Використання вторинної полімерної сировини

Модернізовані одночерв'ячні екструдери відрізняються застосуванням гідравлічного або електричного приводу, що забезпечує плавне регулювання швидкості обертання черв'яка, індукційних електричних нагрівачів з точним позонним контролем і автоматичним регулюванням температури циліндру і профілюючої голівки.

Для переробки у вироби відходів плівки, екструдованих і литих виробів, матеріалу у вигляді крихти довільної форми і різних розмірів застосовують комбіновані черв'ячні екструдери, оснащені плавильним диском.

Інтенсифікація процесів переробки відходів вторинних полімерів в готову продукцію визначає необхідність нових досліджень в цій області. Потрібно передусім відмітити, що недостатньо повна інформація про фізико-хімічні явища, що відбуваються в полімерному матеріалі в процесі переробки, стримує науково-технічний прогрес в цій області. Нині впровадження виробів з вторинних полімерних матеріалів в комунальному господарстві міста явно недостатнє, хоча потреба, наприклад, в безнапірних полімерних трубах для експлуатації каналізаційних систем, систем водопостачання безперервно зростає.

За умовами експлуатації виробів часто виникає необхідність забезпечення міцності. Іноді необхідно, щоб в результаті дії на матеріал певних чинників відбувалася різка зміна його міцності. Роботи в області впливу структури на експлуатаційні властивості полімерів показали, що в процесі їх переробки навіть чиста фізична або фізико-хімічна дія на полімерні матеріали дозволяє помітно змінювати їх властивості. Уміння технологів забезпечити посилення матеріалів в заданих конструкторами напрямах є великим резервом економії полімерної сировини, сприяє розширенню сфер їх застосування і прогресу багатьох галузей науки і техніки, в яких вони використовуються.

Нині в Україні щорічно утворюється близько 6 млн. тонн відходів, серед яких майже 50 % складають відходи упаковки. Це відбувається в результаті підвищення культури споживання товарів і їх упаковки і, як наслідок, появи великої кількості одноразової упаковки.

Що стосується переробки пластмасової упаковки, то вона ще повністю не освоєна. Відходи пластмас піддаються утилізації в основному в чотирьох напрямах:

використання при виготовленні аналогічної продукції (тобто використання як первинна пластмаса);

використання при виготовленні продукції (тобто використання як вторинна пластмаса);

переробка в хімічну сировину;

спалювання.

Найперспективнішим є використання полімерних відходів як вторинної сировини. В цьому випадку практично повністю використовуються усі властивості полімерів з точки зору їх призначення. Вторинний полімерний матеріал використовують, як правило, у складі композиції з первинним полімером, в полімерних композиціях як самостійну (вторинну) полімерну сировина, а також як матрицю для композиції з мінеральними або органічними наповнювачами.

Вивчення концентрації і спеціалізації виробництва виробів з пластмас в різних економічних районах свідчить про те, що об'єднання випуску продукції в потужних спеціалізованих цехах не завжди забезпечує помітних переваг перед дрібними виробництвами. Динаміка зростання світового споживання і потужностей для виробництва полімерів з прогнозом дуже значна. Приведена інформація про ринки таких полімерів, як поліпропілен (ПП) і поліетилен (ПЕ) (табл. 4.2).

Таблиця 4.2 - Динаміка світового споживання і потужностей для виробництва ПП і ПЕ (тис. т)

	2000 р.	2005 р.	2010 р.	Середньорічне зростання (%)
	ПЕ	ПП	ПЕ	ПП	ПЕ	ПП	ПЕ	ПП
Виробничі потужності	33865	13972	65304	38460	75205	42100	6,1	9,6
Споживання	30440	12500	50915	28143	60449	35620	4,8	7,7

Як бачимо, середньорічний приріст виробництва і споживання ПП за минуле десятиліття більш ніж в 1,6 разу перевищує ПЕ. Важливим показником є прогнозоване значне зниження темпів зростання виробництва ПП і ПЕ на тлі незначного зниження темпів зростання їх споживання.

Серійний випуск комплектних ліній по виробництву устаткування для переробки відходів в Україні не налагоджений. Тільки чотири підприємства пропонують устаткування для переробки відходів: УкрНДІпластмаш (м.Київ), ТОВ "Пластмодерн", Український ГПКТ інститут вторинних ресурсів та інженерне підприємство "Екотехніка" (м. Харків). Устаткування, що випускається цими підприємствами, розраховане передусім на переробку поліетиленових відходів. Устаткування для переробки ПЕТ-пляшок пропонують зарубіжні фірми "Еврема" (Австрія), "Систем Редома" (Швеція). На рівні дослідно-експериментального виробництва налагоджена переробка ПЕТ-пляшок у Львові і Кременчуці.

Удосконалюються установки і устаткування для переробки вторинних пластмас. Австрійська фірма "Еврема" запатентувала і розробила технологічну лінію по переробці ПЕТ-пляшок. Лінія складається з агрегату подрібнення-ущільнення, сушильного устаткування і кристалізаторів, що працюють при підвищеній температурі під вакуумом, екструдера з особливою геометрією шнеків. Технологічний процес дозволяє зберігати характеристичну в'язкість матеріалу в межах, допустимих для повторного формування пляшок.

Зростання виробництва пляшкових пресформ, підвищення світових цін на нафту і, відповідно, на первинний поліетилентерефталат вплинули на активне формування в Україні ринку по переробці використаних ПЕТ-пляшок.

Ринок вторинного ПЕТФ розвивається і має великий потенціал. Існують декілька способів переробки використаних пляшок. Одним з них є глибока хімічна переробка вторинного ПЕТФ з отриманням диметилтерефталата (ДМТ) в процесі метанолізу або терефталевої кислоти і етилгліколя у ряді гідролітичних процесів. Проте такий спосіб переробки має істотний недолік - дорожнеча процесу деполімеризації. Тому нині частіше застосовують відомі і поширені механо-хімічні способи переробки, в процесі яких кінцеві вироби формуються з розплаву полімеру.

Пляшковий напівпродукт поліетилентерефталату може бути використаний в таких технічних цілях:

- в процесі переробки у вироби вторинний ПЕТФ можна додавати в первинний матеріал;

- компаунд - вторинний ПЕТФ можна сплавляти з іншими пластиками (наприклад, з полікарбонатом) і наповнювати волокнами для виробництва деталей технічного призначення;

- отримання барвників для виробництва забарвлених пластикових виробів.

Очищені ПЕТФ-пластівці можна використовувати для виготовлення широкого асортименту товарів:

текстильні волокна;

набивальні і штапельні волокна;

набивальний матеріал для м'яких іграшок, подушок і так далі;

килимові покриття;

покрівельні матеріали;

покриття для підлоги автомобілів;

плівки і листи (забарвлені, металізовані);

піддони для заморожених продуктів;

упаковка;

пляшки для технічних рідин.

При цьому початковою сировиною для деполімеризації або переробки у вироби являються не пляшкові відходи, які могли пролежати деякий час на звалищі і є безформним сильно забрудненим матеріалом, а чисті пластівці ПЕТФ.

Концепція створення комплексної системи збору і утилізації полімерних відходів розглядає використання пластмасових відходів як основне джерело полімерної сировини. Це дозволяє створити сировинну базу, значно дешевшу в порівнянні з первинною полімерною сировиною, організувати випуск широкого асортименту недорогих матеріалів виробничо-технічного призначення.

Без втручання держави повторна утилізація пластмас здійсниться тільки там, де сукупність витрат по їх збору, сортуванню і переробці не перевищує граничну корисність кінцевого продукту.

Досвід роботи в цій галузі в Україні показує, що основний принцип при вирішенні проблеми утилізації полімерних відходів зводиться до раціонального, науково-обґрунтованого використання корисних властивостей полімерного матеріалу, що збереглися, до яких передусім відноситься його висока стійкість до агресивних середовищ. Це вимагає застосування нових нестандартних технологічних процесів, малочутливих до розкиду фізико-хімічних параметрів вторинної полімерної сировини, накладає обмеження на номенклатуру виробів з полімерних відходів. Зокрема, вироби з полімерних відходів повинні мати великий термін експлуатації, принаймні не менше 10 років, що обмежить попадання їх на третинну переробку.

У інституті "УкрНДІпластмаш" (м. Київ) розроблені нові види ліній екструзій для переробки подрібнених технологічних і побутових відходів: плівок, видувних, литих і інших виробів з термопластів, а також агрегати для подрібнення пластмас, роторні подрібнювачі пластмас. Для підприємств малого і середнього бізнесу запропонована лінія ЛГТВ 63-90 продуктивністю до 90 кг/год для переробки в гранули плівкових, рулонних і кускових відходів, бракованих виробів з поліетилену, поліпропілену, полістиролу і інших відходів, , що утворюються при виробництві у тому числі пакетів типу "майка" з поліетилену високої щільності, відходів при виробництві листів, рулонних матеріалів і наступної термо- і вакуумформовки, одноразової тари, посуду з поліпропілену, полістиролу та ін. Лінія ЛГТВ 90-200 продуктивністю до 200 кг/год призначена для переробки технологічних відходів термопластів в умовах спеціалізованих виробництв. У комплекті з пристроями миття і попереднього подрібнення вона може застосовуватися для переробки вживаних плівок і кускових відходів. Залежно від типу матеріалу, що переробляється, в ній можуть бути використані методи стренговой або стрічковій грануляції.

Лінія ЛГТВ 90-250М продуктивністю до 250 кг/год, освоєна виробництвом АТ "Більшовик", за допомогою методу різання гранул на плиті фільєра переробляє технологічні відходи виробництва виробів з термопластів, і ряду композиції.

Створена лінія миття, агломерування і гранулювання побутових відходів пластмас продуктивністю до 250 кг/год, що представляється на ринок спільно з ПП "Метальхем" (Польща). Лінія включає пристрій попереднього подрібнення плівки, установку для миття забрудненої полімерної плівки, агломератор пластмасових плівок, гранулюючу лінію екструзії типу ЛГТВ 90-25М або ЛГТВ 90-200.

4.7 Розрахунок викидів шкідливих речовин в атмосферу при переробці термопластів

Проведемо розрахунок викидів шкідливих речовин в атмосферу при переробці термопластів для технологічної лінії виробництва підприємство "Екотехніка" (м. Харків), що описана у пп.4.5-4.6. Вихідними даними для розрахунку є характеристики продуктивності лінії та типи матеріалів термопластів, що наведені у табл. 4.3. Технологічна лінія з переробки термопластів містить обладнання для виконання технологічних операцій гранулювання на базі екструдерів для роздільної переробки поліетилену, полістиролу, ПВХ та ПЕТ-пляшок. При їх роботі у атмосферу виділяються леткі продукти термоокислювальної деструкції. При подрібненні термопластів у атмосферу виділяється їх пил. Питомі викиди шкідливих речовин у атмосферу при переробці термопластів наведено у табл. 4.4.



Таблиця 4.3 - Характеристики продуктивності лінії з переробки термопластів

Матеріал	Продуктивність лінії, кг/год
Поліетилен	300
Полістирол	100
ПВХ	100
ПЕТФ	100

Таблиця 4.4 - Питомі викиди шкідливих речовин у атмосферу при переробці термопластів

Найменування технологічної операції	Матеріал	Шкідливі речовини, що виділяються у атмосферу
		Найменування	Показник питомих викидів, г/кг
Гранулювання на базі екструдерів	Поліетилен	Органічні кислоти в перерахунку на оцтову кислоту Оксид вуглецю	0,30 0,20
	Полістирол	Стирол	0,05
	ПВХ	Вінілхлорид	0,02
	ПЕТФ	Органічні кислоти в перерахунку на оцтову кислоту Оксид вуглецю	0,30 0,20
Подрібнення	Поліетилен, Полістирол, ПВХ, ПЕТФ	Пил термопластів	0,70

Розраховуємо максимально-разовий викид забруднюючих речовин у атмосферу у процесі переробки термопластів для кожної з технологічних операцій та виду забруднюючої речовини:

(г/с), (4.1)

де - показники питомих викидів і-тої забруднюючої речовини на одиницю

ваги термопластів, які переробляються (г/кг);

- кількість матеріалу, що переробляється (т/год).

З урахуванням того, що технологічне обладнання працює позмінно середні викиди забруднюючих речовин у атмосферу протягом доби будуть:

(г/с), (4.2)

де - час роботи обладнання на добу (годин), при роботі обладнання у одну

зміну приймаємо 8 годин.

Підставивши значення характеристик продуктивності лінії з табл.4.3 та питомих викидів шкідливих речовин у атмосферу з табл.4.4. визначимо максимально-разові викиди забруднюючих речовин:

- технологічна операція гранулювання на базі екструдерів для поліетилену

Органічні кислоти в перерахунку на оцтову кислоту

(мг/с);

(мг/с);

Оксид вуглецю

(мг/с);

(мг/с);

- технологічна операція гранулювання на базі екструдерів для полістиролу

Стирол

(мг/с);

(мг/с);

- технологічна операція гранулювання на базі екструдерів для ПВХ

Вінілхлорид

(мг/с);

(мг/с);

- технологічна операція гранулювання на базі екструдерів для ПЕТФ

Органічні кислоти в перерахунку на оцтову кислоту

(мг/с);

(мг/с);

Оксид вуглецю

(мг/с);

(мг/с);

- технологічна операція подрібнення термопластів

Пил термопластів

(мг/с);

(мг/с).

Розраховуємо питомі викиди по кожній забруднюючій речовині:

- органічні кислоти в перерахунку на оцтову кислоту

(мг/с);

(мг/с);



- оксид вуглецю

(мг/с);

(мг/с);

- стирол

(мг/с); (мг/с);

- вінілхлорид

(мг/с); (мг/с);

- пил термопластів

(мг/с); (мг/с).

На основі отриманих значень питомих викидів по кожній забруднюючій речовині розраховуємо загальні викиди забруднюючої речовини за рік:

(т/рік), (4.3)

де - середні викиди забруднюючих речовин у атмосферу протягом доби.

Розраховуємо загальні викиди по кожній забруднюючій речовині за рік:

- органічні кислоти в перерахунку на оцтову кислоту

(т/рік);

- оксид вуглецю

(т/рік);

- стирол

(т/рік);

- вінілхлорид

(т/рік);

- пил термопластів

(т/рік).

Результати розрахунку викидів шкідливих речовин в атмосферу при переробці термопластів зведені у табл. 4.5.

Таблиця 4.5 - Результати розрахунку викидів шкідливих речовин в атмосферу при переробці термопластів

Найменування шкідливих речовини, що виділяються у атмосферу	, мг/с	, мг/с	, т/рік
Органічні кислоти в перерахунку на оцтову кислоту
Оксид вуглецю
Стирол
Вінілхлорид
Пил термопластів

Технологічний процес переробка термопластів хоча і призводить до викидів ряду шкідливих речовин в атмосферу, однак дозволяє використовувати повторно цінні полімерні відходи. При деструкції цих відходів на полігонах ТПВ чи на стихійних сміттєзвалищах у навколишнє середовища потрапило б значно більше шкідливих компонентів розкаладання термопластів, а у випадку самовільного горіння полімерних відходів ще й особливо небезпечні діоксини і фурани, наприклад, поліхлордибензодіоксин та поліхлордибензофуран.



ВИСНОВКИ

Зростання виробництва полімерів призвело до суттєвого зростання їх частки у твердих побутових відходах до 8-12 %, з них приблизно 80% складають відходи термопластів. Полімерні відходи у природних умовах розкладаються протягом 80-100 років, забруднюючи довкілля продуктами деструкції. При їх самовільному спалюванні у атмосферу можуть виділятися надзвичайно небезпечні речовини канцерогенної дії - діоксини і фурани.

В той же час відходи термопластів є цінною вторинною сировиною. Їх переробка та повторне використання дозволить заощадити значну кількість первинних пластмас, які виробляються з нафтової сировини, а також знизити викиди у атмосферу.

У роботі проаналізовано морфологічну структуру промислових та побутових відходів та визначено частку полімерних відходів. Досліджено розподіл полімерних відходів по видам полімерів, призначенню, агрегатно-фізичному стану виробів, місцях утворення і накопичення, можливості збору, заготівлі і переробки з урахуванням їх об'ємів і залишкових технологічних властивостей.

Проаналізовано особливості поводження з відходами термопластів та досліджено фізико-хімічні процеси їх деструкції. Проаналізовано методи утилізації та вторинної переробки відходів термопластів.

Досліджено роботу технологічної лінії переробки відходів термопластів методом екструзії та проведено розрахунок викидів шкідливих речовин в атмосферу при цьому.

Результати даної роботи можна використовувати на сміттєпереобних заводах для вдосконалення технологічних ліній з переробки полімерних відходів.



СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Полимерные отходы в коммунальном хозяйстве города: Уч. пособие / В.Н. Бабаев, Н.П. Горох, Ю.Л. Коваленко и др. - Харьков: ХНАГХ, 2004. - 375 с.

Штарке Л. Использование промышленных и бытовых отходов пластмасс: Пер. с нем./Под ред. В. А. Брагинского.-- Л.: Химия, 1987. - 176 с.

Оборудование и технология вторичной переработки отходов упаковки : методические указания / сост. : А.С. Клинков, И.В. Шашков, М.В. Соколов. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. - 56 с. - 100 экз.

Технология переработки полимерных материалов: Лабораторный практикум / Под ред. В. Е. Галыгин, П. С. Беляев, А. С. Клинков, и др. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2001. - 132 с.

Мюррей, Р. Цель - Zero Waste / Р. Мюррей ; пер. с англ. В.О. Горницкого. - М. : ОМННО "Совет Гринпис", 2004. - 232 с.

Вторичная переработка пластмасс / Ф. Ла Мантия (ред.) ; пер. с англ. ; под ред. Г.Е. Заикова. - СПб. : Профессия, 2006. - 400 с.

Тимонин, А.С. Основы конструирования и расчёта химико-технологического и природоохранного оборудования : справочник / А.С. Тимонин. - Калуга : Изд-во Н. Бочкаревой, 2002. - Т. 2. - 1085 с.

Утилизация и вторичная переработка тары и упаковки из полимерных материалов : учебное пособие / А.С. Клинков, П.С. Беляев, В.К. Скуратов, М.В. Соколов, В.Г. Однолько. - Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2010. - 100 с.

Торнер Р.В., Акутин М.С. оборудование заводов по переработке пластмасс. - М.: Химия, 1986. - 400 с.

Бристон Дж. Х., Катан Л.Л. Полимерные плёнки. - М.: Химия, 1993.

Булатов Г.А. Полиуретаны в современной технике. / Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1983. - 272 с.

Ван Кревелен Д.В. Свойства и химическое строение полимеров. - М.: Химия, 1976. - 416 с.

Грасси Н. Химия процессов деструкции полимеров. - М.: Химия, 1989.- 252 с.

Завгородний В.К. Механизация и автоматизация переработки пластических масс. - М.: Машиностроение, 1990.

Збірник нормативно-методичних документів у сфері поводження з відходами. - Харків: НДПІ “Енергосталь”, 1999. - 162 с.

Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1983.

Любешкина Е.Г. Вторичное использование полимерных материалов. - М.: Химия, 1985.

Минскер К.С., Федосеева Г.Т. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида. - М.: Химия, 1989.

Минскер К.С. Вторичное использование поливинилхлорида. // Вторичное использование полимерных материалов. - М.: Химия, 1985.

Науменко А.С., Гольдфельд С.Ш., Бубенко В.А. Вторичная переработка полимерных материалов. - Харьков: ХЦНТИ, 1989.

Нелсон У.Е. Технология пластмасс на основе полиамидов / Пер. с англ. - М.: Химия, 1989.

Павлов Н.Н. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях. - М.: Химия, 1982.

Резниченко Т.И., Подгорная Л.Ф. Расчет оборудования по производству и переработке полимерных материалов в примерах и задачах. - Харьков: ХГПУ, 1994.

Семчешов Ю.Д., Жильцов С.Ф., Кашаева В.Н. Введение в химию полимеров. - М.: Высш. шк., 1988.

Шубов Л.Я., Ставровский М.Е., Шехирев Д.В. Технология отходов мегаполиса, технологические процессы в сервисе. - М., 2002.



ДОДАТОК

Полімерні відходи у загальній схемі переробки ТПВ

Размещено на Allbest.ru