Центрифуга

Центрифуга - это оборудование для отделения влаги и оставшихся после мойки неудаленных загрязнений от полимерного сырья в процессе рециклинга. Разделение разных по плотности веществ происходит механическим путем за счет центробежной силы. Данный тип оборудования используется в составе линии рециклинга или автономно, подходит для пленки и твердых пластиков.Сушка в центрифуге производится в конце цикла переработки.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

Срок биологического разложения полимерных отходов составляет 400-700 лет, для пленки 100-200 лет. При этом объемы производства изделий из полимерных материалов превышает 300 млн. тонн в год. При таких масштабах производства образуется соответствующее количество отходов, негативно влияющих на экологию. Рециклинг позволяет вторично использовать неразлагаемые отходы пластика. Вторичной переработке подвергается большинство видов полимеров. После окончания цикла переработки можно получить чистое полимерное сырье в виде гранулята или промежуточное вторичное сырье в виде дробленки, пушенки, агломерата. Первоначально сырье сортируется и отправляется в мойку. В зависимости от степени загрязнения мойка может состоять из двух и более этапов. После промывки материал частично обезвоживается во фрикционном отжиме. Далее выполняется сушка полимерного сырья с целью удаления остаточной, в том числе, внутренней влаги. От типа полимера и его гигроскопичности зависит тип сушильного оборудования. Центрифуга используется на стадии окончательной сушки (досушки) фрагментов пластика, может быть встроена в любую линию.

Фото заимствовано с сайта kupi-othodov.ru

Центрифуга для полимеров считается самым мощным оборудованием для сушки, выполняющим обезвоживание сырья до требуемого значения. Средняя производительность оборудования составляет 1000 кг/час для пленочного сырья фракцией до 40 мм, 1500 кг/час для твердых пластиков типа ПЭТФ, ПНД, ПВД, ПП фракцией до 25 мм. При просушивании сырья не происходит образования отходов, можно организовать непрерывный процесс сушки, выгрузка просушенного материала осуществляется в автоматическом режиме.

Классификация центрифуг

Центрифуги различных моделей отличаются друг от друга не только конструктивными особенностями, но и назначением. Основной критерий классификации центрифуг направление оси ротора. По данному конструктивному признаку различают три типа оборудования:

1) Горизонтальная центрифуга.

2) Наклонная центрифуга.

3) Вертикальная центрифуга.

По характеру протекания цикла сушки центрифуги делятся на устройства двух видов:

1) Оборудование непрерывного действия.

2) Оборудование циклического действия.

По способу выгрузки осадка центрифуги делятся на две категории:

1) Центрифуги с ручной выгрузкой осадка.

2) Центрифуги с механизированной выгрузкой осадка.

По принципу работы все центрифуги можно разделить на три типа:

1) Фильтрующие центрифуги.

2) Осадительные центрифуги.

3) Комбинированные центрифуги.

Направление оси ротора

Для каждого типа полимера применяются свои модели центрифуг. Так при переработке отходов из пленки переработчики чаще отдают предпочтение горизонтальным центрифугам. Пленка поступает с сортировочного предприятия на линию переработки вторичных полимеров в различном состоянии. Это могут быт сильно загрязненные полимерные отходы, укрывная и парниковая пленка средней степени загрязнений или чистая упаковочная пленка, собранная на складах.

Далее материал промывают в ваннах флотации, где происходит первичное полоскание и отделение этикеток, в высокоэффективных фрикционных мойках, повторно в ваннах флотации. После достаточной очистки материал во влажном состоянии отправляется в бункер центрифуги, где теряет большую часть воды и остаточные загрязнения.

Очищенный и обезвоженный полимерный материал подается в агломератор, гранулятор или непосредственно в бункер производственного оборудования. При грануляции в отдельных случаях допускается использование материала с содержанием остаточной влажности до 30-40% (зависит от модели гранулирующего оборудования). При агломерации, а также при прямой подаче материала в бункер следует добиться максимальной досушки материала. Остаточная влага негативно влияет на качество готовых изделий. Вторичный материал смешивается с первичным в определенных пропорциях с целью снижения себестоимости готовой продукции и утилизации трудно разлагаемого пластика.

Аналогично происходит переработка ПЭТ тары. Бутылки сортируются, очищаются от грязи и этикеток, прессуются и измельчаются до получения флекса фракцией 30-50 мм. Далее процесс переработки схож с описанным для пленки.

Виды центрифуг

Горизонтальная центрифуга

Назначение горизонтальной центрифуги обезвоживание полимерного материала в виде дробленки, крошки, пушенки или флекса. Это наиболее предпочтительное оборудование для сушки пленочных материалов, несмотря на заявленную универсальность применения. На выходе можно получить сырье с содержанием влаги до 30%.

Важным преимуществом горизонтальной центрифуги является легкий доступ к ротору и шнеку для обслуживания и ремонта. Также стоит учесть, что возможна более качественная герметизация рабочих узлов, опоры и ротор располагаются вне зоны обработки сырья.

Горизонтальная центрифуга может использоваться автономно или в составе линии по переработке полимеров во вторичное сырье на стадии первичной сушки. В основе работы устройства лежит действие центробежных сил. Внутри горизонтально расположенного бункера центрифуги предусмотрены перфорированный канал и шнековый вал.

Наклонная центрифуга

Наклонная центрифуга за счет своей конструкции одинаково эффективно используется для сушки и мойки полимерного сырья. В режиме мойки устройство способно очистить сырье даже от значительных загрязнений. Мойка и обезвоживание материала могут происходить последовательно в пределах одного рабочего цикла.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

Подача материала осуществляется снизу через приемный бункер. При работе наклонной центрифуги возникают центробежные силы, которые способствуют разделению различных по плотности материалов, один из которых измельченный полимер. Быстрое вращение камеры обеспечивается за счет расположенного в верхней части двигателя. Таким способом отделяется практически вся поверхностная влага из гигроскопичных и негигроскопичных полимерных масс.

За счет наклона корпуса достигается максимальная эффективность, развиваются наибольшие центробежные силы, приводящие в движение частицы полимера внутри бункера. При вращении в наклонном корпусе материал дольше находится в состоянии движение, а не падает сразу вниз, как в вертикальном устройстве. Потому не приходится тратить энергию на его повторный захват и вовлечение в движение за счет действия центробежных сил.

Вертикальная центрифуга

Вертикальные центрифуги представляют собой универсальные устройства, предназначенные как для сушки, так и для мойки полимеров. Назначение зависит от того, на каком этапе переработки полимеров во вторичное сырье будет установлена центрифуга. В последнем случае необходимо обеспечить подачу воды. Данное назначение центрифуг менее популярно. Вертикальные сушильные центрифуги маятникового или подвесного типа используются в полимерной промышленности чаще всего.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

Маятниковая центрифуга

Маятниковая центрифуга - это аппарат периодического действия с вертикально расположенным самоустанавливающимся ротором. Наличие трехколонной шаровой подвески (не для всех моделей) способствует самонастройке ротора с зависимости от того, в какую сторону он отклонится под действием неравномерно распределенных полимерных масс. Маятниковые центрифуги могут быть как фильтрующими, так и осадочными. Фильтрующие выполняют с ручной нижней или бортовой выгрузкой, а также с ножевой донной выгрузкой. При достижении уровня остаточной влажности не более 10% можно использовать пневматическую систему выгрузки рассыпчатых материалов. Выгрузка более влажных и пастообразных масс выполняется при помощи шнека со скребком.

Подвесная центрифуга может быть реализована с ручной, гравитационной или ножевой выгрузкой осадка. Двигатель расположен в верхней части станины соосно с валом ротора. Фильтрующие подвесные центрифуги могут обеспечивать обезвоживание материала с максимальным остаточным содержанием влаги на момент выгрузки не более 5%.

Вертикальная осушающая центрифуга используется для сепарации измельченной пленки, крошки или нетканого полотна. В составе линии по переработке полимеров во вторичное сырье центрифуга устанавливается после крайней флотационной мойки. Линия может включать несколько ванн флотации, их количество зависит от степени загрязнения сырья.

Основным конструктивным элементом вертикальной центрифуги является шнек во всю высоту бункера. За вращение шнека отвечает расположенный в верхней части центрифуги двигатель. При вращении шнека происходит равномерное распределение влажного измельченного полимера по стенкам барабана. Загрузочный бункер расположен снизу.

Вокруг шнека по всей длине установлена сетка, через которую сбрасывается вода и фильтрат. При этом размер ячеек меньше размера частиц полимера, что не позволяет фрагментам пластика выйти за пределы бункера центрифуги. В результате происходит сушка и очистка полимеров с минимальными потерями сырья. Осадок оседает на дно, откуда выгребается специальными ножами, пневмосистемой или вручную. При использовании вертикальной центрифуги обеспечивается просушка сырья до уровня содержания влаги не более 40%.

Цикличность работы центрифуги

Центрифуги могут работать в непрерывном и цикличном режиме. Непрерывный режим позволяет получить максимальную производительность. Отсутствует дополнительное время на разгон ротора при запуске и остановку при торможении. Он работает в непрерывном режиме. Подача сырья осуществляется по мере выгрузки высушенного полимера. Однако центрифуги непрерывного действия стоят достаточно дорого, потому подходят не для всех масштабов производств.

Устройства, работающие в периодическом режиме, характеризуются меньшей стоимостью и производительностью, однако их часто включают в состав линий для рециклинга полимеров. Периодические центрифуги могут работать тот период времени, который необходим по условиям технологического процесса. Также при использовании периодического оборудования можно производить многократную промыву и сушку сырья с возможностью попеременного использования двух режимов (мойка, сушка).

Способ выгрузки осадка

По способу выгрузки осадка различают ручные и механизированные устройства. Ручная выгрузка выполняется через днище или через борт. При этом осадок из маятниковой центрифуги может быть выгружен через борт или днище, из подвесной только через днище.

Механизированный способ предполагает ножевую, шнековую, поршневую выгрузку. Ножевая выгрузка используется в горизонтальных устройствах, а также в вертикальных центрифугах подвесного и маятникового типа. Шнековая выгрузка реализована в осадительных и непрерывных фильтрующих центрифугах. Она основана на разнице частот вращения ротора и расположенного внутри него шнека. Поршневой тип выгрузки осадка также применим в фильтрующих устройствах непрерывного типа.

Принцип работы центрифуги

По принципу работы можно выделит два основных типа центрифуг (фильтрующие и осадительные), комбинированные устройства.

Фильтрующие цинтрифуги

Для полимерного сырья при вторичной переработке используют фильтрующие центрифуги, которые предназначены для разделения суспензии и глубокого обезвоживания твердой составляющей (пушенки, флекса, дробленки). При этом фильтрующие центрифуги обеспечивают отделение остаточных загрязнений от полимера с последующим сбросом осадка.

Фильтрующие центрифуги шнековые делятся на два типа: вертикальные (ФВШ) и горизонтальные (ФГШ). Для фильтрующих устройств характерно консольное расположение вала, коническая форма ротора с перфорацией. В отдельных моделях центрифуг фильтрующего типа можно добиться удаления влаги до значения 5%, среднее количество остаточной влаги до 40%.

Осадительные центрифуги

Конструкция осадительных центрифуг предусматривает расположение ротора между двумя опорами и отсутствие перфорации. Форма роторного барабана близка к цилиндрической. Барабан сплошной, внутри расположен шнек, вращающийся со скоростью, отличающейся от скорости вращения самого ротора. Центрифуги данного типа предназначены для сепарации зернистой или кристаллической твердой фазы, а также штучных и твердых материалов. При просушивании влажной массы в осадительной центрифуге со сплошным ротором количество остаточной влаги на выходе достигает в стандартном случае 70%.

Осадительные центрифуги могут быть прямоточными и противоточными. В прямоточных устройствах направление движения осадка и фильтрата (фугата) совпадают. В противоточных системах фугат движется в противоположном осадку направлении. Прямоточные центрифуги обеспечивают более качественное отделение влаги от твердого осадка.

Комбинированные центрифуги

Комбинированные центрифуги сочетают в себе конструктивные и функциональные особенности фильтрующих и осадительных центрифуг. Они также называются осадительно-фильтрующими центрифугами.

Конструкция центрифуги

Центрифуга имеет несколько основных рабочих узлов, которые не зависят от типа устройства. К главным элементам конструкции относятся:

- станина;

- ротор;

- выгружатель;

- привод.

Станина

Станина (кожух) это основа машины. На станине закреплены основные конструктивные узлы, необходимые для работы оборудования. Кожух это внешний корпус, оболочка, окружающая ротор и рабочую полость устройства. Выполняется из чугуна или стали с антикоррозионным покрытием, что необходимо в связи с повышенной влажностью в рабочей зоне.

Влага и фильтрат, отделенные в процессе сепарации в центрифуге, скапливаются в кожухе и выводятся из системы в накопитель. Кожух одновременно обеспечивает накопление жидкости для направленного отвода из системы и защиту помещения в случае аварийной поломки внутри центрифуги.

Для снижения вибрации рекомендуется установка станка на фундамент. Рама крепится к бетонному основанию при помощи прочных фундаментных болтов, затем заливается бетоном на высоту до 10-12 см. заливка осуществляется равномерно. При застывании бетона выполняют окончательную подтяжку болтов, после чего устанавливают привод, ограждения и прочие узлы станка.

Ротор

Ротор центрифуги выполнен из нержавеющей стали. Благодаря этому на его поверхности не образуется коррозия. В вертикальных и горизонтальных центрифугах фильтрующего типа ротор выполняют в форме усеченного конуса со щелями на боковой поверхности для выведения фильтрата (фугата). В осадительных центрифугах устанавливается цилиндро-конический ротор со сплошными стенками. Внутри ротора центрифуги располагается сонаправленно вращающийся шнек, который и обеспечивает перемещение осадка.

Внутренняя часть ротора продублирована листами с перфорацией 0,3—0,5 мм. Они образуют сетку, через которую выходит вода и фильтрат, но задерживаются фрагменты пластика (осадок) по причине более крупной фракции.

Восьмиугольная сетка способствует максимальному очищению и обезвоживанию полимерной сечки. Очистка сетки от загрязнений осуществляется при помощи пневмосистемы продуванием.

Выгружатель

Для выгрузки осадка (остаточных загрязнений, отделенных от полимерных фрагментов в процессе сушки) применяются выгружатели различных конструкций. Наиболее популярна конструкция выгружателя - шнек с установленной на нем лопаткой (скребком). Благодаря специальной форме лопатки осадок сразу отбрасывается за пределы зоны сушки в приемное устройство.

Также возможна ручная выгрузка сырья обслуживающим оператором, что наиболее неудобно. Вертикальные подвесные центрифуги могут иметь саморазгружающуюся конструкцию.

Привод

Приведение ротора в движение осуществляется за счет электродвигателя. Иногда может использоваться гидравлический двигатель. В вертикальных центрифугах двигатель зачастую располагается в верхней части для предотвращения возможности попадания на него влаги. Через клиноременную передачу он передает движение планетарному редуктору, расположенному под ротором.

От редуктора вращение передается на соосные валы ротора и шнека. Ротор и шнек вращаются с разной скоростью. Величина разности достигает 2-3%. За счет этого выполняется перемещение шнека и выгрузка осадка из ротора.

Принцип работы центрифуги

Наибольшее распространение получили вертикальные шнековые центрифуги фильтрующего типа. Цикл работы центрифуги шнековой включает в себя этап загрузки сырья через загрузочное окно при помощи винтового конвейера, движения материала с одновременным ударным воздействием на него, исходящим от ротора. При этом грязь и влага сбрасываются за пределы системы через восьмиугольную сетку, а полимер далее выводится из машины тем же винтовым конвейером (шнеком). Чертеж центрифуги для полимеров наглядно показывает внутреннее устройство и схему цикла.

Загрузка центрифуги периодического действия осуществляется при пониженных оборотах ротора или при полной его остановке. Выгрузка также осуществляется при малых оборотах или после остановки устройства. При непрерывном режиме работы процесс загрузки и выгрузки осуществляется без остановки ротора. Процесс контролируется системой управления и корректируется автоматически по мере уменьшения объема материала в бункере.

При вращении ротора развиваются высокие центробежные силы, в результате чего разрываются связи между молекулами воды и полимера. Влага удаляется с поверхности пластика. Под действием все той же центробежной силы она проталкивается через перфорированную стенку ротора, аккумулируется внутри барабана и отводится из системы через штуцер, расположенный в кожухе центрифуги.

Выгрузка выполняется через разгрузочное окно. Далее материал с низким содержанием влаги подхватывается пневмосистемой и подается в бункер-накопитель или на этап досушки горячим воздухом, если это необходимо. Большинство технологических циклов предполагает использование полностью просушенного сырья (литье под давлением на ТПА, экструзия). В такой линии переработки после центрифуги устанавливается обязательная система досушки горячим воздухом с непосредственной подачей обезвоженного сырья в загрузочный бункер производственного оборудования. В некоторых случаях возможно использование сырья без досушки.