способ брикетирования лигносодержащих материалов и комплекс средств для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ брикетирования лигносодержащих материалов, включающий дозирование их, подачу в пресс, обработку паром с температурой 100-250^oС и прессование, отличающийся тем, что прессующую камеру предварительно нагревают до температуры 300^oС, обработку паром осуществляют в процессе прессования при подаче пара под давлением 2-25 ати, подачу пара осуществляют циклически таким образом, что начало подачи пара соответствует времени начала прессования брикетируемого материала, затем подачу пара прекращают, причем суммарное время подачи пара и прекращения подачи пара равно времени прессования и время подачи пара на 5-15 с меньше времени прессования.

2. Комплекс средств для брикетирования лигносодержащих материалов, включающий бункер, дозатор, пресс, прессующую камеру, образующую внутреннюю полость с газоотводящими каналами, отличающийся тем, что корпус пресса выполнен в виде усеченного конуса с размещенным в нем шнеком, прессующая камера является сменной, своей конфигурацией соответствующей конфигурации прессуемого изделия, причем внутри камеры выполнена, по крайней мере, одна канавка, сообщенная, как минимум, с одним калиброванным отверстием для подачи пара, которое сообщается с парообразователем при помощи соединительных шлангов.

3. Комплекс средств по п.2, отличающийся тем, что винтообразные каналы для выхода газов выполнены в формующем стержне, соединенном со шнеком пресса.

4. Комплекс средств по п. 2, отличающийся тем, что каналы для выхода газов выполнены в виде змейки внутри камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству формованных изделий из лигносодержащих материалов и может быть использовано для коммунально-бытовых и промышленных нужд.

Известен способ получения топливных брикетов, включающий в себя дозирование, измельчение, рассев, сушку, смешивание и прессование торфа, лигнина и каменного угля (см. авт. св. 1544789, С 10 F 7/06, от 25.04.88, опубл. 23.02.90).

Недостатком данного способа является недостаточное качество и ограниченная сфера применения (для получения топливных брикетов).

Известен также способ изготовления топливных брикетов из древесных отходов, включающий измельчение древесных отходов, обработку до 300^oС перегретым водяным паром в режиме фильтрования и последующее прессование (см. патент РФ 2046821, С 10 L 5/44, от 12.08.92, опубл. 27.10.95, прототип).

Недостатком данного способа является ограниченный перечень применяемых для прессования материалов, сложность его осуществления и узкая сфера применения, преимущественно для получения топливных брикетов.

Задачей изобретения является повышение экономичности способа путем его упрощения при одновременном повышении качества, расширении сферы применения.

Поставленная задача выполняется способом брикетирования лигносодержащих материалов, включающим дозирование их, подачу в пресс, обработку паром с температурой 100-250^oС и прессование, по изобретению прессующую камеру предварительно нагревают до температуры 300^oС, обработку паром осуществляют в процессе прессования при подаче пара под давлением 2-25 ати, подачу пара осуществляют циклически таким образом, что начало подачи пара соответствует времени начала прессования брикетируемого материала, затем подачу пара прекращают, причем суммарное время подачи пара и прекращения подачи пара равно времени прессования и время подачи пара на 5-15 с меньше времени прессования.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом позволяет выделить признаки, отличающие предлагаемый способ от прототипа, что соответствует критерию "новизна".

Анализ технических решений не выявил среди них решений, совпадающих с отличительными признаками предлагаемого способа, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

Способ осуществляется следующим образом.

Исходный материал засыпается в бункер, откуда дозатором подается в пресс, где при помощи шнека поступает в прессующую камеру, своей конфигурацией соответствующей конфигурации прессуемого изделия. Прессующая камера предварительно подогрета до 300^oС. В момент брикетирования для разрушения клеточных стенок и выделения содержимого клеток подают пар, давлением 2-25 ати и температурой 100-250^oС, причем пар подают циклически, а суммарное время подачи пара и прекращения подачи равно времени формирования брикетируемого изделия. Начало подачи пара соответствует времени начала формирования брикетируемого изделия, а продолжительность подачи пара зависит от массы и состава брикетируемого изделия и подбирают ее экспериментально.

Давление пара 2-25 ати является оптимальным для данного процесса. Оно способствует разрушению клеточных стенок и сцеплению лигносодержащего материала, повышая прочность получаемого изделия. При снижении давления менее 2 ати процесс насыщения паром материала прекращается, а следовательно, прекращается выполнение основной функции пара - пронизывание материала.

При увеличении давления более 25 ати происходит значительное повышение энергетических затрат, что делает процесс дорогостоящим.

Минимальная температура процесса 100^oС является минимальной температурой активного парообразования. Выше 250^oС нагревать также нецелесообразно, так как заметного улучшения прохождения процесса прессования не происходит.

Время подачи пара на 5-15 с меньше времени прессования, выбрано экспериментально и является оптимальным. При снижении разрыва менее 5 с резко ухудшается качество изделия из-за разрывов материала паром, так как промежуток времени выхода пара из изделия мал. При увеличении разрыва более 15 с происходит прикипание изделия к прессующей камере, что снижает качество изделий и может привести к поломке пресса.

Пример 1. Исходный материал, опилки лиственных пород влажностью 10% загружают в бункер, откуда дозатором подают в пресс и шнеком - в прессующую камеру, предварительно разогретую до 300^oС. В начале брикетирования подают пар давлением 5-10 ати и температурой 120^oС. Время брикетирования 30 с. Подача пара 15 с. Получают брикет влажностью 6-8% с глянцевой поверхностью, очень плотный, пригодный для топлива.

Пример 2. Берут 20 кг измельченной соломы размером частиц 3-5 мм, влажностью 18%, загружают в бункер, откуда дозатором подают в пресс и шнеком - в прессующую камеру. Предварительный нагрев камеры - 300^oС. В начале брикетирования подают пар давлением 10-12 ати и температурой 180-200^oС. Время брикетирования 30 с. Подача пара 20 с. Получают брикет влажностью 10%, пригодный для топлива.

Пример 3. Исходный материал - опилки хвойных и лиственных пород влажностью 12%, 20 кг, загружают в бункер, откуда дозатором подают в пресс и шнеком - в прессующую камеру. Предварительный нагрев камеры 300^oС. В начале брикетирования подают пар давлением 20-25 ати и температурой 245-250^oС. Время брикетирования 30 с. Подача пара 25 с. Формируют изделие типа плинтус. Полученное изделие отличается высокой прочностью, имеет глянцевую поверхность. Влажность 8%.

Пример 4. Исходный материал - лигнин влажностью 12%. Берут 20 кг, загружают в бункер, откуда дозатором подают в пресс и шнеком - в прессующую камеру. Предварительный нагрев камеры 300^oС.

В начале брикетирования подают пар давлением 2-4 ати и температурой 115-210^oС. Время прессования 30 с. Подача пара 25 с. Получают топливный брикет влажностью 8%.

По завершении формирования брикета, который своей конфигурацией соответствует конфигурации прессующей камеры, формируется следующий брикет, при этом в начале формирования брикета цикл подачи пара повторяют. Длительность подачи пара зависит от массы и состава брикетируемого изделия, а перерывы в подаче пара составляют от 5 до 25 с в зависимости от размера брикетируемого изделия, а также массы и состава брикетируемого изделия.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать изделия из лигносодержащих материалов широкой сферы применения как для коммунально-бытовых, так и промышленных нужд, а также позволяющий при достаточной экономичности получать качественные товары повышенной прочности.

Известно устройство для брикетирования топливных брикетов, содержащее бункер, дозатор, камеру сжатия, вращающийся штемпель с рабочими элементами, выполненными на его поверхности, совершающий винтовое движение (см. авт. св. 1249058, С 10 F 7/04, Е 21 С 49/00, от 12.09.80, опубл. 07.08.86).

Недостатком данного устройства является недостаточное качество получаемых брикетов, низкая плотность материала, что приводит к ограничению применения изделий.

Известен брикетирующий пресс, содержащий бункер, дозатор, прессующую камеру со щелевидными каналами в ее стенке (см. авт. св. 1660988, В 30 В 9/28, от 25.08.89, опубл. 07.07.91, прототип).

Недостатком данного устройства является узкий спектр используемых материалов и узкая сфера применения изделий из этих материалов, а также недостаточно высокое качество, сложность конструкции.

Задачей данного изобретения является упрощение конструкции, а также расширение сферы применения изделий из лигносодержащих материалов с одновременным повышением качества изделий.

Поставленная задача решается комплексом средств для брикетирования лигносодержащих материалов, включающим бункер, дозатор, пресс, прессующую камеру, образующую внутреннюю полость с газоотводящими каналами, по изобретению корпус с расмещенным в нем шнеком, прессующая камера является сменной, своей конфигурацией соответствующей конфигурации прессуемого изделия, причем внутри камеры выполнена, по крайней мере, одна канавка, сообщенная, как минимум, с одним калиброванным отверстием для подачи пара, которое сообщается с парообразователем при помощи соединительных шлангов.

По изобретению винтообразные каналы для выхода газов выполнены в формующем стержне, соединенном со шнеком пресса.

По изобретению каналы для выхода газов выполнены в виде змейки внутри камеры.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом позволяет выделить признаки, отличающие предлагаемый комплекс от прототипа, что соответствует критерию "новизна".

Анализ технических решений не выявил среди них решений, совпадающих с отличительными признаками предлагаемого комплекса, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

Данный комплекс иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид комплекса, на фиг.2 - формирующий стержень, на фиг.3 - прессующая камера, на фиг.4 - образцы получаемых профилей изделий.

Комплекс (фиг. 1) состоит из бункера 1, дозатора 2, пресса 3, корпус 4 которого выполнен в виде усеченного конуса с размещенным в нем шнеком 5, сменной прессующей камеры 6, своей конфигурацией соответствующей конфигурации прессуемого изделия, во внутренней полости 7 прессующей камеры 6 выполнена, по крайней мере, одна канавка 8, соединенная, как минимум, с одним калиброванным отверстием 9 для подачи пара, которое сообщается при помощи соединительных шлангов 10 с парообразователем 2. К тому же шнек 5 пресса 3 (фиг.2) соединен с формующим стержнем 12, на котором выполнены винтообразные каналы 13 для выхода газов. Во внутренней полости 7 прессующей камеры 6 (фиг.3) выполнены каналы 14, например, в виде змейки для выхода газов.

Комплекс работает следующим образом.

Исходный материал засыпается в бункер 1, откуда дозатором 2 подается в пресс 3 и размещенным в корпусе 4 шнеком 5 в прессующую камеру 6. Прессующая камера 6 перед началом прессования подогревается до 300^oС нагревателем, например тэном (не показан). В начале брикетирования для разрушения клеточных стенок, выделения содержимого клеток и сцепления материалов подается пар давлением 0,1-25 ати и температурой 100-250^oС через калиброванное отверстие 9, соединенное с парообразователем 11 при помощи соединительных шлангов 10. Пар расходится по канавке 8 и пронизывает равномерно всю массу прессуемого материала. Продолжительность подачи пара зависит от массы и состава брикетируемого изделия и подбирается экспериментально. Суммарное же время подачи пара и прекращения подачи равно времени формирования брикетируемого изделия.

Например, исходный материал - опилки лиственных пород. Время прессования 30 с, подача пара 15 с (пример 1).

Исходный материал - измельченная солома, 20 кг. Время прессования 30 с. Подача пара 20 с (пример 2).

Процесс брикетирования протекает при высоких температурах (300^oС), происходит разложение материалов с выделением газов, которые отводятся через газоотводящие каналы 13, 14. Отработанный пар также выводится из прессующей камеры 6 при помощи газоотводящих каналов 13, 14.

По окончании процесса брикетирования получают изделия конфигурацией, соответствующей конфигурации прессующей камеры 6 (фиг.4 - образцы профилей) с глянцевой поверхностью, высокого качества и необходимой прочности.

Таким образом, предложенные способ брикетирования лигносодержащих материалов и комплекс средств для его осуществления позволяют получать брикетируемые изделия с заданным профилем и необходимыми прочностными характеристиками, а значит и использовать их не только как топливо, но и как строительный материал.