Технологический процесс утилизации бумажной и картонной тары
Курсовая работа
по дисциплине " Технология утилизации упаковки"
на тему "Технологический процесс утилизации бумажной и картонной тары"
Содержание
Введение
По данным Abercade Consulting в производственной таре бумага и картон составляют 73,9 % от общего объема потребления, в потребительской таре — 15,1 %. В упаковке картон — один из немногих материалов, хорошо поддающихся вторичной переработке. В основном из него изготавливают макулатурный картон, который на сегодня считается во всем мире самым перспективным вторичным упаковочным материалом ближайшего времени.
Утилизация использованной и пришедшей в негодность тары может происходить по различным направлениям (рис.1), которые мы рассмотрим в данной курсовой работе.
Рис.1.1 - Схема утилизации бумажной и картонной тары по направлениям.
1. Классификация способов утилизации бумажной и картонной тары.
1.1 Классификация способов
Утилизация использованной и пришедшей в негодность бумажной и картонной тары может происходить по следующим направлениям:
- захоронение в составе твердых бытовых отходов,
- уничтожение (сжигание),
- использование в качестве наполнителя в различных производствах и
- повторное использование для производства бумаги и картона
Особенно трудной проблемой является переработка бумаги и картона в составе твёрдые бытовые отходы (ТБО), которые представляют собой крайне нестабильную неконтролируемую смесь бумаги, картона, пищевых остатков, пластмассы, резины, стекла, строительного мусора, металлов, батареек и другого. Предварительная сортировка ТБО городским населением и коммунальными службами практически не проводится. Механическая сортировка ТБО технически сложна и пока не находит широкого применения. Чаще используется захоронение на специальных полигонах.
1.1.1 Захоронение в составе твердых бытовых отходов
Бумажная и картонная тара в составе несортированных отходов привозятся на полигон и размещаются на рабочей карте. Бульдозеры сдвигают их на рабочую карту, создавая слои высотой до 0,5 м. За счет 12-20 уплотненных слоев создается вал с пологим откосом высотой 2 м над уровнем площадки разгрузки мусоровозов. Вал следующей рабочей карты "надвигают" к предыдущему (складированием по методу "надвиг"). При этом методе отходы укладывают снизу вверх. Уплотненный слой отходов высотой 2 м изолируется слоем грунта 0,20 м. Разгрузка специализированной техники перед рабочей картой осуществляется на слое ТБО, со времени укладки и изоляции которого прошло более 3 мес. (по мере заполнения карт фронт работ отступает от ТБО, уложенных за предыдущие сутки). Сдвигание разгруженных отходов на рабочую карту осуществляется бульдозерами. Уплотнение уложенных на рабочей карте ТБО слоями до 0,5 м осуществляется тяжелыми бульдозерами (типа Т-170, Т-130) массой 14 т и катком-уплотнителем РЭМ-25. Каток РЭМ-25 за четыре прохода уплотняет слой ТБО 0,5 м до 700 кг/м3. Промежуточная и окончательная изоляция уплотненного слоя ТБО осуществляется инертным материалом (глиной, землей, песком и т.п
1.1.2 Уничтожение (сжигание)
Отходы комбинированных материалов на основе картона и бумаги, в большинстве случаев, сжигаются на мусоросжигательных заводах. Сжигание в печах не требует в значительных масштабах использования дополнительного топлива. Горение поддерживается подачей воздуха через систему решеток, обеспечивающую его доступ по всему объему сжигаемой массы. Одной из основных целей мусоросжигательных заводов является внедрение эффективных технологий, когда сжигание упаковочных материалов позволяет производить энергию и тепло, не оказывая дополнительной экологической нагрузки на окружающую среду, ведь когда коробочный картон и другие типы упаковки на основе бумаги сжигаются, целлюлоза превращается в СО2 и водяной пар. Выбросы в атмосферу не должны содержать частиц углерода или СО, так как их наличие свидетельствует о неполном сгорании. Основную озабоченность общества вызывают, однако, выбросы в атмосферу от других компонентов несортированного мусора.
Сжигание мусора в настоящее время ведется под тщательным контролем, чтобы уменьшить потенциально вредное воздействие и обеспечить соответствие весьма жестким нормам. Это достигается за счет использования высоких температур (не менее 850 С) и тщательной очистки отходящих газов.
Прямая переработка или сжигание огромных количеств отходов технически весьма проблематична, экологически опасна и экономически неэффективна. Поэтому потребуется неотложное решение проблемы ТБО при обеспечении наиболее экономически и экологически эффективного их использования и переработки с получением полезной продукции.
1.1.3 Использование в качестве наполнителя в различных производствах
Переработанные бумага и картон нашли себе применение в производстве мягких кровельных материалов (рубероид, пергамин), в производстве бугорчатых прокладок и.тд. Кроме того, макулатура используется в производстве волокнистых плит и теплоизоляционных материалов.
1.1.4 Повторное использование для производства бумаги и картона.
Но особого внимательного рассмотрения заслуживает метод вторичной переработки (рециклинг) бумажной и картонной тары. Качество, вид и состав макулатуры для вторичного использования в производстве бумаги и картона регламентируются по ГОСТ 10700-89.
Основную часть макулатуры (до 90 %) потребляют предприятия по производству картона и бумаги, а также мягких кровельных материалов. Отходы свежей бумаги, образующиеся в процессе производства, и чистой незапечатанной, могут быть непосредственно добавлены в пульпу. Однако запечатанная бумага (газетная, журнальная) должна сначала пройти предварительную обработку для удаления печатной краски и элементов переплета и брошюровки: пластиковых колец, скрепок и т.д. В отличие от стекла, бумагу и картон нельзя подвергать рециклу произвольное число раз: волокна целлюлозы разрушаются при использовании, в производственных процессах и при удалении краски; укороченные волокна настолько уменьшаются в длине, что проходят сквозь сетку машины для производства бумаги. Для поддержания качества бумаги или картона, особенно их цвета и прочностных свойств, приходится ограничивать количество бумажного утиля, добавляемого в пульпу (его количество зависит от качества бумаги или картона, которое необходимо получить). Бумага, получаемая только из одного утиля (100 % рецикл), — серая: дальнейшее отбеливание разрушило бы структуру волокон и, следовательно, ухудшило бы качество бумаги.
Переработка отходов бумажной и картонной тары начинается с сортировки. Масса ТБО поступает на приемную площадку сортировочного комплекса. После разгрузки мусоровозов, производится отбор крупногабаритных отходов с помощью кран-балки грузоподъемностью 2 т. Далее ТБО перемещаются на пластинчатый конвейер, который подает отходы на эстакаду, оборудованную малой сортировочной кабиной. Малая сортировочная кабина и ленточный конвейер служат для отбора стекла и крупных фракций картона. На первой правой по ходу транспортера позиции удаляется стеклянная тара, т.к. попадая в барабанный сепаратор, бутылки разбиваются и собрать осколки на следующем этапе значительно труднее. Во второй бункер сбрасываются крупные листы картона, которые по летке поступают в роторную дробилку и далее на транспортер накопитель, подающий картон в пресс.
Поступившие с заготовительных предприятий отходы бумаги, картона и картонной упаковки, спрессованные в кипы, измельчаются, и после этого на сепараторе отделяются металлические включения (скрепки, скобки). Измельченная масса картона подается на машину, где используется для приготовления бумаги и картона, который можно использовать для производства тары. По данной схеме производится, например, картон типа хромэрзац, в котором только верхний слой изготовлен из беленой целлюлозы, а нижний - из макулатуры.
Переработка уже обработанной и подготовленной для использования в производстве макулатуры осуществляется по мокрой технологии и включает следующие операции:
1) роспуск макулатуры;
2) очистку макулатурной массы от посторонних примесей;
3) дороспуск макулатурной массы;
4) тонкую очистку макулатурной массы.
Роспуск макулатуры на волокна осуществляется в воде в гидроразбивателях при концентрации 4–6 %. Под воздействием потоков воды происходит процесс измельчения макулатуры на кусочки и разделение на волокна. Гидроразбиватели оснащены ситом с отверстиями (10–12 мм). Получившаяся суспензия макулатурной массы проходит через отверстия сита и поступает на следующую операцию. Кроме того, в гидроразбивателях происходит и отделение грубых включений из макулатуры — тяжелые удаляются из специального грязесборника, а легкие — в виде текстиля и полимерных пленок — удаляются либо в виде жгута постоянно, либо периодически. Макулатурная масса после гидроразбивателя содержит как волокна, так и нераспустившиеся кусочки макулатуры.
Далее по технологическому процессу макулатурная масса очищается от тяжелых и легких примесей. Очистка от тяжелых примесей — песка, стекла, скрепок и т. д. осуществляется в очистителях макулатуры (циклон). Тяжелые примеси осаждаются в грязесборнике и периодически удаляются.
Легкие примеси в виде полимерных пленок и кусочков макулатуры удаляются на вибросортировках с отверстием щелевого типа. Прошедшая сито макулатурная масса направляется на дальнейшую перегруппировку.
Очищенная макулатурная масса, содержащая как растительные волокна, так и пучки волокон и кусочки макулатуры, проходит стадию дороспуска на специальном оборудовании — энтиштиперах различной конструкции (типа конических или дисковых мельниц). Условием, необходимым для нормальной работы энтиштиперов, является тщательная предварительная очистка массы от тяжелых и легких примесей. Статор и ротор энтиштипера оснащены специальной размалывающей гарнитурой, зазор между которыми составляет 0,5–2 мм. В результате пульсации и трения массы внутри турбулентного потока происходит разделение кусочков макулатуры и пучков волокон на отдельные волокна. Дороспуск макулатурной массы осуществляется на различного вида центробежных сортировках, сортировках давления с круглыми или щелевыми отверстиями. Особенностями конструкции центробежных сортировок является неподвижно расположенное в корпусе цилиндрическое сито, внутри которого вращается лопастной ротор. Несортированная масса макулатурного сырья подается в центральную часть сортировки, где она подхватывается лопастями ротора и отбрасывается на внутреннюю поверхность сита. Прошедшие через сито волокна направляются на дальнейшую переработку. Неразволокненные пучки волокон и примеси продвигаются вперед и отводятся через патрубок для удаления отходов. Для снижения потерь макулатурной массы во всех типах очистительного оборудования, как правило, подается вода.
Для окончательной очистки макулатурной массы от узелков и мелких точечных вкраплений широко применяются вихревые конические очистители, которые обычно устанавливаются в три ступени. Оптимальная концентрация массы для эффективной очистки составляет 0,5 %.
Кроме этого, одним из способов сортирования макулатурной массы с целью ее более рационального использования является фракционирование. Целью его является отделение длинноволокнистой фракции макулатурной массы. Как правило, длинноволокнистая фракция обогащена волокнами хвойной целлюлозы, имеющими большую длину, чем волокна древесной массы.
Многие виды картона (как и бумаги) имеют сложный состав, включающий битум, воск, парафин, клей и другие вещества. Указанные вещества при переработке загрязняют оборудование, забивают сетки и сукна бумагоделательных и картоноделательных машин, налипают на поверхность сушильных цилиндров и т. д. Такие картоны подвергаются термомеханической обработке, которая осуществляется после очистки макулатурной массы при концентрации 25–35 %. Целью термомеханической обработки является диспергирование примесей до размеров, при которых их отрицательное действие на процесс дальнейшей переработки не сказывается. Применяется два способа термомеханической обработки — холодный и горячий. При холодном способе диспергирование проводится при атмосферном давлении и температуре до 95° С, а при горячем — при повышенном давлении до 0,3–0,5 МПа и температуре 130–150° С.
В зависимости от качества макулатуры и вида производимой картонно-бумажной продукции некоторые из указанных операций на практике могут быть исключены. Однако стоит заметить, что мокрая технология переработки макулатуры характеризуется высокой энергоемкостью производства и высоким удельным расходом воды (до нескольких десятков метров кубических на тонну продукции), а также большим объемом сточных вод, что является ее отрицательной стороной.
Одним из решающих условий улучшения качества готовой продукции является улучшение качества сырья: сортирование макулатуры по маркам и ее очистка от различных загрязнений. Возрастающая степень загрязненности вторичного сырья отрицательно влияет на качество продукции. Для повышения эффективности использования макулатуры необходимо соответствие ее качества виду выпускаемой продукции. Так, тарный картон, бумага для гофрирования должны вырабатываться с применением макулатуры преимущественно марок МС-4А, МС-5Б и МС-6Б по ГОСТ 10700, обеспечивающих достижение высоких показателей продукции. Создаваемый при этом резерв прочности обуславливает возможность дальнейшего увеличения содержания макулатуры в композиции при обеспечении физико-механических показателей на требуемом уровне.
Так же переработка бумаги во многом зависит от вида конечного материала. Рассмотрим переработку бумаги на примере 3-х технологических схем.
1.2 Технологические схемы переработки бумаги
Из уже приведенной информации можно сделать вывод, что технология переработки вторичного волокна в волокнистый полуфабрикат – более сложный процесс, чем подготовка первичного волокнистого полуфабриката (различные виды целлюлозы или механическая древесная масса, т.к. макулатурное сырье состоит из различных волокон и вспомогательных химических веществ, применяемых при производстве бумаги и картона, а также содержит значительное количество посторонних примесей.
В зависимости от используемых методов переработки и марки макулатуры выход вторичного полуфабриката составляет 60–93 %. Отходы переработки макулатуры подвергаются обезвоживанию и могут быть использованы для получения энергии и материальных ресурсов в других производствах.
Общая технологическая схема переработки макулатуры включает системы обработки отходов и оборотной воды. При наличии в макулатуре небеленых волокон следует учитывать возможность повышения степени загрязненности производственной воды при химической обработке макулатурной массы. Основное внимание при проектировании технологических схем переработки макулатуры должно быть сосредоточено на их отличии от стандартных схем подготовки первичного волокна, используемых для производства бумаги и картона.
Технологические особенности подготовки макулатурной массы условно можно разделить на три типа:
- для производства упаковочных видов бумаги и картона;
- для производства санитарно-бытовых видов бумаги (СББ);
- для производства писче-печатных видов бумаги.
Требования к качеству макулатурного материала из волокон небеленой целлюлозы и механической древесной массой для производства упаковочных видов бумаги и картона ограничивают содержание неразволокненных фрагментов исходного сырья, мелкого волокна, частиц липких веществ и зольных элементов. Основные свойства СББ – мягкость и впитываемость – обуславливают отсутствие в макулатурной массе частиц зольных элементов, печатной краски и липких веществ. Требования к качеству макулатурной массы из волокон беленой целлюлозы и механической древесной массой для производства писче-печатных видов бумаги предусматривают повышенные оптические свойства, отсутствие частиц печатной краски и липких веществ.
1.2.1 Технологические особенности переработки макулатуры для производства упаковочных видов бумаги и картона
Основной целью подготовки макулатурной массы для производства картона и упаковочных видов бумаги является достижение оптимальных показателей механической прочности, что особенно важно при использовании высокоскоростных бумагоделательных машин (БДМ). Сырьем для получения макулатурной массы, используемой для производства бумаги-основы для гофрирования и картона для плоских слоев гофрированного картона, является макулатура из тароупаковочных видов бумаги и картона, а также бытовых бумажных отходов. Достижение максимальной чистоты макулатурной массы позволяет избежать проблем с отложениями на оборудовании и, соответственно, исключение обрывов бумажного полотна. Получение макулатурной массы высокой чистоты осложняется неуклонным снижением качества макулатурного сырья. Увеличение содержания липких веществ и зольных элементов в исходном сырье и снижение прочности волокна характерны для предприятий Центральной Европы, которые в течение продолжительного времени (более 50 лет) перерабатывают макулатуру.
Дополнительные проблемы
возникают с утилизацией
1.2.2 Технологические особенности переработки макулатуры для производства санитарно-бытовых видов бумаги
Основной проблемой подготовки макулатурной массы для производства СББ (tissue) является снижение содержания липких веществ и зольных элементов (частиц наполнителей и меловальных покрытий).
Следует учитывать экономическую эффективность процесса переработки макулатуры, т.к. содержание зольных элементов в макулатурной массе должно быть уменьшено до 1–1,5 %. В системе удаления зольных элементов необходимо контролировать количество удаляемых наполнителей и мелкого волокна, которое может достигать 50 %, что существенно понизит выход макулатурной массы– до 60 % и менее.
Включение флотации в технологическую схему переработки макулатуры является необходимым условием подготовки макулатурной массы для производства СББ. Сортирование массы на щелевых сортировках при средней концентрации производится после сортирования на сортировках с круглыми отверстиями. При этом исключено тонкое сортирование (LC), но используется промывка и сгущение, позволяющие повысить концентрацию макулатурной массы перед диспергированием до 30 %. После флотации макулатурной массы при нейтральной величине рН в технологическую схему включена промывка. Удаление частиц зольных элементов при промывке сопровождается сгущением.
Отбелка восстановительными реагентами осуществляется при концентрации макулатурной массы 8–10 %. Промывной фильтрат обрабатывается на микрофлотационной установке DAF–2. Шлам от промывки вместе с отходами тонкой очистки и флотошламом обезвоживаются для последующей утилизации.
В технологической схеме переработки макулатуры, не содержащей механическую древесную массу, для производства СББ высокого качества в контуре после грубой очистки разволокненной макулатурной массы осуществляется сортирование в сортировке с круглыми отверстиями. Тонкое сортирование (LC) в сортировке с широкими щелями производится после очистки массы в гидроциклонах. Преимуществами данной схемы являются высокая эффективность очистки и возможность включить промывку вследствие низкой концентрации макулатурной массы при сортировании. Использование второй ступени промывки позволяет эффективно удалить зольные элементы из макулатурной массы. Для достижения максимальной белизны необходимо применение двухступенчатой отбелки окислительными и восстановительными реагентами.
При содержании в макулатурном сырье волокон механической древесной массы в технологическую схему необходимо включать вторую ступень флотации макулатурной массы. После очистки и тонкого сортирования (LC) производится промывка, что обеспечивает удаление зольных элементов и сгущение макулатурной массы. Обработка макулатурной массы на последующих ступенях технологического процесса позволяет получить высококачественный полуфабрикат для производства СББ.
1.2.3. Технологические особенности переработки макулатуры для производства писче-печатных видов бумаги
Облагороженную макулатурную массу широко используют для производства писче-печатных видов бумаги: газетной (NS – news), легкомелованной (LWC – light weight coated) и суперкаландрированной (SC – super сalandered). Сырьем для получения белой макулатурной массы служит макулатура из смеси газет и журналов, содержащая МДМ, а также офисная макулатура с небольшой площадью запечатанных участков.
Технологические особенности переработки макулатуры для производства газетной бумаги включает диспергирование и двухступенчатую отбелку макулатурной массы, а также две ступени флотации и две ступени промывки макулатурной массы с целью удаления печатной краски и повышения белизны. Данная макулатура обычно содержит механическую древесную массу, в частности ДДМ (дефибрерная древесная масса) или ТММ (термомеханическая масса) из хвойной древесины или ХТММ из лиственной древесины. Газетная бумага массой менее 45 г/м² из ММ, содержащей МДМ, имеет более низкую прочность, чем газетная бумага из целлюлозы и ТММ.
Для производства LWC- и SC-бумаги,
имеющей более высокие
Технологическая схема подготовки макулатурной массы для производства писче-печатных видов бумаги включает две ступени отбелки. Отбелка пероксидом водорода не только повышает ее белизну, но и обесцвечивает волокна. Отбелка дитионитом натрия или FAS позволяет дополнительно повысить степень и стабильность белизны макулатурной массы.
Диспергирование макулатурной массы проводится при высоком УРЭ (более 100 кВт*ч/т). После отбелки восстановительными реагентами осуществляется дополнительный размол для обработки грубых волокон ТММ, что способствует уменьшению содержания грубой длинноволокнистой фракции 14 и 30 меш. Обработка волокон ТММ способствует улучшению бумагообразующих свойств макулатурной массы, используемой для производства SC и LWC.
Макулатурная масса, очищенная от частиц печатной краски (DIP), содержащая волокна целлюлозы, имеет более высокие показатели механичес кой прочности, чем макулатурная масса с содержанием механической древесной массы. При использовании DIP для производства писче-печатных видов бумаги в ее композиции также может содержаться значительная доля первичных волокон.
1.3 Проблемные стороны вторичной переработки
Применение вторичного
волокна взамен свежих древесных
полуфабрикатов связано с определенными трудно
В этой связи следует отметить одну негативную тенденцию в области переработки макулатуры — это медленное понижение ее качества. Как отмечают все эксперты, данный процесс будет продолжаться и впредь. Систематический многократный возврат макулатурного волокна в производство делает этот процесс практически неизбежным, ведь макулатурные волокна по своим физико-химическим и морфологическим свойствам значительно отличаются от первичных целлюлозных волокон. Наряду с целыми волокнами имеются разорванные, раздавленные с поперечными трещинами, присутствует волокнистая мелочь. В ряде случаев при переработке происходит расщепление волокон вдоль оси. Вторичные волокна проходят как минимум один цикл переработки, включающий процессы измельчения и сушки. Химическая и физическая структура волокон претерпевает необратимые изменения: большая часть пор и капилляров разрушается, поверхность волокна сжимается и роговеет, что препятствует прониканию воды внутрь волокна и его последующему набуханию. Процессы ороговения приводят к уменьшению удельной поверхности волокна, а это сопровождается частичной потерей способности к образованию химических связей, что является основной причиной ухудшения физических качеств волокон из макулатуры.
Другая негативная сторона процесса роспуска и размола — разрушение волокнистой структуры. Подвергшиеся сушке волокна макулатурной массы из-за ороговения во время этих процессов оказываются по сравнению с первичными полуфабрикатами значительно измельченными и слабо фибриллированными, а получаемая бумага — менее прочной, более рыхлой, мягкой и непрозрачной. Следовательно, наличие мелких волокон и их обрывков, так называемого мельштофа — одна из основных отрицательных характеристик макулатурной массы. Кроме того, мелкие обрывки имеют слабую способность к образованию межмолекулярных связей, при формировании листа бумаги уменьшают механическое сцепление волокон, что в целом приводит к снижению прочностных характеристик готовой продукции. Вообще же, по своему составу макулатурная масса представляет собой полидисперсную систему с повышенным содержанием мелких волокон, и именно поэтому роспуск волокон должен осуществляться бережно, с сохранением целостности волокон при минимальном размельчении загрязнений.
2. Пример компоновки
производственной линии
Переработка отходов бумажной и картонной тары начинается с того, что масса ТБО поступает на приемную площадку сортировочного комплекса1.
После разгрузки
мусоровозов, производится
Малая сортировочная кабина и ленточный конвейер служат для отбора стекла и крупных фракций картона. На первой правой по ходу транспортера позиции удаляется стеклянная тара, т.к. попадая в барабанный сепаратор, бутылки разбиваются и собрать осколки на следующем этапе значительно труднее. Во второй бункер сбрасываются крупные листы картона, которые по летке поступают в роторную дробилку 5 и далее на транспортер накопитель 6, подающий картон в пресс 7.
Поступившие с заготовительных предприятий отходы бумаги, картона и картонной упаковки, спрессованные в кипы, измельчаются в дробилке 8,
и после этого на сепараторе 9 отделяются металлические включения (скрепки, скобки). Измельченная масса картона подается на машину 10, где используется для приготовления бумаги и картона, который можно использовать для производства тары. По данной схеме производится, например, картон типа хромэрзац, в котором только верхний слой изготовлен из беленой целлюлозы, а нижний - из макулатуры.
Далее следует операция роспуска макулатуры, который осуществляется в гидроразбивателях (или гидропульперах)11.
Далее по технологическому процессу макулатурная масса очищается от тяжелых и легких примесей. Очистка от тяжелых примесей — песка, стекла, скрепок и т. д. осуществляется в очистителях макулатуры (циклон) 12. Легкие примеси в виде полимерных пленок и кусочков макулатуры удаляются на вибросортировках 13 с отверстием щелевого типа. Прошедшая сито макулатурная масса направляется на дальнейшую перегруппировку.
Далее следует стадия дороспуска на специальном оборудовании — турбосепараторах 14 различной конструкции (типа конических или дисковых мельниц). Условием, необходимым для нормальной работы энтиштиперов, является тщательная предварительная очистка массы от тяжелых и легких примесей.
Для окончательной очистки макулатурной массы от узелков и мелких точечных вкраплений широко применяются вихревые конические очистители15, которые обычно устанавливаются в три ступени. Оптимальная концентрация массы для эффективной очистки составляет 0,5 %.