книги / Расчёт и проектирование систем обеспечения безопасности.-1

По состоянию различаются отходы твердые, жидкие и газообразные. По месту возникновения отходы подразделяются на бытовые, промышленные и сельскохозяйственные. По составу основным показателем можно считать происхождение отходов – органическое и неорганическое, а также сжигаемы отходы или нет. Особую группу представляют собой отходы в виде энергии, называемые энергетическими (тепло, шум, радиоактивное излучение и т.п.).

Все виды промышленных и бытовых отходов делят на твердые и жидкие. Твердые – это отходы металлов, дерева, пластмасс и других материалов, пыли минерального и органического происхождения от очистных сооружении в системах очистки газовых выбросов промышленных предприятии, а также промышленный мусор, состоящий из различных органических и минеральных веществ (резина, бумага, ткань, песок, шлак и т.п.). К жидким отходам относят осадки сточных вод после их обработки, а также шламы пылей минерального и органического происхождения в системах мокрой очистки газов.

Все виды отходов производства и потребления по возможности использования можно разделить, с одной стороны, на вторичные материальные ресурсы (BMP), которые уже перерабатываются или переработка которых планируется, и, с другой стороны, на отходы, которые на данном этапе развития экономики перерабатывать нецелесообразно и которые неизбежно образуют безвозвратные потери.

Утилизируемые отходы перерабатываются на месте их образования или на других предприятиях, имеющих соответствующую технологию. Некоторые неутилизируемые отходы в силу потери потребительских свойств в настоящее время не могут найти применения в современном производстве. Эти отходы захораниваются, если они не представляют опасности для окружающей среды [1, 19, 20].

Вслучае опасности с санитарно-гигиенической точки зрения отходы могут захораниваться только после предварительного обезвреживания.

Внастоящее время нет единой классификации отходов крупного промышленного города или региона, в которой наиболее полно рассматривался бы ряд взаимосвязанных элементов: количественный и качественный состав отходов, применяемые и предполагаемые методы обработки, санитарно-гигиенические, экологические, а также некоторые градостроительные аспекты.

291

Предложена классификация, согласно которой отходы по формам и видам делятся на 13 групп:

I – гальваношламы и осадки, отходы реагентов и химреактивов, содержащие хром, никель, медь, кобальт, цинк, свинец, кислые и щелочные отходы химических производств, вещества неорганического характера;

II – осадки сточных вод, включающие в себя канализационные, водопроводные и, отдельной подгруппой, нефтесодержащие промышленные осадки, подразделяющиеся на локальных и очистных сооружениях производственных зон;

III – нефтеотходы и нефтешламы, легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ), смазочные охлаждающие жидкости (СОЖ), кубовые остатки, отходы лакокрасочной промышленности;

IV – отходы пластмасс, полимеров, синтетических волокон, нетканых синтетических материалов и композиций на их основе;

V – отходы резинотехнических изделий, вулканизаторов и т.д.; VI – древесные отходы;

VII – отходы бумаги;

VIII – отходы черных и цветных металлов, легированных сталей;

–шлаки, зола, пыли (кроме металлической);

–пищевые отходы (отходы пищевой, мясомолочной и других отраслей промышленности);

–отходы легкой промышленности;

XII – стеклоотходы;

XIII – отходы стройиндустрии.

В результате классификации отходов были проанализированы данные с целью изучения существующих на предприятиях методов утилизации и обезвреживания отходов. В итоге были определены пути дальнейшего движения отходов (утилизация на местах образования, передача другим предприятиям, вывоз на свалку, сброс в канализацию, сжигание и т.п.). Кроме того, на основе классификации была разработана генеральная схема централизованного сбора, вывоза и переработки отходов для использования в народном хозяйстве в качестве вторичного сырья и для предотвращения их отрицательного воздействия на окружающую среду.

292

12.2. СОСТАВ И СВОЙСТВА ОТХОДОВ

Химический состав отходов отличается от состава природных минеральных запасов. В одних случаях концентрация нужных для извлечения компонентов в отходах ниже, в других, наоборот, выше, чем в природном сырье. Иной может быть и форма химических соединений, в которых содержатся различные ценные компоненты, например, благородные или тяжелые металлы ит.д.

От состава отходов зависит способ их обезвреживания даже при использовании простейших методов, например обезвреживание на полигонах Так, летучая зола, шлак промышленных предприятий и мусоросжигательных установок и другие отходы могут быть приняты на полигоны. В отличие от них некоторые отходы химических предприятий являются токсичными, образующими опасные соединения, взрывоопасными: отходы больниц, атомных электростанций требуют особых мер предосторожности при вывозе в места обезвреживания.

Свойства отходов определяются не только их составом. Так, при использовании биологических методов обезвреживания и переработки отходов необходимы химико-физико-биологические исследования.

Формально любые виды отходов представляют собой совокупность тех или иных химических соединений, которые различными технологическими путями, в частности, за счет химических превращений могут быть преобразованы в нужные целевые продукты. Многие виды отходов можно без нанесения ущерба окружающей среде использовать

идля получения энергии вместо традиционных видов топлива (газа, нефти, угля). В странах Европы принятый способ депонирования отходов позволяет за счет выделения биогаза обслуживать энергией и теплом целые поселки и небольшие города.

Многие виды отходов представляют повышенную опасность для окружающей среды, городского и сельского населения из-за высокой токсичности. Даже их складирование или захоронение без соблюдения соответствующих предупредительных мер безопасности может привести к серьезным последствиям для природы и людей, экологическому ущербу. Особенно это относится к радиоактивным, взрывоопасным отходам, легколетучим отравляющим веществам.

Вто же время некоторые отходы по своему химическому составу

ифизическому состоянию являются безвредными, их можно закапывать, затоплять в морях и океанах.

293

ГЛАВА 13. РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

13.1. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

13.1.1. Механическая классификация

Грохочение – это разделение сыпучих материалов на фракции по размеру или крупности частиц (кусков) просеиванием на грохотах (ситах). Грохочение – распространенный технологический процесс в химической промышленности применяемый в сочетании с дроблением, а также как самостоятельная операция. Работа грохота в замкнутом цикле с дробилкой или мельницей обеспечивает повышение их производительности, снижение энергозатрат и получение продукта необходимого качества.

Разделение материала происходит при его движении относительно рабочей поверхности грохота (колосниковые решетки, перфорированные металлические листы-решета, сетки). При этом материал расслаивается, мелкие фракции постепенно проходят сквозь крупные и проваливаются через отверстия определенных размеров в рабочей поверхности, более крупные частицы остаются на рабочей поверхности и удаляются с нее (так называемый надрешетный продукт– обозначается цифрой, указывающей размер отверстия со знаком «плюс», например+ 50 мм); продукт, прошедший через отверстия, называется подрешетным и обозначается цифрой со знаком «минус». Для уменьшения износа рабочей поверхности грохочение проводят чаще всего через набор сит с последовательно уменьшающимися отверстиями. По размеру частиц продукта различают крупное (300–100 мм), среднее(100–25 мм), мелкое(25–5 мм) итонкое(5–0,5 мм) грохочение.

Основные характеристики грохочения: так называемая граница разделения фракций, определяемая размером отверстий в ситах; остатки материала на ситах после грохочения; производительность грохота по исходному материалу и готовому продукту; эффективность – отношение массы подрешетного продукта к массе фракции той же крупности в исходном материале. Показатель качества грохочения – так называемая засоренность З, характеризующая содержание(%) впродукте посторонних фракций:

294

А0 и А0' – массы пробы соответственно до и после отсева посторонних фракций.

Грохочение может быть сухим (т.е. происходить в среде воздуха или инертного газа) либо мокрым (материал подается на грохот вместе с водой или другой жидкостью). Наиболее распространено сухое грохочение, поскольку в большинстве процессов используется обезвоженный продукт. Однако для материалов с повышенной влажностью, или содержащих комкующие примеси, значительно эффективнее, если это допускается технологическим режимом и экономически целесообразно, мокрое грохочение, которое позволяет одновременно промывать материал и предотвращать пылевыделение [7].

Различают следующие виды грохотов: неподвижные (например, колосниковые); с движением отдельных элементов рабочей поверхности (например, с эластичным ситом); подвижные с колебательным (например, вибрационные, или инерционные), вращательным (например, барабанные) или волнообразным (например, специальные инерционные) движением рабочей поверхности; с перемещением материала в струе пульпы. По форме рабочей поверхности грохоты подразделяют на плоские, дуговые, барабанные, многогранные призматические (например, так называемые бураты), по расположению – на горизонтальные и наклонные, по числу сит – на одно-, двух- и многоситовые. Преимущественное применение имеют грохоты с колебательным движением: инерционные со свободными колебаниями – вибрационные, резонансные (частота возмущающих колебаний кратна частоте собственных колебаний системы), самобалансные (см. ниже); гирационные (эксцентриковые) с вынужденными колебаниями короба, сообщаемыми ему через жесткую кинематическую связь. Резонансные грохоты сложны по конструкции, гирационные вызывают сильную вибрацию опор, которая передается перекрытиям зданий. Поэтому указанные типы грохотов постепенно вытесняются более совершенными.

В химической технологии, например в производствах минеральных удобрений и химических средств защиты растений, особенно широко используют высокопроизводительные инерционные грохоты с механическим вибратором, или виброгрохоты (рис. 13.1). Они просты по конструкции, обеспечивают четкое разделение материалов (в том числе склонных к налипанию), удобны в эксплуатации. Корпус грохота в виде горизонтального или наклонного (угол наклона обычно 3–15°) прямоугольного короба с ситом опирается на плиту через упругие связи (на-

295

пример, металлические пружины или пневматические шины). Вибра- тор-вал со шкивами, несущими дебалансы (инерционные неуравновешенные грузы) установлен в подшипниках и приводится в движение через соединительную муфту непосредственно от электродвигателя или через механическую передачу. При вращении дебалансного вала возникают центробежные силы инерции, сообщающие коробу с ситом колебания (например, с частотой 600 мин–1 и амплитудой 5 мм). Достоинства виброгрохотов: при высокой частоте колебаний сит отверстия их почти не забиваются материалом; высокая производительность и точность грохочения; пригодность для грохочения разнообразных материалов (в том числе влажных и глинистых); компактность, легкость регулирования и смены сит; меньшийрасход энергии, чемдля грохотовдругих типов.

Рис. 131. Наклонный инерционный грохот с механическим вибратором: 1 – электродвигатель; 2 – шкивы с дебалансами; 3 – вал с подшипниками; 4 – короб; 5 – рабочая поверхность (например, решето); 6 – упругая опора; 7 – опорная плита

Возбудителями колебаний могут служить также электромагниты, через обмотки которых пропускают переменный ток. Однако из-за ограниченной площади рабочей поверхностисти электровиброгрохоты значительно менее распространены. Основные типы механических грохотов – наклонные с колебаниями короба по круговой или эллиптической траектории. Серийно выпускаются легкие, средние и тяжелые виброгрохоты для материалов с насыпной плотностью, меньшей или равной соответственно 1,2; 1,6; 2,5 т/м3.

296

Созданы и все шире применяются более совершенные инерционные грохоты. В них возвратно-поступательные колебания короба (при которых грохочение наиболее эффективно) генерируются двумя дебалансными валами, вращающимися в противоположные стороны. Для обеспечения нормальной работы грохота частоты вращения валов должны быть одинаковы и синхронизированы по фазе. Это достигается с помощью механического устройства, включающего, например, шестерни или зубчатые ремни. Однако из-за наличия механической передачи неизбежны износ движущихся частей и шум при работе грохота. Указанные недостатки устранены в грохотах, действие которых основано на открытом в СССР так называемом эффекте самосинхронизации вращения обоих кинематических, не связанных между собой дебалансных валов, закрепленных в бортовых стенках короба, который вибрирует под заданным углом к рабочей поверхности грохота. Применяют од- но-, двух- и многоситовые грохоты. Пример – многоситовый грохот (рис. 13.2) со значительно большими углами наклона рабочей поверхности, чем в других конструкциях; имеет высокую производительность, компактен, благодаря электроподогреву рабочей поверхности до 50 ° С может быть использован для грохочения влажных материалов. Самосинхронизирующиеся грохоты получают все большее распространение, поскольку позволяют обеспечить лучшие условия труда, резкое снижение объема ремонтных работ и простоев оборудования [19].

Рис. 13.2. Многоситовый самосинхронизирующийся грохот: 1 – короб; 2 – сита; 3 – вибровозбудитель; 4 – упругая опора

297

Увеличение угла наклона рабочей поверхности (до 25–34° и более), а также частот колебаний грохотов (в ряде случаев центробежное ускорение в 7 раз превышает ускорение свободного падения), реализуемое

вновых конструкциях грохотов, особенно актуально для мелкого и тонкого грохочения, поскольку приводит к повышению его эффективности.

Внекоторых конструкциях наклонных инерционных грохотов,

вотличие от традиционных, по длине рабочей поверхности создается неоднородное вибрационные поле. Это облегчает отделение мелочи

взоне загрузки и просев в зоне выгрузки грохота. При разделении влажных и склонных к налипанию материалов наряду с подогревом рабочей поверхности грохота ей сообщают волнообразное движение, что вызывает в ней циклические упругие деформации и способствует лучшей очистке от остатков материала. С целью снижения износа и забиваемости сит используют инерционные грохоты с эластичной деформируемой рабочей поверхностью из полимерных материалов, например, с резиновым ситом, выполненным из продольных нитей (диаметр 3–6 мм при зазоре между ними до 8 мм), опирающихся на поперечные гребенчатые планки. Одновременно с развитием инерционных наклонных грохотов возрастает применение горизонтальных. Последние подвергаются механическим колебаниям по эллиптической траектории и отличаются большой скоростью перемещения материала по рабочей поверхности и соответственно высокой производительностью [1].

13.1.2. Воздушная классификация отходов

Методы газовой классификации основаны на использовании различия траекторий движения крупных и мелких частиц в двухфазном потоке газ – твердые частицы. Отклонение траекторий движения достигается благодаря разной зависимости действующих на частицы альтернативных сил от размера частиц. При размещении в определенных местах аппарата поверхностей ввода и вывода достигается повышение содержания частиц соответствующих размеров в продуктах разделения.

Обычно в качестве несущей среды используется воздух за исключением тех случаев, когда недопустим контакт материала с кислородом или другими газами, входящими в состав воздуха [19].

Преимущества воздушной классификации по сравнению с гидравлическими методами разделения заключаются в отсутствии проблем, связанных с необходимостью сушки продуктов разделения. Для многих

298

материалов сухие методы являются единственно возможными ввиду изменения ими при смачивании своих физических свойств.

Целью процесса классификации может быть получение порошков с частицами меньше или больше заданного размера, обогащение порошков крупными или мелкими частицами относительно установленного граничного размера, а также разделение порошков на несколько частей (фракций, классов) с наложением определенных ограничений на дисперсный состав каждой части. Использование классификаторов в замкнутом цикле совместно с дробильно-размольным оборудованием обеспечивает снижение потерь за счет своевременной выгрузки частиц кондиционных размеров. Известно также использование разделения в воздушных потоках для анализа дисперсного состава порошков.

Кроме разделения по крупности в воздушных классификаторах возможно разделение по плотности частиц. При этом исходный материал должен иметь достаточно однородный дисперсный состав.

Область применения аппаратов определяется производительностью, качеством и диапазоном изменения граничной крупности разде-

ления δг.

Связь между дисперсными составами исходного материала и продуктов разделения устанавливается кривой разделения φ(δ), которая является важной и весьма информативной характеристикой процесса. Кривая разделения показывает отношение массы узкой фракции с размером частиц в пределах от δ до (δ + ∆δ), выходящих в крупный или мелкий продукты, ко всей массе частиц данной фракции. Типичная кривая разделения, называемая также кривой парциальных выносов, построенная для выноса в мелкий продукт, показана на рис. 13.3.

Рис. 13.3. Кривая разделения

299

Степень крутизны кривой разделения φ(δ) называется эффективностью разделения:

χφ = δδ25 ,

75

где δ25 и δ75 – размеры частиц, выход которых в мелкий продукт составил соответственно 25 и 75 %. Значения параметра cφ инвариантны по отношению к дисперсному составу исходного материала и поэтому могут служить для сравнения эффективности работы классификаторов. Величину эффективности разделения cφ следует указывать одновременно с производительностью аппарата и диапазоном размеров.

Размер δг = δ50 частиц, которые разделились поровну на крупные и мелкие продукты, называется граничным размером разделения. Значение кривой разделения при δг = δ50 равно φ(δг) = 0,5.

Для мелких частиц, размер которых близок к нулю, значения кривой разделения могут быть меньше единицы (φ(δ < 0) < 1), что объясняется их оседанием на более крупных частицах порошка, вместе с которыми они выходят в крупный продукт.

Величина δm (δm ≤ δmax) является наибольшим размером частиц, которые классификатор пропускает в мелкий продукт. В некоторых случаях величина dm может служить одним из критериев оценки работы аппарата применительно к конкретному технологическому процессу.

Наряду с характерными размерами δг и δm, а также кривой разделения φ(δ) для оценки качества разделения и применимости классификатора в конкретном случае используется ряд других показателей, которые условно можно разделить на следующие группы [19].

Критерии первой группы дают оценку качества разделения независимо от дисперсного состава исходного материала. Они используются разработчиками оборудования для сравнительной характеристики аппаратов. Для построения критериев данной группы используется понятие идеального разделения, при котором все частицы с размером меньше граничного выходят в мелкий продукт, а больше граничного – в крупный.

Критерии второй группы строятся на основании изменения дисперсного состава продуктов разделения относительно состава исходного материала. Эти критерии в большей степени характеризуют конкретный технологический процесс и интересуют технологов производства. Выбор критерия второй группы зависит от конкретной цели, для которой производится разделение. Например, в зависимости от дисперсного состава исходного

300