Способ утилизации отходов фторопластов и получения преимущественно тонкодисперсного порошка и устройство для его осуществления

 

Изобретение предназначено для измельчения полимерных материалов и получения порошка при переработке отходов фторопласта. При реализации способа утилизации перед загрузкой отходов фторопласта установку прокачивают сухим азотом. Загрузку осуществляют равномерными порциями. Осуществляют нагрев через тело расплава в реакторе. Горячие продукты деструкции фторопласта охлажденным газом-носителем перемещают в трубу. Продукты осаждаются на стенке и в холодильнике и собираются в сборниках-ресиверах в виде порошковой массы и разгружаются в тару. Остатки продуктов деструкции после отделения от порошкообразных продуктов поступают в дожигатель. Через разгрузочный люк дожигателя образовавшийся продукт подают на дальнейшую переработку. Изобретение обеспечивает возможность получения порошка повышенной степени дисперсности и тонкости при снижении удельных энергозатрат. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию для измельчения полимерных материалов и может быть использовано для получения, преимущественно, тонкодисперсного порошка при переработке отходов фторопластов.

Известно оборудование, применяемое в способе размельчения отходов для получения порошка, включающее электронный ускоритель, термокамеру и вибромельницу (см. Авторское свидетельство СССР N 957517, кл. B 29 B 13/10, 1981 г.).

Недостаток известного оборудования заключается в необходимости дополнительных мер по технике безопасности и низкой производительности оборудования.

Известно также устройство по патенту ФРГ, предназначенное для получения порошковых материалов из термопластов и содержащее сопло с каналами для ввода расплава и сжатого газа и резервуар, вход которого соединен с выходом сопла, а выход - с циклоном (см. Патент ФРГ 1454760, кл. B 29 B 13/10, 1965).

Недостаток устройства заключается в значительных энергетических затратах.

Также известен способ получения порошковых материалов, в котором используется измельчающая установка (см. Авторское свидетельство СССР N 1213612, кл. B 29 B 13/10, 1993 г.). Установка представляет собой кинематически связанные шнек, нагреватель, ротор охладителя и мелющий ротор. Способ же получения порошковых материалов из термопластов, который рассматривается в качестве прототипа для объекта "способ" как наиболее близкий к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату, включает нагрев термопласта и измельчение его путем воздействия давления и сдвиговых деформаций при одновременном охлаждении. При этом нагрев осуществляют до температуры, на 3-40^oC ниже температуры размягчения термопласта, а охлаждение - до температуры, на 3-60^oC ниже температуры нагрева, при давлении 0,5-100,0 МПа.

Недостаток способа и установки заключается в больших энергетических затратах и невысокой степени дисперсности получаемого порошка.

Аналогом заявленной установки по технической сущности и достигаемому результату является устройство для получения тонкого порошка из полимерного материала (см. Авторское свидетельство СССР N 1120587, кл. B 29 B 13/10, 1993). Устройство содержит корпус с загрузочным и разгрузочным патрубками, внутри которого размещен ротор в виде тела вращения с кольцевым зазором к внутренней поверхности корпуса. Внутренняя поверхность корпуса и ротор снабжены средствами охлаждения, а загрузочный патрубок герметично соединен с корпусом, при этом между торцем ротора и корпусом образована радиально-кольцевая щель, сообщающаяся с кольцевым зазором, кроме того в зоне радиально-кольцевой щели размещен нагревательный элемент. Устройство снабжено системой трубопроводов для подвода и отвода охлаждающей среды.

Недостаток устройства заключается в высокой энергоемкости, недостаточной степени дисперсности и плотности порошка.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ утилизации отходов фторопластов и получения преимущественно тонкодисперсного порошка, включающий продувку установки сухим азотом, подачу измельченных отходов фторопласта в реактор, их нагрев, перемещение и охлаждение продуктов деструкции фторопластов, сбор тонкодисперсного порошка (см. патент РФ 2035308, B 29 B 17/00, 1995).

Недостатками известного способа являются большие энергозатраты и невысокая дисперсность получаемого порошка.

В качестве прототипа устройства для утилизации отходов фторопласта и получения, преимущественно, тонкодисперсного порошка, как самый ближайший аналог, принята установка для переработки политетрафторэтилена (см. патент РФ 2035308, B 29 B 17/00, 1995 г.). Установка содержит реактор с вертикальной входной частью, крышку и входные и выходные трубопроводы подвода и отвода газов и печь. Установка снабжена трубчатой печью предварительного нагрева, установленной на вертикальной входной части реактора, шнековым питателем для непрерывной подачи политетрафторэтилена в реактор, расположенными на входе в него двумя холодильниками, один из которых установлен на вертикальной входной части реактора ниже печи предварительного нагрева в зоне введения политетрафторэтилена в реактор, а другой - на крышке реактора, центробежным вентилятором, размещенным на крышке соосно с реактором, вихревыми ловушками для сбора тонкодисперсного порошка, соединенными с реактором входными и выходными трубопроводами, цилиндрической вставкой с перфорированным дном, установленной в реактор с зазором от его стенок и соединенной с реактором по окружности входной части реакционной зоны, при этом верхняя кромка буртика цилиндрической вставки расположена на уровне или ниже отверстий в реакторе для выхода продуктов термодеструкции.

Недостаток установки заключается в больших энергетических затратах и недостаточной степени дисперсности получаемого продукта (порошка).

Задача изобретения заключается в обеспечении возможности получения порошка повышенной степени дисперсности и тонкости при снижении удельных энергозатрат.

Технический результат в части способа достигается тем, что в способе получения порошка из отходов фторопласта включающем нагрев фторопласта, его измельчение и охлаждение, перед загрузкой установки отходами фторопласта установку прокачивают сухим азотом, после чего загрузку осуществляют равномерными порциями, в реакторе осуществляют нагрев через тело расплава до температуры 520-530^oC, горячие продукты деструкции фторопласта охлажденным газом-носителем перемещаются в охлажденную проточной водой трубу, в которой осаждаются на стенке в холодильнике и собираются в сборниках-рессиверах в виде порошковой массы, которая разгружается в тару, при этом остатки продукта измельчения после отделения от порошкообразных продуктов из сборников-рессиверов поступают в дожигатель, через разгрузочный люк которого образовавшийся продукт подают на дальнейшую переработку.

Технический результат в части устройства достигается тем, что в установке для осуществления способа утилизации отходов и получения преимущественно тонкодисперсного порошка, содержащей реактор, загрузочный узел и разгрузочные патрубки, электронагревательное средство, холодильник, трубопроводы подвода газов и охлаждающей среды, шнековый питатель для непрерывной подачи отходов фторопласта и средство сбора тонкодисперсного порошка, электронагревательное средство выполнено в виде электропечи связанной с реактором, соединенным со шнековым питателем, при этом над реактором вертикально установлена с зазором труба, соединенная с холодильником и трубопроводами со средством для сбора тонкодисперсного порошка, которое выполнено в виде сборников-рессиверов с закрепленными на них разгрузочными патрубками, причем сборники-рессиверы соединены с дожигаемым продуктом термодеструкции в реакторе, который через фильтр-рессивер связан с насосом, соединенным с трубопроводами для охлаждающей среды и установленным над зеркалом расплава реактора. Также дожигатель имеет разгрузочный люк.

Предлагаемая совокупность конструктивных признаков в их взаимосвязи обеспечивает непрерывность процесса получения порошка, что значительно снижает удельные энергозатраты на расплав отходов фторопласта и работу узлов и элементов установки.

Благодаря инертной бескислородной среде реактора происходят термохимические превращения отходов фторопласта в низкомолекулярные осколки и мономеры политетрафторэтилена, которые охлажденным газом-носителем выносятся в трубу и осаждаются на холодной поверхности трубы и холодильника, а затем под принудительным воздействием собираются в сборники-рессиверы, т.е. не происходят механического воздействия на полученную после расплава массу, что обеспечивает получение однородной до дисперсности и тонкости порошкообразной продукции (порошка).

Таким образом предлагаемая совокупность признаков изобретения направлена на выполнение поставленной задачи и обеспечивает достижение технического результата.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена блок-схема установки для утилизации отходов фторопласта и получения преимущественно тонкодисперсного порошка.

Установка для утилизации отходов фторопласта и получения преимущественно тонкодисперсного порошка содержит реактор 1, соединенный со шнековым питателем 2 для непрерывной подачи отходов фторопласта. Электронагревательное средство выполнено в виде электропечи 3 и связано с реактором 1. К зеркалу расплава реактора 1 выведены трубопроводы для охлаждающей среды 4, а над реактором 1 вертикально установлена с зазором труба 5 с холодильником 6. Труба 5 соединена трубопроводами со средством для сбора тонкодисперсного порошка, которое выполнено в виде сборников-рессиверов 7 с закрепленными на них разгрузочными патрубками 8. Сборники-рессиверы соединены с дожигателем 9 продуктов термодеструкции в реакторе 1. Дожигатель 9 через фильтр-рессивер 10 связан с нагнетательным насосом 11.

Дожигатель 9 имеет разгрузочный люк 12.

Внутренняя часть реактора 1 изготовлена из стеклоуглерода, а дожигатель 9 выполнен из нержавеющей стали и имеет вкладыш из алюминия 99,9%, заполненный стружкой из этого же металла, а труба 5 выполнена из металла и покрыта пленкой политетрафторэтилена. Конструкция установки представляет собой замкнутую систему.

Работа установки осуществляется следующем образом.

Перед пуском установки прокачивается сухим азотом для вытеснения кислорода из всего внутреннего объема.

Через загрузочный узел шнек-питатель 2 отходы фторопласта, относящиеся к классу термореактивных полимеров с размерами фракций 20х20х20 мм, равномерными порциями около 70 г/мин загружаются в реактор 1. Реактор нагревается через тело расплава свинца массой около 100 кг электрическими нагревателями электропечи 3 до температуры 520-530^oC.

В инертной бескислородной среде реактора 1 отходы фторопласта претерпевают термохимические превращения, разлагаясь до низкомолекулярных осколков и мономеров политетрафторэтилена C₂F₄, (C₂F₄)_n, CF₄ (n ≅ 1000).

Горячие продукты деструкции фторопластов - политетрафторпропилена подхватываются поступающим по трубопроводам (каналам) 4 охлажденным газом-носителем и выносятся в трубу 5, которая охлаждается проточной водой. Образующееся в объеме трубы 5 низкомолекулярные полимеры политетрафторэтилена со структурой сферолита и геометрическими размерами сфер 0,3-5 мм осаждаются на холодной стенке трубы 5, в холодильнике 6 и собираются далее в сборниках-рессиверах 7 в виде порошковой массы, однородной по дисперсности и тонкости. Порошковая масса затем через разгрузочные люки 8 сборников-рессиверов 7 разгружается в тару в виде полиэтиленовых мешков. Низкомолекулярные газообразные продукты термодеструкции политетрафторэтилена после отделения от порошкообразных продуктов из сборников-рессиверов 7 поступают в двигатель 9. В дожигателе 9 при температуре 600-630^oC они сжигаются с образованием продукта Через разгрузочный люк 12 дожигателя 9 образовавшийся продукт AF поступает на дальнейшую переработку. Непрореагировавшая часть газообразных продуктов (CF₄, C₂F₄, N₂) поступает на фильтр-рессивер 10, а затем отсасывается нагнетательным насосом 11 через систему холодильников 6 по трубопроводам 4 и подводится к зеркалу расплава реактора 1.

Насос 11 обеспечивает объем прокачки газа-носителя 10-50 л/мин.

Непрерывность процесса и замкнутость системы обеспечивается установкой двух единиц дожигателя 9.

Установка изготовлена на Павлоградском заводе химического машиностроения, успешно прошла испытания.

Формула изобретения

1. Способ утилизации отходов фторопластов и получения преимущественно тонкодисперсного порошка, включающий продувку установки сухим азотом, подачу измельченных отходов фторопласта в реактор, их нагрев, перемещение и охлаждение продуктов деструкции фторопластов, сбор тонкодисперсного порошка, отличающийся тем, что подачу измельченных отходов фторопласта осуществляют равномерными порциями, в реакторе осуществляют нагрев через тело расплава до 520 - 530^oС, горячие продукты деструкции фторопласта охлажденным газом-носителем перемещаются в охлажденную трубу, в которой осаждаются на стенке в холодильнике и собираются в сборниках-ресиверах в виде порошковой массы, которая разгружается в тару, при этом газообразные продукты термодеструкции фторопластов после отделения от порошкообразных продуктов из сборников-ресиверов поступают в дожигатель, через разгрузочный люк которого образовавшийся в дожигателе продукт подают на дальнейшую переработку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что непрореагировавшую часть газообразных продуктов термодеструкции фторопластов из дожигателя подают на фильтр-ресивер и подают насосом через систему холодильников по трубопроводам к зеркалу расплава отходов фторопластов в реакторе в качестве газа-носителя.

3. Установка утилизации отходов фторопластов и получения преимущественно тонкодисперсного порошка, содержащая реактор, разгрузочные патрубки, нагревательное средство, холодильник, трубопроводы подвода газов и охлаждающей среды, шнековый питатель для непрерывной подачи отходов фторопласта, средство для сбора тонкодисперсного порошка, отличающаяся тем, что нагревательное средство выполнено в виде электропечи, связанной с реактором, соединенным со шнековым питателем, при этом над реактором вертикально установлена с зазором труба, соединенная с холодильником и трубопроводами со средством для сбора тонкодисперсного порошка, которое выполнено в виде сборников-ресиверов с закрепленными на них разгрузочными патрубками, причем сборники-ресиверы соединены с дожигателем газообразных продуктов термодеструкции фторопластов в реакторе, который через фильтр-ресивер связан с насосом, при этом трубопроводы для охлаждающей среды размещены над зеркалом расплава реактора.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что дожигатель газообразных продуктов термодеструкции фторопластов снабжен разгрузочным люком.

5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что насос соединен с трубопроводами для охлаждающей среды.

6. Установка по п.3, отличающаяся тем, что сборники-ресиверы соединены с трубой параллельно.

РИСУНКИ

Рисунок 1