Аэросепарация. многосекционный вертикальный аэросепаратор

 

  Вся электронная библиотека >>>

 ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДОВ >>>

   

 

ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДОВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕРВИСЕ


Раздел: Технологии и производство

   

5.2.6 Аэросепарация

  

 

Аэросепарация - процесс обогащения в движущейся газовой (воздушной) среде, основанный на использовании различий в плотности компонентов и их скорости витания.

Аэросепарацию (пневмосепарацию) применяют при обогащении полезных ископаемых (угля, асбеста) и техногенного сырья (ТБО, дробленого электрокабельного лома - удаление неметаллических компонентов, дробленого демеркуризованного стеклобоя отработанных ртутных ламп, других отходов). Аэросепарация эффективна для обеспыливания материалов, а также для выделения тонких классов крупности при сухом измельчении строительных материалов (воздушный сепаратор работает в замкнутом цикле с аппаратом измельчения).

Аэросепарацию при обогащении ТБО применяют для разделения потока отходов на легкую и тяжелую фракции (это необходимо, прежде всего, по условиям технологии извлечения металлов), а также для выделения горючих компонентов для последующей термической переработки, хотя в принципе возможна не только энергетическая утилизация легких компонентов. Кроме того, аэросепарацию применяют для очистки от примесей компоста, полученного из ТБО.

При аэросепарации ТБО в легкую фракцию переходят макулатура, полимерная пленка, некоторые текстильные компоненты (в основном синтетические), уличный смет и т.п. Рекомендуемая крупность аэросепарации ТБО - 250 мм.

На поведение легких компонентов ТБО в процессе аэросепарации решающее влияние оказывает подъемная аэродинамическая сила - равнодействующая всех сил (нормальных и тангенциальных), распределенных по поверхности частицы, находящейся в воздушном потоке. Аэродинамическая сила зависит как от параметров частиц (форма, размеры, состояние поверхности, положение в потоке), так и от параметров воздушного потока и пневмосепарирующей системы в целом (скорость воздуха и ее направление, степень турбулентности, равномерность скоростного потока, ширина струи).

Расчет необходимой скорости воздуха, обеспечивающей разделение

ТБО на две фракции - легкую и тяжелую, можно производить приближенно по скорости витания компонентов легкой фракции, вычисляемой с применением графоаналитического метода.

При аэросепарации используются два основных способа разделения компонентов: в горизонтальном потоке воздуха (направление воздуха перпендикулярно действующей на компоненты силе тяжести) и в вертикальном потоке воздуха (направление воздуха противоположно направлению действующей на компоненты силе тяжести). Соответственно в аэросепараторе компоненты легкой фракции транспортируются воздухом в горизонтальном или вертикальном направлении.

Укрупненно-лабораторная установка аэросепаратора с горизонтальным потоком воздуха ( 5.80 и 5.81) состоит из следующих основных узлов: 1 - металлическая рама; 2 - осевой вентилятор; 3 - жалюзийная заслонка для регулирования скорости потока воздуха в пределах от 0 до 5 м/сек; 4 - зона выравнивания скорости потока воздуха; 5 - загрузочное устройство; 6, 8 и 9 - рабочая зона, выполненная в виде ряда последовательно соединенных секций прямоугольного сечения с донной разгрузкой фракций (зона разделения, промежуточная зона и осадительная камера). Для замера скорости воздуха в рабочей зоне аэросепаратора предусмотрены отверстия 7. Замеры скорости (динамического давления) воздуха можно производить с помощью пневмометрической трубки конструкции института «Гинцветмет» и микроманометра типа ММН. Аэросепаратор изготовлен из металла, а непосредственно камера разделения - из оргстекла (для возможности наблюдения процесса сортировки).

В соответствии с размерами рабочей зоны аппарата максимальная крупность материала составляет 80x80 мм (сечение камеры разделения 1,1x0,1 м). Производительность сепаратора лимитируется его загрузочным устройством и составляет около 1 кг/мин.

Подлежащий сепарации материал с помощью загрузочного устройства подается в камеру разделения, где горизонтальным потоком воздуха определенной скорости из него выдуваются компоненты низкой плотности. При сепарации получаются три продукта: концентрат (наиболее легкая фракция, выносимая потоком воздуха в осадительную зону 9), промпродукт (фракция промежуточной плотности, выделяемая в осадительной зоне 8) и хвосты (тяжелая фракция, не отклоняемая потоком воздуха и попадающая в нижнюю часть камеры разделения). Концентрат и промпродукт, при необходимости объединяемые вместе (в один продукт), составляют легкую фракцию.

Укрупненно-лабораторная установка аэросепаратора с вертикальным потоком воздуха ( 5.82 и 5.83), включает следующие основные узлы: 1 - дутьевой вентилятор; 2 - заслонку, регулирующую расход воздуха в пределах скорости от 0 до 6,5 м/сек; 5 - вертикальную камеру разделения, состоящую из нижней цилиндрической трубы и верхней части, образованной двумя элементами усеченной конической формы; 6 - загрузочное устройство; 7 - осадительную камеру циклонного типа; 8 и 9 - разгрузочные устройства, соответственно, легкой и тяжелой фракции. Для замера скорости воздуха в рабочей зоне аэросепаратора предусмотрены отверстия. Аэросепаратор изготовлен из оргстекла.

В соответствии с минимальным диаметром рабочей зоны сепаратора максимальная крупность материала в опытах составляет 160-180 мм. Производительность вертикального сепаратора, как и горизонтального, лимитируется его загрузочным устройством и составляет около 5 кг/мин.

Аэросепаратор работает следующим образом: воздух с помощью вентилятора 1 через заслонку 2 и узел подвода воздуха 3 подается снизу в цилиндрическую камеру разделения 4 и движется вверх, образуя в ней вертикальный поток. Подлежащий сепарации материал подается загрузочным устройством 6 в зону минимальной скорости (камеру разделения 5), образуемую основаниями элементов усеченной конической формы, где из него вертикальным потоком воздуха выдуваются вещества низкой плотности (преимущественно макулатура, полимерная пленка, текстиль). Тяжелая фракция выводится из сепаратора снизу цилиндрической части камеры разделения (через разгрузочное устройство 9). Некоторые компоненты легкой фракции, которые при попадании в верхнюю часть камеры разделения 5 не успели отделиться от тяжелой фракции и увлекаются последней вниз, поступают в нижнюю часть камеры разделения 4 в зону большей скорости воздуха и выносятся вверх, попадая в конечном итоге в осадительную камеру 7 установки. Иными словами, конструкция сепаратора предусматривает увеличение скорости вертикального потока воздуха вверх и вниз от зоны разделения (вблизи загрузки материала), обеспечивает чистоту разделения материала на компоненты и полноту их извлечения, т.е. эффективность сепарации. При этом соотношение диаметров оснований элементов усеченной конической формы рабочей зоны разделения составляет 1:2:1,5, а соотношение их высот - 2:1 (сверх)' вниз).

Основными факторами, влияющими на технологические показатели аэросепарации, являются скорость воздуха, крупность материала и его влажность. Все три фактора влияют главным образом на извлечение картона, ламинированной бумаги и текстиля из натуральных волокон.

Влияние влажности на показатели процесса зависит от его характера. Большее влияние влажность оказывает при сепарации в вертикальном потоке воздуха: как следует из  5.84, при аэросепарации макулатуро- содержащих компонентов в вертикальном потоке воздуха извлечение картона и ламинированной бумаги с повышением влажности резко снижается, при аэросепарации в горизонтальном потоке сохраняется на высоком уровне (скорость воздуха и крупность материала постоянны).

Влияние влажности на извлечение в легкую фракцию газетной бумаги при аэросепарации в горизонтальном потоке воздуха наглядно демонстрирует график, представленный на  5.85, из которого следует, что с повышением влажности извлечение бумаги снижается, но сохраняется на достаточно высоком уровне, составляя 92-82% при скорости воздуха около 5 м/с и изменении влажности от 20 до 60% (при влажности 0-10% извлекается до 100% газетной бумаги).

При аэросепарации в горизонтальном потоке воздуха искусственной смеси ТБО (воздушно-сухое состояние) в легкую фракцию извлекается преимущественно газетная и ламинированная бумага, а также пленочные пластмассы ( 5.86); оптимальная скорость воздуха - около 5 м/с. Содержание макулатуры в легкой фракции достигает 75% (повышается по сравнению с исходным почти в 2 раза). Извлечение в легкую фракцию всех компонентов с повышением влажности (скорость 5 м/с) монотонно снижается ( 5.87). С повышением влажности селективность процесса аэросепарации несколько возрастает и содержание макулатуры в легкой фракции при влажности 40- 50% возрастает до 80% (в случае сепарации сухих смесей - 75%). Состав тяжелой фракции (хвостов) аэросепарации с повышением влажности ТБО несколько изменяется вследствие больших потерь в ней текстильных компонентов и картона. Содержание пищевой части в тяжелой фракции устойчиво сохраняется на уровне 60-65% при извлечении более 95%.

Аэросепарация ТБО в вертикальном потоке воздуха по сравнению с разделением в горизонтальном позволяет получить более чистый по содержанию макулатуры продукт, но при значительно меньшем извлечении. При сепарации влажных ТБО в легкую фракцию переходит преимущественно один из видов макулатуры — газетная бумага. Как видно из  5.88, извлечение макулатуры (кривая 3) снижается с 55% (воз- душно-сухое состояние) до 43% (влажность 60%), а содержание возрастает (с 78 до 88%). Таким образом, селективность процесса аэросепарации в вертикальном потоке воздуха выше, чем в горизонтальном.

Наилучшим образом естественные свойства ТБО как объекта сепарации используются при последовательной аэросепарации в вертикальном и горизонтальном потоке воздуха ( 5.89), когда питанием горизонтального аэросепаратора является тяжелая фракция вертикального. При аэросепарации влажных ТБО уже после первой стадии процесса в значительной степени происходит подсушка материала (содержание влаги снижается на 10-20%, при необходимости возможно использование подогретого воздуха), что способствует доизвлечению во второй стадии плотных разностей макулатуры (картон, ламинированная бумага). Однако практическая реализация двухстадийной аэросепарации ТБО существенно усложняет объемно-планировочные решения цеха сортировки, поэтому она может включаться в технологические схемы обогащения ТБО в тех редких случаях, когда требуется, например, максимальное извлечение макулатуры для вторичного использования. В случае направления легкой фракции на сжигание технологически оправдана одностадийная аэросепарация.

Следует отметить, что процесс аэросепарации в зависимости от состава сепарируемого сырья и технологических задач можно регулировать с помощью формирования соответствующих скоростных полей воздушного потока. Так, выбирая необходимый скоростной профиль горизонтального потока воздуха, можно при обогащении легкой фракции, полученной в вертикальном сепараторе, значительно повысить содержание в продукте полимерной пленки. Наиболее эффективен процесс аэросепарации при скорости горизонтального потока воздуха 0,9 м/с в верхней части камеры разделения и 1,25 м/с - в нижней, причем для интенсификации процесса разделения материалов, близких по плотности и аэродинамическим характеристикам, физические свойства компонентов легкой фракции направленно регулируются увлажнением материала (оптимальная влажность материала - около 40%). Как показывают кривые обогатимости ( 5.90), аэросепарация в потоке воздуха с переменной по сечению скоростью обеспечивает большую селективность процесса по сравнению с обычным режимом - при одном и том же выходе концентрата извлечение пленки всегда выше, а ее загрязнение бумагой заметно меньше (кривая 3 лежит выше кривых 1 и 2). Снижение выхода продукта, обогащенного полимерной пленкой (при сохранении высокого извлечения), весьма важно для последующих операций доводки такою продукта.

Ниже рассмотрены наиболее типичные конструкции аэросепараторов, применяемых при обогащении ТБО.

Для сортировки городских отходов в горизонтальном потоке воздуха представляют интерес сепараторы, запатентованные в США и ФРГ ( 5.91 и 5.92) и предназначенные для разделения дробленых отходов.

В сепараторе США отходы обрабатываются в измельчителе 2 с рабочим колесом 3, вращающемся на валу 1. Измельченные отходы подхватываются горизонтальным потоком воздуха. Наиболее тяжелые материалы (металлические банки, резина, камни) поступают на конвейер 9, более легкие (мокрое дерево, неметаллические предметы) - на конвейер 8, предметы из алюминия и других подобных материалов - на конвейер 7. Макулатура, текстиль и т.п. подхватываются потоком воздуха и выносятся в трубу 5, куда дополнительно вентилятором 4 подается воздух, направляемый затем в топку. Для предотвращения смешивания отходов между конвейерами устанавливаются разделительные направляющие вставки 6 и 10.

Устройство, запатентованное в ФРГ (), снабжено системой циркуляции воздуха 4 и камерой, выполненной в виде трубы, с загрузочным бункером 2, в который измельченный материал подается вибропитателем 3. Материал, подхваченный горизонтальным потоком воздуха от вентилятора 1, разделяется на три фракции и удаляется в сборники 8,10 и 11, а наиболее легкие компоненты выносятся в циклон 5. Для регулирования сепарации внутри камеры между разгрузочными отверстиями установлены подвижные перегородки 6 и 9. Изменением высоты перегородки 7 регулируется вынос мелких частиц в циклон 5.

Характерные конструкции аэросепараторов вертикального типа представлены на  5.93 и 5.94.

В США запатентован многосекционный вертикальный аэросепаратор для измельченных ТБО. Отходы засыпаются в бункер 2 и перемещаются в сепарирующую камеру 5 с помощью конвейера 3 с лопастями 4. Поступающий в камеру материал поднимается движущимся вверх потоком воздуха от вентилятора 1 в суживающийся проход 6. Отходы из узкой горловины 8 поступают внутрь первой сортировочной колонны 7, где поднимающийся снизу поток воздуха от вентилятора 13 производит первую очистку. Легкая фракция материала поднимается воздушным потоком через сужающуюся горловину 9 во вторую сортировочную колонну 10. Тяжелая фракция удаляется по наклонным решеткам 11 и 12 на конвейер. Число сортировочных колонн устанавливается в зависимости от требуемой чистоты материала. Установка снабжена системой циркуляции воздуха.

вертикального аэросепаратора зигзагообразного типа для разделения дробленых отходов. Конструкция аэросепаратора обеспечивает повышение эффективности разделения за счет лучшего рыхления материала и его разъединения на отдельные компоненты в рабочей зоне сепарации в условиях стесненного падения материала при его пересечении в различных направлениях организованным потоком воздуха.

Разновидностью аэросепарации является вибровоздушная сепарация. Воздух, подаваемый через перфорированную вибрирующую деку, и колебания деки обеспечивают разрыхление материала и его разделение по плотности с одновременной транспортировкой легких и тяжелых компонентов в противоположных направлениях к разгрузочным концам деки ( 5.95). Для повышения эффективности разделения дека устанавливается наклонно; угол наклона должен обеспечивать беспрепятственный подъем тяжелых компонентов в верхнем направлении (при данной амплитуде и направлении колебаний деки). Вибровоздушная сепарация нашла практическое применение при переработке дробленого электрокабельного лома в США, Франции, Швеции, ФРГ, а также в России. Фирма Орфа (Швейцария) впервые применила вибровоздушную сепарацию для разделения сухих мелкодробленых узкокласси- фицированных фракций ТБО (-1 мм; -3+1 мм; -10+3 мм) с получением из каждого класса двух продуктов; в одном из них сконцентрированы тяжелые инертные компоненты (смесь стекла, керамики, камней), в другом - более легкие (смесь пластмассы, резины и дерева). Тяжелую фракцию рекомендуется использовать в технологии свалки или в дорожном строительстве, легкую (пластмасса, резина, дерево) - в производстве стали или для изготовления покрытия для полов.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  ТЕХНОЛОГИИ ОТХОДОВ - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СЕРВИСЕ

 

Смотрите также:

 

ПНЕВМОТРАНСПОРТ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ, единая...

мящимися его разуплотнить. Третья. фаза — аэросепарация, процесс разру. шения поршня под действием сил трения. воздушного потока, движущегося по кана.