Разработка технологии брикетирования отходов полимерных материалов воздействием высокочастотного излучения



Утилизация отходов из органических и искусственных полимеров (древесина, поливинилхлорид и т. д.) — является огромной проблемой многих предприятий в России.

По всей стране существует больше двадцати тысяч нелегальных свалок, в том числе и свалки с отходами деревообрабатывающего производства и полиэтилена. Отсутствие современных предприятий по переработке мусорной продукции приводит к тому, что все несанкционированные свалки находятся под открытым небом, загрязняют землю несколько десятилетий, не разлагаясь.

Невзирая на большое количество исследований в сфере экологически чистого производства, вопрос об утилизации и обработке промышленных отходов остаётся важным до сих пор.

Самый эффективный способ утилизации на сегодняшний день — это переработка отходов в топливные брикеты, которые широко используются в большинстве развитых стран мира.

В связи с этим целью настоящего исследования стала разработка метода утилизации, улучшающего экологическую обстановку в регионах. Достижение данной цели возможно при решении следующих задач:

1. Разработка технологии термомеханического брикетирования природных и искусственных материалов в поле высокой частоты (ВЧ);
2. Проведение исследования пиролиза топливных брикетов;
3. Определение зольности, термостойкости и состава продуктов сгорания.

Наиболее эффективным считается диэлектрический метод сушки природных и искусственных материалов.

Диэлектрическая сушка — это единственный метод подвода теплоты к влажному материалу по всей его толщине, а не к наружной поверхности, как при абсолютно всех других методах сушки [1].

Влажные материалы всегда обладают диэлектрическими свойствами, так как полярным диэлектриком является сама вода. Колебания дипольных молекул в высокочастотном поле приводят к диссипации энергии внешнего электромагнитного поля в теплоту, которая выделяется одновременно по всей толщине влажного материала.

Количество выделяющейся внутри материала теплоты свободно регулируется путем изменения электрических параметров работы высокочастотного генератора, что дает возможность подобрать для любого конкретного материала такой режим сушки, при котором распределение влагосодержания в отдельных точках по всей толщине материала окажется почти равномерным. Равномерное распределение влагосодержания, в свою очередь, гарантирует отсутствие внутренних усадочных напряжений и вызываемого этими напряжениями растрескивания материала в процессе его сушки.

Качество получаемого материала существенно улучшается за счет того, что нагрев высушенных мест автоматически прекращается. Объясняется это тем, что тангенс угла диэлектрических потерь таких материалов, как, например, дерево прямо пропорционален влажности. Поэтому с уменьшением влажности в процессе сушки потребление ВЧ энергии уменьшается, а нагрев продолжается только в тех участках обрабатываемого материала, где еще сохранилась повышенная влажность [2].

В качестве базового оборудования была использована ВЧ-установка модели УЗП-2500 в связи с тем, что данное оборудование обосновано используется кафедрой АПП ИрГУПС с целью научных исследований. Созданная экспериментальная установка на базе УЗП-2500 (рис. 1) подтвердила её эффективность в процессе термообработки природных и искусственных материалов [2, 3, 4].

Рис. 1. Экспериментальная установка, созданная на базе УЗП-2500

Высушиваемый материал располагается между двумя металлическими поверхностями, служащими пластинами конденсатора, к которым подводится переменное электрическое напряжение частотой 27,12 мГц и номинальной мощностью 2,5 кВт.

Для проведения экспериментов были изготовлены приспособления для крепления разовых боковых стенок, которые выполнены из электроизоляционного картона марки ЭВТ, ГОСТ 2824–86. Крепление стенок осуществляется раздвижным хомутом определенного диаметра (рис. 2).

Рис. 2. Раздвижной хомут с электроизоляционным картоном ЭВТ

В верхнем электроде (рис. 3), было предусмотрено большое количество отверстий для удаления продуктов сушки.

Рис. 3. Верхний электрод

Отверстия в нижнем электроде (рис. 4) предполагают удаление влаги за счет электротермического и механического воздействия.

Рис. 4. Нижний электрод

Поэтому процессу сушки предшествует процесс прессования.

По экспериментальным данным (в зависимости от влажности материала) за счет холодного прессования такого типа электродами удаляется до 10 % влаги [3].

В результате использования перфорированных электродов удаление влаги осуществляется комбинированным термомеханическим способом, что значительно повышает интенсивность процесса сушки.

Заключение

В результате проведенных исследований была разработана технология термомеханического брикетирования природных и искусственных материалов в поле высокой частоты (ВЧ), тем самым была решена первая задача.

Дальнейшая работа направлена на решение оставшихся задач, решение которых позволит достичь цели настоящих исследований.

Литература:

1. Процессы и аппараты химических технологий / В. Ф. Фролов // Электрон. дан. Режим доступа URL: http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/10_protsessy_i_apparaty_khimicheskikh_tekhnologiy_chast_II/7078.
2. Анненков Ю. М. Основы электротехнологий: практикум / Ю. М. Анненков, М. М. Михайлов, В. В. Шарафутдинова, В. И. Меркулов — Томск: Изд-во. ТПУ, 2005 г. -104 с.
3. Лившиц А. В., Филиппенко Н. Г., Филатова С. Н., Ларченко А. Г. Статья «Высокочастотная электротермическая обработка неметаллического вторичного сырья» Электронное научно-техническое издание «Наука и образование» Эл № ФС 77–48211. Государственная регистрация № 0421200025. ISSN 1994–0408 # 06, июнь 2014 DOI: 10.7463/0614.0712029.
4. Установка для нагрева в поле токов высокой частоты древесины и других диэлектриков (варианты) // Рыболовлев В. П. Патент России № 2210874. 2001.