CC BY
81УДК 678.7-1
Мисников О.С.
Мисников Олег Степанович, д. т. н., зав. кафедрой геотехнологии и торфяного производства Тверского государственного технического университета (ТвГТУ). 170023, Тверь, Академическая, 12. [email protected]
Королёв И.О.
Королев Илья Олегович, аспирант ТвГТУ 170023, Тверь, Академическая, 12. [email protected]
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
ТОРФОМИНЕРАЛЬНЫХ
КОМПОЗИЦИЙ
ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ
СЛЕЖИВАЕМОСТИ
БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНЫХ
КАУЧУКОВ
Аннотация. В статье рассмотрены проблемы сле-живаемости сыпучих материалов и основные способы ее предотвращения. Кратко изложены основные характеристики бутадиен-нитрильно-го каучука. Приведено описание принципа получения гидрофобно-модифицирующих добавок при термохимической деструкции органического вещества торфа. Представлено подробное описание методики исследований антислеживателя на основе торфоминеральных композиций. Проведен сравнительный анализ эффективности антислеживателей, изготовленных на основе каолина и мела. Установлено, что использование гидрофобно-модифицированного мела позволяет снижать способность к слеживанию при длительном хранении бутадиен-нитрильного каучука в 22,5 раза.
Ключевые слова: бутадиен-нитрильный каучук, слеживаемость, аутогезия, торф, каолин, мел, пиролиз, битум, антислеживатель.
Misnikov O.S.
Misnikov Oleg S., Dr. Sci., Prof., Head of Chair of Geotech-nology and Peat Production of the Tver StateTechnical University (TvGTU). 170023, Tver, Academicheskaya, 12
Korolev I.O.
Korolev Iliya O., Post-graduate student of the Tver State Technical University. 170023, Tver, Academicheskaya, 12
USE OF PEAT AND MINERAL COMPOSTIONS FOR PREVENTION OF BUTADIENE-NITRILE RUBBERS CAKING
Abstract. The problems of bulk materials caking and the main methods of its prevention are considered. The main characteristics butadiene-nitrile rubber are briefly stated. The description of the principle of receipt of the hydrophobic modifying additives in case of thermochemical destruction of organic substance of peat is provided. The detailed description of a technique of researches of anti-caking agent on the basis of peat and mineral compositions is provided. Comparative efficiency analysis of the anti-caking agents made on the basis of kaolin and chalk is carried out. It is found that use of the hydrophobic modified chalk allows to reduce a capability to caking in case of long-term storage butadiene-nitrile rubber by 22,5 times.
Key words: butadiene-nitrile rubber, caking, self-adhesion, peat, kaolin, chalk, pyrolysis, bitumen, anti-caking agent.
Органические, неорганические, аморфные и кристаллические вещества, относящиеся к классу высокомолекулярных соединений, широко применяются в различных сферах промышленного производства. Особое значение имеют аморфные представители полимеров, отличающихся высокоэластичными свойствами - эластомеры, поскольку в отличие от других полимеров имеют меньшую температуру стеклования. Натуральные или синтетические эластомеры - каучуки - характеризуются эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами [1].
В настоящее время номенклатура резинотехнических изделий насчитывает свыше 36 000 наименований [1-4] с разделением сырья для их изготовления на каучуки общего и специального назначения. В частности, бута-диен-нитрильные каучуки (БНК или СКН) являются продуктами полимеризации бутадиена и нитрила акриловой кислоты (НАК), проводимой в водных эмульсиях в присутствии инициаторов свободнорадикальных процессов (рис. 1) [2]. БНК являются одними из самых массовых каучуков специального назначения, которые в настоящее время производятся примерно в 20 странах мира [3].
Рис. 1. Молекулярная структура бутадиен-нитрильных каучуков
Fig. 1. Molecular structure of butadiene-nitrile rubbers
Бутадиен-нитрильные каучуки и их вул-канизаты обладают высокой стойкостью к действию минеральных масел и жиров. Масло- и бензостойкость таких каучуков тем выше, чем больше в них содержится нитрила акриловой кислоты. Вулканизаты СКН выгодно отличаются от вулканизатов других каучуков более высоким сопротивлением тепловому старению и истиранию. Так как изделия из резин на основе СКН могут длительно эксплуатироваться при 120 оС в воздухе и при 150° в различных маслах [3], то они используются при изготовлении множества резиновых технических изделий: кольца, втулки, шланги, манжеты. Резины на их основе применяют в качестве антикоррозионных материалов для
внутренних покрытий аппаратов, работающих в агрессивных средах.
Каучуки СКН выпускаются в брикетированном, гранулированном или порошкообразном видах. Хранение бутадиен-нитрильных каучуков проводится в полиэтиленовых, бумажных или тканевых мешках.
Порошкообразная форма каучука предопределяет использование современных дозаторов сыпучих материалов в технологических линиях на промышленном производстве. Это способствует точности дозирования компонентов и положительно сказывается на качестве конечного продукта. Кроме того, снижаются производственные затраты ввиду частичной механизации производственного цикла. Однако хранение каучука в порошкообразной форме приводит к тому, что его частицы слипаются между собой в результате комплексного взаимодействия различных сил. Процесс слеживания усугубляется при хранении мешков с порошкообразным каучуком под давлением.
Слеживаемостью называют способность сыпучих материалов при длительном хранении терять сыпучесть за счет возникновения взаимодействий между их частицами. К основным причинам слеживаемости относится [3]:
• появление капиллярных сил из-за увеличения влажности сыпучего материала;
• образование кристализационных мостиков между частицами в результате роста кристаллов из растворенных в воде веществ;
• возникновение аутогезионных взаимодействий на границе контакта двух и более частиц.
Капиллярные силы и образование кристаллизационных мостиков в цикле «увлажнение - сушка» являются определяющими для дисперсных растворимых систем, например, минеральных удобрений.
В случае же с каучуками, которые обладают водонепроницаемыми свойствами, главным фактором слеживаемости являются силы аутогезии. Аутогезию принято считать диффузионным процессом. Она зависит от температуры и может протекать как при давлении, так и без него. Давление положительно влияет на процесс самослипания из-за увеличения площади контакта. С повышением температуры межмолекулярные связи ослабевают, увеличивается интенсивность теплового движения сегментов макромолекул каучука, что способствует взаимному проникновению
участков углеводородных цепей двух и более частиц, находящихся в непосредственном контакте.
Подтверждением диффузионной теории, разработанной С.С. Воюцким, А.П. Писаренко и А.И. Шаповаловой [5], является увеличение работы адгезии полимерного адгезива к высокомолекулярному субстрату (например, бута-диен-акрилонитрильного сополимера к целлофану) во времени (рис. 2) и с повышением температуры (рис. 3) [4].
20 40 60 30 100 120 140 Время, сутки Работа адгезии, Дж/см2
Рис. 2. Кинетическая зависимость работы адгезии бутадиен-акрилонитрильного сополимера к целлофану
Fig. 2. Kinetic dependence of the work of adhesion of butadiene-nitrile copolymer to cellophane
t ■ № 5 ■ № 4 ■ № I ■ №
1 ■ №
0 25 50 75 100 Темперзтурз, aC Работа адгезии, Дж/см2
Рис. 3. Температурная зависимость
работы адгезии бутадиен-акрилонитрильного
сополимера к целлофану
Fig. 3. Temperature dependence of the work of adhesion of butadiene-nitrile copolymer to cellophane
Во избежание слеживания порошкообразного каучука и ряда других сыпучих материалов при хранении их периодически подсушивают и перемешивают. Также для борьбы со слеживаемостью используются методы сухой или влажной обработки поверхности частиц или гранул сыпучих тел. Главная задача такой обработки - предотвратить или минимизировать увлажнение частиц и их контакт друг с другом на период хранения и транспортировки.
В качестве антислеживающих агентов сухой обработки, или опудривания, поверхности порошкообразного каучука используются инертные тонкодисперсные системы -порошкообразные каолин, мел, кизельгур, тальк и другие материалы. Такие добавки, за исключением талька, не обладают гидрофобными характеристиками. В случае с минеральными удобрениями они используются для поглощения жидкой или газообразной влаги, компенсируя увлажнение водорастворимого вещества [6]. Очевидно, что в результате обработки поверхности частиц водонепроницаемого каучука гигроскопичным веществом между этими частицами образуется верхний слой гидрофильного минерального носителя. В отношении такого слоя могут возникнуть нежелательные факторы возникновения сле-живаемости, описанные выше. Тем не менее, инертные тонкодисперсные системы, изначально не обладающие гидрофобными свойствами, можно модифицировать различными гидрофобизирующими добавками. Такая композиция способна предотвратить основные причины возникновения слеживаемости порошкообразного каучука и ряда других сыпучих материалов.
В настоящее время существует достаточно большое количество гидрофобных добавок, получаемых из продуктов и отходов переработки нефтяного сырья. Более качественными гидрофобизаторами являются крем-неорганические жидкости (или силиконовые масла), а также некоторые продукты химической переработки древесины [7]. Анализ результатов научных исследований по термохимической переработке торфа, выполненных отечественной научной школой в ХХ и начале XXI столетий [8, 9], позволил разработать новое направление использования соединений, извлекаемых из его органического вещества. Их физико-химические свойства позволяют осуществлять гидрофобную
модификацию минеральных дисперсных материалов [10]. Несмотря на то, что основную часть органического вещества торфа составляют гидрофильные компоненты, в нем также содержатся битумы, состоящие из воска, смол, масел и парафинов. Битумы, извлекаемые из торфа, представляют собой гидрофобную составляющую торфа. Известно, что в органическом веществе торфа происходит изменение химического состава, если оно подвергается термической переработке [8]. Характер таких изменений зависит от величины и продолжительности температурного воздействия. В результате термохимической конверсии органическое вещество торфа распадается на отдельные компоненты, которые из класса гидрофильных переходят в разряд гидрофобных. Причем это компоненты, относящиеся ко всем агрегатным состояниям. Таким образом, одной из основных задач является их получение и нанесение на обрабатываемую поверхность. Этот метод был реализован при получении модельного гидрофобно-модифицированного цемента [11] и в настоящее время проводится анализ возможности его тиражирования на другие виды минеральных дисперсных материалов. В частности, в данной работе предлагается обработка по разработанной методике гидрофильных материалов - мела и каолина - для последующего их использования в качестве антислеживателей БНК.
Такой подход основан на том, что эти минеральные материалы входят в состав базовых рецептур ряда резиновых смесей, используемых для конкретных условий эксплуатации: обкладки валов в текстильной промышленности; для амортизаторов, обладающих бензо- и маслостойкостью; для различных защитных покрытий и т. п. Причем их количество в рецептурах может изменяться в достаточно широком диапазоне концентраций [1-4].
Методика гидрофобной обработки каолина и мела заключалась в следующем.
В порошок минерального материала вносился торфяной гидрофобный полуфабрикат, изготовленный из верхового пушицево-сфагнового торфа со степенью разложения 25...30%. Концентрация торфяной добавки составляла 10%. Далее, для увеличения дисперсности частиц и равномерности их перемешивания, а также создания условий для образования первичных адгезионных контак-
тов, смесь помещалась в шаровую мельницу, в которой осуществлялся ее дополнительный помол в течение 5 минут со скоростью 56.60 об/мин. Выбор параметров осуществлялся исходя из конструктивных особенностей мельницы, а также оптимальных качественных характеристик органоминеральной смеси.
Полученный двухкомпонентный состав активировался в лабораторной реакторной установке по методике, подробно рассмотренной в работе [11]. При проведении активации на поверхности минеральных частиц обрабатываемых материалов формируется защитное водоотталкивающее пленочное покрытие из выделяемых при термической обработке битумных соединений. Причем наличие пленки не оказывает отрицательного влияния на сыпучесть порошка.
Гидрофобную композиционную смесь использовали для обработки порошкообразного БНК с размером частиц менее 1 мм. Концентрация компонентов составляла: 90% -БНК и 10% - антислеживающая добавка. Для моделирования процесса хранения под давлением контрольный и экспериментальные образцы БНК засыпались в специальные устройства (рис. 4). На крышки цилиндров устанавливали гири массой 1 кг, которые создавали давление на материал.
Испытания на слеживаемость образцов проводили через семь и тридцать суток хранения под давлением 14,2 КПа, температуре 20.25 °С и относительной влажности воздуха 70.80%.
Для этого по истечении срока хранения содержимое цилиндров (спрессованный БНК, рис. 5) соответствующих групп образцов извлекалось из внутреннего разъемного устройства и подвергалось импульсному разрушению на специально разработанной экспериментальной установке (рис. 6) по следующей методике.
В закрепленную в лабораторном штативе пластиковую трубу, верхняя часть которой находилась на высоте 150 см, опускался испытываемый образец. Двигаясь под действием силы тяжести вниз по трубе с ускорением свободного падения, он попадал в кристаллизатор и частично или полностью разрушался. Далее содержимое кристаллизатора отправляли на ситовой анализ для выявления масс материала находящегося в сыпучем и агрегируемом состояниях.
Рис. 4. Схема устройства для определения слеживаемости дисперсных материалов
Fig. 4. Scheme of the device for determining of dispersed material caking
Рис. 5. Внешний вид экспериментального образца каучука находящегося во внутреннем разъемном цилиндре (см. рис. 4)
Fig. 5. Appearance of the experimental sample of rubber on the internal releasable cylinder (see. Fig. 4)
Рис. 6. Экспериментальная установка для определения слеживаемости образцов сыпучих материалов: 1 - подставка; 2 - набор сит; 3 -экспериментальный образец; 4 - штатив; 5 - полая труба; 6 - кристаллизатор
Fig. 6. Experimental setup for the determination of caking of bulk materials samples: 1 - rack; 2 - set of sieves; 3 - experimental sample; 4 - holder; 5 -hollow tube; 6 - crystallizer
Проведенные эксперименты позволили установить следующее изменение качественных характеристик при хранении бута-диен-нитрильных каучуков (табл. 1). В первые семь суток доля слежавшейся массы (надре-шетный продукт на сите с размером ячейки d = 1 мм) в контрольном образце составила 57,27%. Характерно, что основная ее часть (39,05%) осталась на сите с размером ячейки d = 10 мм. В экспериментальных образцах наилучшие показатели были получены при обработке БНК гидрофобно-модифициро-ванным мелом - 1,82%. При использовании в качестве антислеживателя гидрофобизи-рованного каолина показатель существенно выше - 25,19%. Показательно, что относительно крупных агломератов (d > 5 мм) при использовании модифицированного мела за семь суток не образовалось. При увеличении срока хранения до 30 суток выявленные выше тенденции сохраняются, а качественные показатели значительно ухудшаются -в контрольном образце количество слежавшейся массы составляет 96,55%, в образцах
обработанных гидрофобно-модифицирован-ными мелом и каолином, 11,03 и 96,43% соответственно.
Таблица 1. Сравнительный ситовой анализ контрольного и экспериментальных образцов порошкообразного бутадиен-нитрильного каучука после хранения
Table 1. Comparative sieve analysis of control and
experimental samples of powdered butadiene-nitrile rubber after storage
Таким образом, выбор мела в качестве минерального носителя для получения гидрофобных антислеживателей позволяет полностью реализовать принцип формирования на его поверхности сплошных битумных нанопленок, извлекаемых из органического вещества торфа при термохимическом воздействии. В связи с этим необходимо установить, как изменяются антиагломерационные свойства природного мела после проведения его гидрофобной обработки.
Для этого была проведена серия экспериментов с БНК, обработанными порошками одинаковой дисперсности из размолотого природного и гидрофобно-модифицирован-ного мела. Результаты экспериментов (табл. 2) свидетельствуют о том, что природный мел, представляющий собой типичный гидро-
фильный материал, позволяет решать задачи по снижению слеживаемости каучуков только при небольших сроках хранения.
Таблица 2. Анализ эффективности антислеживающего эффекта тонкоизмельченного природного и гидрофобно-модифицированного мела при хранении бутадиен-нитрильного
каучука
Table 2. Effectiveness analysis of the anti-caking effect of finely divided natural and hydrophobically modified chalk during storage of butadiene-nitrile
rubbers
Период хранения 7 дней Диапазон размеров сита, мм Масса фракции БНК на сите, %
образцы
контрольный обработанный мелом обработанный гидрофобно-модифицированным мелом
d > 10 68,34 0,00 0,00
7 < 3,79 0,00 0,34
5 < 1,54 0,00 0,26
3 < 2,42 0,12 0,52
1 < 9,38 4,22 2,88
d < 1 14,54 95,66 96,01
Период хранения 30 дней d > 10 92,95 58,21 2,14
7 < 0,56 0,00 0,43
5 < 0,37 0,00 0,43
3 < 0,56 0,96 0,38
1 < 1,61 7,07 7,65
d < 1 3,95 33,76 88,97
В эксперименте время, за которое показатели практически не изменились от склонности к слеживаемости модифицированных образцов, составило семь суток. При более высокой продолжительности процесса (30 суток) в обработанном мелом бутадиен-нитрильном каучуке наблюдается достаточно высокая агломерационная способность, составляющая примерно 63% от показателя контрольного образца (данные по анализу фракции свыше 10 мм). Вероятнее всего, это связано с сорбцией водяного пара из окружающей среды, который со временем начинает конденсироваться и увлажнять частицы мела при хранении. При этом дополнительно с адгезией частиц каучука происходит конденсация влаги на частицах мела с последующим образованием достаточно крупных комков.
В каучуке, обработанном гидрофобно-моди-фицируемым мелом, агломерационная спо-
Остаток на сите, мм Содержание фракции, г/%
Контрольный образец БНК Экспериментальный образец БНК, обработанный гидрофобно-модифицированным
мелом каолином
7 суток хранения
d > 10 11,78 / 39,05 0 / 0 0,94 / 3,72
7 < 0,92 / 3,05 0 / 0 0,39 / 1,54
5 < 0,54 / 1,78 0 / 0 0,16 / 0,64
3 < 0,75 / 2,48 0 / 0 0,3 / 1,19
1 < 3,29 / 10,91 0,44 / 1,82 4,57 / 18,10
d < 1 12,89 / 42,73 23,80 / 98,18 18,89 / 74,81
Общая масса, г 30,16 / 100 24,24 / 100 25,25 / 100
30 суток хранения
d > 10 28,06 / 94,12 0,5 / 2,14 20,18 / 92,36
7 < 0,13 / 0,43 0,1 / 0,43 0,11 / 0,51
5 < 0,09 / 0,30 0,1 / 0,43 0,25 / 1,14
3 < 0,13 / 0,43 0,09 / 0,38 0,13 / 0,59
1 < 0,38 / 1,27 1,79 / 7,65 0,4 / 1,83
d < 1 1,03 / 3,45 20,81 / 88,97 0,78 / 3,57
Общая масса, г 29,81 / 100 23,39 / 100 21,85 / 100
собность составила всего 2,3% от показателя контрольного образца. Причем подавляющая его часть (практически 89%) оказалась в под-решетном продукте при рассеве на сите с ячейкой менее 1 мм.
Таким образом, экспериментально установлено, что гидрофобная обработка мела битумными соединениями торфа позволяет в 2,6 раза повысить его эффективность при использовании в качестве антислеживающего агента в порошкообразных бутадиен-нитриль-ных каучуках по сравнению с обычным мелом и в 22,5 раза по отношению к контрольному образцу. Причем меньшая стоимость мела как исходного сырья, по сравнению с каолином, повысит экономическую эффективность его использования в технологических процессах получения различных видов резинотехнических изделий.
Библиографический список
1. Большой справочник резинщика. Каучуки и ингредиенты / Под ред. С.В. Резниченко, Ю.Л. Морозова. - М.: Техинформ МАИ, 2012. - 744 с.
2. Башкатов, Т.В., Жигалин, Я.Л. Технология синтетических каучуков. - Л.: Химия, 1987. - 360 с.
3. Химия и технология синтетического каучука / Под ред. Л.А. Аверко-Антонович,
Ю.О. Аверко-Антонович, Е.В. Давлетбаева, П.А. Кирпичников. - М.: Колосс, 2008. - 359 с.
4. Кардашов, Д.А. Синтетические клеи. М.: Химия, 1976. - 504 с.
5. Воюцкий, СС., Писаренко, А.П., Шаповалова,
A.И. О роли диффузии в явлениях адгезии полимеров друг к другу. - ДАН СССР, -1955. - Т. 105. - С. 1000-1006.
6. Технология аммиачной селитры / Под ред.
B.М. Олевского. - М.: Химия, 1978. - 121 с.
7. Хигерович, М.И., Байер, В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. М.: Стройиздат, 1979. - 125 с.
8. Раковский, В.Е., Каганович, Ф.Л., Нович-кова Е.А. Химия пирогенных процессов. -Минск: АН БССР, 1959. - 208 с.
9. Исаева, Е.Ю., Пухова, О.В. Сравнительный анализ процессов сушки различных видов торфяной продукции // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2006. - № 11. - С. 225-229.
10. Мисников, О.С. Модификация строительных материалов добавками на основе торфа // Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2007. - № 6. - С. 20-26.
11. Misnikov, O.S. Physicochemical principles of hydrophobization of mineral binders by additives produced from peat raw material / / Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2006. - Vol. 40. - № 4. - Р. 423-430.
УДК 622.53.001
Горячев В.И.
Горячев Валентин Иванович, д. т. н., зав. кафедрой инженерной графики Тверского государственного технического университета (ТвГТУ), профессор. [email protected]
Зюзин Б.Ф.
Зюзин Борис Федорович, д. т. н., зав. кафедрой торфяных машин и оборудования ТвГТУ, профессор. [email protected]
Михеев И.И.
Михеев Игорь Иванович, к. т. н., доцент кафедры инженерной графики ТвГТУ
Казичев И.Н.
Казичев Игорь Николаевич, старший преподаватель кафедры инженерной графики ТвГТУ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПРОИЗВОДСТВА КУСКОВОГО ТОПЛИВНОГО ТОРФА С КОМБИНИРОВАННОЙ СУШКОЙ
Аннотация. С целью снижения энергозатрат предложен модульный технологический комплекс добычи торфа и производства окускованного топлива.
Ключевые слова: кусковой топливный торф, комбинированная сушка, технологический комплекс.
Goryachev V.I.
Goryachev Valentin I., Dr. Sci., Prof., Head of the Chair of Engineering Graphics of the Tver State Technical University (TSTU), Dr. Sci. Tech., Professor
Zyuzin B.F.
Zyuzin Boris F., Dr. Sci., Prof., Head of the Chair of Peat Machinery and Equipment, TSTU, Dr. Sci. Tech., Professor
Mikheev I.I.
Mikheev Igor I., PhD, Assistant Professor of Chair of Engineering Graphics of the Tver State Technical University, Cand. Tech. Sci.
Kuzichev I.N.
Kuzichev Igor N., Senior Lecturer of the Chair of Engineering Graphics, TSTU
TECHNOLOGICAL COMPLEX OF PRODUCTION OF SOD FUEL PEAT WITH THE COMBINED DRYING
Abstract. For the purpose of decrease in energy costs the modular technological complex of extraction of peat and production of fuel is offered.
Key words: sod fuel peat, combined drying, processing facility.
Сравнение эффективности сжигания местных и привозных видов топлива для нужд малой теплоэнергетики свидетельствует о конкурентоспособности кускового торфа по отношению к привозным, таким как каменный уголь, мазут, электрическая энергия [1].
Известные технологии производства кускового топливного торфа, осуществляемые непосредственно на торфяном месторождении, предусматривают использование полей стилки и сушки, строительство, эксплуатация и ремонт которых требует больших энергетических и материальных затрат [2, 3].
Кроме того, процесс сушки торфяных кусков на таких полях является затяжным из-за выпадающих атмосферных осадков.
Особенно негативно сказываются ливневые осадки более 30 мм в сутки.
В этом случае на просушку торфа и полей стилки дополнительно требуется 3,5 дня и 1,5...2,5 дня при осадках 10...20 мм на каждый день дождливой погоды [3].
Известен технологический комплекс производства торфяного окускованного топлива в заводских условиях с применением искусственной сушки [4]. Однако переработка сырья высокой влажности требует больших затрат тепловой энергии при работе сушилки на полную мощность круглый год.
С целью снижения энергозатрат предложен модульный технологический комплекс добычи торфа и производства окускованного топлива [5]. Технический результат достигается, во-первых, за счет удаления свободной воды из экскавированной торфомассы натуральной влажности, во-вторых, использованием энергии солнца и движения воздушных масс для подсушки торфа в полевых условиях на площадке и откосах наращиваемого штабеля.
Удачно решая вопросы добычи и складирования торфомассы, в модульном технологическом комплексе не предусмотрели быстрый отвод атмосферных осадков с поверхности площадки предварительной сушки экскави-рованного торфяного сырья.
Кроме того, работа комплекса в период, неблагоприятный для подсушки торфа в естественных условиях (режим 3), когда переработка торфомассы осуществляется от натуральной влажности 90-92% (влагосодержа-ния более 9,0 кг воды на 1кг сухого вещества), нерентабельна из-за больших энергозатрат на сушку кускового топливного торфа.
В технологических комплексах [6,7] кусковой топливный торф производят из фрезерного торфяного сырья в заводских условиях круглый год и сезонно на суходоле. В этом случае на искусственную сушку необходимо затратить треть топлива, производимого на генерацию теплоносителя.
По нашему мнению, за счет рациональной организации производства кускового топливного торфа можно снизить эксплуатационные издержки и тем самым улучшить технико-экономические показатели комплекса [7].
Одним из перспективных решений является создание круглогодичного технологического комплекса, в котором, во-первых, процесс добычи торфяного сырья разделен с процессом его переработки, во-вторых, применена комбинированная сушка, когда на одной, подготовленной на суходоле, производственной площадке расположены две линии по производству кускового топливного торфа - круглогодично работающая линия с искусственной сушкой и линия, работающая сезонно, в весенне-летний период с естественной сушкой на специально подготовленном поле стилки и сушки [8].
На рисунке представлена схема предлагаемого круглогодичного технологического комплекса по производству кускового топливного торфа с комбинированной сушкой, который состоит из участка 1 добычи фрезерного торфяного сырья, склада 2 фрезерного торфяного сырья, транспортной линии 3, участка 4 по переработке фрезерного торфяного сырья, расположенного на суходоле, на котором находятся три линии, расположенные на одной производственной площадке за пределами участка добычи торфяного сырья: линия 5 по круглогодичному производству кускового топливного торфа с искусственной сушкой, линия 6 для подготовки и подачи наполнителя в торфомассу и линия 7 по производству кускового топливного торфа с естественной полевой сушкой кускового торфяного топлива в весенне-летний период, расположенная на специально подготовленном поле стилки и сушки 8 [8].
Линия 5 круглогодичного производства кускового топливного торфа оборудована последовательно установленными и взаимосвязанными между собой внутрицеховым складом фрезерного торфяного сырья 9, сепаратором 10, бункером-дозатором 11, смесителем 12, пресс-экструдером 13, сушилкой 14, связанной
Г
17
16
18
19
Г
Рис. 1. Схема технологического комплекса по круглогодичному производству кускового топливного торфа с комбинированной сушкой Fig. 1. Scheme of a technological complex on year-round production of sod fuel peat with the combined drying
/Л Г
12
13
%
20
9 1 1 1 1 1 1 21
1 I I ! !
10 1 1 \| 1 2?
1 X | N. 1 1
11 1 1 23
1 1
1 1 1 1 L -1 - - - -
г
"т!
75
26
I____
77
21,
L
15
Потребителю
28
J
Потребителю
L.
по входу с теплогенератором 15, а по выходу -со скруббером-теплообменником16, который с одной стороны связан водопроводной линией с насосом 17 шламовой воды, а с другой стороны с отстойником 18, который соединен со сборником шлама 19. Сушилка 14 связана со складом 20 готовой продукции, который в свою очередь связан с теплогенератором 15. Взаимосвязь между оборудованием осуществляется с помощью транспортеров,
погрузо-разгрузочных механизмов и трубопроводов (на схеме не показаны).
Линия 6 для подготовки и подачи наполнителя в торфомассу включает в себя склад 21 сырья для наполнителя, бункер-дозатор 22 и дробилку 23, которая связана с сепаратором 10 и теплогенератором 15 линии 5.
Линия 7 по производству кускового топливного торфа с естественной полевой сушкой включает в себя последовательно расположен-
ные бункер-дозатор 24, связанный со смесителем 12 линии 5, стилочную машину с пресс-формователем 25, уборочную машину 26, расположенных на поле стилки и сушки 8, склад готовой продукции 27, связанный с теплогенератором 15, и противопожарный водоем 28.
Круглогодичный технологический комплекс по производству кускового топливного торфа работает следующим образом.
Известным способом на участке 1, только в весенне-летний период, добывается фрезерное торфяное сырье влажностью 60-75%, которое вывозится за пределы торфяного месторождения и разгружается в штабеля на складе 2, откуда исходное сырье транспортной линией 3 доставляется на склад 9 участка 4. Со склада 9 фрезерное торфяное сырье непрерывно подается на просеивающую поверхность сепаратора 10. Подрешетный продукт размером частиц <10 мм подается в бункер-дозатор 11, а надрешетный продукт (отсев торфа и другие нетехнологические включения размером более 10 мм) подается на дробилку 23, где подвергается дроблению. Одновременно с работой линии 5 при необходимости работает линия 6 для подготовки и подачи наполнителя, на которой сырье со склада 21 поступает в бункер-дозатор 22, а из него в дробилку 23. После дробления сырье может подаваться в теплогенератор 15 и/или возвращаться на просеивающую поверхность сепаратора 10 на контрольное грохочение.
Из бункера-дозатора 11 сырье, поступившее из сепаратора 10, попадает в смеситель 12, где вместе с добавленной к нему насосом 17 подогретой шламовой водой из отстойника 18 подвергается перемешивающим и перетирающим воздействиям. Подготовленная однородная торфяная масса влажностью 70-75% из смесителя 12 непрерывно поступает в пресс-экстру-дер 13. Сформованные куски торфа выстилаются на сетчатое полотно сушилки 14, в которой происходит искусственная сушка торфяных кусков до влажности 60-65% смесью воздуха с топочными газами, получаемыми в результате сжигания топлива в теплогенераторе 15. В качестве топлива, в основном, используется кондиционный кусковой топливный торф со склада 27, а также некондиционное топливо со склада 20 и включения размером более 10 мм из дробилки 23. Сушильный агент насыщается в сушилке 14 испаренной из торфяных кусков влагой и далее поступает в теплообмен-ный и пылеочистительный аппарат скруббер-
теплообменник 16. В скруббере происходит утилизация теплоты сокового пара за счет промывания парогазовой смеси водой, подаваемой насосом 17 из отстойника 18 или водопровода. Шламовая вода сливается в отстойник 18, где происходит ее осветление и выпадение шлама в сборник 19. Нагретая в скруббере-теплообменнике 16 шламовая вода подается насосом 17 из отстойника 18 на приготовление торфомассы в смеситель 12. Из сушилки 14 куски торфа влажностью 60-65% поступают на склад 20 готовой продукции для окончательной досушки до кондиционной влажности 33-45%. Полученный кусковой топливный торф отправляется затем потребителю.
В весенне-летний период подготовленная в смесителе 12 торфомасса также поступает в бункер-накопитель 24 линии 7 по производству кускового топливного торфа с естественной полевой сушкой.
Из бункера-накопителя 24 торфомасса периодически доставляется на поле стилки и сушки кускового топливного торфа 8, где стилочной машиной с пресс-формователем 25 осуществляется формование кускового топливного торфа и его расстил для полевой сушки. Через 8-10 дней после достижения кондиционной влажности 33-45% кусковой топливный торф уборочной машиной 26 убирают с поля стилки и сушки 8 и отправляют на склад готовой продукции 27. Для генерации топочных газов в теплогенераторе линии 5 сжигается в основном топливо, производимое на участке 7 вместе с отходами после дробилки 23 и некондиционной продукцией, образуемой на складах 20 и 27.
Летние ливневые атмосферные осадки, выпадающие на территории линии 7, по дренажу стекают в противопожарный водоем 28, из которого вода расходуется на производственные нужды.
По сравнению с существующими производствами кускового топливного торфа предлагаемый технологический комплекс с комбинированной сушкой торфяных кусков имеет ряд преимуществ.
К наиболее значимым можно отнести:
• в весенне-летний (сезонный) период для сушки торфяных кусков на линии 7 используется энергия солнца и ветра;
• поле стилки и сушки торфяных кусков располагается на суходоле с хорошей дренажной системой, которая позволяет быстро и эффективно сбрасывать атмосферные осадки в водоем;
• линия 5 с искусственной сушкой торфяных кусков работает круглый год. На генерацию топочных газов используется дешевое топливо, производимое на линии 7;
• дислокация линии 5 с искусственной сушкой, линии 6 подготовки наполнителя и линии 7 с естественной сушкой торфяных кусков на одной производственной площадке снижает эксплуатационные издержки на транспорт и коммуникации;
• процессы добычи и переработки торфяного сырья разделены как по месту, так и по времени, что благоприятно сказывается на организации производства;
• использование торфяного сырья в виде фрезерной крошки влажностью 60-75% для формования торфяных кусков позволяет стабилизировать процессы переработки и создает предпосылки для автоматизации производства.
Имеются и другие достоинства комплекса по сравнению с известными.
И все же, главное из них - надежность производства торфяного топлива высокого качества с меньшими теплоэнергетическими затратами и эксплуатационными издержками.
Библиографический список
1. Горячев В.И. Целесообразность использования торфяного топлива для теп-
ло сн абжен и я о бще о браз о в ате ль-ных учреждений Тверской области / И.И. Горячёв, И.И. Михеев, Т.П. Кузнецова // Промышленная энергетика. - 2003. -№ 9. С. 14-15.
2. Антонов В.Я. Технология и комплексная механизация торфяного производства / В.Я. Антонов, В.Д. Копёнкин. - М.: Недра, 1983. 287 с.
3. Справочник по торфу. - М: Недра, 1982. -760 с.
4. Патент RU № 67580, МПК С^ 7/04, 27. Технологический комплекс по производству кускового топливного торфа. Опубл. 27.10.2007, Бюл. № 30.
5. Патент RU № 2470984 МПК С^ 7/00. Модульный технологический комплекс добычи торфа и производства окускован-ного топлива. Опубл. 27.12.2012.
6. Патент RU № 116496 МПК С^ 7/00. Технологический комплекс по производству кускового топливного торфа. Опубл. 27.05.2012, Бюл. № 15.
7. Горячев В.И. Комбинированная технология производства кускового топлива из фрезерного торфа / В.И. Горячёв, Б.Ф. Зюзин, И.Н. Казичев // Горная книга, ГИАБ. -2015. - № 6. - С. 39-44.
8. Патент RU № 137288 МПК С^ 7/00. Устройство поля и стилки кускового топливного торфа. Опубл. 10.02.2014, Бюл. № 4.
