Установка для модификации битума резиновой крошкой
Установка для модификации битума резиновой крошкой относится к устройствам, предназначенным для модификации битумов и служит для получения битумнорезиновых экологически функциональных композиционных вяжущих материалов (БИТРЭК) нового поколения для дорожного строительства с возможностью организовать процесс в малогабаритном аппаратурном оформлении. Установка содержит последовательно расположенные воздушный компрессор 1, озонатор 2, магистраль озонсодержащего газа 3, бункер-смеситель 4 для озонирования резиновой крошки, снабженный загрузочным устройством 5 и устройством разгрузки-перегрузки резиновой крошки 6, соединенным также с реактором-смесителем для модификации битума 7, который снабжен механическими мешалками 8, расположенными в объеме реактора и загрузочным люком 9, а также контуром циркуляции жидкой смеси битума и резиновой крошки 10 с помощью битумного насоса 11 и системой косвенного обогрева 12. 1 н.п., 1 фиг.
Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для модификации битумов и служит для получения битумнорезиновых экологически функциональных композиционных вяжущих материалов (БИТРЭК) нового поколения для дорожного строительства с возможностью организовать процесс в малогабаритном аппаратурном оформлении.
В настоящей заявке применяют следующие термины с соответствующими определениями:
Вяжущее БИТРЭК - однородная смесь дорожного битума (или смеси битумов) с мелкодисперсной крошкой из резин общего назначения, подвергнутая специальной постадийной химической обработке в присутствии комплекса химических реагентов и катализаторов, которые регулируют радикальные процессы молекулярной деструкции-сшивки каучуковых цепей резины и химически активных компонентов битума и обеспечивают создание в массе смеси условий для химически инициированной радикальной полимеризации, создающей армированную частицами резины гетерогенную композиционную структуру вяжущего, с проведением последующей объемной поликонденсации, приводящей к образованию высокомолекулярных адгезионноактивных соединений в соответствии с техническими решениями патентов РФ 
2167898 и 2178434.
Резиноасфальтобетонная смесь - рационально подобранная смесь из дробленого минерального материала крупных фракций (щебня), песка природного или из отсевов дробления, мелкодисперсного наполнителя (минерального порошка) и вяжущего БИТРЭК, взятых в определенных пропорциях и перемешанных в горячем состоянии.
Резиноасфальтобетон - уплотненная или литая резиноасфальтобетонная смесь.
Известна установка для получения модифицированного битума, включающая смеситель, линию подачи и дозирования исходных компонентов (Свидетельство на полезную модель 2593 МКИ E01C 19/10).
Недостатком этой конструкции является получение битумного вяжущего в две стадии, что требует наличия дополнительного оборудования. Кроме того, данная конструкция не обеспечивает получения однородного битумного вяжущего, что является важнейшим требованием при производстве модифицированных битумов.
Наиболее близким техническим решением является установка для получения модифицированного битума, содержащая раму, на которой установлены два попеременно работающих смесителя с перемешивающими устройствами, выполненными в виде планетарного водила, размещенного в крышке смесителя, на одном конце которого смонтирована рамная, на другом - шнековая мешалки. Каждый смеситель снабжен шестеренным насосом, соединенным с ним трубопроводом, образующим рециркуляционный контур. Установка также включает в себя линию подачи сыпучих компонентов, состоящую из элеватора, бункера-накопителя, шнека-дозатора и устройства для подачи пластификатора и линию выгрузки готового продукта.
В процессе работы установки в смеситель поочередно подаются предварительно нагретый до рабочей температуры битум и пластификатор, после чего включается перемешивающее устройство, выполненное в виде планетарного водила, на одном конце которого размещена рамная, на другом конце - шнековая мешалки. Одновременно начинается подача сыпучего полимера шнеком-дозатором. Создающиеся мешалками внутри смесителя окружные, радиальные и осевые потоки способствуют интенсивному диспергированию порошкообразного полимера во всем объеме аппарата без образования агломератов. По окончании подачи полимера в смеситель и его равномерного распределения мешалками включается шестеренный насос, дополнительно установленный и соединенный со смесителем рециркуляционным трубопроводом. Дальнейшее интенсивное перемешивание всего объема обеспечивается в горизонтальной плоскости рамной мешалкой, а шнековая мешалка создает вертикальные потоки движения всей массы внутри смесителя. Дополнительно с помощью шестеренного насоса происходит принудительная циркуляция всего объема смеси по замкнутому контуру и интенсивное растирание и разбивание шестернями насоса всей загруженной массы (см. патент РФ 2152474, кл. E01C 19/02, 2000 г.).
В результате анализа конструкции установки необходимо отметить, что она весьма проста, позволяет получить равномерно распределенную битумную массу, однако данная установка характеризуется весьма низкой производительностью, которая определяется малой скоростью растворения порошкообразного термопластичного полимера в битуме, а также невысоким качеством получаемого целевого продукта, поскольку она обеспечивает только перемешивание битумной массы и не позволяет осуществлять ее обработку.
Предлагаемая полезная модель решает задачу получения продукции в виде битумнорезинового композиционного вяжущего БИТРЭК, которое дает принципиально более высокие качественные результаты при устройстве дорожных покрытий по сравнению с модифицированными полимерами битумами, а также существенном повышении эффективности оборудования.
Технический результат при этом заключается как в повышении производительности при уменьшении размеров установки, так и в повышении ее мобильности.
Поставленная задача достигается тем, что установка для модификации битума резиновой крошкой содержит последовательно расположенные воздушный компрессор, озонатор, магистраль озонсодержащего газа, бункер-смеситель для озонирования резиновой крошки, снабженный загрузочным устройством и устройством разгрузки-перегрузки, соединенным также Установка для модификации битума резиновой крошкой с реактором-смесителем для модификации битума, который снабжен механическими мешалками, расположенными в объеме реактора и загрузочным люком, а также контуром циркуляции жидкой смеси битума и резиновой крошки с помощью битумного насоса и системой косвенного обогрева.
Усовершенствование технологии приготовления материалов БИТРЭК достигается путем предварительной обработки исходной резиновой крошки озоносодержащей газовой смесью.
Для наиболее эффективного взаимодействия форма бункера-смесителя может быть вертикальной цилиндрической с конусообразной нижней частью и механической мешалкой в виде двух шнеков с различной скоростью вращения.
Загрузочное устройство в нем может быть оборудовано в заборной нижней части шнека ножевым или стержневым разрыхлителем резиновой крошки.
Наиболее оптимальной для перемешивания формой выполнения реактора-смесителя является эллипсовидная форма в сечении.
Механические мешалки могут быть лопастного или рамного типа.
Через загрузочный люк реактора-смесителя в процессе работы вводятся химические добавки-реагенты.
В качестве битумного насоса для перекачки вяжущего материала, циркуляции в реакторе-смесителе, закачки битума из внешней расходной емкости и выгрузку готового продукта можно применять шестеренчатые битумные насосы или стандартные насосные битумные станции.
Косвенный обогрев реактора-смесителя и трубопроводов может обеспечиваться системой из нагревательного котла для термальной жидкости, снабженного газовой или жидкостной горелкой, и теплообменником, присоединенным к магистрали термальной жидкости с запорно-регулирующей арматурой.
Все узлы соединены с системой контроля и управления технологическим процессом, которая заведена в общий шкаф управления.
Мобильность установки обеспечивается размещением всего оборудования в стандартном транспортном контейнере.
На фиг.1 схематично изображена установка для модификации битума резиновой крошкой.
Установка содержит последовательно расположенные воздушный компрессор 1, озонатор 2, магистраль озонсодержащего газа 3, бункер-смеситель 4 для озонирования резиновой крошки, снабженный загрузочным устройством 5 и устройством разгрузки-перегрузки резиновой крошки 6, соединенным с реактором-смесителем для модификации битума 7, который снабжен механическими мешалками 8, расположенными в объеме реактора и загрузочным люком 9, а также контуром циркуляции жидкой смеси битума и резиновой крошки 10 с помощью битумного насоса 11 и системой косвенного обогрева 12.
Установка для получения модифицированного битума работает следующим образом.
Компрессор 1 подает воздух в озонатор 2 и через газовую магистраль 3 в бункер-смеситель 4 для озонирования резиновой крошки.
Через загрузочное устройство 5 в бункер-смеситель 4 загружается необходимое количество резиновой крошки, которая с помощью двухшнековых мешалок (на чертеже не показаны) начинает перемешиваться в потоке воздуха.
Затем включается озонатор 2 и в бункер-смеситель 4 поступает через магистраль 3 озоносодержащая газовая смесь, которая взаимодействует с резиновой крошкой при перемешивании.
После определенного периода времени озонатор 2 выключается и обработанная крошка через устройство разгрузки-перегрузки 6 поступает в реактор-смеситель 7, где с помощью механических мешалок 8 смешивается с горячим битумом, который загружен в реактор-смеситель 7 с помощью битумного насоса 11 из хранилища битума.
В этот момент в реактор-смеситель 7 через загрузочный люк 9 вводятся добавки в виде комплексных химических реагентов для осуществления процесса модификации.
Для интенсификации перемешивания и устранения «мертвых» застойных зон в реакторе-смесителе применяется циркуляция жидкой смеси битума и резиновой крошки посредством контура 10 с помощью битумного насоса 11.
Температура реакции поддерживается с помощью системы косвенного обогрева 12 горячей термальной жидкостью.
Через небольшое время через загрузочный люк 9 вводятся другие активные химические добавки и продукт с помощью насоса перекачивается в накопительную емкость. Из этой емкости модифицированный битум - битумнорезиновое вяжущее БИТРЭК, раздается потребителям.
Пример конкретного выполнения.
Основными частями установки являются бункер-смеситель для озонирования резиновой крошки и реактор химической модификации битума. Остальные блоки являются вспомогательными и, в основном, собраны из готовых стандартных комплектующих.
К ним относятся (в порядке технологического процесса) источник сжатого воздуха (компрессор), питающий озонатор, устройство разгрузки-перегрузки в виде шнекового или элеваторного транспортера резиновой крошки, соединяющее бункер-смеситель и реактор-смеситель для модификации битума, стандартный битумный шестеренчатый насос производительностью 0,5 куб.м. в мин. и битумные трубопроводы с запорной и переключающей арматурой, которые образуют контур циркуляции жидкой смеси битума и резиновой крошки.
В состав оборудования входит система косвенного обогрева, содержащая нагревательный котел с универсальной горелкой мощностью 100-150 квт, насос термальной жидкости, комплект запорной и регулирующей трубопроводной арматуры.
Система контроля и управления технологическим процессом соединяет все узлы и заведена в общий шкаф управления.
Бункер-смеситель для озонирования резиновой крошки выполнен в виде цилиндрической емкости объемом 2 куб.м. с конусообразным дном, в которое заведено устройство загрузки резиновой крошки в виде шнекового транспортера. В нижнюю часть конусообразного дна вводится магистраль подачи озоновоздушной смеси.
Внутри в средней части бункера-смесителя снизу до верху расположена механическая мешалка в виде двух шнеков, заключенных в общий эллипсовидный кожух. Шнеки вращаются с разной скоростью, обеспечивая очень высокую эффективность взаимодействия газовой смеси с резиновой крошкой. Резиновая крошка поднимается вверх и затем пересыпается в нижнюю часть бункера-смесителя обеспечивая противоточное движение смешивания.
Предварительные эксперименты показали, что озон в составе газовой смеси практически полностью поглощается резиновой крошкой, поэтому установки дополнительной системы поглощения или «дожига» озона не требуется.
Реактор-смеситель для осуществления процесса химической модификации битума вмещает 2,5 тонны концентрированного вяжущего, в составе которого 2 тонны битума и 0,5 тонны химически модифицированной резиновой крошки. Соответственно объем реактора с учетом пенообразования в процессе составляет 5,2 куб.м. Реактор-смеситель снабжен битумными трубопроводами с запорной и переключающей арматурой, которые образуют контур циркуляции жидкой смеси битума и резиновой крошки, и также, в зависимости от положения битумных кранов, используются для закачки битума и для выгрузки готовой продукции. Диаметр входных трубопроводов 80-90 мм, диаметр выходных не менее 100 мм. Все трубопроводы снабжены обогревом и теплоизоляцией. Запорная и регулирующая арматура также снабжена обогревом. Другое используемое оборудование стандартное, выпускается серийно, особенностей не имеет.
Реактор-смеситель оснащен сверху чере загрузочным люком, через который в процессе вводятся химические добавки-реагенты.
В качестве весоизмерительной аппаратуры выбраны тензодатчики, которые подключены к малогабаритному цифровому показывающему прибору. Для повышения точности измерения используются одновременно три одинаковых датчика, показания которых суммируются. При изменении массы от 2 до 10 тонн точность измерения должна составлять не менее ±10 кг. Такой точности вполне хватает, так как загрузка реактора основными компонентами - битума 2 тонны и резиновой крошки 0,5 тонны. Химические компоненты применяются в отдельной упаковке, расфасованные по 5-10 кг, и не требуют дополнительного взвешивания.
Измерение веса компонентов в технологическом процессе производится постоянно и непрерывно. При транспортировке установки чувствительные тензодатчики демонтируются и перевозятся отдельно.
Все узлы и блоки установки размещаются на жесткой платформе из балок-швеллеров перекрытых металлическим профнастилом для доступа обслуживающего персонала к оборудованию. Оптимальным местом монтажа установки служит стандартный транспортный контейнер. Для перемещения установки на небольшие расстояния в пределах рабочей зоны предусмотрена установка контейнера на платформу, снабженную колесами и прицепным устройством.
Благодаря такой конструкции малогабаритная мобильная установка производит за сутки до 80-100 тонн готовой продукции - битумнорезинового вяжущего, которого хватает, чтобы обеспечить суточную потребность 1-2-х больших асфальтобетонных заводов. При этом будет выпущено 1800 тонн резиноасфальтобетонной смеси, которой достаточно, чтобы уложить 15000 кв.м. высококачественного резиноасфальтобетонного дорожного покрытия или 2 км двухполосной магистрали за одни сутки.
При проектной производительности обрабатывается 8-10 тонн резиновой крошки из изношенных автомобильных шин и потребляется для модифицирования 70-90 тонн дорожного битума.
На установке проведена работа по выпуску опытной партии продукции и показана ее работоспособность для выпуска нескольких видов модифицированных материалов. Подготовлены образцы продукции для проведения нормативных испытаний и сертификации. Показана эффективность разработанной мобильной установки для осуществления процесса химического модифицирования дорожных битумов резиновой крошкой из шин и промышленного выпуска усовершенствованного композиционного битумно-резинового вяжущего БИТРЭК.
Установка для модификации битума резиновой крошкой содержит последовательно расположенные: воздушный компрессор, озонатор, магистраль озонсодержащего газа, бункер-смеситель для озонирования резиновой крошки, снабженный загрузочным устройством и устройством разгрузки-перегрузки, соединенным также с реактором-смесителем для модификации битума, который снабжен механическими мешалками, расположенными в объеме реактора, и загрузочным люком, а также контуром циркуляции жидкой смеси битума и резиновой крошки с помощью битумного насоса и системой косвенного обогрева.
