Пластмассовые отходы: сбор, сортировка, переработка и оборудование
Особенность синтеза и переработки пластмасс. Характеристика отходов производственного и общественного потребления. Анализ сбора пластмассовых веществ в разных странах. Технология переделки пластиковых бутылок. Оборудование для полимерных материалов.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Тамбовский государственный технический университет»
Кафедра: «Переработка полимеров и упаковочное производство»
по дисциплине «Основы полиграфического и упаковочного производств»
на тему: «Пластмассовые отходы: сбор, сортировка, переработка, оборудование»
1. Пластмассовые отходы. Виды
1.1 Технологические отходы производства
1.2 Отходы производственного потребления
1.3 Отходы общественного потребления
2. Сбор пластмассовых отходов
2.1 Сбор отходов в разных странах
В последние годы проблема пластмассовых отходов стала занимать одно из важнейших мест в мире. Это объясняется значительным ростом производства полимерных материалов и расширением областей их применения в различных отраслях.
Использование значительных количеств пластических масс для производства изделий одноразового пользования или с кратковременным сроком службы создаст дополнительные источники образования отходов. Это ведет к росту количества образующихся отходов, вызывающих угрозу загрязнения окружающей среды и даже создающих угрозу для здоровья людей.
Вместе с тем пластмассовые отходы являются дополнительными источниками сырьевых ресурсов и энергетических запасов.
Количество пластмассовых отходов в общем числе отходов в развитых странах составляет 6-10% [11], а соотношение основных полимерных материалов составляет [10, 12]: полиолефины — 40-60%, поливинилхлорид 10-20%, полистирол — 10-20%, прочие пластмассы — 5-10%.
Учитывая важность и актуальность проблемы использования пластмассовых отходов, правительствами развитых стран приняты специальные законы и постановления, направленные на сокращение отходов, загрязняющих окружающую среду, за счет их переработки, утилизации или
уничтожения.
1. Пластмассовые отходы. Виды
Для облегчения разделения пластмассовых отходов потребления во многих странах изделия при их производстве маркируют, что позволяет идентифицировать вид полимера, из которого оно изготовлено.
Раздельный сбор отходов потребления пластмассовых деталей с учетом вида полимера (а еще лучше цвета) у нас в стране пока не производится. Поэтому значительная часть отходов пластмасс не перерабатывается.
1.1 Технологические отходы производства
Образуются при синтезе и переработке пластмасс и составляющие от 5 до 35 % (по массе). По свойствам они мало отличаются от исходного сырья и могут повторно перерабатываться в смеси с исходным материалом. Технологические отходы производства, также условно разделяются на технологические отходы:
*Неустранимые отходы являют собой кромки, обрезки, высечки, облой, литники, грат и прочие, представляющие собой высокотехнологичное сырье, ничем не отличающееся от исходного полимера. В современной промышленности, специализирующейся на производстве и переработке пластмасс, на долю данных отходов приходится от 5 до 35%, с учетом того, что для последующей переработки данных отходов не требуется специального оборудования, за исключением того, что уже имеется на производстве.
*Устранимые технологические отходы представляют собой результат нарушения технологических режимов в процессе синтеза и переработки сырья или, говоря проще, представляют собой технологический брак. Впоследствии данный вид отходов используется в качестве добавки к исходному сырью либо перерабатывается в различные изделия.
1.2 Отходы производственного потребления
Образуются в результате выхода из строя полимерных изделий, применяемых в различных областях народного хозяйства в виде тары, упаковки, сельскохозяйственной пленки, деталей машин, мешков из-под удобрений, амортизированных шин и прочее. Данный вид отходов характеризуется минимальным уровнем загрязненности и практически не нуждается в сортировке. Тем самым, являясь самым востребованным для вторичной переработки.
1.3 Отходы общественного потребления
Накапливаются на свалках в результате морального или физического износа полимерных деталей или изделий, в которых они использовались (пластмассовая посуда, мебель, детали автомобилей и другой бытовой техники). Хотя они и представляют ценное вторичное сырье, но вследствие перемешивания с другими видами отходов их переработка в изделия затруднена. Доля отходов общественного потребления составляет 50 % всех полимерных отходов.
2. Сбор пластмассовых отходов
Сбор и переработка чистых отходов производства пластмасс не вызывает сложности. В основном они перерабатываются по месту их образования, и уровень их использования достигает 90%. Основная сложность заключается в сборе и хранении отходов бытового, коммерческого и производственного потребления пластмасс и изношенных полимерных изделий, на долю которых приходится более половины всех образующихся отходов пластмасс. Уровень утилизации этих отходов в различных странах, как отмечено, не превышает 15-20%.
Следует отметить, что на организацию сбора и транспортировку отходов пластмасс уходит более половины всех затрат на их утилизацию. Поскольку ускоренные темпы строительства мощностей по переработке пластмассовых отходов требуют их бесперебойного обеспечения вторичным сырьем, проблема организации эффективного и своевременного сбора отходов пластмасс приобретает первостепенное значение.
С целью повышения эффективности сбора отходов пластмасс, во многих странах разрабатываются специальные программы по их сбору и сертификация их качеств. За качеством собранных отходов должен осуществляться контроль согласно требованиям рынка сбыта, т.к. качество отходов определяет их стоимость. Собранные отходы не должны содержать металлов, стекла, бумаги, сопутствующих загрязнений; они должны храниться в закрытых помещениях или закрываться атмосферостойким материалом. Незагрязненные отходы пластмасс обеспечивают высокое качество конечной продукции и возмещают расходы.
2.1 Сбор отходов в разных странах
Наибольшие успехи в этой области достигнуты в Германии, где в 1991 году вступил в силу специальный закон о сборе и переработке отходов упаковочных материалов и тары отдельно от остальных фракций ТБО. В соответствии с этим законом обязанность по сбору, сортировке и утилизации отходов упаковочных материалов и тары, являющихся отходами домашних хозяйств и розничной торговли, была возложена на специализированное акционерное общество с ограниченной ответственностью Дуалъ Систем Дойчленд. переработка пластмасса отход бутылка
Собранные отходы упаковочных материалов и тары направляются в специально созданные сортировочные центры (их число на территории Германии составляет около 400), где они рассортировываются по видам пластмасс на полистиролы, пенопласты, полимерную пленку, ПЭТФ и композиционные материалы. Переработка рассортированных отходов во вторичные упаковочные материалы и тару осуществляет специализированная акционерная компания Гезельшафт фюр Кунстшоф ресайклит.
Принятая в Германии система сбора отходов упаковочных материалов и тары показала свою эффективность. Ежегодно в Германии собирают более 3-4 млн. т отходов различных упаковочных материалов и тары, которые перерабатываются во вторичную продукцию.
В Германии функционирует также система сбора и утилизации отслуживших свой срок пластмассовых окон и их доставка на переработку (производство вторичного гранулята, поставляемого на завод-изготовитель окон). Надлежащий сбор старых пластмассовых окон обеспечивается хорошей связью со строителями, монтирующими пластмассовые окна, и созданием по всей Германии сети приемных пунктов.
Представляет интерес практикуемый в США и Канаде обязательный сбор отходов упаковки в сельской местности.
Пленку, пакеты, бутыли собирают в контейнеры, уплотняют и сдают координаторам для поставки перерабатывающим предприятиям. Обычно семья сдает до 2 кг/год незагрязненных, отсортированных, очищенных от остатков пищи (жира, молока, сока, сыра и т.п.) пластмассовых отходов за 1,5-5 долл.; при этом селу дополнительно платят 15 тыс. долл./год. В целом в отдельном селе собирают около 200т в год отходов пластиковой упаковки. По специальной программе осуществляется сбор наиболее объемных вышедших из употребления пластмассовых изделий, таких как контейнеры, трубы, ведра, бидоны, бутыли и пр. Соответственно создаются мощности для переработки таких отходов.
Для обеспечения сырьем созданных мощностей и снижения стоимости сбора отходов пластмасс переработчики заключают контракты со снабженцами, которые по программе обязательного сбора и сортировки использованных изделий из пластмасс от потребителей поставляют к определенному сроку отходы для переработки.
В России до 1992 года частичный сбор отходов потребления пластмасс в компактных источниках, в частности вышедшей из употребления сельскохозяйственной пленки, а также ящичной тары, осуществлялся заготовительными предприятиями системы Госснаба. Из полученного вторичного гранулята предприятия системы Госснаба ежегодно изготавливали около 1 млн. штук полимерных ящиков для овощей и фруктов, более 3,5 тыс. труб и деталей трубопроводов, около 2,0 тыс. м2 полимерной пленки и т.п. Селективный сбор отходов пластмасс, образовавшихся у населения, в России никогда не производился.
После упразднения Госснаба предприятия по переработке вторичного пластмассового сырья были закрыты, и сбор отходов пластмасс практически прекратился.
Интерес к вовлечению отходов пластмасс в переработку и утилизацию вновь возник в нашей стране в 2001-2002 гг.
Технология переработки пластиковых отходов состоит из трех основных этапов:
· Процесс дробления позволяет измельчать отходы до состояния крошек, пригодного для дальнейшей переработки.
· В процессе агломерации полученные крошки спекаются в небольшие комочки. Агломерат сбывают как готовое сырье, либо гранулируют.
· С помощью грануляции получают более качественное и чистое сырье.
Если рассматривать процесс переработки пластиковых бутылок, то для начала происходит их сортировка по цветам, а от дополнительных предметов (резина, бумага, другой пластик) приходится избавляться вручную. На специальной линии по переработке тары выгружают уже спрессованный материал, чтобы получить флекс в виде хлопьев. Линия состоит из нескольких агрегатов, которые отделяют крышки, измельчают пластик и перемещают переработанный материал в паровой котел. В результате обработки горячей водой удаляются оставшиеся элементы, а материал полируется, проходит процедуру полоскания и помещается в сушилку. Окончательный этап — флекс перемещается в бункер.
* Механический способ (рециклинг)
Суть метода состоит в механическом дроблении пластиковых отходов с целью их дальнейшего повторного термического формования. Это самый простой и наиболее часто используемый метод утилизации отходов за рубежом. Технологический процесс состоит из нескольких стадий. Пластиковые отходы подвергаются сортировке по виду, состоянию, загрязненности. Отсортированный материал проходит предварительное дробление, после чего заново сортируется, промывается и высушивается. Подготовленное сырье обрабатывается в термических установках до момента образования расплава однородной консистенции.
Расплавленный материал подается в экструдер для формования вторичной продукции либо промежуточных гранул, которые затем используются как сырье для нового производства. Механический рециклинг широко применяется для производства полимерных волокон, пластиковой тары и упаковочной продукции.
Главной сложностью этого метода является необходимость в предварительной сортировке, разделении и чистке пластиковых отходов. В некоторых случаях тщательную очистку выполнить не представляется возможным (например, при длительном накоплении отработанных пластмасс на свалках).
Метод заключается в расщеплении отходов полимерных материалов водно-кислотными растворами под воздействием высокой температуры. Технология не нова и имеет множество разновидностей, разработанных еще во времена Советского Союза.
Основной процесс гидролиза производится в специальном вакуумном реакторе, куда подается измельченное сырье, очищенное от примесей. Как правило, дробление пластиковых отходов производится в несколько стадий, в результате чего образуются частицы размером в несколько десятков микрон.
Метод гидролиза считается достаточно энергоемким вследствие значительного потребления воды и большой продолжительности производственного процесса. Однако, в случае организации масштабной переработки отходов все затраты на энергоресурсы окупаются. Достоинством метода также являются невысокие требования к очистке и сортировке отходов пластика.
Гликолиз является разновидностью метода гидролиза, а главными его особенностями является применение гликоля в процессе деполимеризации и наличие повышенных рабочих температур (до 300 градусов). Для сокращения времени химических реакций применяются различные катализаторы, которые также оказывают влияние на характеристики получаемого продукта. К достоинствам метода относятся низкие требования к предварительной обработке отходов (очистка, сортировка пластмасс) и практически полная безотходность производства. Однако технологические особенности данного метода не позволяют использовать его для дальнейшего производства пищевого пластика.
Способ подразумевает расщепление отходов пластика метанолом. Процесс протекает в реакторе под давлением в условиях высоких температур. Метод метанолиза относится к процессам повышенной взрывной и химической опасности, вследствие чего применяется в основном в узкоспециализированных циклах производства полиэфиров. Метанолиз требует тщательной подготовки сырья, а также является затратным с точки зрения потребления энергоресурсов.
Пиролизом называется метод термической деструкции пластиковых отходов при отсутствии доступа воздуха. В результате данного процесса сырьевой материал деполимеризуется (разлагается на мономеры). Для обеспечения протекания реакции не требуется предварительная очистка и сортировка отходов.
Сам технологический процесс переработки состоит из следующих стадий: подготовка и загрузка сырья в установку реактора; плавный нагрев до рабочей температуры (500 градусов) и повышение давления в реакторе; непосредственно пиролиз или разложение сырья на мономеры; выделяемый в результате реакции газ используется в качестве дополнительного топлива и поступает в горелку пиролизной установки; контроль рабочих температур осуществляется системами радиаторов в автоматическом режиме.
Технология пиролиза, являясь одним из самых перспективных методов обращения с отходами пластика, постоянно совершенствуется и находит эффективное внедрение в отечественной и зарубежной практике. Термическая деструкция соответствует всем современным санитарно-гигиеническим и экологическим нормам.
Помимо расщепления пластика пиролизные установки могут перерабатывать и другие органические отходы. Одним из продуктов пиролиза является топливный газ, реализация которого может являться источником дополнительного дохода.
Оборудование для переработки пластмассы могут различаться по уровню производительности, по типу получения готового переработанного сырья, а также это может быть чистая флекса (как в результате переработанная ПЭТ-тара) либо вторичное гранулированное сырье (в случае переработки ПЭНД изделий).
Оборудование для полимерных материалов:
*Экструдеры и экструзионные линии
Экструдер является самым технологически сложным аппаратом во всей экструзионной линии и стоимость его превышает стоимость остальной установки. Основными рабочими элементами экструдера являются специальный бункер для приемки сырья, из шнеков, которые являются своего рода дозаторами, так же в конструкцию экструдера, точнее в его корпус включены элементы, которые являются нагревательными, винты и поршни. Все остальные элементы являются дополнительными и несут основной ответственности за готовое изделие.
Важным является то, что вся экструзионная линия является полностью автоматической и управление данным оборудованием происходит посредством задания определенной рабочей программы. Линия полностью оснащена такими элементами, как контроллеры и датчики, которые производят контроль над всем производственным процессом, а так же следят за уровнем температуры, давления и других необходимых параметрах. Специальная система вовремя даст понять, что необходима дозагрузка исходного материала, либо машина не выполняла работу впустую. Так же в линию для проведения экструзии входит такой элемент, который носит английское название даунстрим. Данный элемент имеет нечто схожее с конвейерной установкой, которая включает в себя стол для калибровки изделия, протягивающее устройство, которое подает изделие для обрезки специальной пилой, и наконец, упаковочный стол.
Метод экструзии является на сегодняшний день наиболее распространенным способом изготовления всевозможных материалов и деталей из полипропилена, так же посредством экструзионной линии изготавливается алюминиевый профиль, который стал в наше время очень востребованным для использования в строительстве и на различных производствах. Именно поэтому использование в производстве экструзионной линии стало практически повсеместным.
*Термопластавтоматы (литьевые машины)
Инжекционно-литьевая машина, применяемая для изготовления деталей из термопластов методом литья под давлением. В настоящее время более трети штучных изделий из полимерных материалов в мире производится с использованием термопластавтоматов. Более половины номенклатуры оборудования, применяемого в переработке полимеров, предназначено для литья под давлением. Технология литья идеально соответствует массовому производству изделий сложной формы, важным требованием к которым является точное соответствие размерам. Промышленное литье (промлитье) осуществляется по ГОСТам.
*Прессовое оборудование для полимеров. Машины таблетирования
Прессы — машины статического действия, предназначенные для формования изделий из пресс-материалов путем приложения давления [3]. Разнообразные современные конструкции прессового оборудования могут быть классифицированы по ряду признаков. Наиболее важной представляется классификация по виду привода: прессы с механическим, гидромеханическим и гидравлическим приводом.
Прессы с механическим приводом могут быть винтовые, кривошипные, рычажные, ротационные и др. Прессы с гидромеханическим приводом совмещают в конструкции пресса механическую систему (например, рычажную) с гидравлическим цилиндром, что позволяет развивать значительные скорости предварительного смыкания пресс-инструмента, а при осуществлении собственно прессования создавать высокое давление, однако при переработке полимеров данный вид прессов применяется крайне редко.
Таблетирование полимерных материалов представляет собой такой технологический процесс, при котором из рыхлой неоформленной массы пресс-материала изготавливают плотную таблетку определенной формы, размера и массы. Процесс состоит из трех основных операций:
1. Засыпка пресс-материала в матрицу.
2. Сжатие пуансоном (таблетирование).
3. Выталкивание таблетки из матрицы.
*Валковые машины и каландры
Вальцевые машины способны производить листы и пленки (в том числе многослойные), блок- и привитые сополимеры, наносить на поверхность изображения и рельефы, а также армировать полимерные материалы посредством тканей или сеток. Данное оборудование активно используется в химической и резиновой промышленности.
Для второстепенных операций переработка полимеров предусматривает оснащенные механизмы направленного действия- дробительные и измельчительные производственные линии. С их помощью происходит предварительный подготовительный процесс отработанных полимерных изделий к экструзии и агломерационным операциям.
В зависимости от технической оснащенности используемой модели, измельчительные устройства могут осуществлять функции просеивания, для раздела малогабаритных элементов, автоматически мыть и сушить полимерные материалы. Также они оборудуются конвейерными подвижными лентами, металлическими детекторами, противошумной защитой, что существенно упрощает процесс переработки вторичной полимерной массы.
Полученные вторичные материалы, значительно снижают расходы на производство полимерных изделий. Продукция может производиться как полностью из вторичного сырья, так и из первичного сырья с добавкой переработанных полимеров. Полученные в результате переработки пластиковых отходов вторичные полимеры являются сырьем для промышленного выпуска самых различных товаров: запасных частей для автомобилей, упаковки и тары для производственного и бытового назначения и многого другого.
Рециклингом, в частности пластика, могут заниматься не только крупные заводы, но и небольшие предприятия.
Переработка полимеров — необходимый и экологически безопасный вид деятельности, требующий затрат на специальное оборудование. Наибольший экономический эффект, как правило, достигают предприятия по переработке, оснащенные современными, высокопроизводительными установками. Качественная работа оборудования — залог отличного результата, получения качественного продукта в виде исходного сырья для дальнейшего использования в производстве полимерной продукции.
Подобные документы
Виды и схемы переработки различных видов древесного сырья: отгонка эфирных масел, внесение отходов в почву без предварительной обработки. Технология переработки отходов фанерного производства: щепа, изготовление полимерных материалов; оборудование.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 13.12.2010
Технико-экономическое обоснование производства. Характеристика готовой продукции, исходного сырья и материалов. Технологический процесс производства, материальный расчет. Переработка отходов производства и экологическая оценка технологических решений.
методичка [51,1 K], добавлен 03.05.2009
История возникновения пластмасс. Основные механические характеристики пластмасс. Виды, свойства, типы пластмасс. Способы утилизации пластмассовых отходов. Методы переработки пластмасс в промышленности. Вред пластика, новые идеи переработки пластмасс.
презентация [700,5 K], добавлен 09.03.2011
Общая характеристика и классификация полимеров и полимерных материалов. Технологические особенности переработки полимеров, необходимые процессы для создания нужной структуры материала. Технологии переработки полимеров, находящихся в твердом состоянии.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 01.10.2010
Оборудование цеха для очистки промышленных выделений. Пути снижения себестоимости алюминия. Технология процесса фильтрации и переработки отходов в процессе плавки. Схема развития алюминиевой промышленности, совершенствование системы газоулавливания.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 29.09.2011