Оборудование для производства брикетов. Пресс экструдер (шнековый пресс)

Особенности экструдерного прессования

При разработке оборудования для производства топливных брикетов

Большое внимание к переработке растительных отходов продиктовано с одной стороны, получить энергетическое топливо, с другой стороны решить экологические проблемы, связанные с утилизацией отходов.

Топливные брикеты, полученные методом шнекового прессования - это экологически чистое и весьма калорийное топливо. Кроме того, топливные брикеты, полученные экструзионным способом, хотя и имеют заметную себестоимость, оказались наиболее экономически выгодными при использовании в качестве топлива.

Наиболее популярны топливные брикеты из опилок, хотя можно делать топливные брикеты из измельченной соломы, из отходов при переработке льна и т. п.

На практике приходиться сталкиваться с тем, что или представители фирмы наладчиков или эксплуатационный персонал сталкиваются с трудностями, чтобы добиться устойчивой работы пресса при различных материалах, попадающих в пресс-экструдер (оборудование для производства брикетов)

Цель данной статьи, в меру возможного, популярно изложить физические процессы, происходящие в прессе-экструдере при производстве топливных брикетов.

Шнековое прессование (экструзия) - метод формования в экструдере изделий неограниченной длины продавливанием аморфного материала через формующую головку с каналом необходимого профиля.

Аморфность измельченного материала достигается повышением температуры прессования до 250-300 0С за счет внутреннего и внешнего нагрева. Внутренний нагрев происходит при трении шнека по материалу.

Когда рассчитывается шнековый пресс учитывается общая теория, говорящая, что, если представить график по длине канала (это ось «x»), а по оси «y» откладывать свободную (где есть опилки) площадь в каждом сечении, то эта кривая должна быть плавно падающей, выходящей на величину сечения на выходе. Эта кривая и определяет качество процесса в шнековом прессе.

Если в каком либо сечении по этой кривой будет провал вниз, то есть сечение на каком-то участке занижено, то:

Во-первых, если провал небольшой и мощности двигателя хватает, чтобы протолкнуть опилки, то на выходе из сужения брикетный рукав расширяется, уменьшается плотность и тогда на выходе у него будет много трещин, и он будет рыхлый.

Во-вторых, если сечение сильно заужено, то поток опилок заклинит. И в этом случае происходит три варианта следствия:

- двигатель остановился, ток двигатель зашкалил; (двигатель вы, конечно, выключили);

- двигатель работает, брикетный рукав не идет, но мы видим, что в бункер подачи навстречу движения идёт поток опилок, как правило, уже чуть потемневшие; ток двигателя не дёргается, но немного повышенный;

- двигатель работает, брикетный рукав не идёт, потока назад нет или очень мал; ток двигателя яростно дёргается; через несколько секунд должен произойти паровой выброс (выстрел).

Здесь перечислены следствия при занижении сечении. Как правило, занижается в трёх местах:

- в районе начала последнего витка шнека;

- в районе непосредственно конца последнего витка шнека или шнековой насадки;

- в районе первой трети «носа» шнека или шнековой насадки.

В этих местах очень сложные переходы и шнека и фильер, и даже, если конструктор «вылизал» сечения, то при установке щнека игрой шайбами, чтобы двигать шнек по оси, мы всю геометрию ломаем. Двигая по оси, мы можем попасть на оптимальные сечения, но это вероятность, которая может быть и не в нашу пользу.

Место сужения проходного сечения можно определить по месту, где произошла остановка брикетного рукава. Для этого осторожно открываем голову экструдера и определяем место, где поток остановился (плотно забился).

Чтобы этот эффект исчез необходимо расширить сечение канала на этом участке.

Движение материала по каналу шнекового пресса происходит только в том случае, когда материал тормозится стенками (фильерами). Поэтому каждый шнековый пресс имеет фильеры с пазами. Особенно это важно на участке от конца последнего витка. Последний виток вращается и своей торцевой поверхностью трётся о прессуемый материал. При трении частицы материала захватываются и начинают вращаться. Пазы в фильере на этом участке экструдера должны останавливать это вращение, и оно должно быть полностью остановлено до входа в регулярное сечение.

Если пазы на этом участке малы или забиваются, то вращение материала происходит вплоть до входа в регулярное сечение и тогда брикетный рукав выходит, но на выходе разваливается на шайбы толщиной 20-30 мм. Физически это объясняется тем, что вращающийся от шнека материал останавливает вращение на входе в регулярное сечение, но это остановка происходит по всей длине до последнего витка, то есть нарушение сплошности происходит в сечении последнего витка шнека.

Отметим ещё одну особенность процесса при расчете шнекового пресса.

Плотность брикетного рукава должна быть в пределах 1.1-1.3 г/см3. Чтобы плотно сжать надо, чтобы вращающаяся поверхность последнего витка толкала перед собой материал и он в это время во что-нибудь упирался, чтобы было развито давление достаточное для сжатия до такой плотности. Это достигается изменением геометрии канала, сечение которого из ярко выраженного кольцевого переходит в регулярное сечение брикетного рукава. Длина этого перехода по оси пресса-экструдера и определяет величину сопротивления. Следовательно, угол наклона фильеры в этом районе и является определяющим для получения брикетного рукава заданной плотности.

Производительность шнекового пресса зависит также от плотности материала, который подаётся на последний виток шнека. При повышении плотности на последнем витке при сохранении скорости вращения шнека (объёма прессуемого материала) возрастает производительность экструдера.

Общеизвестно, что оптимальная влажность прессуемого материала должна быть от 6 до 12%. Поскольку прессование идёт при сравнительно высоких температурах, то та влага, которая находится в материале испаряется, выходит из брикетного рукава в виде пара и разрушает сплошность рукава и поэтому при разработке оборудования для производства топливных брикетов очень серьёзное внимание уделяется сушке измельченного материала.

Поскольку, при нагреве растительного материала (опилок) выделяется смола, то соединяясь с влагой и при остывании, это соединение становится достаточно плотным, склеивая тем самым весь объём материала. При влажности менее 6% уже недостаточно влаги, чтобы создать необходимое количество массы для склеивания.

Оборудование для производства брикетов, шнековый пресс