Переробка та утилізація відходів пластичних мас. Лабораторна робота з Інші. Робота № 120786

Переробка та утилізація відходів пластичних мас

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2009

Тип роботи:

Лабораторна робота

Предмет:

Інші

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти і науки України Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра ЕОНС Лабораторна робота «Переробка та утилізація відходів пластичних мас» Виконали: Студенти групи ЕО-51 Харів Віталія Луцась Мар’яна Перевірив: Доц. Дячок В.В. Львів 2009 Зміст 1. Вступ 2. Властивості пластмас 3. Фізико-хімічні основи переробки пластмас 4. Деструктивна утилізація 4.1 Фотодеструкція 4.2.Термічні методи утилізації відходів 5.Регенерація відходів 6. Недеструктивна утилізація 7. Технологічні властивості пластмас 8. Висновки 9. Література 1.ВСТУП Пластмаса – це матеріал на основі полімерів. Матеріал, з якого була зроблена більшість із таких близьких нашому серцю іграшок, якими ми грали в дитинстві. Виробництво пластмас тоді було поставлено на широку ногу, тому численні заводи пластмас робили вироби із пластмаси для всіх потреб народного господарства. Пластик широко застосовується у виробництві вікон, ПВХ, а також у більшості предметів побуту й народного господарства. Взяти хоча б так звану харчову пластмасу, що знаходить своє відбиття в пластиковому посуді – обов'язковому атрибуті будь-якого пікніка або застілля. Пластик дешевше заліза, а значить за інших рівних умов здатний з успіхом здешевлять виробництво. У наш час виробники пластмаси знову набирають оборот, як і всі виробництва по країні, ринок пластмас поступово стає конкурентноздатним уже на міжнародному рівні, де великі російські виробники вже займаються продажем пластмаси й виробів з нього. Якщо розглядати сучасне виробництво пластмас, то варто відзначити до збільшення методів виготовлення виробів шляхом лиття пластмас, а також впровадження у виробництво вторинної переробки пластмас, що дозволяють із відходів пластмас виготовляти нові вироби. Вторинна переробка пластмас дозволяє підприємствам заощаджувати на сировині й робить виробництво таким, що воно більше окупується. Технологія переробки пластмас при цьому вирішує завдання підвищення якості виробу, розглядаючи завдання виготовлення пластмаси, зварювання пластмаси, обробки пластмаси й т.д. Також технологія переробки містить у собі рішення завдань по розробці оснащення для виготовлення пластмас, розглядаючи такі інструменти, як дробарка пластмаси, подрібнювачі пластмас, інструменти для металізація пластмас, розробку прес – форм для заливання в них рідкої пластмаси й т.д. 2.ВЛАСТИВОСТІ ПЛАСТМАС Пластичні маси із твердим наповнювачем визначаються ступенем наповнення, типом наповнювача й сполучного, міцністю зчеплення на границі контакту, товщиною прикордонного шару, формою, розміром і взаємним розташуванням часток наповнювача. Пластичні маси із частками наповнювача малих розмірів, рівномірно розподіленими по матеріалі, характеризуються ізотропією властивостей, оптимум яких досягається при ступені наповнення, що забезпечує адсорбцію всього обсягу сполучною поверхнею часток наповнювача. При підвищенні температури й тиску частина сполучного десорбіюєтся з поверхні наповнювача, завдяки чому матеріал можна формувати у вироби складних форм із тендітними армуючими елементами. Дрібні частки наповнювача залежно від їхньої природи до різних меж підвищують модуль пружності виробу, його твердість, міцність, надають йому фрикційні, антифрикційні, теплоізоляційні, теплопровідні або електропровідні властивості. Для одержання пластичних мас низької щільності застосовують наповнювачі у вигляді порожніх часток. Такі матеріали (іноді називані синтактичними пінами), крім того, мають гарними звукоізоляційні і теплоізоляційні властивості. Застосування як наповнювачі природних і синтетичних органічних волокон, а також неорганічних волокон (скляних, кварцових, вуглецевих, борних, азбестових), хоча й обмежує вибір методів формування й утрудняє виготовлення виробів складної конфігурації, але різко підвищує міцність матеріалу. Закріплююча роль волокон у волокнітах, матеріалах, наповнених хімічними волокнами (т.зв. органоволокнітах), карбоволокнітах і скловолокнітах проявляється вже при довжині волокна 2—4 мм. Зі збільшенням довжини волокон міцність зростає завдяки взаємному їхньому переплетенню й зниженню напруг у сполучному (при високомодульному наповнювачі), локалізованих по кінцях волокон. У тих випадках, коли це допускається формою виробу, волокна скріплюють між собою в нитці й у тканині різного плетива. Пластичні маси, наповнені тканиною (текстоліти), ставляться до шаруватих пластикам, що відрізняється анізотропією властивостей, зокрема високою міцністю уздовж шарів наповнювача й низкою в перпендикулярному напрямку. Цей недолік шаруватих пластиків почасти усувається застосуванням так званих обємнотканих тканин, у яких окремі полотна (шари) переплетені між собою. Сполучне заповнює нещільності переплетень й, тверднучи, фіксує форму, додану заготівлі з наповнювача. У виробах нескладних форм, і особливо в порожніх тілах обертання, волокна-наповнювачі розташовані по напрямку дії зовнішніх сил. Міцність таких пластичні маси в заданому напрямку визначається в основному міцністю волокон; сполучне лише фіксує форму виробу й рівномірно розподіляє навантаження по волокнах. Модуль пружності й міцність при розтяганні виробу уздовж розташування волокон досягають дуже високих значень. Ці показники залежать від ступеня наповнення пластичних мас. Для панельних конструкцій зручно використати шаруваті пластики з наповнювачем з деревної шпони або паперу, у тому числі паперу із синтетичного волокна. Значне зниження маси панелей при збереженні твердості досягається застосуванням матеріалів тришарової, або сендвічової, конструкції із проміжним шаром з пінопласту або стільникопласта. Пластична маса (пластмаса) — штучно створені матеріали на основі синтетичних або природних полімерів. Пластмаси формують при підвищеній температурі, у той час коли вони мають високу пластичність. Сировиною для отримання полімерів є нафта, природний газ, кам'яне вугілля, сланці. Поширенню пластмас сприяють їх мала густина, що значно зменшує масу деталей, висока корозійна стійкість, широкий діапазон властивостей. Добрі антифрикційні характеристики багатьох пластмас дають можливість з успіхом застосовувати їх для виготовлення підшипників ковзання. Високий коефіцієнт тертя деяких пластмас дозволяє використовувати їх для гальмових пристроїв. Певні пластмаси мають специфічні властивості: високі електроізоляційні характеристики, велику прозорість та ін. Важливою перевагою пластмас є можливість їх переробки у вироби найбільш продуктивними способами з коефіцієнтом використання матеріалу 0,9-0,95 — литтям, видавлюванням тощо. В той же час пластмасам притаманні і деякі недоліки: невисокі міцність, твердість і жорсткість, велика повзучість, особливо у термопластів, низька теплостійкість (більшість пластмас має робочу температуру не вище 200 °C і лише деякі можуть працювати при 300—400 °С), низька теплопровідність (в 500—600 разів менша, ніж у металів), здатність старіти (втрачати властивості під впливом теплоти, світла, води та інших факторів). При старінні зменшується еластичність і міцність пластмас, збільшується їх жорсткість і крихкість. Під еластичністю розуміють здатність матеріалу до великих оборотних деформацій. Цей термін за фізичним сенсом аналогічний пружності, але перший вживається для аморфних, а другий — для кристалічних тіл. Більшість полімерів перебуває в аморфному (склоподібному) стані. Такі полімери називають смолами. В пластмасах може бути присутньою певна кількість кристалічної фази, яка підвищує міцність, жорсткість і теплостійкість полімеру. У виробництві пластмас використовують в основному синтетичні смоли. Крім полімерів пластмаси можуть містити наповнювачі, пластифікатори та спеціальні добавки, що надають пластмасі певних властивостей. Наповнювачами (зміцнювальними компонентами) можуть бути органічні або неорганічні речовини у вигляді порошків (графіт, деревне або кварцове борошно), волокон (паперових, бавовняних, азбестових, скляних) або листів (тканина, папір, деревний шпон). Наповнювачі підвищують міцність, зносостійкість, теплостійкість та інші властивості пластмас. Їх частка у пластмасі може досягати 40-80 %. Пластифікаторами вводять для підвищення пластичності та еластичності пластмас (гліцерин, касторове або парафінове масло). Добавками можуть бути: стабілізатори — речовини, які уповільнюють старіння (сажа, сірчані сполуки, феноли); мастильні матеріали — речовини, що усувають прилипання матеріалу до прес-форми, збільшують його текучість, зменшують тертя між частинками композиції (віск, стеарин, олеїнова кислота); барвники — речовини, що надають пластмасовим виробам декоративного вигляду (охра та ін.); каталізатори — речовини, що прискорюють твердіння пластмаси (уротропін, оксиди металів); антипірени — речовини, які зменшують горючість полімерів (наприклад, сполуки сурми); антистатики — речовини, які перешкоджають виникненню і накопиченню статичного електричного заряду у виробах з полімерних матеріалів; пороутворювачі — речовини, які розпадаються під час нагрівання, виділяючи гази, що спінюють смолу, внаслідок чого утворюється поро- та пінопласти з пористою структурою. Залежно від властивостей смоли пластмаси поділяють на термопластичні і термореактивні. Термопластичні пластмаси (термопласти) — це такі, що під час нагріву розм'якшуються, переходять у в'язко текучий стан, а при охолодженні затвердівають, і цей процес повторюється при повторному нагріві. Тобто такі пластмаси допускають повторну переробку. Зазвичай їх робоча температура не перевищує 90 °C. Термореактивні пластмаси (реактопласти), нагріваючись, розм'якшуються, але при певній температурі відбувається полімеризація, внаслідок якої смола переходить у твердий стан і повторна переробка таких пластмас неможлива. Теплостійкість їх вища до 200—370 °С. Пластмаси поділяють на пластмаси без наповнювачів, з наповнювачами (порошковими, волокнистими, шаруватими) і газонаповнені. Полімерні вироби стають все більш досконалими з точки зору їх експлуатаційних властивостей, одночасно розвиваються та ускладнюються методи поводження з полімерними відходами. Природоохоронне законодавство країн світу стає все жорсткішим, що вимагає відмовитись від одних способів та надає нового поштовху для розвитку інших. Захоронення або вивіз на смітник мало придатні для утилізації відходів полімерних матеріалів. Це обумовлено тим, що їх об’єм не змінюється з часом. Відповідно площі, зайняті під смітники, повинні безперервно збільшуватися, це призводить до виведення з господарського обороту значних територій, довгостроковим забрудненням навколишнього середовища і не раціонально з енергетичної точки зору. Однак цей метод і сьогодні широко застосовується в Україні. 3.Фізико-хімічні основи переробки пластмас Загальна формула полімеризації. В основі процесів переробки пластмас перебувають фізичні й фізико-хімічні процеси структуроутворення й формування: 1. нагрівання, плавлення, скловання й охолодження; 2. зміна обсягу й розмірів при впливі температури й тиску; 3. деформування, що супроводжується розвитком пластичної (необоротної) і високо-еластичної деформації й орієнтацією макромолекулярних ланцюгів; 4. релаксаціонні процеси; 5. формування надмолекулярної структури, кристалізація полімерів (що кристалізується); 6. деструкція полімерів. Ці процеси можуть проходити одночасно й взаємозалежно. Переважної буде тільки один процес на певній стадії. У процесі формування виробів полімер нагрівають до високої температури, деформують шляхом зрушення, розтягання або стиски й потім прохолоджують. Залежно від параметрів зазначених процесів можна значною мірою змінити структуру, конформацію макромолекул, а також фізико-механічної, оптичної й іншої характеристики полімерів. При охолодженні великої кількості полімерів протікає процес кристалізації. Кристалізація, залежно від стану розплаву, приводить до різних видів структури. Кристалізація з розплаву полімеру в рівноважному стані без деформації приводить до утворення сферолітних структур. Центром утворення таких структур є зародок , від якого утворяться променеподібні фібрілли, що складаються з безлічі впакованих ламелей. Фібріли, розростаючись у радіальному напрямку й завширшки, утворять сферо-образні структури – сфероліти. Сфероліти утворяться одночасно у великій кількості центрів кристалізації. На основі цього сфероліти в місцях контакту утворять грані і являють собою багатогранники довільної форми й розмірів. Електронно-мікроскопічні дослідження показують, що фібріла сферолітів складена з безлічі ламелей, покладених один на одного й скручених навколо радіуса сфероліта. Кристалізація з розплаву полімеру протікає при введенні в полімерний матеріал кристалізаторів – зародків. Якщо кристалізація протікає під високим тиском (300 .500 МПа) і при високій температурі, то утвориться кристалічна структура з випрямлених ланцюгів; при швидкому охолодженні того ж розплаву кристалізація проходить із утворенням складних ланцюгів, макромолекули в цьому випадку в розплаві у вигляді доменів, а швидке охолодження не дозволяє їм перейти в нову конформацію, тобто придбати витягнуту форму. Установлено також, що зі збільшенням тиску температура кристалізації підвищується. Практичне значення цієї властивості: можливість переходу полімеру безпосередньо з розплаву без охолодження у квазикристалічний стан при підвищенні тиску; при цьому виключається плин і загальмовуються релаксаціонні процеси. При підвищенні тиску утворяться більше дрібні сфероліти й тому збільшується механічна міцність виробів. Розміри кристалів також залежать від швидкості охолодження й температури в процесі формування виробу. При високій швидкості охолодження одержують мілко-кристалічну структуру, тому що часу на перегрупування кристалів недостатньо. Більшу структуру полімеру можна одержати при збільшенні температури, часу витримки й повільному охолодженні або шляхом попереднього нагрівання розплаву до більше високої температури перед кристалізацією. Форма кристалів може бути змінена. Так, використовуючи центри кристалізації й штучні зародки (1 .2% від маси), можна регулювати форму кристалів. При використанні підкладки-кристалізатора в її поверхні виникає велика кількість центрів кристалізації й утвориться щільно впакований шар з перпендикулярно розташованих до поверхні кристалів. Штучні зародки є додатковими центрами кристалізації, форма кристала при цьому залежить від форми зародка кристалізації, на дрібних кристалах ростуть сферо-літні структури, на довгих голчастих кристалах – ленто-образні структури. Структуроутворювачами (зародками) у цьому випадку є окисли алюмінію й ванадію, кварц, двоокис титану й ін. Структуроутворювачами звичайно сприяють здрібнюванню сферо-літної структури полімеру. Нестаціонарні умови теплопередачі й швидкості охолодження при формуванні виробів з полімерів сприяють одержанню виробів з неоднорідною структурою (більше дрібні кристали в поверхневих шарів). Якщо буде потреба однорідні властивості пластмасового виробу можна забезпечити за допомогою обпалювання або наступної термообробки при температурі нижче температури плавлення. При обпалюванні зменшується обсяг виробу й підвищується щільність; причому чим вище температура й більше час витримки, тим вище щільність виробу. Термообробка доцільна в тих випадках, коли необхідні підвищені твердість, модуль пружності, механічна міцність, теплостійкість і стійкість до циклічних навантажень; при цьому зменшуються відносне подовження й ударна в'язкість. Повнота протікання зазначених процесів, крім деструкції значною мірою визначає якість готового виробу, а швидкість протікання цих процесів визначає продуктивність способу переробки. На якість виробу в значній мірі впливає швидкість протікання деструкції полімеру, що підвищує термічним і механічним впливом на матеріал з боку робочих органів інструментів при формуванні. Форму виробу з термопласта одержують у результаті розвитку в полімері пластичної або високо-еластичної деформації під дією тиску при нагріванні полімеру. При переробці реактопластів формування виробу забезпечують шляхом сполучення фізичних процесів формування з хімічними реакціями ствердіння полімерів. При цьому властивості виробів визначають швидкість і повнота ствердіння. Неповне використання при ствердінні реакційних здатностей полімеру обумовлює нестабільність властивостей виробу з реактопластів у часі й протікання деструкційних процесів у готових виробах. Низька в'язкість реактопластів при формуванні приводить до зниження нерівномірності властивостей, збільшенню швидкості релаксації напруг і меншому впливу деструкції при переробці на якість готових виробів з реактопластів. Залежно від способу переробки ствердіння сполучається з формуванням виробу (при пресуванні), відбувається після оформлення виробу в порожнині форми (литтєве пресування й лиття під тиском реактопластів) або при термічній обробці сформованої заготівлі (при формуванні великогабаритних виробів, наприклад, аркушів гетинаксу, склотекстоліта й ін.). Повне ствердіння реактопластів вимагає в деяких випадках декількох годин. Для збільшення знімання продукції з устаткування остаточне ствердіння може вироблятися поза формуючим оснащенням, тому що стійкість форми здобувається задовго до завершення цього процесу. По цій же причині виріб витягають із форми без охолодження. При переробці полімерів (особливо термопластів) відбувається орієнтація макромолекул у напрямку плину матеріалу. Поряд з розходженням в орієнтації на різних ділянках неоднорідних по перетині й довжині виробів виникає структурна неоднорідність, і розвиваються внутрішні напруження. Наявність температурних перепадів по перетині й довжині деталі веде до ще більшої структурної неоднорідності й появи додаткових напруг, пов'язаних з розходженням швидкостей охолодження, кристалізації, релаксації, і різним ступенем ствердіння. Неоднорідність властивостей матеріалу (по зазначених причинах) не завжди припустима й часто приводить до шлюбу (по нестабільності фізичних властивостей, розмірів, жолобленню, розтріскуванню). Зниження неоднорідності молекулярної структури й внутрішніх напружень вдається досягти термічною обробкою готового виробу. Однак більше ефективне використання методів спрямованого регулювання структур у процесах переробки. Для цих цілей у полімер уводять добавки, що роблять вплив на процеси утворення надмолекулярних структур і сприятливому одержанню матеріалів з бажаною структурою. 4.Деструктивна утилізація Для окремих видів відходів полімерів раціональні різні типи хімічної і термічної переробки, що полягають у конверсії вихідних полімерів з утворенням сировини для їхнього виробництва чи інших цінних продуктів. У промислових масштабах реалізована, наприклад, леполімеризація капронових відходів під дією фосфорної кислоти і перегрітої пари. За однією зі схем тверді капронові відходи розщеплюють разом з концентратом екстракційних вод виробництва в апаратах попередньої й остаточної деполімеризації. Пароподібну суміш деполімеризату (до 25% капролактаму) концентрують до 80% у насадній колоні і потім очищують. Вихід мономера становить 75–80%. Він придатний для повторного використання у виробництві. При деполімеризації полікапроаміду можливе змішування різних незабруднених технологічних відходів незалежно від їхньої форми і фізико-хімічних властивостей;, лиття під тиском цих же відходів вимагає поділу їх за вмістом замаслювання. Пінополіуретанові відходи можна переробляти різними варіантами їхнього гідролізу. За одним із них попередньо здрібнені відходи еластичного пінополіуретану обробляють перегрітою до 290–320°С водяною парою. Гідроліз дає можливість одержати багатоатомний спирт діамін і діоксид вуглецю, що використовують для одержання пінополіуретану. Перспективним напрямком переробки відходів пластмас є їх піроліз, продукти якого служать сировиною для промисловості, органічного синтезу або паливом. Процес піролізу полімерних відходів звичайно проводять при 300–900°С в стаціонарних чи обертових вертикальних циліндричних печах (ретортах), що розрізняються між собою способом підведення тепла до матеріалів, які переробляються, з використанням теплоносія рідких продуктів розкладання розплавів солей (КСl, MgCl2, LiCl) і інших матеріалів, а також шляхом використання енергії електричної дуги і струмів високої частоти. Значні маси твердих відходів виробництв пластмас становлять відходи процесів очищення відповідних виробничих стічних вод, що характеризуються складністю сполуки і направляються звичайно в відвали на полігони. Однак і ці відходи в ряді випадків можуть бути ефективно утилізовані, зокрема шляхом піролізу. Наприклад, при виробництві акрилбутадієнстирольних пластиків виробничі стоки у вигляді мутних латексних розчинів піддають фізико-хімічній обробці з використанням коагулянту сульфату алюмінію. Осад, що утвориться при цьому, являє собою пасту білого кольору і містить 5–10% полімерулатексу, 4–5% гідроксиду алюмінію, 5–7% деревного борошна і 78–86% води. Елементний склад його органічної частини в середньому включає (з розрахунку на повітряну суху речовину): 46,7% С, 19,9% N2, 17,0% О2, 9,7% Н2, 5,4% Cl2 і 1,3% S, а мінеральна частина, температура плавлення якої перевищує 1500°С, містить 91,9% Аl2О3 (інші оксиди в ній представлені у вигляді Fe2O3, Si2, SО, N2O, K2О і ін.). У нашій країні розроблена і пройшла випробовування у виробничих умовах технологія одержання на основі таких відходів вуглець-мінерального адсорбенту з метою очищення газових викидів і виробничих стічних вод. Особливістю технології є відсутність стадії активації як самостійної стадії: присутня в осаді волога і газоподібні продукти його піролізу забезпечують формування достатньо ефективної пористої структури синтезованого поглинача при одностадійній термічній обробці сировини (700–750°С) без доступу повітря. Дослідно-експериментальні випробовування у виробничих умовах вуглець-мінерального адсорбенту, проведені на блоці доочищення змішаних заводських стоків, які пройшли біологічну обробку від групи підприємств на одному з промислових вузлів, показали ефективність його використання для видалення важких металів, нафтопродуктів і ряду інших забруднень цих стоків. Досвід експлуатації ряду закордонних установок піролізу, як правило, невеликої потужності, показує, що склад газоподібних продуктів процесу можна змінювати в широких межах залежно від складу полімерної сировини, яка переробляється, температури і вмісту кисню в реакційній зоні. Для попередження утворення вуглецю і токсичних продуктів у реторти вводять водяну пару. Серед нових ідей в галузі деструктивної переробки відходів пластмас слід відзначити ідею, що полягає в обробці відходів сильно розігрітою (50 млн. град.) плазмою, призначеною для синтезу важкого водню. При цьому відходи пластмас піддаються іонізації з утворенням нового виду плазми (10–150 тис. град.), іони якої можна розділити на групи іонів окремих елементів. Однак конструктивно цей процес ще не розроблений. 4.1Фотодеструкція Створення біо-, фото- і водорозкладуваних полімерів спочатку розглядалось як один із оптимальних шляхів вирішення проблеми утилізації відходів. Фотодеструктуючі полімери одержують введенням в полімер УФ-сенсібілізаторів або синтезом сополімерів, які мають світлочутливі групи, або нанесенням покрить з фотоактивуючими добавками на поверхню виробів. Сенсібілізаторами частіше всього служать похідні антрахінону, бензофенону інших ароматичних кетонів та альдегідів. При введенні світлочутливих функціональних груп в основний ланцюг полімера фізико-механічні характеристики матеріала не змінюються. Поглинання УФ-променів цими групами обумовлює наступну деструкцію матеріалу. Швидкість фотодеструкції визначається інтенсивністю опромінення, вмістом "активних" груп, фізичними і хімічними властивостями матеріалу. Механізм фотодеструкції полімерів Можна одержати фотодеструктуючі полістирол (ПС) і полівінілацетат шляхом введення в них макромолекул світлочутливих карбонільних груп і створити фотодеструктуючі композиції на основі ПС і сополімерів стірола з мономерами, що мають кетонні групи. Ця мета досягається сополімеризацією стирола з акролеїном . Існують біополімери, здатні розкладатися під дією мікроорганізмів. Основними напрямками роботи на сьогодні є: • одержання полімерів визначеної структури, що піддаються дії мікроорганізмів; • розробка композицій на основі звичайних полімерів із специфічними добавками, що є джерелом живлення мікроорганізмів; • створення полімерів, які починають розкладатися під дією УФ-світла, а закінчують під дією мікроорганізмів. Відомі різні способи одержання водорозчинних полімерних матеріалів. Так, з оксипропілцелюлози можуть бути виготовлені водорозчинні листові та плівкові матеріали, тара та упаковка. Водорозчинні мішки для сільського господарства і служби побуту одержують, вводячи у полімерні композиції модифікований крохмаль . Однак під час виробництва полімерів, що розкладаються, витрати, як правило, вищі, ніж при виробництві звичайних пластичних мас. Фоторозкладувальні полімери, що застосовуються як пакувальні матеріали, не захищають складові упаковки від дії УФ-світла. Токсичність продуктів розкладання таких матеріалів вивчена недостатньо, оскільки для цього потрібні спеціальні токсикологічні дослідження. Спалення відходів супроводжується забрудненням атмосфери отруйними газами, характеризується високою температурою, необхідністю відводу великої кількості тепла і сильною корозією технологічного обладнання. За наявності у відходах значної кількості полівінілхлориду (ПВХ) на стінках печей може з’явитися суцільний шар хлоридів заліза, на якому за температури 650-780°С можливе утворення сульфіду заліза. Дослідження показали, що під час спалювання сміття, яке містить до 6% пластичних мас (поліолефінів, ПВХ, ПС), в спеціальних інсеніраторах не спостерігається підвищення димоутворення, посилення запахів і засмічення обладнання . Для забезпечення спалювання відходів полімерів з мінімальним забрудненням повітря розроблені спеціальні системи газоочищення, методи попередньої обробки відходів (наприклад, лужним розчином), створені установки різних типів — ротаційні та подові печі і печі для спалювання в псевдозрідженому шарі. В більшості країн пластичні маси спалюють разом з іншими твердими відходами, але в Японії функціонують спеціальні інсеніратори матеріалів. Попіл, що утворюється під час спалювання, використовують як добавку при виробництві будівельних матеріалів, дорожнього покриття . Полімерні матеріали характеризуються високою теплотворною здатністю (у два-три рази вищою, ніж у текстилю і паперу). Тому теплову енергію спалювальних відходів можна ефективно використовувати для одержання пару високого тиску, гарячої води як енергоносія для газових турбін, додаткового палива. Не дивлячись на успішне рішення ряду технічних питань, спалювання, як спосіб утилізації відходів, не економічне і мало ефективне. Навіть при максимально повному використанні всіх його можливостей вдається компенсувати лише частину експлуатаційних витрат. Таким чином, розглянуті методи не забезпечують ефективного вирішення проблеми використання відходів полімерів. Тому в останні роки намітились тенденції утилізації відходів шляхом регенерації, повторної переробки, одержання композиційних матеріалів, піролізу. Переробка відходів полімерів в штучне рідке паливо є перспективним напрямком їх утилізації. Розроблені в останній час технології дозволяють одержувати високоякісні марки бензину, гасу, дизельного і котельного палива . Найбільш відомими є технологічні процеси фірм "Мaschinentechnik GmbH" і "BASF"(Німеччина), "British Petroleum" (Великобританія), "Fuji Indystrial Recycle Corp" (Японія), "Kodak Co" (США). Однак головним недоліком вказаних технологій є висока ціна обладнання, що використовується і, відповідно, висока ціна виробленого штучного рідкого палива. Причиною такої високої вартості є прагнення одержати паливо стандартної якості. Це приводить до значного ускладнення технології і, відповідно, подорожчання обладнання. Але, не дивлячись на вказані недоліки, ці технології є одними з найбільш перспективних як в енергетичному плані, так і в плані охорони навколишнього середовища від забруднення відходами полімерної тари і упаковки. 4.2.Термічні методи утилізації відходів Одним із найбільше простих засобів ліквідації пластмасових відходів є спалювання. Розроблено і продовжують удосконалюватися різноманітні конструкції печей: подових, ротаційних, форсуночних, із киплячим прошарком і ін. Попереднє тонке здрібнювання і розпилення відходів забезпечують при достатньо високій температурі практично повне їхнє перетворення у CO2 і H20. Проте спалювання деяких видів полімерів супроводжується утворенням токсичних газів: хлорида водню, оксидів азоту, аміаку, ціаністих сполук і ін., що викликає необхідність заходів щодо захисту атмосферного повітря. Крім того, незважаючи на значну теплову енергію спалювання пластмас, економічна ефективність цього процесу є найменшою в порівнянні з іншими процесами утилізації пластмасових відходів. Проте, порівняльна простота організації спалювання визначає досить широке поширення цього процесу на практиці. Типова технологічна схема спалювання відходів із використанням трубчастої печі подана на рис. 5.3 Рисунок 5.3 – Схема установки термічного знешкодження твердих відходів: 1 - бункер-накопичувач; 2 - грейферний захоплювач, 3 - завантажувальна лійка; 4 - завантажувальний бункер; 5 - запальник; 6 - ротаційна піч; 7 - збірник шлаку; 8 - транспортер; 9 - камера доспалювання; 10 - пальник; 11 - пристрій для охолодження; 12 - димосос; 13 - вихлопна труба; 14 - склад шлаку Відходи з бункера-накопичувача грейферним захоплювачем через завантажувальну лійку і бункер подають в обертову піч. Пуск печі в роботу роблять за допомогою запального устрою. Золошлакові продукти спалювання з установленої з ухилом 2-5(С печі надходять у збірник, де гасяться і далі евакуюються транспортером. Печні гази надходять у камеру допалення, де знешкоджуються при температурі вище 800(С в полум'ї пальника. Димососом їх потім транспортують через охолоджувальні устрої (казан-утилізатор, водопідігрівач і т.ін.) і вихлопну трубу в атмосферу. Золу, що утворюється (4-6% від маси відходів), можна використовувати в якості наповнювача при виробництві будівельних матеріалів. Реакція термічного розкладу полімерів на мономери Стійкість пластмасових відходів у природних умовах і труднощі організації їх збору призвели до необхідності вишукування можливостей їхньої самоліквідації безпосередньо в місцях депонування. Дослідження, проведені в ряді країн, показали, що самознищення відходів пластмас у природних умовах можливо під дією як окремих природних чинників (сонячного світла, мікроорганізмів, води й ін.), так і їхньої сукупності. Зокрема, окремі види пластмас (поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид) спроможні до біодеградації, тобто можуть розлагатися під дією бактерій, цвілі і грибків, а пластмаси, що знаходяться в землі, спроможні руйнуватися грунтовими мікроорганізмами, піддаватися мутаціям під дією опромінення. Таким чином, для ліквідації відходів із цих матеріалів достатньо їх зараження відповідною культурою бактерій. З метою інтенсифікації процесу біодеградації можна використовувати введення в композиції на основі пластичних мас невеличких добавок рослинних крохмалів і сполук двовалентного заліза, які служать центрами початку біорозпаду відходів (в основному різноманітні пакувальні матеріали). Для ліквідації відходів споживання пластмас можна також використовувати спроможність деяких видів виробів (упаковки на основі спеціальних композицій) до руйнації під дією ультрафіолетового випромінювання сонця (фотодеградації). Фотоактивні групи в кількостях, що не впливають на фізико-хімічні властивості виробів, приєднують до головних ланцюгів полімерів під час синтезу. Поглинаючи ультрафіолетові промені, ці групи використовують їх енергію для руйнації полімерних ланцюгів, у результаті чого вироби набувають крихкості і розсипаються під атмосферними впливами. Поряд із цим необхідно забезпечити визначений термін служби виробу. Тому разом із активаторами розпаду до складу пластмас уводять добавки стабілізаторів. При цьому необхідний термін служби (період індукції) пластмасового виробу визначається хімічною природою активаторів і стабілізаторів фотодеградації і їхнього співвідношення. У якості стабілізаторів і активаторів процесу фотодеградації використовують різноманітні органічні сполуки, що відповідають жорстким вимогам технології виробництва пластмасових виробів і їхньої експлуатації. У пластмасах, що містять окремі види фотоактиваторів, реакції деструкції полімерів продовжуються і після припинення їхнього опромінення ультрафіолетовим світлом. Варто зауважити, що можливе використання фотодеградації обмежується в даний час відносно вузькою номенклатурою пластмасових виробів одноразового застосування (упаковувань) і не ліквідує необхідності смітників, тому що час розкладання таких відходів у середньому не відрізняється від паперу і картону. Крім того, продукти розпаду таких відходів не ліквідують, а збільшують забруднення навколишнього середовища. 5.Регенерація відходів Відходи процесів одержання, переробки та експлуатації деяких полімерів можуть бути регенеровані до вихідних продуктів синтезу і повернуті в промисловість. Цей метод є найбільш перспективним напрямком утилізації відходів поліуретанів (ПУ), оскільки їх спалення нерентабельне, а піроліз супроводжується виділенням отруйних газів. Можливість регенерації ПУ визначається структурою і фізико-механічними характеристиками полімерів. ПУ з малим ступенем зшивки, як і термопласти, можна переробляти багатократно. Вторинне застосування лінійних та густосітчатих ПУ з високою температурою плавлення основане на використанні сильнополярних розчинників або хімічної деструкції (гідроліз, алкоголіз, аміноліз). Оптимальною є часткова хімічна деструкція полімеру мінімальною кількістю деструктуючого агенту. Деструкцію доцільно проводити до такого ступеня, коли матеріал здобуває властивість перероблятися і не потребує спеціального очищення. Такий підхід дозволяє економне використовувати відходи та одержувати полімерні матеріали, близькі за властивостями до вихідних. Але найбільш універсальним методом використання відходів різних типів ПУ являється повний гідроліз до вихідних компонентів (олігодіолів, діамінів). Розроблена промислова технологія гідролізу відходів ПУ. Так, фірма "Upiohn Со." (США) шляхом регенерації відходів жорстких пінополіуретанів і пінополіізоціануратів одержує поліоли для вторинного використання, вартість яких становить 2/3 вартості первинних поліолів. Регенерацію відходів еластичних пінополіуретанів до поліолів і діамінів шляхом гідролізу перегрітою парою здійснюють фірми "Ford Моtor Со." і "General Моtогs Согр." (США) Композиційні матеріали одержують на основі відходів виробництва полістирольних пластиків .За властивостями ці відходи в основному близькі до вихідного продукту (за виключенням одного-двох бракувальних показників). Автори роботи показали, що змішення відходів виробництва АБС-пластиків з обрізками декоративних паперовошаруватих пластиків (ДПШП) на основі феноло-, карбаміде- і меламінофор-мальдегідних смол, а також відходів виробництва удароміцного полістиролу з подрібненими склопластиками дозволяють одержувати матеріали, придатні для виробництва товарів народного споживання та не відповідальних конструкційних деталей. Методи і технологічні режими переробки істотно впливають на властивості виробів. Галузями промисловості, де перспективним є застосування матеріалів із відходів виробництва ПС-пластиків, є деревообробна та лакофарбова. Зношені вироби із ПС застосовують для виробництва клеїв, паст, водорозчинних іонообмінних смол. Матеріали з цінними властивостями одержують на основі відходів ПЕ, капрону, ПА та фенолоформальдегідних смол. Композиційні матеріали одержують із відходів пластичних мас, паперу, картону, шламів важких металів, мінеральних і армованих наповнювачів. Ці матеріали широко використовують в цивільному і дорожньому будівництвах . Наприклад, із відходів пластичних мас і піску в Японії виготовляють блоки для будівництва станцій з розведення морської риби, а на основі суміші бетону з відходами пінополістіролу фірма "Секісуй пурасутіккусу" розробила легкий пінобетон .Із зношених капронових сіток одержують високонаповнені литтєві матеріали з високими теплофізичними і антифрикційними характеристиками, а із суміші відходів виробництва синтетичного каучуку з мінеральними наповнювачами і сажею — композиційні матеріали . Зміну напрямків утилізації відходів можна бачити на прикладі США, за даними таблиці. Існує достатньо багато способів переробки полімерних матеріалів і використаної тари, найбільш раціональними та безпечними з яких є регенерація, вторинна переробка та піроліз. Розвиток технологій в цих галузях є найбільш динамічним. Як засвідчує практика розвинених країн, утилізація відходів, як правило, не є рентабельною та потребує втручання держави у цей процес, якщо дійсно ставиться мета охорони навколишнього середовища. Зростання виробництва пластмас і їх поширення, практично, в усіх галузях народного господарства є наслідком науково-технічного прогресу. Великий інтерес до пластичних мас викликаний не тільки їх своєрідними технічно вигідними властивостями (низька питома густина, висока хімічна стійкість, наявність високоеластичного стану тощо) Виготовлення виробів з пластмас відзначається низькою трудомісткістю, енергомісткістю, доступністю вихідної сировини. На виготовлення пластмасового виробу потрібно витратити в 2,5 - 4 рази менше праці, ніж на виготовлення аналогічного виробу з металу, і при цьому споживається в 3 ч 5 разів менше енергії. Впровадження в народному господарстві пластмас і композиційних полімерних матеріалів (скло-, вугле- та органопластиків) відзначається високою економічною ефективністю. Виготовлення виробів з пластмас зосереджене на підприємствах чи дільницях з переробки пластмас, які об’єднані в одну підгалузь – технології переробки пластмас. За методами виготовлення виробів з пластмас її можна поділити на такі групи виробництв з індивідуальною об’ємною часткою: • лиття під тиском термопластів – 33 %;• екструзія – біля 30 %;• пресування – 26 %;• каландрування – 5 %;• інші методи – 6 %. Основну масу погонажних виробів (труби, плівки, листи, профілі тощо) одержують методом екструзії. За технологією вальцювання і каландрування отримують значний асортимент плівок (плівки загального призначення, морозостійкі, багатошарові, комбіновані тощо) і рулонні матеріали. Продукцію, одержану методом екструзії, широко використовують у народному господарстві як вироби самостійного призначення або як напівфабрикат для виготовлення виробів іншими методами. Наприклад, листи використовують або безпосередньо як облицювальний та футерувальний матеріал, або для виготовлення виробів термоформуванням, вирублюванням тощо. Екструзійні методи переробки пластмас набувають значного поширення як допоміжний спосіб неперервного пакування промислових та харчових виробів у полімерну оболонку, вони також перспективні при нанесенні електро-, хімізоляції на провідники тощо. Перевага екструзійних процесів – неперервність виробництва, велика одинична потужність, висока технологічність при низькому рівні технологічних відходів, можливість автоматизації процесу і створення замкнених циклів, керованих за допомогою EOМ. Вироби з пластмас, які отримують методом екструзії, належать до матеріалоємної продукції. Сировина і матеріали для їх одержання становлять 80 % загальних затрат, на електроенергію припадає лише 10 % і на трудозатрати – до 5 %. Всі ці переваги, а також велике практичне значення погонажних виробів і практично необмежений їх асортимент зумовили випереджаючі темпи зростання частки полімерних виробів в загальному обсязі випуску виробів з пластмас. Сировиною для виготовлення погонажних виробів є термопласти: поліолефіни, полівінілхлорид, полістирольні пластики. Значно розширилась матеріальна база виробництва їх в Україні з введенням до ладу поліпропіленового заводу в м.Лисичанськ та заводу з виготовлення надвисокомолекулярного поліетилену і поліпропілену в м. Калуш, який збудувала німецька фірма “Лінде”. Створення прогресивних методів переробки пластмас у вироби та інтенсифікація існуючих – мета галузі переробки пластмас. Відходи пластичних мас поділяють на відходи виробництва і відходи споживання. Виробництво пластмасової сировини супроводжується утворенням твердих технологічних відходів у вигляді різних злитків, брил, бракованих волокон і ін. Виробничі відходи різних процесів формування виробів із пластмас утворюються у вигляді літників, бракованих виробів, обрізків і т.п. Використання технологічних відходів доцільне насамперед на обробних підприємствах, тому що вони звичайно не вимагають облагороджування і спеціального устаткування для переробки у вироби. Такі відходи переробляють переважно у двох напрямках: 1) з метою виробництва того продукту, у процесі виготовлення якого утворився даний вид відходів, чи продукту аналогічної рецептури; 2) для виготовлення виробів менш відповідального призначення. При переробці за першим напрямком відходи звичайно використовують безпосередньо після їх утворення на окремих установках. У ряді випадків їх збирають автоматично і подають у пристрої для здрібнювання, після чого змішують з основною сировиною і направляють у прийомні пристрої екструдерів і різних формувальних установок. Вміст відходів у сировині звичайно становить 5–10%, але може досягати 20% і більше. Другий напрямок переробки різного виду технологічних відходів полягає в їхньому сортуванні (відділення сторонніх домішок і розбраковування), подрібненні, гранулюванні з наступним виготовленням на їх основі виробів широкого вжитку (тари, підстилок, сувенірів, іграшок і т.п.). У цілому переробка технологічних відходів виробництва пластмасових виробів полегшена концентрацією їх у рамках окремих виробництв і можливістю запобігання забрудненню. Набагато більшою проблемою є знешкодження і використання відходів споживання пластмас, що збільшуються щорічно в зв'язку з бурхливим зростанням виробництва полімерних матеріалів: починаючи з 60-х років виробництво полімерів, основну частину яких становлять пластмаси, подвоюється кожні 5 років. Особливої гостроти цій проблемі додає виняткова стійкість відходів пластмас у природних умовах, що приводить до істотного забруднення навколишнього середовища. Так, по закордонним даним, у 1980 р. в Англії у відходи потрапляло близько 1,35 млн. т пластмас при виробництві 2,145 млн. т, у США – близько 2,5 млн. т при виробництві 17,5 млн. т. З відходами пластмас губиться велика кількість коштовних органічних продуктів, повторне використання яких дозволило б, зокрема, скоротити споживання природної сировини (нафти і газу) і зменшити забруднення навколишнього середовища. Неабияку роль відіграє й економічний бік питання: собівартість вт

Лабораторна робота Інші

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись