Источник отходов пластмасс

 

Содержание

 

1.Введение…….……..………………….…………………………….2

2. Источник отходов пластмасс……….…..………………..5

3. Технология переработки отходов.………………..….…6

4. Утилизация и обезвреживание отходов пластмасс.........11

5. Заключение………………………………………………..…………..13

6. Литература…………………………………………..………………14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Промышленность пластмасс развивается сегодня исключительно высокими темпами. Начиная с 60-х годов, производство полимеров, основную долю которых составляют пластмассы, удваивается через каждые 5 лет, и эти темпы роста в соответствии с прогнозом на период до 1990 г. сохранятся.

Характерным является опережающее развитие в промышленности пластмасс термопластичных материалов, составляющих в среднем около 70 % от общего количества производимых пластмасс. Одним из сопутствующих эффектов бурного роста промышленности пластмасс является одновременное увеличение количества пластмассовых отходов. Так, в ФРГ они составили в 1977 г. 1,2 млн. т, в США общие отходы полимеров в 1980 г. — 6,4 млн. т, а в Японии по прогнозу к 1985 г. превысят 4,4 млн. т/год. В Англии образуется в год около 800 тыс. т пластмассовых отходов, из которых примерно 300 тыс. т составляют промышленные отходы термопластов. В Швеции количество отходов только от переработки пластмасс превышает 11 тыс. т/год. В 1975 г. в ГДР отходы пластмасс составили 30—40 тыс. т, в Польше — около 20 тыс. т, а всего в странах-членах СЭВ — 200—250 тыс. т.

Таким образом, отходы пластмасс превратились в серьезный источник загрязнения окружающей среды и большинство стран резко интенсифицировали работы по созданию эффективных процессов утилизации или обезвреживания этих отходов. Это во многом связано и с тем, что пластмассовые отходы являются все возрастающим по масштабам вторичным сырьем, которое может служить как для получения изделий и композиций, так и в качестве источника топливных ресурсов. В условиях, когда сырьевые нефтехимические проблемы и проблемы энергетики очень остро стоят во многих странах мира, определенный вклад в решение этих вопросов может внести применение рациональных способов утилизации и обработки пластмассовых отходов.

По источникам образования отходы делятся на две большие группы: отходы производства и отходы потребления. Первая группа состоит из отходов, образующихся на стадии синтеза полимеров и при их переработке. Вторая группа включает в себя отходы технического назначения, источником образования которых являются различные области промышленности, применяющие пластмассы, и бытовые отходы, состоящие и основном из вышедших из употребления изделии (главным образом тара и упаковка).

Основную долю отходов, естественно, составляют термопласты, что соответствует их высокому удельному весу в общем выпуске пластмасс.

Задачи, стоящие в связи с утилизацией и обезвреживанием отходов пластмасс, существенно различаются. При разработке способов использования производственных отходов главные трудности связаны с их более низким качеством по сравнению с первичными пластмассами, наличием инородных включений, загрязнений и, в меньшей степени, с необходимостью разделения отходов наиндивидуальные по видам пластмассы. При утилизации отходов второй группы большие сложности возникают при организации сбора, транспортировки и выделения пластмасс из общей массы производственно-бытовых отходов. Поскольку содержание в них пластмассовых отходов сравнительно невелико (2—12 %), трудоемкость выделения последних не всегда окупается. Это в свою очередь наталкивает на новые пути утилизации, связанные с совместной переработкой пластмассовых отходов с бытовым мусором. В случае же, если их удается отделить, дальнейшая обработка ничем не отличается от обработки производственных отходов пластмасс.

В настоящей работе основное внимание будет уделено вопросам утилизации или обезвреживания производственных отходов, образующихся на предприятиях по синтезу и переработке пластмасс. При этом более детально будет рассмотрено все то, что связано с отходами термопластичных материалов, которые преобладают в отходах пластмасс.

Неуклонный рост выпуска пластмасс вовсе не означает, что количество производственных отходов при этом пропорционально увеличивается. Современные тенденции создания малоотходной и безотходной технологии приводят к тому, что рост производства пластмасс неизбежно сопровождается совершенствованием технологических процессов, внедрением нового оборудования для синтеза и переработки.

В области синтеза пластмасс преимущественное развитие получают процессы полимеризации в массе (получение полиэтилена, полистирола) по сравнению с водно-дисперсионными методами. Все интенсивнее внедряются непрерывные процессы с высоким уровнем автоматизации и механизации, вытесняя периодические процессы. Возрастают единичные мощности технологического оборудования (полимеризаторов, сушилок, экструдеров и др.) и совершенствуется их конструкция. Улучшается качество сырья, используемого в процессах синтеза и конфекционирования.

В настоящее время наряду с совершенствованием технологии синтеза и переработки пластмасс все большее внимание уделяется разработке процессов и методов утилизации или обезвреживания пластмассовых отходов. При этом можно выделить следующие основные направления [1]:

1)         повторная переработка отходов или использование их в различных композициях;

2)         термическое разложение с получением целевых продуктов;

3)         термическое обезвреживание с регенерацией выделяемой теплоты;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Источник отходов пластмасс

 

Производство пластических масс является одной из наиболее быстро развивающихся областей промышленности. В связи с непрерывным возрастанием объема производства и потребления пластмасс увеличивается и количество их отходов. По источникам образования отходы можно разделить на две большие группы: отходы производства и отходы потребления.

В первую группу входят отходы, образующиеся при производстве и переработке полимеров: слитки и куски полимеров, литники, обрезки, дефектные изделия. Отходы переработки термопластов полностью используются как вторичное полимерное сырье. Образующиеся при синтезе полимеров небольшие слитки также перерабатываются во вторичные материалы; в ближайшее время намечается организовать переработку и крупногабаритных слитков.

Во вторую группу входят отходы потребления, которые в свою очередь подразделяются на технические отходы (отходы промышленного потребления) и бытовые отходы (отходы бытового потребления). К отходам технического назначения относятся детали, утратившие в процессе эксплуатации первоначальные показатели свойств: шестерни, втулки, рычаги, радиотехнические изделия, изоляция проводов, теплоизоляция, строительные погонажные изделия и т. д. Бытовые отходы представляют собой изношенные изделия, утратившие потребительские свойства: тара и упаковка, пленка, детали мебели и т. п. Иногда очень трудно установить принадлежности изношенного изделия к тому или иному виду отходов. Отходы технического назначения состоят из самых разнообразных термопластов, в бытовых отходах преобладают полиолефины (55—62%). стирольные пластики (18—28%) и поливинилхлорид (6—11%).

Использование отходов термопластов, образующихся при их переработке в изделия, не представляет особых затруднений. Другое дело переработка бытовых отходов. В этом случае трудности возникают при организации сбора и при сортировке отходов по видам пластмасс. Поэтому трудоемкость переработки бытовых отходов не всегда окупается и часто их сжигают с утилизацией тепла.

3. Технология переработки отходов

Общая технологическая схема переработки отходов.

Переработка отходов пластмасс может осуществляться различными методами. Но общая схема их переработки включает следующие операции: предварительную сортировку и очистку отходов, измельчение, отмывку и сепарацию, классификацию отходов по видам пластмасс, сушку, грануляцию, переработку гранулята в изделие.

Общая технологическая схема переработки отходов:

Переработка отходов измельчением и экструзией.

При измельчении отходы термопластов—литники, кромки листов, отходы вакуум формовочных производств, дефектные изделия и другие поступают в дробилки, где измельчаются и крошку с размером частиц около 2 мм. Наиболее распространенным типом оборудования для дробления являются измельчители ножевого типа, в которых измельчение происходит в уз ком зазоре (0,1—0,5 мм) между неподвижными ножами, закрепленными внутри статора, и ножами, установленными на вращающемся роторе. В табл. 8.1 приведены технические характеристики некоторых типов измельчителей пластмасс.

Для дробления хрупких материалов (полистирол, многие реактопласты) эффективны измельчители, конструкция которых основана на ударном, ударно-режущем или ударно-импульсном действии. Промышленностью выпускаются универсальные дезинтеграторы-активаторы, в которых благодаря высокой скорости удара (до 310 м/с) и многорядности расположения ударных элементов достигается высокая производительность при измельчении полимеров — от 20 кг/ч до 50 т/ч.

Для измельчения вязкоупругих полимеров, таких, как поли амиды, термопластичные полиуретаны, фторопласты, и других в последнее время все большее применение находят измельчители, снабженные установками для глубокого охлаждения материала—до температур ниже температуры хрупкости измельчаемых полимеров. В качестве охлаждающего агента используется жидкий азот с температурой —196 °С, что ниже температуры хрупкости большинства полимерных материалов.

Измельчение при пониженных температурах имеет ряд преимуществ: благодаря охлаждению и инертной среде исключается термодеструкция полимера, предотвращается окисления продукта, резко возрастает степень измельчения, повышается производительность процесса и снижаются удельные энергозатраты.

Широко применяется также экструзионный метод переработки отходов. Отходы поступают в дробилку 1 из которой крошка пневмотранспортом подается в бункер-смеситель 2. Далее, пройдя магнитный желоб 3 для отделения металлических примесей, измельченный материал поступает в бункер экструдера 4. Экструдат в виде жгута или ленты после охлаждения в ванне 5 режется в грануляторе 6 на гранулы.

Установки для переработки отходов экструзионнымметодом, например линия ЛГВТ9Х120, имеет производительность до 200 кг/ч.

При измельчении пленочных отходов, обрезков пенопластов, имеющих низкую насыпную плотность, их предварительно уплотняют. Для этой цели применяются, например, дисковые уплотнители, представляющие собой грануляторы с фрикционными дисками, один из которых вращается, а другой установлен неподвижно. Спекание и уплотнение отходов происходят за счеттеплоты трения, выделяющейся при вращении диска. После спекания полученная масса в виде жгута с потоком холодного воздуха подается в ножевую дробилку.

Для переработки отходов полиэтиленовой пленки применяется комплексная линия производительностью П5 кг/ч, в состав которой входят узлы измельчения отходов, их уплотнения и последующей грануляции.

Технологическая схема переработки от.ходон полиэтиленовой пленки; 1 — гранулятор; 2 — охлаждающая ванна, 3 - экструдер: 4 —клинкер; 5 -измельчитель отходов

Измельчение осуществляется в ножевой роторной дробилке с трех секционным ротором, после чего измельченные отходы пневмо транспортером через дозирующий питатель подаются в уплотняющий конусно-шнековый экструдер с гранулирующей головкой и далее после охлаждения режутся на гранулы размером 3X4 мм.

Переработка отходов вальцово-каландровым методом.

Этим способом перерабатывают отходы термопластов без их предварительного разделения. Метод заключается в вальцевании и каландровании материала и получении плит и листов, которые могут быть использованы для изготовления линолеума, тары, мебели. Хорошие пластикация и гомогенизация материала обеспечивают получение изделий с достаточно высокими прочностными показателями. В качестве примера можно привести переработку отходов производства шлангов и различных прокладок (уплотнители дверей домашних холодильников и т. п.) из пластифицированного ПВХ. Образцы изделий поступают на вальцы, на которых происходит их пластикация и гомогенизация в течение 20—30 мин. При переработке низко-пластифицированных отходов температура рабочего валка 160°С, холостого 150°С, для высоко-пластифицированных соответственно 120 п 115°С; коэффициент фрикции 1,25—1,30. Полученные листы поступают на изготовление плиток для пола.

Автоклавный метод переработки отходов.

Этот метод применяется для переработки изношенных изделий из полиамидов, а также путанки, лоскута и других отходов прядильного, трикотажного и швейного производств, использующих полиамидные волокна и ткани.

По этому методу загрязненные изделия (в основном рыболовные сети) загружают в специальную стиральную машину с объемом бака 700 л и промывают горячим растворе кальцинированной соды в течение 20 мин. Далее сети отмываются от щелочи горячей и холодной водой, отжимаются в центрифуге и сушатся до содержания влаги не более 3% Подготовленные таким образом изделия поступают в автоклав на переплавку. Автоклав представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с рубашкой для теплоносителя — смеси дифенила с дифенил-оксидом, позволяющего поддерживать температуру расплава около 250 °С. Во избежание деструкции полиамида плавление проводится под азотом. Расплав полиамида собирается в коническом днище автоклава и через фильеру выпускается в охлаждающую ванну длиной 8—10 м в виде ленты. Затвердевшая лента поступает в дробилку, в которой режется на крошку 10X 5 мм.

Полученный вторичный полиамид можно перерабатывать в изделия без смешения с исходным материалом. Принципиальная схема узла плавления отходов показана на рис. 8.4.

Композиционные материалы с использованием отходов пластмасс.

Композиции на основе смесей отходов термопластов в качестве связующего и различных наполнителей (отходов деревообрабатывающей промышленности, бумажно-слоистых пластиков, стеклопластиков и др.) находят широкое применение в промышленности. Смешением отходов полистирольных пластиков с отходами деревообрабатывающей промышленности с последующим прессованием получают плиты, используемые в строительстве и в производстве деталей мебели. Кроме того, широко применяются композиции из отходов АБС-пластиков и бумажно-слоистых пластиков, которые получают путем холодного смешения компонентов в скоростных смесителях с дальнейшей экструзией. Гранулы перерабатываются литьем под давлением или прессованием в изделия неответственного назначения.

Отходы термопластов могут применяться п как модифицирующие добавки для полимеров. Например, низкомолекулярные отходы полиэтилена используются в композициях с полистирольными пластиками для повышения их эластичности. Так, при добавлении 2% отходов полиэтилена к полистиролу ударная вязкость его возрастает с 28 до 43 кДж/м2.

Полученные материалы имеют хорошие прочностные показатели и обладают высокой стойкостью к истиранию, что позволяет использовать их в качестве настила для полов. Для улучшения внешнего вида в композиции добавляют на стадии смешения пигменты, например оксид железа, оксид хрома, желтый крон и др.

Строительные материалы можно получать путем смешения в расплаве отходов полиэтилена, полипропилена или с цементом с последующей разливкой массы в формы и охлаждением. Изготовленные таким образом элементы строительных конструкций имеют высокую прочность и стойкость к горению.

Композиционные материалы на основе отходов пластмасс применяются для герметизации швов между панелями зданий, для покрытия частей сооружений, работающих под водой, для получения гидроизоляционных покрытий, герметизирующих лент и т. Д

 

 

 

4. Утилизация и обезвреживание отходов пластмасс

В некоторых случаях отходы полимеров нельзя переработать во вторичный гранулят или композиционные материалы, что связано с высокой степенью их загрязнения. Это относится прежде всего к городскому мусору, в котором доля пластмассовых отходов (пленка, пакеты и другие виды упаковки) довольно значительна. Наиболее рациональными методами утилизации отходов в подобных случаях являются термические методы. Термической утилизации подвергаются также загрязненные бытовые отходы.

Термические методы утилизации можно разделить на две группы: термодеструкцию полимеров с получением твердых, жидких и газообразных продуктов и сжигание с утилизацией тепла.

Методом термической деструкции отходов полиэтилена низкой плотности получают воска — парафиновые углеводороды с молекулярной массой 500—8000 и температурой плавления 80—120°С. Деструкция осуществляется в термодеструкторе при температуре 500°С. Технологическая схема включает следующие стадии: дозировку отходов ПЭ в экстру-дер, плавление и подачу в термодеструктор, деструкцию отходов, охлаждение продукта в теплообменнике, отделение легколетучих побочных продуктов, фильтрование и усреднение готового продукта в расплаве и выгрузку образовавшихся восков. Изменением температуры по зонам экструдера и частоты вращения шнека можно регулировать молекулярную массу продукта.

Получаемые таким образом воска используются для пропитки бумаги, картона и тканей, для получения тонких покрытий, для заполнения форм при литье металла, в производстве печатных красок, лыжных мазей и т. п.

Пиролиз — это каталитическое термическое разложение отходов полимеров при температурах 300—800°С с получением различных углеводородов: газообразного топлива, керосина, газолина, тяжелых масел и других продуктов. Ряд полимеров (полиметилметакрилат, полистирол и др.) разлагается с высоким выходом мономера.

Полиметилметакрилат был первым полимером который впервые использовали на практике для получения мономера. Термическая деструкция отходов ПММА осуществляется при 380—400 °С с выходом мономера 95%. Технологическая схема предусматривает подачу дробленых отходов в бункер, дозировку их в обогреваемый горизонтальный реактор с червячным транспортером, в котором происходит пиролиз ПММА. Пары мономера конденсируются в холодильнике, после чего мономер направляется на очистку и ректификацию.

Пиролиз отходов полистирола проводитсяпри 700—800°С с выходом стирола 75—85%- При низкотемпературном пиролизе (370°С) выход снижается до 62%.

Пиролиз полиолефинов при 300—360°С протекает с очень малым выходом исходных мономеров. При одном из методой пиролиза ПЭНД при 400—450СС, давлении 6,7 кПа получается смесь газолина и керосина с выходом 92%.

Сжигание как метод утилизации применяется для обработки отходов (прежде всего бытового мусора), в котором количество пластмассовых материалов (в основном полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида)относительно велико. Теплотворная способность ПЭ, ПП, ПС и ПВХ оценивается следующими значениями (в кДж/кг):

Сжигание осуществляется в печах котельных установок, вырабатывающих пар.

Следует отметить, что часть пластмассовых отходов никак не перерабатывается, их закапывают в землю — подвергают захоронению. Разработаны различные методы захоронения не утилизируемых отходов пластмасс — чаше всего на полигонах с расчетным сроком эксплуатации не менее 25 лет. За это время пластмассовые отходы подвергаются полному разрушению и не представляют опасности для окружающей среды.

Заключение

Основную долю отходов, естественно, составляют термопласты, что соответствует их высокому удельному весу в общем выпуске пластмасс. .Использование отходов термопластов, образующихся при их переработке в изделия, не представляет особых затруднений. Другое дело переработка бытовых отходов. В этом случае трудности возникают при организации сбора и при сортировке отходов по видам пластмасс. Поэтому трудоемкость переработки бытовых отходов не всегда окупается и часто их сжигают с утилизацией тепла. В некоторых случаях отходы полимеров нельзя переработать во вторичный гранулят или композиционные материалы, что связано с высокой степенью их загрязнения. Это относится прежде всего к городскому мусору, в котором доля пластмассовых отходов (пленка, пакеты и другие виды упаковки) довольно значительна. Наиболее рациональными методами утилизации отходов в подобных случаях являются термические методы. Термической утилизации подвергаются также загрязненные бытовые отходы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1.   Быстров Г.А., Гальперин В.М., Титов Б.П. Обезвреживание и утилизация отходов в производстве пластмасс. Л.: Химия, 1982. С. 178 – 214.

2.   В.В. Кафаров. Принципы создания безотходных технологий химических производств, М.: Химия, 1982. С. 285.

3.   Цыганков А.П., Балацкий О.Ф., Сенин В.М. Технический прогресс – химия – окружающая среда. М., Химия, 1979. 296 с.

4.   Д.А. Арашкевич. Вторичная переработка отходов пластмасс и специальные роторные дробилки / Пластические массы, 2003, № 5, с. 13

5.   А.П. Цыганков, В.Н. Сенин. Циклические процессы в химической технологии. Основы безотходных производств. М.: Химия, 1988. С. 120 – 131.