менее чем одной накопительной емкостью для сливных вод и не менее чем одной накопительной емкостью для технической воды, снабжен собственным устройством очистки с отстойником и фильтром, в котором выход очищенной воды через насос подключен к накопительной емкости технической воды и моющим устройствам. Также предполагается, что в установке, по крайней мере, третий модуль может быть выполнен в виде параллелепипеда или прямоугольной призмы, и в нем ванна образована герметичными полами и боковыми стенками двух соседних граней, между которыми расположены отверстия для водослива, а в четвертом модуле печь для вспенивания предлагается выполнять, например, в виде теплоизолированной цилиндрической трубы с несколькими независимыми зонами нагрева по ее длине, которая снабжена приводом ее вращения и установлена с возможностью вращения относительно ее оси и наклона ее под углом до 5 градусов к горизонту. Причем эта печь может быть снабжена трубчатым холодильником, который предлагается выполнять, например, в виде теплоизолированного цилиндра, внутренний диаметр которого превышает внешний диаметр печи для вспенивания, и этот цилиндр закреплен с возможностью вращения относительно оси цилиндра и ограниченного телескопического перемещения вдоль оси печи для вспенивания.
Также может быть предусмотрено, что, по крайней мере, один из модулей снабжен подвижными опорами, в виде домкратов, и установлен с возможностью его подъема, опускания, наклона и фиксации положения.
В предложенном виде техническое решение позволяет одновременно решать несколько указанных ранее задач, а именно задачу создания рентабельного производства востребованного строительного материала - гранулированного пеностекла, задачу создания мобильного производства, которое можно быстро в контейнерах перевозить в другие районы и изменять его производительность путем изменения числа модулей в зависимости от наличия сырья и потребностей рынка, решать экологические задачи по утилизации стекольного мусора и отходов, решать задачи защиты окружающей среды и охраны труда, создавая такие малоотходные производства.
Результаты патентного поиска и рассмотрение многочисленных аналогов, например, указанных в ссылках на патенты-аналоги, позволяет утверждать, что заявленная в формуле изобретения совокупность существенных признаков, необходимая и достаточная для решения указанных задач, оригинальна и не следует явным образом из уровня техники, что подтверждает новизну данного технического решения и его изобретательский уровень. Выполненные экспериментальные модели подтвердили промышленную применимость данной установки и решение поставленных задач, то есть соответствие разработки критериям изобретения и целесообразность патентования.
Краткое описание чертежей.
Изобретение поясняется схемами и чертежами.
На фиг.1 условно изображена функциональная блок-схема основного варианта предложенной установки модульного типа, взаимосвязи функциональных устройств и порядок реализации на ней технологического процесса; на фиг.2 схематично условно изображен вариант компоновки модуля (контейнера) 1 установки; на фиг.3 схематично условно изображен вариант компоновки модуля (контейнера) 2 установки; на фиг.4 схематично условно изображен вариант компоновки модуля (контейнера) 3 установки в вертикальном рабочем (для данного варианта) положении; на фиг.5 схематично условно изображен вариант компоновки модуля (контейнера) 4 установки; на фиг.6 условно изображен вариант установки модулей при сборке установки. На фиг.7 условно изображена схема системы оборотного водоснабжения. На фиг.8 схематично изображен вариант смесителя шихты планетарно-шнекового типа.
Осуществление изобретения.
В рассмотренном варианте технологического процесса установка состоит из ряда функциональных устройств, основная часть которых может быть размещена в модулях-контейнерах 1, 2, 3, 4, выполненных по типу или на базе грузовых контейнеров для морских и иных перевозок. Площадь пола в таких контейнерах составляет около 15, 22 или 30 квадратных метров при их длине 6, 9 или 12 метров.
Обычно применяют стандартные модули в форме прямоугольного параллелепипеда, но возможно выполнение модулей и с иной формой призмы, например в виде простого параллелепипеда с наклонными стенками. Для прохода и работы в контейнерах в них могут быть выполнены боковые проемы 5, а по их внешнему периметру установлены рабочие площадки 6 (условно не показаны). Дно (пол), по крайней мере, модуля 1 выполняют в виде герметичной ванны 7 с высотой бортиков 8 не менее 0,1 метра. По крайней мере, в модуле 3, который в рабочем положении может быть наклонен на угол до 90 градусов и установлен на одну из боковых граней. В каждой ванне выполняют сливные отверстия (водосливы) 9, которые располагают в нижней точке пола, например, по ребру пересечения граней в модуле 1, а дно ванн 7 или установку модулей выполняют с наклоном для обеспечения слива. Целесообразна установка модулей в 2-3 яруса (этажа), например, для уменьшения площади при увеличении производительности и числа модулей (более 3 - 4), а также для удобства подачи материалов (сверху вниз), например, для модуля 3.
3
3
3
3
Конкретный состав оборудования установки связан с составом ингредиентов шихты. В данном примере состав сырцовой гранулированной шихты составляет, мас.%: молотое стекло - 70-88%, жидкое стекло - 5-15%; вода - 5-15%; карбонатный пенообразователь (СаСО, или МаСО, или ВаСО, или SrCO) до 1%; глицерин - до 1%.
Соответственно представленный пример установки ориентирован на указанный состав. В модуле 1 (или рядом с ним) размещены склад (емкость) 10 стеклобоя (стекольный мусор), устройства 11 для мойки стеклобоя или дробленого стекла, например, в виде водяных струйных генераторов высокого давления с водоотводами 9 и фильтрами 12 для очистки воды и соединенной с ними емкостью 13 технической воды. В модуле 1 также установлены сушилки 14 стекла (после мойки), дробилки 15 грубого помола и мельницы 16 тонкого помола стекла (например, шарового типа) с вибрационными или иными ситами 17 для получения фракций стеклопорошка с частицами не более 1 мм, а также соединенные с ними емкости 18 его хранения. В модуле 1 также размещены емкости 19 для временного хранения молотого стекла других фракций, которые соединены трубопроводами по типу пылесосов, систем аспирации или иными транспортерами для забора продуктов с устройствами помола.
3
3
3
3
В модуле 2 может быть размещена лаборатория, раздевалка, установлены заправляемая емкость 20 питьевой воды и емкость 21 для хранения технической воды с дозаторами, сменная емкость 22 для жидкого стекла с дозатором, сменные емкости 23, 24, 25 с дозаторами для нескольких из возможных карбонатных ингредиентов пенообразователя (например, СаСО, или МаСО, или ВаСО), сменная емкость 26 для глицерина с дозатором. Дозаторы в емкостях 21 и 22 соединены через трубопроводы со смесителем 27, в котором готовят водный раствор жидкого стекла в заданной пропорции. Аналогично емкости 23, или 24, или 25 требуемого карбоната, емкость 26 с глицерином, емкость 21 воды через их дозаторы соединены трубопроводом со смесителем 28, где готовят смесь пенообразователя, например глицерина, СаСО (по выбору) и воды. Полную смесь пенообразователя, воды и жидкого стекла готовят в смесителе 29, который соединен трубопроводами с регулировочными вентилями с выходными патрубками смесителей 27 и 28, а также с емкостью 21, например, для промывки водой. Возможно отключение смесителей 27 и 28 и прямое смешивание ингредиентов в смесителе 29.
В модулях 1, 2, 3 и 4 могут быть расположены различные устройства замкнутой системы 30 оборотного водоснабжения с насосами 31, емкостями 32 и 33 для сточных вод, устройствами 34 и 35 для их очистки с фильтрами и отстойниками (не показаны), моющими устройствами 36, 37, 38, 39 и емкостями 13, 21, 40 и 41 технической воды для модулей 1, 2, 3, 4 соответственно. В системе 30 также предусмотрены переносные электрические водонагреватели 42 (для модуля 1 и 2) для подогрева воды или снабжены устройствами охлаждения (для модулей 3 и 4). При этом система 30 разделена на два контура, первый из которых в основном предназначен для мойки стеклобоя в модуле 1, который может содержать случайную грязь всех типов, и для возможной уборки модуля 2, а второй контур в основном предназначен для обработки и вторичного использования отходов шихты в модулях 3 и 4. Модуль 2 предполагает минимальные загрязнения и сброс воды при мойке в емкость 30 модуля 1. В системе 30 предусмотрено, что сливные водоотводы 9 первого и второго контуров системы 30 подключены к емкостям 32 и 33 соответственно.
В модуле 3 установлены с возможностью поворота модуля на 90 градусов собственная емкость 40 для технической воды, емкость-накопитель 43 стеклопорошка, мельница тонкого помола 44 (типа аттритор) с размерами получаемых частиц стеклопорошка не более 0,005 мм, смеситель 45 шихты планетарно-шнекового типа, на выходе которого установлен (последовательно соединен) тарельчатый гранулятор 46, барабанная сушилка 47, разделитель 48 для гранул, например, выполненный в виде вибрационного сита. Особенностью модуля 3 в данном варианте установки является возможность его поворота на 90 градусов из горизонтального положения в вертикальное с сохранением работоспособности. В данном примере для удобства работы модуль 3 предлагается устанавливать под модулем 2, а смеситель 45 располагать над гранулятором 46, но под емкостью 40 воды и емкостью-накопителем 43. Такое расположение более компактно и уменьшает площадь, необходимую для размещения установки, позволяет шихте и ее ингредиентам двигаться по трубопроводам сверху вниз самотеком, что улучшает возможности управления и контроля процессом оператором. При этом модуль 3 предполагает и возможность его стандартной горизонтальной транспортировки и работы в одноэтажном варианте установки, например при замене простых соединительных трубопроводов линии на аспирационные, шнековые трубопроводы или транспортеры с собственными приводами для перемещения груза. Следует также отметить, что размерные параметры гранул шихты и пеностекла на выходе из установки в значительной мере определены параметрами смесителя 45, например диаметром и шагом его шнека 49 и параметрами вращения его привода 50, а также гранулятора 46, которые задают и определяют экспериментально.
Модуль 4 имеет большую длину, чем модули 1-3, например 12 метров, и в нем (или на нем) размещены устройство 51 для присыпки гранул с емкостью 52 для материалов присыпки, например, для каолина или каолинита, емкость сырцовых гранул 53, трубчатая теплоизолированная печь 54 для вспенивания и обжига пеностекла с приводом 55 ее вращения и приводом 56 ее наклона и трубчатый холодильник 57 для охлаждения гранул после обжига с собственным приводом 58 для его вращения и наклона, а также компьютерное устройство автоматического управления ими (не показано).
При этом входной фланец печи 54 обращен (или соединен) к соединительному трубопроводу подачи шихты от барабанной сушилки 47 и гранулятора 46, а ее выходной фланец телескопически входит в трубчатый холодильник 57 большего диаметра, выполненный с возможностью ограниченного телескопического перемещения вдоль печи 54, например, по направляющим (не показаны), с возможностью компенсации линейных перемещений, возникающих в результате температурного расширения трубы печи. Наклон печи 54 и холодильника 57 может быть обеспечен и за счет подвижных опор 59 модуля 4, типа домкратов, на которые (по углам) устанавливают модуль с возможностью его подъема, опускания, наклона (до 5 градусов) и фиксации положения, что проще, чем отдельный наклон печи и холодильника за счет приводов 56 и 58. Более предпочтительным является наклон модуля 4 за счет опускания его части со стороны выходных фланцев печи 53 и холодильника 57, при которых относительное положение модуля 3 и передней части модуля 4 с барабанной сушкой 47 практически не меняется. Независимые приводы 55 и 58 обеспечивают независимый выбор скоростей вращения печи 54 и холодильника 57, что удобно при эксплуатации. У выходного фланца холодильника расположены накопитель 59 произведенных гранул пеностекла, разделитель 60 фракций, типа вибрационного сита, с емкостями 61 для хранения готовой продукции. Для загрузки и освобождения печи 54 и холодильника 57 в них предусмотрены подвижные скребки (не показаны) для перемещения гранул по их длине.
Предложенную установку в данном варианте исполнения собирают и запускают следующим образом.
Установку доставляют к месту будущего производства гранулированного пеностекла (например, в зонах расположения заводов для переработки мусора) в виде четырех основных транспортных модулей-контейнеров 1, 2, 3 и 4. Модули 1, 2 и 4 устанавливают (вариант) Т-образно симметрично с примыканием торцевых граней модулей 1 и 2 к боковым граням модуля 4. Модуль 3 устанавливают вертикально на модуль 4 меньшей торцевой гранью, которая также выполнена в виде ванны 7, то есть с поворотом на угол 90 градусов от транспортного положения и с размещением гранулятора 46 в нижней его части. При этом модули или полы всех модулей располагают с некоторым наклоном до 10 градусов в сторону отверстий 9 водослива.
До монтажа каждый транспортный модуль представляет собой готовый участок технологической линии с установленным оборудованием. Так, модуль 1 предназначен для переработки отходов стекла, стеклотары и стеклобоя, которые доставляют в виде сырья, в стеклопорошок мелкого помола с фракцией его частиц не более 1 мм. Модуль 2 в основном предназначен для получения смесевой пенообразующей добавки на основе различных ингредиентов. Модуль 3 предназначен для производства сырцовых гранул, а модуль 4 содержит печь 54 для обжига шихты и получения гранулированного пеностекла.
Для запуска установки модули через соединительные трубопроводы и каналы подключают друг к другу с образованием единой технологической линии согласно функциональной технологической блок-схеме (фиг.1). Установка предполагает наличие системы автоматического управления (не показана), которая включает и автоматизированные устройства управления, которые есть у большинства покупных функциональных устройств, и подключение их к единому компьютеру для контроля и управления всем технологическим процессом по программе, что не является предметом данного изобретения и здесь не рассмотрено.
Перед запуском установки проверяют наличие и состав ингредиентов, наличие воды, состояние энергетики, функциональных устройств, соединительных трубопроводов, дозаторов, емкостей для хранения продуктов, их чистоту после мойки. Доставленные к модулю 1 отходы стекла по возможности проверяют на степень чистоты и однородности и отбирают партии однородного стеклобоя, например силикатного стекла на основе двуокиси кремния, уточняют технологию обработки данной партии, по данным предварительных экспериментов подбирают ингредиенты, задают их состав, объемы и режимы процесса. Отобранную партию отходов, например силикатной стеклотары, типа бутылок направляют со склада 10 в одну из дробилок 15 грубого помола, затем на отмокание и струйную мойку из моющего устройства 11, соединенного с емкостью 13 воды, а затем в газовую сушилку 14. После сушки производят повторный визуальный контроль чистоты, отбор крупных фракций возможного мусора и, возможно, направляют на повторное дробление и повторную мойку и сушку. При достижении необходимого уровня чистоты дробленое стекло направляют в ряд мельниц 16, а затем на вибрационные или иные сита для получения отобранной однородной партии стеклопорошка с размером частиц не более 1 мм, которые направляют в емкость 18 его хранения. Более крупные фракции стекла направляют в емкость 19 модуля 1 для повторной переработки в мельницах 16 или для использования в других целях. Транспортировку молотого стекла в модуле 1 и из него производят, например, по трубопроводам и шлангам, соединенным с устройствами типа аспирационных или устройств типа ковшовой нории (не показаны). Сточные воды после мойки в устройствах 11 направляют через водоотводы 9 на фильтры 12 (с отстойниками). Очищенную техническую воду возвращают в емкость 13 технической воды, а отходы с фильтров и отстойника направляют на сжигание. Параллельно производят подготовку ингредиентов в модуле 2.
3
3
В модуле 2 согласно технологическому плану и заданным параметрам процесса предварительно производят заправки требуемыми материалами. В емкость 20 заливают питьевую воду, например, из водопровода, а в емкость 21 - техническую, например, из емкости 13 модуля 1, устанавливают сменные емкости 22 с жидким стеклом, емкость 23 с нерастворимым карбонатом кальция СаСО (молотый известняк), емкость 26 с глицерином. Через дозаторы на этих емкостях и трубопроводы в зависимости от разового объема партии молотого стекла в смесителе 27 производят подготовку требуемых навесок водного раствора жидкого стекла, а в смесителе 28 готовят соответствующие навески СаСО с глицерином и водой. Навеску полной смеси пенообразователя, воды и жидкого стекла готовят в смесителе 29. Многоступенчатость дозирования и перемешивания компонентов вызвана необходимостью равномерного распределения небольшого количества пенообразователя (0,5 - 2% общего объема шихты). Предварительное перемешивание пенообразователя с водой и с жидким стеклом позволяет более качественно распределять его в объеме смеси. Этим определяются и требования к смесителям (мешалкам), которые входят в состав установки.
После подготовки стеклопорошка в модуле 1 и навески в смесителе 29 модуля 2 производят заправку стеклопорошком емкости 43 и технической водой емкости 40 модуля 3. В мельнице тонкого помола (типа аттритор) 44 производят окончательный помол стеклопорошка до размера частиц 0,005 мм. После готовности отмеренные дозы стеклопорошка из дозатора аттритор 44 и жидких компонентов из смесителя 29 (возможны добавки из смесителей 27 и 28) подают в планетарно-шнековый смеситель 45. Параметры смесителя 45, особенно параметры прямолинейного шнека 49 (диаметр, шаг) и привода 50 вращения с планетарной передачей, как и параметры гранулятора 46 подбирают экспериментально, с учетом требуемого размера гранул (1-1,5 мм) и их плотности. На тарельчатом грануляторе 46 может производиться дальнейшее накатывание сырцовых гранул при увеличении размера, например, до 2-3 мм при увеличении их плотности.
Полученные после гранулятора 46 гранулы шихты самоходом (сверху вниз) по трубопроводу направляют из модуля 3 в барабанную сушилку 47 модуля 4, например, прямоточного типа с газовым или электрическим теплогенератором (не показан), где гранулы шихты сушат при температуре порядка 300 градусов С, до частичного удаления влаги, и далее гранулы могут быть направлены в трубчатую печь 54 для вспенивания и обжига. Однако для повышения качества гранул рекомендуется их присыпка каолином или каолинитом. В данном примере установки, для присыпки гранул в модуле 4 предусмотрено наличие специального устройства 51 присыпки с емкостью 52 для каолина или каолинита и емкостью 53 для сырцовых гранул. Устройство 51 располагают в модуле 4 на пути следования гранул из барабанной сушилки 47 к печи. Для повышения качества присыпки в установке предусмотрен разделитель 48 типа сита, который отделяет шихтовую пыль. Он установлен в трубопроводе по пути следования шихты между сушилкой 47 и устройством 51 присыпки.
Таким образом, гранулы шихты после сушилки 47 освобождают от нежелательной пыли и с помощью устройства 51 покрывают тонким слоем, например, каолина. В таком обработанном виде гранулы шихты направляют в трубчатую печь 54 для вспенивания и обжига при получении вспененных гранул пеностекла.
Трубчатую печь 54 для вспенивания и обжига туннельного типа, например, выполняют в виде теплоизолированной трубы диаметром около 0,5 м с электрическими или иными управляемыми нагревателями (не показаны), распределенными по длине трубы с возможностью независимой регулировки температуры в нескольких зонах нагрева и воспроизведения заданной температурной кривой внутри печи по ее длине. При обжиге гранул в систему управления (не показана) вводят расчетную температурную кривую с максимальной температурой 750-800 градусов С с указанием времени нагрева и выдержки при температуре вспенивания от 10 до 30 минут в зависимости от режима и параметров шихты. Конкретный режим воспроизводится автоматически и контролируется, например, по данным термопар (не показаны), расположенных в печи 54 и в холодильнике 57.
Холодильник 57 также выполнен в виде трубы большего диаметра с собственным приводом вращения и наклона 58, которая телескопически соединена с печью 54 и как бы является ее продолжением. В процессе работы скорость вращения трубы холодильника 57 задают на 1-10% больше, чем скорость вращения печи 54, что позволяет избежать застойных зон при переходе гранул из печи в холодильник, и проверено экспериментально. Холодильник стабилизирует температуру, процесс охлаждения гранул пеностекла, изменение их свойств и размеров, позволяет повышать качество производимого материала.
2
2
Забор готовой продукции из печи 54 и холодильника 57 обычно производят по мере поступления, с учетом скорости их вращения и угла наклона, а при их остановке с помощью специальных подвижных скребков. У выходного фланца холодильника 57 обычно располагают накопитель 59 произведенных гранул пеностекла, куда изначально попадают готовые гранулы. На разделителе 60 фракций, например, типа вибрационного сита происходит очистка гранул от пыли и сортировка по размерам, с возможным затариванием в емкости 61 для хранения готовой продукции или в мешки. Например, при экспериментах насыпная плотность полученных гранул пеностекла составляла 100 -200 кг/м, прочность заполнителя на сдавливание (в цилиндре) составляла около 6 кг/см, а теплопроводность в засыпке не превышала 0,057 Вт/м°С.
Использование бытовых и других отходов может приводить к нестабильности качества получаемой продукции. Поэтому при обнаружении таких дефектов необходимо остановить или замедлить процесс для выявления причин снижения качества и внесения изменений, например, в состав пенообразователя или температурный режим.
Для получения качественной продукции в условиях изменении состава шихты и соблюдения требований охраны труда особое внимание следует уделять вопросу поддержания чистоты функционального оборудования, накопительных емкостей, трубопроводов, работе системы оборотного водоснабжения. Для этого оборудование и модули рекомендуется периодически мыть технической водой с использованием моющих устройств, например с насосами высокого давления. Струйная обработка позволяет смывать все отходы с оборудования и полов модулей в накопительные емкости, а затем после отстоя и фильтрации сточных вод направлять очищенную техническую воду для повторного использования, отходы шихты (во втором контуре) направлять в виде добавки в ее новые замесы, а прочие отходы из фильтров утилизировать обычным порядком. Также возможно применение для уборки устройств типа пылесосов и систем аспирации воздуха. Эксперименты подтвердили удобства и эффективность применения указанной мобильной установки.