Transcript Wykład 6

WYKŁAD 6
Gospodarka odpadami
przy produkcji odpadów
ciernych – przykład
rozwiązania.
Janusz Sokołowski
Wprowadzenie
Produkcja okładzin ciernych hamulcowych i
sprzęgłowych jest źródłem znacznej ilości odpadów
technologicznych szkodliwych dla środowiska
naturalnego. Część tych odpadów może być
wykorzystana do wytwarzania pełnowartościowych
wyrobów. Celem prac badawczo-rozwojowych
współfinansowanych przez Komitet Badań Naukowych
było zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska
naturalnego oraz obniżenie kosztów wytwarzania
okładzin i praktycznie bezodpadowa produkcja
okładzin sprzęgłowych na bazie przędzy. Recykling
odpadów jest elementem realizowanego przez „Fomar
Roulundus” S.A. programu „CLEANER PRODUCTION”.
Wprowadzenie
Okładzina cierna
• Jest elementem występującym w hamulcach i
sprzęgłach
• Ma postać nakładek w klockach hamulcowych,
okładzin sprzęgłowych, taśm hamulcowych lub
okładzin szczęk hamulcowych
• wykonane z materiałów odznaczających się
wysokim współczynnikiem tarcia oraz dużą
odpornością na ścieranie, wysoką temperaturę i
duże naciski
Podział systematyczny
okładzin
Okładziny
cierne
sprzęgłowe
nawijane
wyplatane
hamulcowe
prasowane
tarczowe
bębnowe
samochody
osobowe,
dostawcze
samochody
ciężarowe,
autobusy
Charakterystyka odpadów
Proces technologiczny wytwarzania materiałów
ciernych jest procesem złożonym i wieloetapowym.
Pewna
ilość
odpadów
powstaje
podczas
wykorzystywania procesów cząstkowych takich,
jak:
impregnacja przędzy,
wyplatanie przędzy,
prasowanie termiczne mieszanek ciernych,
przecinanie wyprasek.
Charakterystyczną cechą tej grupy odpadów jest
wstępne usieciowanie środków wiążących (żywice i
kauczuki) w szczególności w procesie prasowania w
podwyższonej temperaturze.
Charakterystyka odpadów
Drugim źródłem odpadów jest obróbka końcowa
gotowych wyrobów tzw. „ażury” po wycinaniu
kształtek z płyt, pyły szlifierskie oraz okładziny
zdyskwalifikowane.
W tej grupie odpadów środki wiążące są
usieciowane podczas wielogodzinnego procesu
utwardzania w kontrolowanej temperaturze. W obu
grupach odpadów w skład wchodzą żywice,
kauczuki, włókna mineralne i stalowe oraz
wypełniacze.
Schemat produkcji okładzin do hamulców bębnowych
metodą prasowania
Odważanie
surowców
Odważanie
przedmieszek
i surowców
Prasowanie i
przecinanie
rynien
Wykonanie
przedmieszki
Wykonanie
mieszanki
Szlifowanie
wstępne
Rozdrabnianie
przedmieszki
Sezonowanie
mieszanki
Utwardzanie
okładzin
Sezonowanie
przedmieszki
Naważanie w
worki PE
Obróbka
mechaniczna
Schemat produkcji okładzin do hamulców bębnowych
metodą walcowania taśmy
Odważanie
surowców
Walcowanie
taśmy
Utwardzanie
okładzin
Wykonanie
mieszanki
Suszenie
taśmy
Szlifowanie
powierzchni
Rozdrabnianie
mieszanki
Wstępne
szlifowanie
taśmy
Krawędziowanie
Sezonowanie
mieszanki
Przecinanie
taśmy
Znakowanie i
pakowanie
Schemat produkcji okładzin do hamulców tarczowych
Odważanie surowców
Odtłuszczanie płytek
Żwirkowanie płytek
Wykonanie przedmieszki
Rozdrabnianie
przedmieszki
Odważanie przedmieszki
i surowców
Nakładanie kleju
Suszenie kleju
Wykonanie i
sezonowanie mieszanki
Prasowanie okładzin
Zaciskanie okładzin w
ramach zaciskowych
Utwardzanie i
szlifowanie okładzin
Nakładanie i utwardzanie
powłoki głuszącej
Lakierowanie i
znakowanie
Schemat produkcji okładzin sprzęgłowych prasowanych z
mieszanek
Odważanie
surowców
Wykonanie
mieszanki
Rozdrabnianie
mieszanki
Sezonowanie
mieszanki
Wykonanie
pastylek
Prasowanie
okładzin
Obróbka
termiczna
Szlifowanie
powierzchni
okładzin
Wiercenie
otworów pod
nity
Znakowanie i
pakowanie
Schemat produkcji okładzin sprzęgłowych wyplatanych
Odważanie surowców do
wykonania roztworu
impregnacyjnego
Chłodzenie wyprasek
Obróbka termiczna
Wykonanie roztworu
Szlifowanie powierzchni
Przędza
bezazbestowa
Nasycanie przędzy
roztworem impregnacyjnym
Wiercenie otworów pod nity
Węzeł impregnacji
i suszenia
Suszenie przędzy
Impregnacja roztworem
antykorozyjnym
Wyplatanie pierścieni
Znakowanie i pakowanie
Prasowanie pierścieni
Schemat produkcji okładzin sprzęgłowych nawijanych
Odważanie surowców do
wykonania roztworu
impregnacyjnego
Toczenie powierzchni
zewnętrznej
i przecinanie półfabrykatu
Szlifowanie powierzchni
okładzin
Wykonanie roztworu
Gratowanie krawędzi
Przędza
bezazbestowa
Nasycanie przędzy
roztworem impregnacyjnym
i kondycjonowanie
Wiercenie otworów pod nity
Utwardzanie półfabrykatów
Impregnacja roztworem
antykorozyjnym
Zdejmowanie półfabrykatów
z rdzeni
Znakowanie i pakowanie
Wytaczanie średnicy
wewnętrznej półfabrykatu
Źródła odpadów
MATERIAŁ
SPRZĘGŁOWY
SPRZĘGŁA
NAWIJANE
 roztwór odpadowy
 wióry z obróbki
korpusów
 odpad stały (resztki
korpusów)
 okładziny brakowe
 pyły
SPRZĘGŁA
WYPLATANE
 odpad roztwory
odpadowego
 odpad sypki z wyplatania
okładzin
 odpad zaimpregowanej
przędzy
 odpad z prasowni
 okładziny brakowe
 pyły poszlifierskie
SPRZĘGŁA
PRASOWANE
 odpad z prasowni
 odpad stały po
wycinaniu
 okładziny brakowe
 pyły
Źródła odpadów
BĘBNOWE
PRASOWANE
Odpad z prasowni
Odpad stały po cięciu
Okładziny brakowe
Pyły poszlifierskie
TAŚMA WALCOWANA
Odpadowa taśma
walcowa
Okładziny brakowe
Pyły poszlifierskie
MATERIAŁ BĘBNOWY
MATERIAŁ
TARCZOWY
Okładziny brakowe
(po oddzieleniu od
płytek stalowych)
Badania
Recykling odpadów wymagał przeprowadzenia wielu badań
oraz wykonania prób technologicznych w skali laboratoryjnej
i półtechnicznej.
Wykonane badania można podzielić na następujące grupy
tematyczne:
Badania składu chemicznego – odpady z prasowania mają
inny skład niż mieszanka cierna stosowana do prasowania,
ponieważ proces prasowania odbywa się w podwyższonych
temperaturach, w których następuje odszczepienie wody
krystalizacyjnej i higroskopijnej oraz wydzielanie innych
produktów gazowych;
Badania stopnia usieciowania żywic i kauczuków w
odpadach;
Badania nad rozdrobnieniem odpadów mających na celu
uzyskanie optymalnego rozkładu usieciowania
Badania
własności
otrzymanych
okładzin:
ciernozużyciowych, mechanicznych, trakcyjnych.
Recykling odpadów
MIESZANKA
WIELOETAPOWA
MIESZANKA
JEDNOETAPOWA
Odważanie surowców
Odważanie
surowców
Wykonanie
tłoczywa
Wykonanie przedmieszki
WPROWADZENIE
ODPADU
Rozdrobnienie
Odważanie przedmieszek
i surowców
Rozdrobnienie
Wykonanie tłoczywa
Sezonowanie
Rozdrobnienie
Sezonowanie
Podsumowanie
1. Na podstawie przeprowadzonych prac badawczych opracowano i
wdrożono do produkcji technologię wytwarzania nowego tarczowego
materiału ciernego FO 910 na bazie odpadów. Materiał ten spełnia
obowiązujące w Polsce Warunki Techniczne WT-075/PIMot/93 i posiada
znak bezpieczeństwa.
2. Recykling odpadów pierwszej grupy wprowadzono na etapie
przygotowania mieszanek, przy czym są one selekcjonowane i dodawane
do mieszanki, podczas której przetwarzania powstały.
3. Okładziny zdyskwalifikowane oraz „ażury” po odpowiednim rozdrobnieniu
do żądanej granulacji zawracane są na etapie przygotowania mieszanki
danego rodzaju materiału z uwzględnieniem korekcji składu chemicznego.
4. Pyły szlifierskie jako odpad niejednorodny (pochodzący z procesu
szlifowania okładzin ciernych różnych asortymentów) nie znalazły
zastosowania jako zamiennik jednego z surowców w produkcji materiałów
ciernych. Planowane jest inne zastosowanie tych odpadów. Na podstawie
wyników badań przeprowadzonych w Instytucie Techniki Budowlanej
uzyskano atest Państwowego Zakładu Higieny zezwalającego na
zastosowanie pyłów szlifierskich w produkcji masy asfaltowej.
Odzysk czterochloroetylenu w produkcji
okładzin sprzęgłowych wyplatanych
• Podstawowa operacja w ciągu technologicznym produkcji
okładzin sprzęgłowych wyplatanych to impregnacja przędzy
wraz z procesem jej suszenia.
• Do impregnacji stosuje się roztwór kauczukowo-żywiczny
zawierający szereg innych organicznych i nieorganicznych
składników.
• W technologii produkcji okładzin sprzęgłowych azbestowych
rozpuszczalnikiem był ksylen, a roztwór impregnacyjny
zawierał go ok. 40% wag.
• W technologii produkcji okładzin bezazbestowych
rozpuszczalnikiem jest tetrachloroetylen (75% wag.)
Wprowadzenie
• W trakcie suszenia zaimpregnowanej przędzy azbestowej
pary ksylenu (kilkanaście ton miesięcznie) odprowadzano
do atmosfery poprzez instalację wyciągową. Silny ciąg
wentylacyjny powodował, że suszarnia pracowała na
podciśnieniu i pomimo lekkiej, nieszczelnej,
antywybuchowej konstrukcji normy zanieczyszczenia
powietrza (NDS-y) w oddziale impregnacji nie były
przekraczane.
Przygotowując fabrykę do podjęcia produkcji okładzin
bezazbestowych opracowano nową recepturę
materiałową, odpowiednią dla impregnacji przędzy
szklano-akrylowej oraz przebudowano suszarnię tak,
aby pary tetrachloroetylenu po wykropleniu mogły być
zawrócone do produkcji.
• Maksymalizacja odzysku rozpuszczalnika przy niegorszych
warunkach BHP
Wprowadzenie
przędza bezazbestowa
przędza azbestowa
Suszarnia
• Do suszenia zaimpregnowanej przędzy używane są suszarnie
komorowe 2,7x2,2x2,4m firmy Kiefer. Są to lekkie,
minimalizujące skutki ewentualnego wybuchu konstrukcje z
wymuszonym wewnętrznym wentylatorem obiegiem gazu,
ogrzewane przeponowo gorącą wodą o T do 130oC
• W środku zamontowany ośmioramienny kołowrót o poziomej
osi obrotu i średnicy 1750mm. Służy do rozpięcia suszonej
przędzy i jej przesuwu wzdłuż suszarni.
• Przędza przemieszcza się wewnątrz suszarni po linii śrubowej
z przeciętną prędkością liniową 10m/min. Wewnątrz znajduje
się stale ok.. 8,5 kg zaimpregnowanej przędzy.
• Wydajność jednej suszarni wynosi ok.. 18 ton
zaimpregnowanej i wysuszonej przędzy miesięcznie.
Założenia
Przyjęto założenia do przebudowy ciągu impregnacji i suszenia:
1. Maksymalne uszczelnienie suszarni celem minimalizacji
wydobywania się oparów czterochloroetylenu na zewnątrz
2. Wykroplenie możliwie dużej ilości rozpuszczalnika za pomocą
zestawu chłodnic włączonych równolegle w obieg gazów
suszarniczych
3. Zawrót kondensaty, po oddzieleniu wody, do produkcji
roztworu impregnacyjnego
4. Wyposażenie otworów technologicznych w wydajne ssawki
wentylacyjne, aby nie dopuścić do penetracji par
rozpuszczalnika na zewnątrz instalacji
5. Praca suszarni praktycznie przy ciśnieniu otoczenia, aby jak
najmniej par rozpuszczalnika uchodziło do komina
Przędza
C2Cl4
Przygotowanie
roztworu
impregnacyjnego
Roztwór
impregnacyjny
Do
wentylacji
Wysuszona
zaimpregnowana przędza
Impregnarka
Suszarnia
Gorąca
woda
Wewnętrzny wentylator
Surowce do wykonania
roztworu impregnacyjnego
Nagrzewnica
Kondensat
czterochloroetylenu
Chłodnica
Agregat chłodniczy
Zimna woda
Oddzielacz
woda
Do
wentylacji
Zbiornik
kondensatu
Wyplotka
wyplotka z zaimpregnowanej przędzy
bezazbestowej
Zadania inwestycyjne
1. Zakup, instalacja i rozruch agregatu chłodniczego RC
Condizionatori
2. Zakup i montaż dmuchawy obiegu zewnętrznego gazów
suszarniczych
3. Zakup rur ożebrowanych
4. Wykonanie chłodnicy – skraplacza czterochloroetylenu i
nagrzewnicy gazów zawracanych do suszarni
5. Wykonanie zbiornika na skraplany rozpuszczalnik
6. Wykonanie ssawek wentylacyjnych
7. Wykonanie i montaż niezbędnych gazociągów
8. Podłączenie mediów
9. Uszczelnienie suszarni
Rozruch instalacji
• Trudności w uszczelnieniu suszarni; zastosowane szczeliwa
silikonowe nie są całkowicie odporne na środowisko par
rozpuszczalnika w podwyższonej temperaturze. Uszczelnienia
epoksydowe i nieorganiczne szybko odklejają się od
metalowej obudowy (ruchy termiczne). Zastosowano
uszczelnienie z czystego silikonu pokrywanego warstwą farby
epoksydowej (trzeba okresowo regenerować). Drzwi suszarni
uszczelniono gumą odporną na chlorowcopochodne i
zabezpieczono ssawkami podłączonymi do wentylacji.
• Rozruch i późniejsza eksploatacja wykazały, że trudno jest
utrzymać stężenie czterochloroetylenu wokół suszarni poniżej
NDS (60mg/m3), mimo wyposażenia jej w cały szereg
odciągów wentylacyjnych.
(wejście i wyjście przędzy, szczeliny pomiędzy drzwiami i
obudową)
Rozruch instalacji
• Ilość wykraplanego rozpuszczalnika zależała w dużym stopniu
od płynności pracy suszarni (przestoje, awarie ją obniżały)
• W czasie bezawaryjnej pracy stopnie uzyskiwano stopień
odzysku powyżej 80%, a w okresach o większej liczbie
przestojów stopień padał do 50% i poniżej.
• Średni normatywny stopień wykraplania – 70%
Wypraska
Gotowa okładzina
Uzyskane efekty
• Fabryka Okładzin Ciernych sprzedała w 1996r 666314 sztuk
okładzin sprzęgłowych wyplatanych, zużywając do ich
wyprodukowania 200 ton zaimpregnowanej przędzy.
• Do wykonania roztworu dla zaimpregnowania takiej ilości
przędzy potrzeba było 300 ton czterochloroetylenu.
• Dzięki wzdrożeniu metody odzysku i zawrotu rozpuszczalnika,
fabryka kupiła niespełnia 100 ton czterochloroetylenu,
zaoszczędzając ok. 215 tys. zł, a 200 ton rozpuszczalnika nie
powędrowało do atmosfery.
• W I-szym półroczy 1997r fabryka zaoszczędziłą 123,5 tys zł, a
do atmosfery nie wyemitowano kolejnych 100 ton trucizny
Podsumowanie wyników
• Doświadczenie półtorarocznej pracy linii impregnacji i suszenia
wskazuje, że mimo fabryka osiągnęła korzyści, to ilość
emitowanego czterochloroetylenu do atmosfery wciąż jest
zbyt duża i przekracza limity
• Z bilansu materiałowego wynika, że większość
niewykroplonego rozpuszczalnika (w postaci pary nasyconej)
jest wysysana wokół otworów technologicznych przez
wentylację.
• Postanowiono zmienić założenia co do reżimu pracy suszarni i
pracować na lekkim podciśnieniu, wywołanym przez ciąg
wentylacji
• Uzyskanie niewielkiego podciśnienia w suszarni wymaga
dopuszczenia do wentylacji gazu w ilości 3-4 m3/h. Stężenie
czterochloroetylenu w gazie po wykropleniu rozpuszczalnika
nie przekracza 50 g/m3, co daje niewielką emisję, rzędu 1,2
tony rozpuszczalnika z 1 suszarni rocznie.