АГРЕГАТ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА КАПРОЛАКТАМА
UNIT FOR THERMAL DEACTIVATION OF KAPROLACTAM PRODUCTION WASTES

Изобретение относится к агрегатам для сжигания промышленных отходов, а именно к агрегатам для термического обезвреживания отходов производства капролактама, - промежуточного продукта при получении полиамидных пластмасс.
Известны агрегаты для термического обезвреживания отходов, принятые за аналоги - печи для слоевого сжигания твердых отходов (см. патент РФ №2147711). Конструкция указанных печей по варианту, представленному на Фиг.4 и в пункте 6 формулы изобретения, включает печь и устройство непрерывного перемещения продуктов сжигания из печи, с поверхности пода печи, выполненного в виде выступающего наружу конвейера. Работа конструкции, принятой за аналог, состоит в том, что сгоревшие отходы по мере загрузки и сжигания в печи, падая вниз, попадают на под - непрерывно перемещающийся конвейер. Так как конвейер перемещается в сторону выхода из печи, продукты сжигания выводятся из печи и направляются на дальнейшую утилизацию.
Таким образом, в принятых за аналоги агрегатах термического обезвреживания отходов с образованием продуктов сжигания в виде твердой фазы реализуется непрерывное выведение этих отходов из печи. Однако при сжигании ряда промышленных отходов, например отходов производства капролактама, образующийся продукт сжигания является жидким расплавом. Недостаток конструкций аналогов состоит в невозможности их использования для сбора жидкого расплава. То есть конструкцией не предусмотрен сбор на непрерывно движущемся поде горячей жидкотекучей фазы, которая просто зальет подвижные узлы конвейера и выведет их из строя.
Наиболее близким по технической сущности агрегатом для термического обезвреживания отходов является агрегат термического обезвреживания отходов, в основном адипатов натрия, образующихся при производстве капролактама. Указанный агрегат, см. работу Бадриана А.С., Кокулина Ф.Г. и др. «Производство капролактама», под ред. В.И.Овчинникова и В.Р.Ручинского. М.: Химия, 1977 г., с.214-217, рис.75, принят за прототип. Подобные конструкции много лет используются в ОАО «КуйбышевАзот». На указанном агрегате термического обезвреживания отходов (прототипе) под каждой леткой, выведенной из нижней части топочного устройства, установлен специальный вращающийся стол-кристаллизатор. Сверху, по центральной осевой трубе через сальниковый узел, к столу подведена охлаждающая вода. Стол внутри выполнен полым, с внутренней многотрубной системой, обеспечивающей растекание поданной сверху охлаждающей воды на периферию от центра и обратно. Для вывода нагретой воды к нижней части стола прикреплены трубные опуски, направленные в установленную внизу кольцеобразную ванну. Вертикальный вал механизма вращения стола пропущен по центральной оси кольцеобразной ванны сквозь свободное внутреннее пространство кольца. Стол под леткой размещен так, чтобы падающий плав перемещался со столом максимально возможное время, т.е. время одного почти полного оборота. Сверху стола установлен механический скребок для принудительного отслоения кристаллов от поверхности стола.
Работа конструкции прототипа состоит в следующем. При сжигании адипатов натрия в качестве конечного продукта образуется жидкий плав кальцинированной соды. Выведенный из топки через летку и попадающий на стол-кристаллизатор плав соды с температурой около 900°С при контакте с поверхностью стола, охлаждаемого водой с температурой +5°С зимой и +20°С летом, мгновенно затвердевает (кристаллизуется) и в виде пластинок неправильной формы толщиной от 5 до 10 мм и размерами от 1×1 до 200×200 мм. При отслаивании механическим скребком и падении с поверхности стола пластинки частично разрушаются. Таким образом, кристаллизация плава соды осуществляется по упрощенному механизму произвольной геометрической формы. Пройдя почти полный оборот, пластинки счищаются скребком в подставляемый под стол кузов самосвального тракторного прицепа типа 2ПТС 4,5. Наполненный прицеп перемещают на склад. Одновременно на месте под столом кристаллизатором размещают кузов следующего самосвального прицепа, и процесс повторяется снова. Со склада кристаллический продукт отгружается потребителям.
3
Недостатками конструкции-прототипа являются низкая экономичность перевозки и повышенные размеры складских помещений. Указанные недостатки связаны с произвольной некомпактированной формой кристаллизации плава соды на агрегате термического обезвреживания отходов капролактама. Получаемый продукт при складировании имеет малую насыпную плотность (~0,8 тонны на м). Поскольку основными потребителями кальцинированной соды являются заводы по производству стекла, территориально удаленные от производств капролактама, доставка производится автофургонами, в вагонах железнодорожным транспортом или в универсальных металлических контейнерах всеми видами транспорта. По причине малой насыпной плотности увеличивается количество рейсов грузоперевозок.
Другим недостатком является подача и выведение охлаждающей воды через вращающиеся элементы стола-кристаллизатора, которые не всегда обеспечивают надежную работу устройств кристаллизации. Возникает частый выход из строя уплотнительных элементов, истираемых подвижными деталями.
Целью заявляемого предложения является повышение экономичности перевозки и снижение размеров складских помещений, а также исключение передачи охлаждающей воды через вращающиеся элементы кристаллизатора за счет проведения геометрического переформования (компактирования) кристаллической соды.
Указанная цель достигается тем, что в известном агрегате термического обезвреживания отходов производства капролактама, включающем устройства кристаллизации расплава соды, снабженные литейными формами кристаллизации блоков, где литейные формы установлены на непрерывном конвейере с вертикальным или горизонтальным расположением плоскости вращения, литейные формы приняты с заданной геометрической формой - под максимальное заполнение блоками кузовов автофургонов, вагонов или универсальных металлических контейнеров и выполнены без нижнего дна, причем под леткой налива расплава и в зонах кристаллизации и охлаждения, для скользящего перемещения литейных форм, под литейными формами размещена общая плита с внутренними каналами водоохлаждения, которая заканчивается перед зоной выгрузки блоков.
Предлагаемое решение поясняется Фиг.1-5.
На Фиг.1 показана литейная форма под кубический блок кристаллизуемого плава.
На Фиг.2 приведено размещение литейных форм на непрерывном конвейере с вертикальным расположением плоскости вращения. Вид сбоку. Зона А - зона выгрузки откристаллизованных блоков соды.
На Фиг.3 приведено размещения литейных форм на непрерывном конвейере с горизонтальным расположением плоскости вращения. Вид сверху. Зона А - зона выгрузки откристаллизованных блоков соды.
На Фиг.4 представлено сечение литейной формы с фрагмента I по Фиг.2, выполненной с уклонами стенок для облегчения выгрузки по варианту конвейера Фиг.2.
На Фиг.5 приведено сечение литейной формы с фрагмента II, вид В по Фиг.3, выполненной с уклонами стенок для облегчения выгрузки по варианту конвейера Фиг.3.
Предлагаемый агрегат для термического обезвреживания отходов капролактама состоит из печи сжигания 1 с леткой 2 для вывода горячего расплава соды.
Под леткой 2 по варианту Фиг.2 установлен конвейер в виде шарнирно-соединенной цепи звеньев 3 с размещенными на них металлическими литейными формами 4, плоскость вращения конвейера расположена вертикально. По варианту Фиг.3 литейные формы 4 прикреплены к радиальным ребрам 5, расположенным в горизонтальной плоскости вращения. Цепь звеньев 3 по варианту Фиг.2 натянута между двумя барабанами 6 и 7, один из которых - приводной 6 соединен с механизмом вращения 8. По варианту Фиг.3 приводной вал 9 вращения радиальных ребер 5, так же как и в конструкции прототипа, установлен на центральном вертикальном валу конвейера. По обоим вариантам конструкции, показанным на Фиг.2 и 3, литейные формы 4 выполнены без дна. Под леткой 2 налива расплава и в зонах кристаллизации и охлаждения расплава, внизу под бездонными литейными формами 4 размещена общая плита 10 с внутренними каналами водяного охлаждения 11. Перед зоной А, т.е. зоной выгрузки затвердевших блоков соды, общая плита 10 заканчивается. Причем если по варианту Фиг.2 литейные формы 4 выполнены отдельными обособленными друг от друга, то по варианту Фиг.3 литейные формы 4 являются смежными отсеками, образованными радиальными перегородками 12, установленными в кольце из внутренней 13 и внешней 14 коротких обечаек в месте, где внутренняя обечайка 13 жестко скреплена с радиальными ребрами 5. На Фиг.4 и 5 показаны литейные формы 4, выполненные с уклонами стенок, обеспечивающими отрыв затвердевшего блока соды от поверхности формы при его выгрузке. Для гарантированного выбивания блоков затвердевшей соды из бездонных литейных форм 4 оба конвейера снабжены устройством 15 с вертикальным возвратно-поступательным движением штока 16 в направляющих 17. Устройства 15 размещены на оси конвейерного движения литейных форм 4.
Работа предложенной конструкции агрегата заключается в следующем. После пуска в работу печи 1 агрегата термического обезвреживания отходов капролактама по мере сжигания адипатов натрия на стенках печи начинает образовываться слой расплавленной кальцинированной соды, который после определенного промежутка времени через летку 2 вытекает наружу. Стекающий из летки 2 расплав кальцинированной соды попадает в литейные формы 4 по Фиг.2, установленные на движущейся в вертикальной плоскости цепи шарнирно-соединенных звеньев 3 на приводном 6 и неприводном 7 барабанах. По Фиг.3 стекающий из летки 2 расплав кальцинированной соды попадает в литейные формы 4, скрепленные с вращающимися радиальными ребрами 5 и являющиеся непрерывными смежными отсеками, образованными перегородками 12, между внутренней 13 и внешней 14 короткими обечайками. Радиальные ребра 5 расположены в горизонтальной плоскости вращения на вертикальном приводном валу 9. Так как по вариантам Фиг.2 и 3 литейные формы 4 выполнены бездонными, во время налива в них расплава с летки 2 и в период кристаллизации и охлаждения расплава, стенки литейных форм 4 своей нижней частью скользят по общей плите 10. В это время по внутренним каналам 11 в общей плите 10 циркулирует охлаждающая вода. По мере дальнейшего продвижения литейных форм 4 на конвейерах по Фиг 2 и 3 в направлении от летки 2 расплав соды в литейных формах 4, контактирующий снизу с охлаждаемой общей плитой 10, кристаллизуется. После кристаллизации перед зоной А, зоной выгрузки блоков затвердевшей соды, общая плита 10 заканчивается. Тем самым как бы убирается днище у литейных форм 4, и в зоне А, зоне разгрузки, блоки выпадают сами или гарантированно выбиваются из литейных форм 4 устройством 15, установленным в зоне разгрузки А по оси конвейерного движения форм. Гарантированное выбивание блоков из литейных форм 4 осуществляется вертикальным перемещением вниз штока 16 в направляющих 17. Прилагаемое по центру блока затвердевшей соды вертикальное усилие выбивает блок сначала из одной литейной формы 4, затем по мере перемещения конвейера из другой и т.д. Для исключения сил сцепления блока затвердевшей соды со стенками литейных форм 4 созданы условия для мгновенного отрыва поверхностей без скольжения друг по другу. Для этого литейные формы 4 выполнены с уклонами стенок по Фиг.4 и 5. После выпадения или принудительного удаления блоков затвердевшей соды из литейных форм 4, в зоне разгрузки А, по мере движения конвейера по Фиг.2 и 3, пустая литейная форма 4 вновь перемещается к летке 2 и наполняется расплавом. Описанный цикл взаимодействий повторяется снова.
Благодаря предложенному решению производство кристаллической кальцинированной соды осуществляется в геометрически сформованном -компактированном виде, например в виде элементов с кубической формой 10×10×10 см. При этом в результате компактной укладки таких блоков в автофургон в сравнении с агрегатом-прототипом, где загрузка образовавшихся кристаллов в автофургоны производится навалом, за счет компактности укладки достигаются значения фактической насыпной плотности груза в кузове автофургона, близкие к значению истинной плотности продукта - кальцинированной соды. Сравнивая значения истинной плотности кальцинированной соды, которая равна 2,5 тонны на метр кубический, и плотности насыпной - 0,8 тонны на метр кубический, ясно, что компактность размещения по существу дает почти трехкратный выигрыш в количестве загруженной соды в один и тот же объем. Кроме этого, исключены узлы подачи и выведения охлаждающей воды через вращающиеся элементы стола-кристаллизатора, которые не обеспечивали надежную работу устройств кристаллизации. По предложенному решению охлаждается стационарно установленная неподвижная плита. Повышение весовой загруженности автофургона почти в три раза позволяет в те же три раза сократить число рейсов перевозки, т.е. уменьшить интегральную протяженность транспортного пути. Конечно, интегральные затраты уменьшатся не в три раза, а меньше, т.к. увеличение весовой нагрузки на транспортный автофургон приведет к некоторому увеличению расхода горюче-смазочных материалов, однако околодвухкратное снижение затрат гарантировано.