Введение. Утилизация полидисперсных отходов различных производств предполагает решение, как экологических вопросов, так и технологических, связанных с формованием порошкообразных материалов в спрессованные тела заданной геометрической формы и размеров (гранулы или брикеты). Для этого разработаны различные способы компактирования материалов: брикетирование, экструдирование, агломерация и другие [1-8].Применение технологии брикетирования позволяет получать брикеты с заданными физико-механическими характеристиками и химическими свойствами, что уменьшает их потери при транспортировке, хранении, перемещении, распределении при дальнейшем использовании, переработке, а также улучшает технологические, экологические и экономические показатели их использования. Актуальность комплексной переработки полидисперсных отходов различных производств не вызывает сомнения, хотя процесс ее реализации имеет свои особенности и сложности. Для формования сыпучих отходов с невысокими пластическими свойствами используют специальное брикетирующее оборудование, среди которого особое место занимают наиболее производительные пресс-валковые агрегаты (ПВА) [9-12]. Данные машины характеризуются простотой конструкции, необходимой эксплуатационной надежностью, высокой производительностью и небольшими удельными энергозатратами [13-18]. Материалы и методы. Пресс-валковые агрегаты эффективно используют для брикетирования полидисперсных отходов различных производств: утилизации пылеуноса сушильных и обжиговых агрегатов, золо-шлаковых отходов, отходов химических и деревообрабатывающих производств, целлюлозно-бумажных отходов, органических ТКО для получения альтернативных видов тепловой и электрической энергии и др. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования процессов компактирования различных видов порошкообразных полидисперсных материалов заключаются в использовании комплексного подхода, основу которого составляют системный, критериальный анализ и анализ размерностей; теория подобия, математическое и физическое моделирование; многофакторное планирование эксперимента, использование математической статистики, электронно-вычислительной техники и САПР; испытания стендовых, опытно-промышленных агрегатов и технологических комплексов.Основная часть. Разработанный пресс-валковый агрегат [19] относится к оборудованию для брикетирования и изготовления спрессованных тел из сыпучих и вязко-пластичных материалов с заданными физико-механическими характеристиками и химическими свойствами: минералогическим и химическим составом, дисперсностью, плотностью, влажностью, пластичностью и др. и может быть использован в различных отраслях промышленности: строительных материалов, химической, энергетической, деревообрабатывающей, в сельскохозяйственном производстве, в дорожном строительстве и др.Эффективное использование ПВА нашло свое применение при брикетировании полидисперсных отходов с низкой насыпной плотностью (менее 500-600 кг/м3). ПВА, оснащенный валковым и вибро-щековым уплотнителем, позволяет получать качественные брикеты с различными физико-механическими характеристиками. Для этих целей разработана серия патентозащищенных конструкций агрегатов для брикетирования полидисперсных отходов как высокой, так и низкой насыпной плотностью [20-22].Проведенные многолетние теоретические и экспериментальные исследования процессов компактирования различных видов порошкообразных полидисперсных материалов позволили установить основные закономерности брикетирования в ПВА и необходимость их конструктивно-технологической реализации:предварительное уплотнение шихты (kупл.=2,5-3), особенно для материалов с низкой насыпной плотностью;повышение качества брикетов за счет обезвоздушивания, эффективной упаковки частиц при вибровоздействии или предварительном уплотнении материалов;равномерное распределение потока шихты по рабочей поверхности валков;обеспечение равномерного распределения напряжений по объему прессуемых тел;выдержка шихты под давлением для релаксации напряжений в брикетах;повышение качества готовой продукции и производительности агрегата за счет возврата просыпи в зону формования;надежный выход брикетов из желобов формующих элементов при использовании специальных устройств и др.При изучении процесса брикетирования полидисперсных порошкообразных отходов были проведены теоретические исследования по изучению кинематических, конструктивно-технологических и энергосиловых параметров агрегатов.Уплотнение и деформация шихты в ПВА осуществлялось посредством вращающихся навстречу друг другу прессующих валков желобково-зубчатого и ячейкового типа. В случае брикетирования шихты, обладающей выраженными пластическими свойствами (когда не требуется высокое давление формования, P=15-20 МПа) мы использовали валки ячейкового типа (рис. 1).Rяч – радиус ячейки, м; R0 – радиус вальцов по внутреннему контуру ячеек, м; lяч – длина ячейки, м; hяч –высота ячейки, м; bяч =b – ширина ячейки, м;  δ  – зазор между вальцами, δ =(0,5÷1 )·10-3м; rз – радиус зуба, мПри вращении вальцов ПВА навстречу друг другу брикеты испытывают максимальное давление на линии центров (рис. 2). После прохождения линии центров наблюдаются резкий спад напряжений в сформованных брикетах и их упругое расширение. За счет скольжения вдоль поверхности ячеек преодолеваются силы трения. Выход спрессованных тел из ячеек осуществляется за счет упругого расширения брикетов и их силы тяжести.В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований вальцевого пресса с формующими элементами желобково-зубчатого типа получено выражение для определения усилия прессования Px, которое зависит от геометрических параметров вальцов (радиуса – R, ширины – B), зазора между ними – δ , частоты вращения nв, а также степени плотности шихты η , запрессованной в ячейки формующих элементов:     (1)где μ  – коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона); P пр.max  – предельное давление прессования, МПа; τсц  – параметр, учитывающий сцепление прессуемых частиц при номинальном давлении прессования, МПа; φ  – угол внутреннего трения, φ=arctgfi ; ηo , ηбр , fo , ξ  - физико-механические характеристики прессуемого материала, соответственно, исходная плотность, плотность в сбрикетированном состоянии, коэффициент внутреннего трения, коэффициент бокового распора; Sпр.м. , U  – площадь и периметр пресс-матрицы, соответственно, м2, м; Ho  – исходная высота слоя шихты, м.В виду того, что ПВА разработан для брикетирования порошкообразных полидисперсных материалов с различными физико-механическими характеристиками и физико-химическими свойствами (в т.ч. материалов с низкой насыпной плотностью), для эффективного формования возникает необходимость предварительного уплотнения шихты. Это реализовано валковым и щековым предуплотнителями, соответственно.На рисунке 3 представлена схема валкового предуплотнителя. Мощность, затрачиваемая валковым предуплотнителем, рассчитывается следующим образом:     (2)где MсопрΣ  – суммарный момент сопротивления, преодолеваемый при уплотнении шихты и перемещении бесконечной ленты, Н·м;  ωВ  – угловая скорость вращения валков, рад/с; Pв. упл  – давление уплотнения исходной шихты валком, МПа; fв  – коэффициент внешнего трения материала о поверхность валка; Bл  – ширина валка (уплотненной ленты), м; lPmax  – длина дуги валка в зоне максимального давления уплотнения шихты, м; αуплPmax  – угол максимального давления уплотнения, рад (αуплPmax=3-4° ); RB  – радиус валка, м.Мощность, затрачиваемая щёковым предуплотнителем, рассчитывается следующим образом:  ,                           (3)где  Pщёкупл –давление уплотнения шихты в щёковом предуплотнителе, МПа; BВ.П. – ширина пластин щёкового предуплотнителя, м; hпл  ,hдуг  – толщина уплотняемого материала в щёковом и дугообразном уплотнителе, соответственно, м; β  – угол наклона корпусов эксцентриков к вертикальной поверхности щёк (угол вибровоздействия, β=60° ); ρпл , ρдуг  –плотность уплотненных слоев материала в щёковом и дугообразном уплотнителе, соответственно, кг/м3; fтр.ЩПУ  – коэффициент трения уплотненного материала о поверхность щёк; lяч,Bяч  – длина и ширина ячейки формующего элемента, соответственно, м;nэксц  – частота вращения эксцентрикового вала, об/с; mбр  – масса брикета, спрессованного в вальцевом прессе, кг; φисп  – коэффициент использования поверхности вальцов для формующих элементов ячейкового типа – φяч=0,85 .Тогда мощность, затрачиваемая валковым прессом, после стадии предуплотнения:    (4) где αН  – нейтральный угол, град; Rср  – средний радиус валка, м; G В  – результирующая сила от силы тяжести вальцов, Н; rц  – радиус вальцов, м;  ωВ.П.  – угловая скорость вращения вальцов в вальцевом прессе, рад/с;На рисунке 5 изображен общий вид пресс-валкового агрегата с валковым и вибро-щековым предуплотнителями.ПВА состоит из двух блоков: первый (I) содержит валковые устройства для предварительного уплотнения материала и стабилизации скоростных потоков шихты; второй блок (II) содержит вибро-щековый уплотнитель, который обеспечивает дальнейшее уплотнение полидисперсных отходов и равномерное их нагнетание в межвалковое пространство прессующих вальцов. Для дополнительного уплотнения полидисперсных отходов предусмотрены специальные нагнетательные валики. Они нагнетают уплотняемую шихту в ячейки вальцов. Под блоками (I) и (II) непосредственно установлен вальцевый пресс с желобково-зубчатыми формующими элементами (рис. 5).Основной задачей разработок являлось получение брикетов заданной геометрической формы и размеров, которые производятся из полидисперсных отходов различных предприятий и могут быть использованы по соответствующему технологическому назначению: в нефтехимии – как брикетированные сорбенты на основе перлита для очистных сооружений; в деревообрабатывающей промышленности – как топливные брикеты; в строительной – в качестве теплоизоляционных заполнителей для теплоизоляции строительных сооружений или для производства конструкционно-теплоизоляционных изделий с добавлением фибронаполнителей и др. (рис. 6).Выводы. Проведенные испытания подтвердили возможность брикетирования порошкообразных полидисперсных отходов и получения брикетов со следующими физико-механическими характеристиками: для теплоизоляционных заполнителей плотность брикетов составила (280÷300) кг/м3, прочность – (45÷50) Н/бр., коэффициент уплотнения шихты в ПВА – (2,0÷2,2); для фибронаполнителей: плотность брикетов (560÷590) кг/м3, прочность – (15÷20) Н/бр., коэффициент уплотнения в ПВА (3,5÷3,6).Данное научно-практическое направление – разработка и исследование агрегатов и процесса брикетирования с использованием ПВА для формования полидисперсных материалов и отходов различных производств имеет важное значение для решения актуальных задач по комплексной переработке ТКО и получения из них конкурентоспособной товарной продукции.Анализ результатов проведенных опытно-промышленных испытаний разработанного оборудования ПВА для комплексной переработки порошкообразных полидисперсных отходов подтверждает техническую, технологическую и экономическую целесообразность его использования.ПВА, оснащенный валковым и вибро-щековым уплотнителем позволяет получать качественные брикеты с различными физико-механическими характеристиками.Источник финансирования. Работа выполнена в рамках реализуемого проекта НОЦ «Инновационные решения в АПК» № 10089447 (2020-2022 гг.) научно-производственной платформы «Рациональное природопользование»