Изобретение относится к области прессов, а именно использования 5" маслоотжимных шнековых прессов большой производительности, применяемых на заводах масложировой промышленности в качестве форпрессов и экспеллеров для получения масла из различного растительного сырья, а по новому назначению - в качестве средства для обезвоживания и технологической сушки сыпучих, волокнистых и других сырьевых продуктов 10 путем полезного использования выделяемого тепла за счет сил трения, возникающих при приложении механической энергии в процессе их технологической переработки. Известно, что при традиционных способах сушки подобного сырья топливо и электроэнергия являются главными составляющими в отражении себестоимости получаемого конечного 5 продукта.

Заявляемое техническое решение является логическим продолжением первоначальных работ авторов по созданию универсального малогабаритного шнекового пресса - экструдера для переработки отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности, отходов сельскохозяйственного производства, шламов и дисперсных отходов в угольной промышленности с получением качественных топливных брикетов для бытовых нужд.

В Украине разработаны и утверждены технические условия для изготовления топливных брикетов, например, из древесных опилок и шелухи ^ ^• подсолнечника ТУ У 10.3-14063949 - 001-2001.

Одним из главных требований указанных ТУ является использование при брикетировании только «сухого» сырья (влажность 6-12%), поскольку при более высоких значениях влажности падает плотность брикета, происходит его растрескивание, а также возможен «отстрел» брикета In скапливающимся в канале экструдирования паром. Авторами в процессе разработки пресс - экструдера были получены патенты Украины на полезные модели по двум взаимосвязанным заявкам от 20.03.2007: JV 26139 «Процесс получения брикетов», N9.27142 «Шнековый пресс-экструдер для получения брикетов», а также патент РФ No 2369633 на ζ изобретение «Способ получения брикетов».

Реализованный при изготовлении шнековый пресс - экструдер имеет следующие технические характеристики:

Производительность 50-350 кг/час

Электропривод 18-22кВт

'Ю Обороты вала, об/мин 100-800

Габаритные размеры 1800х700х 1600мм

Вес(без привода), не более 150 кг

Комбинацией технологических параметров (обороты вала, усилие прессования, температурный режим) авторам удалось получать брикеты 15хорошего качества из древесного сырья и лузги подсолнечника с содержанием влаги в исходном состоянии от 40%. Температура прессования выбирается для каждого сырья отдельно и лежит в диапазоне 150-300°С.

Большинство потенциальных заказчиков указанного оборудования также заинтересовала возможность осуществления с его помощью энергосберегающей сушки сырья в промышленных технологических процессах его переработки.

В соответствии с ГОСТ 1 1305 были проведены эксперименты на древесной стружке по измерению массовой части общей влажности до и после каждого прохода с отбором проб и контролем влажности. При ^максимальной общей влажности древесины 65-70% и числе оборотов шнекового вала пресс- экструдера 650-700 об/мин удаление влаги за один проход составляет 20-25%. При этом производительность пресс - экструдера составляла 350-400 кг/час.

При числе оборотов вала 350-400 об/мин удаление влаги составило 30- Ьо 35% при соответственном снижении производительности.

При начальной влажности сырья 25-30% и числе оборотов вала 650-700 об/мин после одного прохода влажность полученного продукта была в пределах 5,5 - 7,5 % после остывания массы, что позволило использовать его для получения качественных брикетов в устойчивом технологическим режиме. Низкие значения оборотов шнекового вала пресс-экструдера позволяли выводить за один проход 45-50% влаги, но при этом существенно падает производительность до 50 -70 кг/час. Был изготовлен экземпляр 5 рассматриваемого пресс-экструдера применительно к технологической сушке древесных опилок, который успешно продолжает эксплуатироваться в технологической линии изготовления брикетов на фирме «Авангард», г. Воронеж, РФ.

Поэтому усилия были также направлены на поиск возможных путей ■fo существенного увеличения производительности шнекового пресса именно для осуществления технологической сушки сырья. Был проведен обширный патентно-информационный поиск по указанной проблеме.

Известно применение червячных (шнековых) прессов для обезвоживания и сушки различных полимерных и других легкоплавких 15 материалов, не обладающих связанной влагой в структуре материала в отличие от древесины, растительного сырья и т.п.

Так в области химического машиностроения известны способы отжима влажных материалов в червячной машине с удалением влаги через щели фильтр-корпуса машины, широко применяемые при обезвоживании

« этилцеллюлозы, ацетилцеллюлозы, перхлорвиниловых смол, различных полимерных материалов, а также других легкоплавких материалов (США: М.3595162, Кл. 100-37, 1970; ЛЬ3682444, Кл. 259-6, 1971 ; СССР: а.с. #2561680. ВЗОВ 9/12, 9/18, заявл. 11.05.1975, опубл. 15.06.1977; а.с. #«685517, ВЗОВ 9/00, 005О 21/00, заявл. 01.03.1978, опубл. 15.09.1979; а.с. #«837898, ВЗОВ

SL59/18, заявл. 04.09.1979, опубл. 15.06.1981 ; а.с. #«1121 155, ВЗОВ 9/12, заявл. 09.1 1.1982, опубл. 30.10.1984; а.с. #«889477, ВЗОВ 9/12, заявл. 17.08.1979, опубл. 15.12.1981, «Червячный пресс для обезвоживания высоковязких материалов»; «Червячная машина для сушки полимерных материалов», Rabber Process, Rabber and Plastik Age? 1962, v. #«43, 9, 980.)

ЬО Указанные способы направлены на автоматизированое управление процессом отбора влаги, чтобы предотвратить плавление обрабатываемого сырья, его замоноличивания и, как следствие, закоксование машины. В качестве управляющих параметров используются по отдельности и в комбинации изменение скорости вращения червячного вала, усилие S выходного прижимного устройства, количество подаваемого для обработки сырья, например, полимерного материала или каучуковой массы в канале размещения червяка. Следует отметить, что в применяемых червячных прессах отсутствует такой основополагающий для маслоотжимных шнековых прессов большой производительности узел как секционный зеерный барабан с размещенными в нем по окружности зеерными планками с зазорами между последними 0, 1 - 5 0,9 мм.

В качестве примера зарегистрированного изобретения на «применение» в рассматриваемой области техники следует указать патент РФ N<>2028945, ВЗОВ 9/14, заявл. 19.12.1991 , опубл. 20.02.1995 «Применение одночервячной машины для переработки пластмасс» по другому назначению в пищевой, 1о фармацевтической, химической промышленности, в частности, для переработки фруктов и овощей, масличных и других сельскохозяйственных культур для получения соков, растительных масел и пр.

Применительно к брикетированию топливных брикетов из растительного сырья влажное сырье обычно предварительно высушивают с

15 помощью энергетических теплоносителей. Например, по патенту Украины N° 38877, B27N3/00, 3/08, 6KXH.N-?4, 2001 на способ изготовления топливных брикетов из отходов древесины сушку сырья осуществляют до влажности 8- 10%. Предлагается целый мини-завод по пиролизной деструкции изношенных автомобильных покрышек. Полученную газовую смесь сжигают

<ц) Д.ля обогрева следующих партий деструктируемых резиновых изделий, а сушку отходов древесины осуществляют газовоздушной смесью в барабанной сушилке при температуре 220-250°С.

По патенту РФ N° 2046821 на способ изготовления топливных брикетов осуществляют измельчение древесных отходов, обработку перегретым водяным паром с температурой от 100°С до 300°С слоя частиц древесных отходов размером 0,4- 1 1 мм в режиме фильтрации пара со скоростью D 2,5 м/с.

Приведенные примеры наглядно показывают, что процесс сушки достаточно больших объемов исходного сырья является весьма трудоемким, }р энергоемким и требует значительных площадей.

Известны технологии прессования брикетов и конструкции шнековых пресс-экструдеров по аналогии с прессом для отжима масел из растительного сырья с одновременным его обезвоживанием в зеерной камере или с помощью других проницаемых для влаги и пара устройств.

55 Например, шнековый пресс для получения брикетов из древесины по а.с.СССР JVT2670455, ВЗОВ 9/12, опубл. 30.06.1979 содержит на цилиндрической части перфорированный отверстиями корпус, через который прессующим шнеком удаляется избыточная влага. Аналогичное решение известно также по патенту Украины JV246839, ВЗОВ 1 1/24, B27N3/28 на способ шнекового прессования брикетов и шнековый пресс для его

5 осуществления. В указанных патентах решается задача исключительно обезвоживания перерабатываемого сырья. Наиболее близкими аналогами заявляемому решению являются патент Украины на полезную модель способ получения брикетов N°47867, ВЗОВ 11/00, В27 N3/00, заявленный авторами 18.03.2008, опубл. 25.02.2010 на основе ранее поданной международной j о заявки по процедуре РСТ на способ и устройство для шнекового прессования с частичным указанием возможности технологической сушки сырья: PCT/UA 2008/000012 с приоритетом от 20.03.2007 по вышеуказанным двум более ранним взаимосвязанным заявкам.

Авторами указанного патента Украины N247867 решалась задача \5 усовершенствования способа получения качественных брикетов при любой начальной влажности сырья за счет использования свойств конструкции отжимать излишнюю влагу и одновременно эффективно нагревать перерабатываемое сырье до оптимальной температуры выделяемым теплом в процессе продвижения сырья шнеком.

2.0 В зависимости от влажности исходного сырья оценивают необходимость в его предварительной технологической сушке до требуемой влажности.

Конкретной особенностью способа- прессования является то, что предварительную технологическую сушку сырья осуществляют с 25 использованием указанного универсального пресс-экстру дера, для чего проводят один или несколько последовательных проходов сырья по каналу экструдирования при снятой формующей брикет матрице. При необходимости осуществляют перезагрузку сырья с выхода пресса вновь в приемное устройство.

%0 Другим конкретным отличием способа является то, что технологическую сушку значительных объемов переувлажненного сырья в непрерывном режиме с накоплением осушенной его массы осуществляют путем установки на выходе из канала пресса конической гайки для регулирования степени разогрева и предварительного прессования в зоне

35 дробления и разогрева канала экструдирования. Шнековый пресс-экструдер, сконструированный и работающий по заявленному способу позволяет осуществлять подготовку сырья в виде технологической сушки без использования специальных сушильных агрегатов. При использовании исходного сырья с повышенной влажностью возможно существенно снизить мощность, что подводится к валу шнекового пресса за счет уменьшения затрат энергии на преодоление сил трения для продвижения сырья по каналу экструдирования. При этом существенно снижаются осевые и радиальные нагрузки на рабочую камеру и шнеки, что позволит снизить металлоемкость пресса. i Полученное техническое решение, может быть использовано для технологической сушки сырья в промышленных масштабах в непрерывном технологическом процессе при условии значительного увеличения производительности. Данная задача может быть оперативно решена только при использовании шнековых прессов большой производительности с уже

{>5 отработанной надежной конструкцией, а также производственной базой для их изготовления. Наиболее близкими в этом плане являются пресса, используемые в масложировой промышленности. Их изготовление (как форпрессов, так и экспеллеров) освоено в Украине, России, Республики Беларусь, а также в странах Евросоюза, например, в Германии. Производительность их при переработке маслосо _^ держащего сырья может достигать сотен тонн сырья в сутки.

Известны маслоотжимные шнековые прессы большой производительности (более 1000 кг/час) непрерывного действия, широко применяемые на предприятиях маслодобывающей промышленности в S качестве основного оборудования при получении масла прессованием и его первичной очистки (см., например, «Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и жиров», т.1, ВНИИЖир, Ленинград, 1960 и 1975 гг.). По сравнению с гидравлическими шнековые прессы обеспечивают непрерывность технологического процесса, увеличивают выход масла из семян, позволяют автоматизировать производственный процесс, облегчают труда обслуживающего персонала, значительно улучшают санитарное состояние цехов .

Все известные типы шнековых прессов могут быть разбиты на три основные группы:

' S ^~ 1) прессы для предварительного съема масла (форпрессы) ;

2) прессы для окончательного съема масла (экспеллеры); 3) прессы двойного действия, в которых осуществляется предварительный и окончательный съем масла в одной машине.

Независимо от того, к какому типу относится тот или иной пресс они имеют общие основные узлы: шнековый вал, на котором размещены шнеки,

5- насадки, зеерные барабаны охватывающие все насадки, причем зеерные планки (колосники), составляющие зеерные барабаны, имеют различные щели между собой, уменьшающиеся по мере продвижения масляного жмыха к выходной части пресса. Число зеерних барабанов может быть различным, но наиболее распространенными являются четырехсекционные прессы. Для ю иллюстрации на фигуре предлагается чертеж общего вида форпресса (ФП), где:

1- Опорные стойки; 2- левая рама; 3- правая рама; 4 - корпус редуктора; 5 - корпус левого подшипника; 6 - корпус правого подшипника; 7 - правый подшипник; 8 - стяжные болты; 9- полумуфта подшипника; 10 IS - винтовая лопасть; 1 1 - вал питателя; 12 - шарикоподшипник верхний; 13 - шарикоподшипник нижний; 14 - полумуфта шнекового вала; 15 - стальные брусья; 16 - втулка; 17 - штурвал; 18 - втулка - гайка штурвала; 19 - втулка крепления конуса; 20 - конус; 21 - опорное кольцо зеера; 22 - боковой стальной лист; 23 - сетка; 24 - приемная о коробка для масла; 25 - выходной патрубок; 26 - нижняя половина зеерного цилиндра; 27 - верхняя половина зеерного цилиндра; 28 - стяжные шпильки с гайками.

Масса прессов различного исполнения колеблется от одной до пяти тонн, а производительность как прессов ФП, так и прессов &5'Экспеллеров МПЭ колеблется для различных сырьевых материалов от 35 /сутки (например, лен) до 1000 т/сутки и выше (подсолнечник) и зависит от объема приемной камеры подающего шнека, числа оборотов, шнекового вала и величины выходного зазора между оконечной насадки пресса и регулирующей гайкой.

'Зо Типичные значения числа оборотов шнекового вала составляют 5-30 об/мин, что естественно требует применения достаточно мощных редукторов (до 14000 Н/м на тихоходном валу редуктора), поскольку усилия при отжиме масла из жмыха достигают десятков тонн. Это обусловливает достаточно большую металлоемкость пресса и высокую прочность его конструктивных

56 ^" элементов. Применение редукторов позволяет применять для осуществления вращения электродвигатели достаточно небольшой мощности (15-20 кВт), с числом оборотов в минуту от 750 до 1500. Экспеллеры отличаются от форпрессов повышенным давлением внутри зеерных барабанов и на выходе пресса, чтобы извлечь оставшееся в жмыхе после форпресса масло до приемлемого остаточного значения (2 - 5%). Их производительность при прочих равных конструкционных параметров с ФП ниже последних, так как МЭП имеют низкие значения вращения шнекового вала (5-20 об/мин). Кроме того, сырье для обработки в МЭП должно проходить специальную подготовку (измельчение, увлажнение и пр.).

Технологические режимы работы прессов ФП и МЭЛ, а также требования к параметрам перерабатываемого сырья, как правило, подробно описаны вo инструкциях прилагаемых к оборудованию, а также в специальной литературе по масложировой тематике.

Для более эффективного отбора масла из жмыха сырье разогревают в специальных жаровнях, в некоторых случаях применяют горячий пар для разогрева шнекового вала насадок и зеерных барабанов, поскольку саморазогрев пресса за счет сил трения при его значительной массе происходит достаточно долго (до нескольких часов). При этом эффективность отбора масла в этот промежуток времени недостаточна и выходящий из пресса жмых (ракушка) имеет повышенную масляничность . При перегреве пресса качество масла ухудшается, поэтому в этом случаео рекомендуется охлаждать конструкцию водой.

Таким образом, имеются значительные отличия в работе маслоотжимных прессов большой производительности по сравнению с указанным выше универсальным пресс-экструдером. Авторам также неизвестны какие-либо данные по использованию маслоотжимных прессов5 большой производительности по другому назначению, в части, по их применению для удаления влаги и технологической сушке других сырьевых продуктов, например, древесных опилок или мокрой массы при утилизации тетрапакетов с целью извлечения из них полиэтилена и получения из него технологических гранул.

5о Для доказательства возможности применения маслоотжимных прессов большой производительности по другому назначению, в частности в качестве технологической сушки были осуществлены следующие эксперименты.

На серийном маслоотжимном прессе МП-600 , отработавшем свой ресурс (производительность свыше 600 кг/час по входному сырью), Ъ5 имеющим четырехсекционный зеерный барабан, загрузочную камеру с подающим шнеком объемом 3,9 л, редуктор с частотой вращения тихоходного вала 12 об/мин и крутящим моментом 14000 Н/м, электродвигателем 15кВт с числом оборотов 1500 об/мин была опробована технологическая сушка опилок с предельной влажностью до 70% , а также сырьевой массы, получаемой при утилизации тетрапакетов различного " назначения, состоящей из смеси измельченного картона (бумаги) и полиэтиленовой пленки, имеющей влажность 65-70%.

После выбора оптимального значения выходной щели между последней насадкой на шнековом валу и конусной регулировочной гайкой при числе оборотов вала 12 об/мин были получены следующие результаты на древесных опилках и на сырьевой массе из тетрапаков.

1) Древесные опилки: входная влажность 65-70%), влажность на выходе 20-25%, температура сырья на выходе П О - 1 15°С, производительность 180-200 кг/час по входному сырью;

Входная влажность 30-35%, влажность на выходе 15-18%, температура сырья на выходе 1 15-120°С, производительность 140-

150кг/час по входному сырью.

При увеличении числа оборотов шнекового вала до 50 об/мин. Производительность в первом случае возросла до 1000 кг/час по входному сырью, а во втором случае - до 650-700 кг/час. Для обеспечения выходаo влаги через все зеерные секции необходима соответствующая регулировка зазоров между зеерными планками. В обоих случаях происходит интенсивное вытекание воды из всех секций зеерных барабанов вместе с выходом пара из выходящей массы. В последней секции зеерной камеры выход пара имеет место при пониженной входной влажности сырья менее 30%.

После остывания полученной массы до температуры окружающей среды ее влажность дополнительно понижается на 3- 5 %. Повторное пропускание массы не приводит к дальнейшему существенному уменьшению влажности сырья, приближаясь к 14-15%. 0 Также был проведен эксперимент по технологической сушке на сырье, имеющем входную влажность всего 4-5%. После пропускания такой массы через канал шнекового пресса влажность сырья на выходе устанавливалась на уровне тех же значений 14-15%.

Как показал анализ, это связано с разрушением структуры клеток 5- древесины в процессе прохождения по каналу зеерных камер и интенсивным измельчением сырья с выделением связанной влаги и лигнина из тела клетки. Использование такого сырья для получения брикетов в шнековом брикетировщике дало возможность получить качественные брикеты с плотностью до 1 ,2 г/см . Следует отметить, что сырье с влажностью 14-15% и температурой 1 10 - 1 15°С перспективно для непосредственного его применения в грануляторах, так как имеет нужную температуру. Применение заявляемой технологической сушки сырья с указанными параметрами в принципе может исключать использование парогенераторов в технологических линиях по изготовлению гранул (пеллет). При необходимости сырье в указанных линиях без проблем может досушиваться до 10 - 12% с помощью воздухонагревательных установок

2) Сырьевая масса из тетрапаков: исходная влажность 65%, влажность сырья на выходе 8 - 10%, производительность по входному сырью 180 - 200 кг/час.

Наблюдалось интенсивное истечение воды по всей длине зеерного барабана из всех четырех его секций. Выделения влаги в виде пара не наблюдалось.

С учетом представленных данных заявляемое решение полностьюо соответствует нормативным требованиям, предъявляемым к изобретению на применение.