tacka-3-2

3.3 Usitnjavanje otpada

- Usitnjavanje krupnih komada otpada za dobivanje gotovog produkta (npr. građevinskog otpada, staklenog krša, otpada plastičnih masa, gotovog komposta i sl.) ili za povećanje gustine otpada (npr. ušteda zapremina deponija otpada) ili pak za poboljšanje transportabilnosti otpada.

- Rastavljanje nekih otpada u vlakna, npr. vlakna drvenog otpada; otpadnog kartona, papira i tekstila.

- Rastavljanje vezanih proizvoda na njihove komponente u cilju efikasnijeg izvođenja procesa sortiranja pojedinih komponenti, pri čemu se dobivaju sekundarne sirovine i ostatak otpada.

Za rješavanje osnovnih zadataka usitnjavanja otpada na tržištu se nudi veliki broj različitih vrsta i tipova mašina. Izbor vrste i tipa mašine za usitnjavanje (drobilice ili mlina) zavisi od vrste i ponašanja otpada prema vanjskim silama naprezanja. Efikasnost usitnjavanja otpada sa odgovarajućim mašinama zavisi od načina kidanja veza unutar komada otpada što je usko vezano za:- raspodjelu deformacija u komadu otpada,- raspodjelu svih naprezanja u komadu otpada,- fizičke promjene komada otpada u zavisnosti od intenziteta

deformacije i sila koje deluju na te promjene,- konfiguraciju radnog prostora mašine za usitnjavanje (drobilice ili

mlina) i dr.

Prema načinu ponašanja na vanjske mehaničke sile naprezanja u procesu usitnjavanja pri normalnoj temperaturi, otpadi se dijele na:- tvrde,- srednje tvrde,- krte,- meke,- plastične (neosjetljive na lom)- elastične i- žilavo elastične.

U opštem smislu otpadi (pri normalnoj temperaturi i brzini djelovanja sile naprezanja) kod vanjskih mehaničkih sila naprezanja usitnjavaju se sa krtim i žilavim lomom (tabela 10).

Na proces usitnjavanja otpada najveći uticaj imaju sljedeći faktori:- temperatura,- brzina djelovaja vanjske mehaničke sile naprezanja i- stanje naprezanja u komadu otpada.

53

3 PROCESI ZA RECIKLAŽU OTPADA

Tabela 10. Podjela otpada prema vrsti loma u procesu usitnjavanja djelovanjem vanjskih mehaničkih sila naprezanja

Otpadi sa krtim lomom žilavim lomom- Građevinski otpad- Staklo- Liveno željezo i liveni

legirani nemagnetični metali- Šljaka i sl.

- Čelik i valjani nemagnetični metali

- Otpadi plastičnih masa- Papirni i kartonski otpad- Drveni otpad- Tekstilni otpad- Biljni otpad

3.3.1 Osnove usitnjavanja otpada

Naučne osnove tehnike usitnjavanja u posljednjim godinama su dodatno usavršene. Fizika loma i teorija udara u oblasti fudamentalnih istraživanja dovela su do usavršavanja i optimiziranja makro i mikro procesa usitnjavanja otpada.

Deformacija i napon su povezane mehaničkim zakonima, koji se

razlikuju prema tri granična slučaja: elatično, plastično i viskozno stanje. Realni materijali se veoma rijetko ponašaju prema ovim slučajevima, jer u prirodi nemamo čvrsta tijela sa idealnom strukturom već realnom strukturom, u kojoj su prisutni makroskopski, mikroskopski i submikroskopski defekti koji oslabljuju veze unutar određenog materijala, odnosno uslovljavaju smanjenje njegove čvrstoće. Najprostiji defekt u kristalnoj rešetki je tačkasti, koji je prisutan na mjestu nedostajućeg atoma ili jona (Schottky-ev defekt) ili na mjestu gdje je atom ili jon pomjeren iz svog normalnog položaja (Fenkel-ov defekt) (slika 28). Drugi vid je linijski defekt, koji se zove još dislokacija (slika 29) [17].

Slika 28. Šematski prikaz tačkastog defekta u kristalnoj rešetki

54

Prazno m jesto

Schottky-ev defekt Frenkel-ov defekt


U ovom slučaju niz atoma u jednoj kristalnoj ravni je pomjeren u odnosu na normalan položaj. Na mjestu dislokacije kristalna struktura je deformisana, a veze oslabljene. Na čvrstoću određenog materijala najveći uticaj imaju dislokacije. Pod djelovanjem spoljnih sila, dislokacije se lako premiještaju kroz kristalnu rešetku, spajaju se sa drugim defektima i dislokacijama i tako grupisane stvaraju mikropukotinu. Kad mikropukotina, narastajući pod djelovanjem spoljnih sila, dostigne "kritičnu" dužinu tada više nije potrebno dovoditi energiju spolja, jer se pukotina širi sama od sebe i nastaje usitnjavanje (Griffithov model usitnjavanja). Širenje pukotine bez dovođenja energije, nastaje zbog toga što se na vrhu pukotine koncentriše mnogo veći lokalni napon (max) od prosječnog napona () u tom presjeku.

Slika 29. Šematski prikaz dislokacije u kristalnoj rešetki

Teoretski napon loma t, koji je potreban za savladavanje atomskih sila veze, određuje se po formuli:

(27)

gdje je:a0 – konstanta kristalne rešetkeE – modul elatičnostiA – specifična slobodna površinska energija

Obračun po formuli (27) je nesiguran zbog teškog utvrđivanja specifine slobodne površinske energije A. Teoretski napon loma po procjeni iznosi [27]:

(28)

55


Realna čvrstoća određenog čvrstog materijala je manja od teoretskog napona loma. Razlog je u tome, da praktično nema idelane kristalne rešetke, zbog pojave navedenih defekata i dislokacija. Na tim defektima i dislokacijama stvara se maksimalni lokalni napon (max), koji je znatno veći od prosječnog () (slika 30).

Povećanjem naprezanja prvo se pojavljuje pukotna (slika 31), za koju kod maksimalnog naprezanja važi formula:

max = K N (29)

gdje je: N – vanjsko naprezanje

(30)

odnosno, za L

(31)

56

s

s

v rh p u k o t in e

Slika 30. Koncentracija naprezanja na vrhu pukotine

W

L

y

x

B

x

y

N

m ax

N

N

Slika 31. Naprezanje na pukotini


Na sam proces usitnavanja otpada u industrijskim uslovima utiču sljedeći faktori:- potreban stepen usitnjavanja,- gornja granična krupnoća (ggk) komada otpada koji se usitnjava,

odnosno dimenzije najkrupnijeg komada otpada koji ulazi u proces usitnjavanja,

- potrebni granulometrijski sastav usitnjenog otpada i potrebni oblik usitnjenih zrna,

- količina otpada koju treba usitniti u jedinici vremena,- utrošak energije po jedinici usitnjenog otpada i dr.

Začetak loma nastaje u procesu širenja pukotine u submikroskopskim, mikroskopskim i na kraju u makroskopskim dimenzijama. Ukoliko u komadu otpada nema nehomogenih mjesta, za početno obrazovanje pukotine mora se dovesti spoljna sila. Ovaj stadijum se označava kao začetak pukotine, a karakterističan je za usitnjavanje žilavih otpada (npr. otpadi čelika, legiranih nemagnetičnih metala, plastičnih masa). Vrsta loma ovih materijala zavisi od stabilnosti širenja pukotine (slika 32).

Slika 32. Začetak nastanka pukotine i loma

U zavisnosti od konstruktivno - tehnoloških karakteristika mašine za usitnjavanje u njihovom radnom prostoru mogu se javiti sljedeći deformacioni procesi: pritisak, smicanje, istezanje, sječenje, trenje i udar. Izbor mašine za usitnjavanje ovih materijala zavisi od njihovog konsistetnog stanja. U tabeli 11 dati su mogući režimi rada mašina za usitnjavanje otpada u zavisnosti od konsistentnosti ovih materijala.

57

Komad bez nehomogenih mjesta

Komad sa nehomogenim mjestima (zasjek, pukotina)

Pojava pukotine

Širenje pukotine

Krti lom

nestabilno širenjepukotine

Žilavi lom

stabilno širenjepukotine


Usitnjavanje krtih otpada zasniva se na principu dovođenja ovih materijala u naponsko stanje istezanja, koje se ostvaruje u radnom prostoru mašina za usitnjavanje. Kretanje radnih organa, odnosno komada otpada u radnom prostoru mašine za usitnjavanje može se izvoditi u laganom i brzom režimu (slika 33). Tabela 11. Mogući režimi rada mašina za usitnjavanje otpada u zavisnosti od njihove konsistentnosti

Konsistentnostotpada

Režim rada mašine za usitnjavanje*pritisak udar trenje smicanje sječenje

Trvrdi abrazivniTvrdi lomljiviTvrdi žilaviSrednje tvrdiMeki elastičniVlaknastiVlažni plastičniMeki lomljiviMeki žilavi

++++-++

++-+-+-+

----+++++

---+++++

----+++-

* značenje oznaka: + pogodan; - nepogodan; - manje pogodan

Osnovna karakteristika mašina za ustinjavanje sa laganim režimom rada je relativno mala brzina kretanja radnih organa, odnosno komada otpada u radnom prostoru ovih mašina, koja iznosi od 0,1 do 5 m/s. Ovaj režim koriste više vrsta i tipova mašina za usitnjavanje (npr. čeljusne drobilice, konusne drobilice, prese i sl.).

Slika 33. Vrste naprezanja pri usitnjavanju krtih otpada: a) pritisak, b) savijanje, c) siječenje, d) udar, e) udar i odbijanje, f) savijanje

58

1. Lagano vanjsko naprezanje pritiskom

a) b) c)

Brzo vanjsko naprezanje pritiskom

3. Vanjsko naprezanje savijanjem

d) e) f)


Mašine za usitnjavanje koje rade u brzom režimu karakterišu se brzim kretanjem radnih organa, odnosno komada otpada u radnom prostoru za usitnjavanje ovih mašina, čija je brzina veća od 5 m/s. Glavni predstavnici mašina za usitnjavanje koje rade u ovom režimu su udarne i udarno-rotracione drobilice i mlinovi. Kod ovih mašina radni organi udaraju u komade otpada i odbijaju ih velikom brzinom na odbojne ploče pri čemu dolazi i do međusobnog sudaranja komada otpada. Na ovaj način dolazi do usitnjavanja komada otpada i to udarom radnih organa mašine, udarom u odbojne ploče i međusobnim sudaranjem komada i usitnjenih zrna otpada.

Vjerovatnoća pojave loma, odnosno vjerovatnoća usitnjavnja komada ili djelića istog komada otpada zavisi od vrste naprezanja. Na slici 34 data je u logaritamskoj mreži vjerovatnoća loma staklenih kugli različitog prečnika u zavisnosti od brzine udara. Sa smanjenjem veličine prečnika ovih kugli za istu vjerovatnoću pojave loma, odnosno da će doći od usitnjavanja, potrebno je povećati brzinu udara ovih staklenih kugli.

Slika 34. Uticaj brzine udara na vjerovatnoću pojave loma staklenih kugli različitog prečnika (prečnik staklene kugle u mm)

Fizički procesi usitnjavanje žilavih otpada nalaze se tek u početnoj fazi istraživanja. Iskustva iz mehanike loma pomogla su da se definiše

59

10 20 50 100 200 5000,1

1

5

10

30

50

70

90

99

99,9

Vje

rova

tnoć

a po

jave

lom

a %F

Brzina udara m /s


nastanak i širenje pukotine u ovim materijalima pod djelovanjem tangencijalnih naprezanja i naprezanja na istezanje. Načini otvaranja pukotina u žilavim otpadima dati su na slici 35.

Slika 35. Načini otvaranja pukotina u žilavim otpadima i sekundarnim sirovinama: a. jednostavo otvaranje pukotine, b. smičuća pukotina, c. poprečna smičuća pukotina

Jednostavne pukotine se otvaraju djelovanjem naprezanja na istezanje sa okomitim smjerom na površinu pukotine. Otvaranje smičuće pukotine vrši se djelovanjem tangencijalnih napona okomito na front pukotine, dok se poprečna smičuća pukotina otvara djelovanjem tangencijalnih napona paraleno frontu pukotine.

Za pojavu pukotina u žilavim otpadima potrebna su tangencijalna naprezanja i naprezanja na istezanje, koja se znatno razlikuju od naprezanja za krte otpade. U žilavim otpadima javljaju se jednostavne, kombinovane i kompleksne vrste naprezanja. Kao jednostavna naprezanja mogu se uzeti naprezanja pri usitnjavanju staklenog krša, naprezanje za sječenje (sječenje nožem) i naprezanje na istezanje (cijepanje), čiji principi djelovanja su dati na slici 36.

Slika 36. Jednostavna naprezanja za usitnjavanje žilavih otpada: a) naprezanje na smicanje, b) naprezanje za sječenje (sječenje nožem), c) naprezanje na istezanja (kidanje)

60

y

x

z

y

x

z

y

x

z

F

F

F

FF


Kod naprezanja na smicanje dolazi do razdvajanja komada otpada po smičućoj površini. Dubina prodiranja alata do pojave pukotine zavisi od osobina otpada (čvrstoća na smicanje i istezanje do kidanja) kao i uslovi smicanja u koje spada veličina sile kidanja te oblik oštrice alata [28]. Na principu ovih naprezanja konstruisane su neke mašine za usitnjavnje žilavih otpada (npr. giljotinske i rotacione makaze).

Kod mašina koje rade na principu naprezanja na sječenje karakteristično je da se zona razdvajanja nalazi neposredno uz sječivo. U ove mašine za usitnjavanje otpada spadaju mlinovi sa noževima i rotacione makaze. Za usitnjavanje određenih vrsta otpada potrebno je ostavriti odgovarajaću specifičnu silu rezanja na radnom organu mašine, koja se određuje po formuli:

(32)

gdje je:Fs,max – maksimalna sila rezanja određene mašine za usitnjavanje, NA – površina presjeka odreska komada otpada, mm2

Veličina specifične sile rezanja zavisi od osobina otpada i parametara radnih organa za usitnjavanje određene mašine [28]. Vrijednosti specifičnih sila rezanja za neke vrste plastičnih masa i metala date su u tabeli 12.

Tabela 12. Specifične sile rezanja nekih vrsta plastičnih masa i metala

Plastična masa Sila rezanja, N/mm2

Metali Sila rezanja, N/mm2

PVC, mekPolietilen, mekPolietilen, tvrdPVC, tvrdPolistirol, žilavPoliamid

10 – 151520

30 – 3530 – 3530 – 35

OlovoKalajAluminijumCinkAluminijum, legiraniBakarLegura bakra i cinkaNikalČelik sa 0,1–0,2 %C

20 – 3030 – 4070 – 110

120 – 200100 – 300180 – 300220 – 400350 – 470260 – 400

Usitnjavanje tekstilnog otpada cijepanjem vrši se djelovanjem sila naprezanja na istezanje. Na ovom principu rade mašine za kidanje i razvlaknjivanje tekstilnog otpada, npr. češljanje vune.

Za usitnjavanje nekih vrsta otpada potrebna je kombinacija dvije ili više vrsta naprezanja, npr. mašinama koje rade na principu kombinovanih naprezanja vrši se usitnjavanje drvenog otpada pri čemu

61


se dobivaju kvalitetna drvena vlakna. Mašine koje rade na principu naprezanja na sječenje i istezanje koristi se za predusitnjavanje otpada drveta, kartona i starih automobilskih guma (slika 37).

Slika 37. Kombinovana naprezanja za usitnjavanje žilavih otpada: a) naprezanje na pritisak i istezanje, b) naprezanje na sječenje i istezanje

Veliki broj mašina za usitnjavanje žilavih otpada rade na principu kompleksnih naprezanja, npr. Shredder mlin i sl. Ove mašine koriste različite oblike radnih organa i njihovih elemenata koji ostvaruju kompleksna naprezanja u zoni usitnjavanja određene mašine, npr. naprezanje na savijanje, tangencijalna naprezanja, naprezanje na istezanje i uvijanje. Ove mašine koriste se za usitnavanje limova različitih oblika, čiji procesi su dati na slici 38. Prvo se vrši savijanje limova do kritičnog istezanja u zoni naprezanja iz uslova pojave pukotina i prslina, a zatim kidanje. Ovaj proces se može uporediti sa dubokim izvlačenjem kod korištenja velikih makaza za sječenje. Ukupni proces usitnjavanja može se označiti kao kidanje, pri čemu se obije faze (savijanje i kidanje) mogu odvijati jedna za drugom ili istovremeno.

Slika 38. Procesi usitnjavanja otpada djelovanjem kompleksnih naprezanja

62


3.3.2 Zakoni usitnjavanja

Imajući u vidu da proces usitnjavanja određenog materijala zahtijeva znatnu potrošnju energije, to opravdava sva istraživanja vezana za utvrđivanje zavisnosti potrošnje energije od promjena u krupnoći komada otpada. U proteklih 100 i više godina, koliko ovaj problem zaokuplja interes istraživača uspostavljeno je nekoliko korelacionih zavisnosti potrošnje energije u funkciji promjena u krupnoći komada materijala. Ove korelacione zavisnosti uslovno se nazivaju "zakoni" usitnjavanja.

Prvi "zakon" usitnjavanja definisao je Rittinger 1867. godine. Po ovom "zakonu" specifična potrošnja energije na usitnjavanju proporcionalna je novostvorenoj specifičnoj površini materijala:

ER = KR (s – s0), kWh/t (33)

gdje je:ER - specifična potrošnja energije, kWh/tKR – konstanta proporcionalnosti, koja predstavlja energiju potebnu za stvaranje 1 m2 nove površine, kWh/m2

s – specifična površina materijala nakon usitnjavnja, m2/ts0 – specifična površina materijala prije usitnjavanja, m2/t

Specifična površina materijala prije i poslije usitnjavnja može se izraziti:

(34)

(35)

gdje je: - gustina materijala, t/m3

Ds – srednji prečnik materijala prije usitnjavnja, mds – srednji prečnik materijala poslije usitnjavnja, m

Iz navedenih formula slijedi da je:

, kWh/t (36)

(37)

63


gdje je:

- konstanta proporcionalnosti koja zavisi od fizičko-

mehaničkih karakteristika materijala, kWh m/t

Istraživač Kick je 1885. godine utvrdio specifičnu potrošnju energije na usitnjavanju, koja se izražava formulom ("drugi zakon usitnjavanja"):

(38)

gdje je:CK – konstanta proporcionalnosti, koja zavisi od fizičko-mehaničkih karakteristika materijala, kWh/t

Bond je 1952. godine formulisao "treći zakon usitnjavnja" po kome je:

(39)gdje je:

W - specifična potrošnja energije, kWh/shtCB - konstanta proporcionalnosti, kWh/shtP – veličina kvadratinih otvora sita kroz koje prođe 80% frakcija materijala poslije usitnjavanja, mF – veličina kvadratnih otvora sita kroz koje prođe 80% materijala prije usitnjavnja, m

Za konstantu proporcionalnosti ( CB) Bond je usvojio "radni indeks" (Wi) koji predstvanja potrebnu energiju da se jedna kratka tona (1 sht = 907,18 kg) materijala beskonačno velike krupnoće ( F = ) usitni do krupnoće pri kojoj 80% usitnjenih frakcija materijala prolazi kroz sito sa kvadratnim otvorima veličine 100 m (P = 100 m). Vrijednost "radnog indeksa" određuje se po formuli [17]:

(40)odnoso:

(41)

ili

(42)

64


gdje je: - "radni indeks" izražen u metričkoj toni, kWh/t

Bondov "radni indeks" za neke materijale iznosi:- Bazalt 18,88 kWh/t- Staklo 13,65 kWh/t- Kalijeva so 8,92 kWh/t- Cementni klnker 14,95 kWh/t- Visokopećna troska 34,50 kWh/t

Dosadašnja istraživanja su pokazala da se "zakon" Kicka može primijeniti za grubo drobljenje, "zakon" Bonda za mljevenje, a "zakon" Rittingera " za vrlo fino mljevenje (slika 39).

Slika 39. Zavisnost potrošnje energije od krupnoće čestica usitnjavnja

Za proračun mašina za usitnjavanje (drobljenje i mljevenje) najširu primjenu ima "zakon" Bonda. Ovo zbog toga što je Bond razradio laboratorijski postupak određivanja "radnog indeka" (Wi) koji se može prenijeti na industrijske uslove, a što nije slučaj sa konstantama proporcionalnosti kod Rittingera i Kicka. "Zakon" Bonda utvrđen je na bazi velikog broja mjerenja potrošnje energije na različitim mašinama u praksi i istraživanja u laboratoriji, te predstavlja najveći praktični doprinos teoriji i praksi usitnjavanja (drobljenje i mljevenje) materijala.

65

M alo poznato područjem ljevenja

M ljevenje DrobljenjeEne

rgija

[kw

h/t]

10-1

100

10-4

10-2

100

102

104

106

102

103

104

105

106

Krupnoća [ m ]m

RITTINGER

BOND

KICK


Međutim, za stvaranje novih površina pri usitnjavanju određenih materijala troši se veoma mala količina energije, manja od 1,0 % kod drobljenja, a kod najfinijeg mljevenja čak manja od 0,1 %. Preostala energija, odnosno daleko najveća energija troši se na:- Plastičnu deformaciju komada materijala,- Stvaranje defekata u komadu materijala,- Zagrijavanje komada materijala,- Zagrijavanje okoline,- Trenje u prenosnom mehanizmu mašine,- Emisiji energije u okolinu mašine i - ostale gubitke.

3.3.3 Stepen usitnjavanja

Za određivanje stepena usitnjavanja (n) ili stepena smanjenja krupnoće otpada koriste se sljedeći pokazatelji:

a) Stepen usitnjavanja ili stepen smanjenja krupnoće predstavlja odnos krupnoće materijala prije i poslije usitnjavnja:

(43)

gdje je:n – stepen usitnjvanjaD – krupnoća komada otpada prije usitnjavanja, mmd - krupnoća komada otpada poslije usitnjavanja, mm

Krupnoća komada otpada može se izraziti sljedećim vrijednostima

stepena usitnjavanja:

- krupnoćom maksimalnih komada: (44)

- prolaz 80 % usitnjenih frakcija kroz sito: (45)

- srednjim prečnikom usitnjenih frakcija: (46)

Najpouzdaniji kvantitativni pokazatelj smanjenja krupnoće komada otpada pri usitnjavanju daje vrijednost stepena usitnjavanja n3, a najnepouzdaniji je stepen usitnajvanja n1.

b) Efektivnost određene mašine za usitnjavanje određuje iz odnosa:

66


(47)

gdje je:ši – širina izlaznog otvora mašine za usitnjavanje

Ovaj odnos usitnjavanja može se koristiti samo tamo, gdje je izlazna širina otvora mašine za usitnjavanje mjerodavna za maksimalnu krupnoću frakcija materijala. Ovaj parametar se pretežno koristi kod mašina za grubo i srednje usitnjavanje (tabela 13), odnosno kod mašina kod kojih se može mijenjati izlazna širina otvora (npr. kod čeljusnih i konusnih drobilica).

c) Prividni stepen usitnjavanja (npr) mašine za usitnjavanje:

(48)

gdje je:sul – širina ulaznog otvora mašine za usitnjavanje

Prividni stepen usitnjavanja ograničen je na čeljusne i konusne drobilice.

3.3.4 Stadijumi usitnjavanja

U većini slučajeva stepen usitnjavanja otpada je veoma velik, i može za neke vrste otpada iznositi n 10. Tako veliki stepen nije moguće ostvariti u jednoj mašini za usitnjavanje. Zbog toga se neke vrste otpada, od polazne do željene krupnoće usitnjavaju postepeno u više drobilica i mlinova. U svakoj mašini se ostvaruje jedan dio od ukupnog stepena usitnjavanja (n), pri čemu ukupni stepen usitnjavanja iznosi:

n = n1 n2 nk

(49)

gdje je:n1, 2 ... k – broj stadijuma usitnjavanja

U svakoj mašini ostvaruje se jedan stadijum usitnjavanja. Broj stadijuma zavisi od polazne i krajnje željene krupnoće proizvoda usitnjavanja otpada. Za usitnjavanje otpada u tabeli 13 dati su nazivi pojedinih stadijuma usitnjavanja i rasponi krupnoće na ulazu i izlazu svakog stadijuma [29].

67


3.4 Mašine za usitnjavanje otpada

Tehničko - tehnološki zahtjevi usitnjavanja otpada i sekundarnih sirovina uslovili su razvoj velikog broja mašina za usitnjavanje. Izbor postupka usitnjavanja, odnosno mašine za usitnjavanje zavisi od fizičko - mehaničkih karakteristika, odnosno osobina ovih materijala (tabela 9). Mašine za usitnjavanje otpada i sekundarnih sirovina mogu se grubo podijeliti u dvije osnovne grupe prema vrsti loma u procesu usitnajvanja:- Mašine za ustnjavanje otpada i sekundarnih sirovina sa krtim lomom i- Mašine za usitnjavanje otpada i sekundarnih sirovina sa žilavim

lomom.

Tabela 13. Stadujumi usitnjavanja otpada

Stadijum Naziv Krupnoća, mmUlazni materijal Usitnjene frakcije

D r o b l j e n j e:Prvi Grubo (primarno) - 1.000 + 300 < 300Drugi Srednje (sekundarno) - 350 + 150 < 50Treći Fino (tercijerno) - 100 + 40 < 10

M l j e v e n j e:Prvi Grubo - < 1,00Drugi Fino - < 0,10Treći Najfinije - < 0,01

U tabeli 14 dat je pregled najčešće korištenih mašina za usitnjavanje prema stepenu usitnjavanja i vrsti otpada [29].

Prema konstruktivnim karakteristikama i sistemu djelovanja sila naprezanja, mašine za usitnajvanje otpada mogu se podijeliti na sljedeće grupe [29]:- Mašine za drobljenje,- Mašine za mljevenje, - Shreder mlin,- Mašine za sječenje,- Specijalna postrojenja i dr.

3.4.1 Mašine za usitnjavanje otpada sa krtim lomom

Usitnjavanje (drobljenje i mljevenje) otpada sa krtim lomom vrši se pomoću raznih vrsta i tipova drobilica i mlinova. Drobljenje i mljevenje otpada vrši se, po pravilu, suvim postupcima. Mokro drobljenje i mljevenje koristi se samo kod povećanog sadržaja glinovitih čestica u otpadu, kada se istovremeno vrši i pranje usitnjenih frakcija. Drobljenje i mljevenje otpada vrši se u jednom ili više stadijuma, što zavisi od

68


krupnoće ulaznih komada otpada i željene krupnoće usitnjenih frakcija. U daljem tekstu ove knjige daje se prikaz najčešće korištenih mašina za usitnjavnje (drobljenje i mljevenje) otpada.

Tabela 14. Najčešće korištene mašine za usitnjavanje određenih vrsta otpada u zavisnosti od stadijuma usitnjavanja

Vrsta otpada Stadijum usitnjavanjaGrubi Srednji Fini

Mineralni otpad; građevinski čvrsti i srednje čvrsti otpad

- Čeljusne drobilice- Kružne drobilice- Drobilice sa valjcima- Udarno-rotacione drobilice

- Kružne drobilice- Udarne drobilice- Udarno- rotacione

drobilice- Autogeni mlinovi

- Mlinovi sa kuglama- Udarno- rotacioni mlinovi

Mineralni meki do srednje tvrdi otpad

- Drobilice sa čekićima- Udarno-rotacione drobilice

- Mlinovi sa čekićima- Udarno- rotacioni mlinovi

- Udarno- rotacioni mlinovi

Čvrsti otpad sa metalnom armaturom

- Shreder mlin- Makaze za otpad- Rotacione makaze- Jednovaljkasti usitnjivači

- Shreder mlin- Mlinovi za rezanje- Jednovaljkasti usitnjivači

- Drobilice za strugotinu- Mlinovi za rezanje

Kućni otpad;Krupni otpad;Industrijski otpad: mek, sredne tvrd, elatičan, žilavoelastični

- Rotacione makaze- Komorni valjkasti usitnjivači- Aksijalni mlinovi- Autogeni mlinovi

- Rotacione makaze- Aksijalni mlinovi- Mlinovi sa čekićima- Jednovaljkasti usitnjivači

- Jednovaljkasti usitnjivači- Aksijalni mlinovi- Mlinovi sa čekićima

Plastične mase, žilavoelatične

- Ratacione makaze

- Jednovaljkasti usitnjivači- Mlinovi sa noževima- Mlinovi sa čekićima

- Mlinovi sa noževima

3.4.1.1 Čeljusne drobilice

Prema konstruktivnim karakteristikama razlikuju se čeljusne drobilice sa prostim (slika 40a) i složenim kretanjem pokretene čeljusti (slika 40b) [17]. Za drobljenje otpada najširu primjenu u praksi imaju čeljusne drobilice sa prostim kretanjem pokretne čeljusti [29].

69


Radni prostor čeljusne drobilice obrazuju nepokretna čeljust (1), pokretna čeljust (2) i bočne strane (5). Kod drobilica sa prostim kretanjem, gornji kraj pokretne čeljusti je navučen na osovinu (O1), a donji kraj se kreće naprijed - nazad pod djelovanjem ekscentra (O) i rasponih ploča (3) (slika 40a). Za jednu polovinu obrta ekscentra, donji kraj pokretne čeljusti se kreće naprijed prema nepokretnoj čeljusti i za to vrijeme se vrši drobljenje otpada. Ovaj hod se naziva radni hod drobilice. U drugoj polovini obrtaja ekscentra donji kraj pokretne čeljusti se kreće nazad i udaljava se od nepokretne čeljusti. Za to vrijeme nema drobljenja, već se vrši pražnjenje izdrobljenih frakcija otpada. Ovaj hod se naziva prazan hod drobilice. Drobljenje otpada u čeljusnoj drobilici vrši se djelovanjem sile pritiska.

Slika 40. Konstruktivne šeme čeljusnih drobilica: a) sa prostim kretanjem pokretne čeljusti; b) sa složenim kretanjem pokretne čeljusti

Kog čeljusnih drobilica sa složenim kretanjem pokretne čeljusti (slika 40b), gornji kraj pokretne čeljusti je navučen direktno na ekscentar (O). Zbog ovoga pokretna čeljust ima kretanje i u vertikalnom pravcu, a otpad se drobi djelovanjem pritiska i trenja. Pojava sile trenja pri drobljenju daje nešto veće učešće sitnih usitnjenih frakcija otpada te uslovljava brže habanje zaštitnih obloga (6) nego što je to kod drobilica sa prostim kretanjem pokretne čeljusti. Potpun prazan hod kod ovih drobilica iznosi jednu četvrtinu obrtaja ekscentra. Zbog ovoga ove drobilice imaju veći kapacitet u odnosu na drobilice istih gabarita sa prostim kretanjem pokretne čeljusti. Osnovni nedostatak ovih drobilica je taj što se naprezanja pri drobljenju direktno prenose na ekscentar.

Zbog postojanja radnog i praznog hoda, opterećenje pogonskog motora je neravnomjerno. Radi toga su na krajevima ekscentričnog vratila (O) navučena dva masivna zamajca (7) koji za vrijeme praznog hoda akumuliraju energiju i predaju je sistemu na početku radnog hoda. Pogonsku snagu drobilica dobiva od motora, najčešće elektromotora,

70


klinastim prenosom preko jednog ili kod većih drobilica preko oba zamajca. Šipka (8) sa oprugom na zadnjem kraju učvršćuje sistem i onemogućava ispadanje rasponih ploča iz svojih ležišta za vrijeme praznog hoda. Regulisanje širine otvora za pražnjenje, a time i krupnoće izdrobljenih frakcija otpada, vrši se pomoću uređaja za podešavanje izlaznog otvora drobilice, koji je najčešće u obliku klina (9). Njegovim podizanjem širina otvora se smanjuje i obratno.

Zaštita drobilica od havarija koje mogu nastati pri upadu metalnih predmeta ostvaruje se preko rasponih ploča. Raspone ploče se izrađuje tako da mogu izdražati normalna naprezanja pri drobljenju. U slučaju upada metalnog predmeta u radni prostor drobilice javljaju se velika naprezanja pri čemu dolazi do loma jedne raspone ploče, pri čemu pokretna ploča zauzima vertikalan položaj i pri tome dolazi do ispadanja metalnog predmeta iz radnog prostora drobilice. U slučaju da se često dešava upad metalnih predmeta u radni prostor drobilice, tada se raspona ploča izrađuje iz dva komada koji su međusobno spojeni zakivcima koji se kidaju kod prekomjernog naprezanja, pri čemu je raspona ploča i dalje upotrebljiva (slika 41).

Slika 41. Raspona ploča iz dva dijela spojena zakivcima

Čeljusti (pokretna i nepokretna), kao i bočne strane ovih drobilica oblažu se zaštitnim oblogma, koje imaju zadatak da ih štite od habanja. Obloge bočnih strana radnog prostora čeljusnih drobilica su glatke, dok obloge čeljusti mogu biti glatke (slika 42a) ili ozubljene (slika 42b). Kod ozubljenih obloga drobljenje otpada se vrši osim djelovanjem sile pritiska i djelovanjem sila savijanja i sječenja što uslovljava manji izlaz pločastih komada u izdrobljenim frakcijama. Konkavni oblik obloge pokretene ploče (slika 42c) sprečava moguće zaglavljivanje otvora za pražnjenje. Oblik obloga na slici 42d obrazuje izvjesnu paralelnu zonu u donjem dijelu radnog prostora, što uslovljava dobivanje ravnomjernog granulometrijskog sastava izdrobljenih frakcija. Bočne obloge i obloge čeljusti ovih drobilica izrađuju se od manganskog čelika.

Veličina čeljusnih drobilica označava se širinom (B) i dužinom (L) ulaznog otvora (B x L).

Maksimalna dimenzija komada otpada na ulazu u drobilicu ne smije biti veći od (0,8 – 0,85) B.

71


Maksimalni stepen usitnjavanja koji se teoretski može ostvariti sa čeljusnim drobilicama iznosi n = 8. Međutim, u praksi stepen usitnajvanja otpada kreće se n = 3 – 4.

Slika 42. Oblici zaštitnih obloga čeljusti

Čeljusne drobilce se koriste za primarno i sekundarno drobljenje srednje čvrstih i čvrstih abrazivnih otpada.

Kapacitet čeljusnih drobilica sa prostim kretanjem čeljusti određen je zapreminom izdrobljenog otpada koji se prazni za jedan obrtaj ekscentričnog vratila i brojem obrtaja ovog vratila u minuti:

Q = 60 · n · V, m3/sat (50)

gdje je:V – zapremina izdrobljenog otpada koji se prazni za jedan obrtaj ekscentričnog vratila, m3

n – broj obrtaja ekscentričnog vratila, min-1

Zapremina izdrobljenih frakcija otpada koji se prazni za jedan obrtaj ekscentričnog vratila jednaka je zapremini prizme ABEFCDHG (slika 43):

Za određeni broj obrtaja ekscentričnog vratila, u toku jednog obrtaja iz drobilice izlazi prizma izdrobljenih frakcija otpada zapremine (slika 43):

(51)

Kako je:

, m (52)

to se izraz (51) svodi na:

72


(53)

(54)

Slika 43. Šematski prikaz pražnjenja čeljusne drobilice

Zamjenom izraza (54) u formulu (50) dobije se

ili (55)

(56)

gdje je:n – broj obrtaja ekscentričnog vratila, min-1

b0 – minimalna širina izlaznog otvora drobilice, ms – hod pokretne čeljusti na nivou otvora pražnjenja, m - zahvatni ugao čeljusti drobilice, 0

L – dužina ulaznog otvora drobilice, mk – koeficijent rastresitosti izdrobljenih frakcija materijala u radnom prostoru drobilice (k = 1,25 – 1,75)n – nasipna gustina izdrobljenih frakcija materijala u radnom prostoru drobilice, t/m3

U praksi se kapacitet čeljusnih drobilica često razlikuje od kapaciteta određen po ovim formulama, iz razloga što nisu uključene specifične fizičko-mehaničke osobine otpada i sekundarnih sirovina. U stručnoj

73

B

L

GH

CD


literaturi najčešće se koriste empirijske formule za određivanje kapaciteta čeljusnih drobilica. Jedna od jednostavnijih empirijskih formula je [17]:

74

tacka-3-2

Documents