Streszczenie Abstract 1. Wstęp - Archiwum Gospodarki Odpadami i

Archives of Waste Management
Archiwum Gospodarki Odpadami
and Environmental Protection
http://ago.helion.pl
ISSN 1733-4381, Vol. 11 (2009), Issue 1, p-55-62
Badanie wpływu charakterystyki odpadów na efektywność pracy młyna
nożowego
Wandrasz Janusz W.1, Hryb W.2
1
Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów
Politechnika Śląska w Gliwicach
ul. Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice;
tel. 048 32 237 12 13, fax +48 32 237 11 67
e-mail: [email protected]
2
Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów
Politechnika Śląska w Gliwicach
ul. Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice;
tel. 048 32 237 21 04, fax +48 32 237 11 67
e-mail: [email protected]
Streszczenie
W dostępnej literaturze, jak również w katalogach oferowanych przez producentów
urządzeń przetwarzania odpadów, można stwierdzić brak charakterystyk ich pracy dla
różnych odpadów. Przeprowadzone badania prezentują wpływ właściwości materiału
rozdrabnianego, jak również wielkości oczek sita na efektywność pracy i zużycie mocy
czynnej młyna rozdrabniającego. Prezentują celowość stosowania takich charakterystyk
przy projektowaniu instalacji przetwarzania odpadów.
Abstract
Study of influence of waste characteristics on the cutting tool mill operation efficiency
Both professional literature and catalogues offered by the producers do not include the
operating characteristics of waste recycling equipment for the various wastes. The objective
of the study was to determine the impact of material properties as well as the size of the
mesh sieve on the effectiveness of work and power consumption of the mill. The
usefulness of such characteristics in the design of the waste processing facility is presented.
1. Wstęp
Niezbędnym procesem realizowanym w ramach przetwarzania odpadów jest proces ich
rozdrabniania.
Rozdrabnianiem – nazywa się operację rozdzielania ciał stałych na cząstki za pomocą siły
zewnętrznej niszczącej ich wewnętrzną spoistość [1].
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 1 (2009)
56
Podstawowym celem operacji rozdrabniania stosowanej przy przetwarzaniu odpadów jest
[2]:
•
zwiększenie powierzchni właściwej odpadów, w celu przyspieszenia dalszych
procesów, którym mają podlegać – zazwyczaj rozdrabnianie prowadzone jest w
ramach obróbki wstępnej odpadów jako podstawowa operacja technologiczna;
•
uzyskanie produktu o określonym rozmiarze cząstek (odpowiednim składzie
granulometrycznym) – często prowadzone jest w ramach obróbki końcowej.
W zależności od rodzaju odpadu, jego właściwości i ilości, stosowane są różnego rodzaju
rozdrabniacze. Dobór właściwego urządzenia do przewidywanej ilości i składu
morfologicznego przerabianych odpadów stanowi podstawowy warunek skutecznego
procesu ich segregacji i przetwarzania. Producenci urządzeń podają najczęściej jedynie
podstawowe informacje dotyczące ich wydajności, mocy znamionowej, gabarytów, wagi,
itp. Brak jest natomiast informacji dotyczących efektywności pracy tych urządzeń dla
konkretnego rodzaju i składu odpadów, np. poleca się młyn do rozdrabniania tworzyw
sztucznych, jako rozdrabniacz tekstyliów. Dlatego celem przeprowadzonych badań było
określenie wpływu właściwości materiału rozdrabnianego (masa, wilgotność, powierzchnia
itp.) jak również wielkości oczek sita (osprzęt młyna) na efektywność pracy (czas
rozdrabniania) i zużycie mocy czynnej młyna. Do badań użyto młyn produkcji Trymet typ
T4-5,5 SW.
W praktyce przy doborze sposobu rozdrabniania, należy uwzględnić następujące
uwarunkowania [3]:
•
podatność
materiałów
na
rozdrabnianie,
zależna
od
właściwości
wytrzymałościowych rozdrabnianych materiałów (modułu sprężystości i granicy
wytrzymałości),
•
pracę techniczną niezbędną do rozdrobnienia danego materiału, zależną od
struktury materiału (szczególnie ważne w przypadku materiałów polimerowych i
często ich dwufazowej struktury),
•
czas przebywania materiału w przestrzeni roboczej rozdrabniacza, zwiększenie
stopnia rozdrobnienia związane jest przede wszystkim ze zwiększeniem
hipotetycznej liczby zetknięć materiału z elementami roboczymi (funkcjonalnymi)
maszyny rozdrabniającej. Przedłużenie czasu, ma wpływ na wydajność procesu,
destrukcję i degradację rozdrabnianego tworzywa.
2. Opis stanowiska badawczego
Stanowisko badawcze [4] składało się z młyna produkcji Trymet typ T4-5,5 SW oraz
tablicowego miernika mocy czynnej typ PA39 (pomiar mocy czynnej w sieci 3-fazowej, 4przewodowej niesymetrycznie obciążonej, klasa dokładności przyrządu 1,5%). Stanowisko
badawcze przedstawiono na rys.2.1.
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009)
57
Rys.2.1. Stanowisko badawcze młyna produkcji Trymet wraz z tablicowym miernikiem
mocy czynnej firmy Lumel.
Młyn, w zależności od rodzaju rozdrabnianego materiału, wyposażony jest w łamacz płaski
do folii, papieru, tektury i tekstyliów lub hakowy do tworzyw sztucznych. Młyn posiada
także dwa wymienne sita o wielkości oczek 8 i 14 mm. Wyposażenie młyna przedstawiono
na rys. 2.2
Rys.2.2. Osprzęt młyna: dwa wymienne sita, dwa łamacze – płaski (po prawej) i hakowy
(po lewej).
W komorze rozdrabniania mechanizm rozdrabniający stanowią 3 zamontowane noże
ruchome i 5 noży stałych osadzonych w korpusie młyna, co przedstawiono na rys.2.3.
Młyn wyposażony jest dodatkowo w wizjer umożliwiający obserwację procesu
rozdrabniania w komorze.
Młyn typu T4-5,5 SW jest przeznaczony do rozdrabniania przede wszystkim tworzyw
sztucznych, takich jak: opakowania po chemii gospodarczej i produktach spożywczych,
pudełka, skrzynki, kubki, doniczki, profile cienkościenne, rury cienkościenne, płytki, itp..
Rozdrabniać w nim można także inne materiały – takie jak papier, tekturę, folię i tekstylia
jednakże w przypadku tego typu materiałów należy zastosować łamacz płaski.
58
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 1 (2009)
Urządzenie posiada stabilną spawaną konstrukcję stalową posadowioną na podstawkach
wibroizolacyjnych. Napęd główny stanowi silnik elektryczny, napędzający mechanizm
rozdrabniający [5].
Właściwe rozdrabnianie surowca odbywa się w korpusie rozdrabniającym pomiędzy
wzajemnie współpracującymi nożami. Materiał przeznaczony do rozdrobienia wrzucany
jest do wsypu maszyny, poprzez który trafia dalej do wnętrza korpusu rozdrabniającego, na
mechanizm rozdrabniający. Po rozdrobnieniu produkt wyrzucany jest odśrodkowo poprzez
sito do podwieszonego worka [5].
W pracy [4] badano zależności dla okresowej pracy młyna, ze względu na to, że jest on
najczęściej wykorzystywany w małych zakładach, gdzie proces rozdrabniania realizowany
jest po zebraniu odpowiedniej ilości odpadów konkretnego rodzaju, np. tworzyw
sztucznych. Podawanie materiału odbywa się ręcznie. Dane techniczne młyna produkcji
Trymet typ T4-5,5 SW przedstawiono w tabeli 2.1
Zużycie mocy czynnej dla biegu jałowego młyna, tzn. pracy z pustą komorą rozdrabniania
wynosi 1,1 kW.
Tab. 2.1. Dane techniczne młyna produkcji Trymet typ T4-5,5 SW [5]
Wartość/określenie Jednostka
zasilanie elektryczne:
L3NPe
napięcie
400
V
Hz
częstotliwość
50
moc znamionowa silnika elektrycznego
5,5
[kW]
liczba noży ruchomych
3
[szt.]
liczba noży stałych
5
[szt.]
załadunek
ręczny
gabaryty:
szerokość
800
[mm]
długość
1600
[mm]
wysokość
1500
[mm]
sito:
średnica otworów w sicie
8
[mm]
średnica otworów w sicie
14
[mm]
max. wydajność*
100
[kg/h]
max. poziom hałasu **
87
[dB(A)]
masa całkowita
380
[kg]
*Wydajność jest między innymi ściśle uzależniona od:
stanu ostrzy noży, wielkości oczek w zainstalowanym sicie (im większe oczka, tym
większa wydajność), rodzaju rozdrabnianego materiału i jego właściwości fizycznych,
równomiernego dozowania określonej porcji wsadowej materiału.
**poziom hałasu uzależniony jest od:
- rodzaju rozdrabnianego materiału,
- warunków ekspozycji maszyny.
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009)
59
Rys. 2.3. Mechanizm rozdrabniający młyna - 3 noże ruchome i 5 noży stałych.
3. Wyniki badań
Materiałem rozdrabnianym była tektura i butelki PET. Przykładowe wyniki z
przeprowadzonych badań przedstawiono graficznie na rys. 3.1, 3.2, 3.3 i 3.4. Rys.3.1
przedstawia wpływ masy próbki rozdrabnianej tektury i wielkości oczek sita na czas
potrzebny do jej rozdrobnienia, a rys.3.2 prezentuje zależność zużycia mocy czynnej
urządzenia od masy rozdrabnianej tektury i wielkości oczek sita.
sito 14 mm
sito 8 mm
sito 8 mm
sito 14 mm
30
t = 0,0555m
2
R = 0,955
t [s]
25
20
15
10
t = 0,0397m
2
R = 0,9862
5
0
0
100
200
300
400
500
m [g]
Rys. 3.1. Wpływ masy próbki i wielkości oczek sita na czas rozdrabniania tektury (suchej).
Na rys. 3.3 przedstawiono wpływ zawartości wilgoci w próbce tektury na zużycie mocy
czynnej urządzenia. Zarejestrowany spadek mocy czynnej urządzenia po przekroczeniu
30% zawartości wilgoci w materiale wynikał ze zmiany struktury tektury w wyniku jej
rozmiękczenia. Powoduje to zaklejanie powierzchni czynnej sita i większość materiału
pozostaje w komorze rozdrabniania, co przy ciągłym podawaniu materiału do młyna
uniemożliwia dalszy proces rozdrabniania. Dlatego można stwierdzić, że młyn produkcji
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 1 (2009)
60
Trymet ze względu na swoją budowę nie nadaje się do rozdrabniania tektury o zawartości
wilgoci powyżej 30%. Rys.3.4 przedstawia porównanie wpływu masy i wymiarów butelek
PET na zużycie mocy czynnej młyna [4].
7
6
N [kW]
5
sito 14 mm
4
sito 8 mm
N = 0,0125m + 1,1
2
R = 0,9949
3
sito 8 i 14 mm
2
1
0
0
100
200
300
400
500
m [g]
Rys.3.2. Wpływ masy próbki tektury i wielkości oczek sita na zużycie mocy czynnej
urządzenia.
6
5
N [kW]
4
N = -0,002w 2 + 0,1529w + 3,2
R2 = 0,9995
3
2
1
0
0
10
20
30
40
w [% m.w.]
maksymalna zawartość wilgoci w materiale rozdrabnianym dla
młyna produkcji Trymet typ T4–5,5SW
Rys.3.3. Wpływ zawartości wilgoci w próbce tektury na zużycie mocy czynnej urządzenia
dla sita 14 mm.
Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol. 11 issue 1 (2009)
butelki 1,5 l
butelki 0,5 l
butelki 1,5 l
61
butelki 0,5 l
7
N = 0,0111m + 1,1
R2 = 0,9464
6
N [kW]
5
4
3
N = 0,0076m + 1,1
R2 = 0,8834
2
1
0
0
100
200
300
400
500
m [g]
Rys.3.4. Porównanie wpływu masy próbki na zużycie mocy czynnej urządzenia dla
różnych rozmiarów butelek dla sita o wielkości oczek 14 mm.
4. Wnioski
W wyniku badań procesu rozdrabniania tektury i butelek PET w młynie produkcji Trymet
typ T4-5,5 SW uzyskano zależności zużycia mocy czynnej urządzenia i czasu potrzebnego
do rozdrobnienia w funkcji masy, rozmiarów i wilgotności próbki odpadu oraz wielkości
oczek sita [4].
Wyniki uzyskane z przeprowadzonych badań rozdrabniania tektury wykazały, że:
•
ze wzrostem masy jednorazowo podawanej próbki tektury zwiększa się zużycie
mocy czynnej młyna, jak również wydłuża się czas potrzebny do jej
rozdrobnienia,
•
ze wzrostem wielkości oczek sita liniowo skraca się czas potrzebny do
rozdrobnienia materiału, a zatem rośnie wydajność procesu,
•
rozmiar podawanych kawałków tektury nie ma wpływu na czas potrzebny do ich
rozdrobnienia i zużycie mocy czynnej do momentu, kiedy przekroczy się tzw.
graniczny - maksymalny rozmiar cząstek materiału, który powoduje zwiększenie
czasu rozdrabniania, a zatem zmniejszenie wydajności młyna. O wartości
granicznej rozmiarów cząstek podawanego materiału dla tego rodzaju młynów
decyduje głównie wielkość komory rozdrabniania, która determinuje wielkość
otworu zasypowego.
•
wzrost zawartości wilgoci w tekturze do tzw. granicznej wilgotności (30%)
powoduje zwiększone zużycie mocy czynnej urządzenia. Powyżej wilgotności
Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 1 (2009)
62
granicznej ze wzrostem wilgotności zużycie mocy czynnej zaczyna maleć, co
związane jest z utratą spójności struktury tektury.
Wyniki uzyskane z przeprowadzonych badań rozdrabniania butelek PET wykazały, że:
•
ze wzrostem masy jednorazowo podawanej próbki zwiększa się zużycie mocy
czynnej młyna, jak również wydłuża się czas potrzebny do jej rozdrobnienia,
•
im większy rozmiar butelek PET tym wyższe zużycie mocy czynnej urządzenia
i dłuższy czas potrzebny do ich rozdrobnienia.
Wyniki badań stanowią przykład charakterystyki tego typu urządzeń, których opracowanie
winno stanowić jeden z elementów analiz optymalizacyjnych. W przyszłości planuje się
doposażyć młyn w cyfrowy miernik wraz z odpowiednim oprogramowaniem (stanowisko z
komputerem) pozwalającym na stały monitoring zużycia energii, jak również doposażyć
młyn w system dozujący i przenośnik taśmowy pozwalający na przeprowadzenie badań dla
pracy ciągłej urządzenia.
,,Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2005-2007 jako projekt
badawczy”
Literatura
[1]. Koch R., Noworyta A., Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej, Wydawnictwa
Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1995
[2]. Praca zbiorowa pod redakcją Skalmowskiego K.: Poradnik gospodarowania odpadami.
Wydawnictwo Dashoefer Sp. z o. o. W - wa 2001
[3]. Bieliński M.:,,Uwarunkowania techniczne recyklingu materiałowego”, miesięcznik
Recykling Review, listopad 2003, str. 32-36
[4]. Hryb W.:,, Analiza optymalizacyjna procesów segregowania i sortowania odpadów”
Rozprawa doktorska, maszynopis dostępny w bibliotece Politechniki Śląskiej, Gliwice,
12.2007
[5]. Dokumentacja Techniczno-Ruchowa DTR NR T4-5,5SW-1919 PILCHOWO 2006