Совершенствование технологии производства листов ПЭТ из отходов полимеров

Объектом исследования является полимерные отходы.
Целью данного дипломного проекта является совершенствование технологии переработки отходов полимеров с целью производства полиэтилентерефталата (ПЭТ) -листов и оценка его экономической эффективности с точки зрения ресурсо- и энергосбережения.
работа защищена на отлично. ...

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………7
1 Анализ производственного процесса утилизации с точки зрения энерго- и ресурсосбережения и экологической безопасности производства………………………………………………………………..9
1.1 Анализ научно-технической литературы промышленных процессов и технических решений……………………………………………………9
1.2 Анализ информации периодических изданий и патентов………….23
1.3 Заключение о ресурсо- и энергоэффективности процесса…………29
1.4 Постановка задачи работы……………………………………….…..31
2 Обоснование создания производственных процессов с целью решения вопросов энерго- и ресурсосбережения………………………33
2.1 Научно-технические решения………………………………………..33
2.2. Организационные мероприятия……………………………………..35
2.3 Предполагаемые результаты реализации предложения………..…36
3 Технологический процесс……………………………………………...38
3.1 Технологическая схема процесса…………………………………….38
3.2 Автоматизация основных параметров технологического процесса 40
3.3 Материальный баланс процесса производства листов ПЭТ из отходов полимеров………………………………………………………..42
4 Аппаратурное решение…………………………………………………47
4.1 Обоснование выбора единицы оборудования………………………47
4.2 Технологический расчет экструдера………………………………...48
4.3 Описание работы экструдера………………………………………...55
5 Оценка технического решения с точки зрения экономической эффективности, энерго- и ресурсосбережения и экологической безопасности………………………………………………………………59
6 Мероприятия по обеспечению безопасности технологического процесса и предотвращению экологических нарушений………………60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………...70
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………..7

Проблема обращения с отходами производства и потребления актуальна для многих стран, поскольку они образуются практически при любой деятельности человека. Особенно возрастает масса отходов, образующихся в быту, при этом компонентный состав изменяется в сторону увеличения полимерных материалов, одной из характеристик которых 1является повышенная стойкость к разложению в природе.Целью данного дипломного проекта является совершенствование технологии переработки отходов полимеров с целью производства ПЭТ-листов.

Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению, заключается в рациональном переработке заструктурированных отходов производства бутадиен-стирольного термоэластопласта и улучшения технических характеристик битумных мастик. В способе предварительно осуществляют дробление, пластификацию полимерной крошки из отходов термоэластопласта на смесительном оборудовании, затем выдерживают смесь не менее шести часов и вводят целевые добавки. На валковое оборудование загружают битум БНД, дробленые отходы бутадиен-стирольного термоэластопласта обрабатывают при 30-60 С на валковом оборудовании 5-10 минут, после чего выгружают, охлаждают. В смеситель роторного типа вводят нефтяное масло с содержанием ароматических углеводородов не менее 35%, дробленые отходы термоэластопластаобрабатывают при 30-60 С на валковом оборудовании 5-10 минут, после чего выгружают, охлаждают. Способ по изобретению используют для изготовления полимерных модифицирующих добавок (Поликрош ПМД) для битумных мастик, полимерно-битумных составов для производства кровельных материалов, ремонта дорожных покрытий, в производстве вибро-, шумоизоляционных материалов [26]. Способ получения полимерной ленты из вторичного полиэтилентерефталата Изобретение относится к производству полимерной ленты из вторичного полиэтилентерефталата, пригодной для использования в качестве бордюрной ленты как основы при производстве бесшовной объемной георешетки и т.п. Согласно способу получения полимерной ленты аморфно-кристаллические отходы полиэтилентерефталата смешивают с 0,1-1,0 мас.% 1,3-фенилен-бис(2-оксазолина). Полученную смесь экструдируют при остаточном давлении, предпочтительно 8,0-8,5 кПа, и температуре экструзии по зонам: I-III зона 250-260°С, IV-X зона 255-265°С, XI головная зона 200-210°С. Полученную стренгу охлаждают, гранулируют, сушат при температуре 150±2°С до остаточной влажности не более 0,02% и экструдируют гранулы при температуре: I зона 245-255°С, II, III зона 265-275°С, IV зона 255-265°С, V головная зона 240-250°С с последующим формированием ленты методом каландрования на трехвалковом каландре, охлаждаемом циркулирующей внутри валков проточной водой. Изобретение позволяет повысить физико-механические показатели получаемого изделия. Способы переработки полимерных отходов с получением строительного материалаСпособ переработки полимерных отходов с получением строительного материала, включающий измельчение отходов, их пластификацию и вальцевание, отличающийся тем, что перед измельчением отходы сортируют по цвету, сорту и степени загрязнения, а после измельчения в измельчительной машине полученную полимерную массу моют, отжимают от влаги, сушат, далее высушенную полимерную массу подают при интенсивном перемешивании в специальную обогреваемую камеру с температурой 140°С и проводят термо-пластификацию с введением антиоксиданта и светостабилизатора вторичного полиэтилена, после чего добавляют наполнители, при этом в качестве наполнителей используют мелко-дисперсные волокнистые или листовые наполнители, как рисовую, овсяную, гречневую, пшеничную шелуху, древесные опилки, отходы стекловолокна, синтетических тканей, измельченные автопокрышки, измельченные ПЭТ-бутылки; далее, интенсивно перемешивая, вводят красители, совместимые с полиэтиленом и перемешивают до получения однородной массы, которую направляют на резинотехнические вальцы, разогретые до температуры 130°С, смазанные парафином, где полимерную массу вальцуют и направляют под пресс, где посредством охлаждаемой пресс-формы формируют строительное изделие.Таким образом, самым лучшим решения проблемы, будет переработка отходов в полезное ценное сырье, либо в строительные материалы которые затем можно использовать в строительных целях [27].1.2.6 Способ утилизации отходов производственного потребления, в частности полиэтилена, с приготовлением эмульсионных взрывчатых веществ Способ включает растворение полиэтиленовой пленки низкой плотности и высокого давления в индустриальных маслах, применяемых для изготовления эмульсионных взрывчатых веществ, при 95-120°С, при концентрации полиэтилена в индустриальной масле 1-5 масс.%, после чего переработанный полиэтилен вводят во взрывчатый состав. Изобретение позволяет утилизировать полиэтиленовые отходы взрывным способом, обеспечивает безопасность приготовления полимерных композиций и ЭВВ и упрощает процесс приготовления ЭВВ. В качестве отходов предлагается использовать пленки из полиэтилена низкой плотности и высокого давления, а в качестве индустриального масла индустриальное масло марок И20А, или И30А, или И40А, применяемых для изготовления ЭВВ типа Порэмит, Эмульсолит или Эмуласт.Эта пленка обладает низкой температурой плавления (120°С), а индустриальные масла марок И20А или И30А, или И40А высокой температурой вспышки (180-200°С).В основу способа заложена пожарная безопасность индустриальных масел, которая значительно выше, чем у печного топлива.Кроме вышеприведенного новым свойством полимерной композиции на основе растворов полиэтилена в индустриальном масле является возможность приготовления ЭВВ как на смеси растворов аммиачной и натриевой селитр, так и на растворе из одной аммиачной селитры. При этом снижается стоимость ЭВВ, что обусловлено высокой стоимостью натриевой селитры, и расширяется их ассортимент.Таким образом, то, что в составах ЭВВ впервые в качестве горючей добавки используется раствор вторичного полиэтилена в индустриальном масле, соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия» [26].1.2.7 Способ изготовления листовых облицовочных изделий из полимерных отходовВ данном патенте описывается способ изготовления облицовочных листовых изделий из отходов пленочных полимерных материалов, включающий измельчение пленки, очистку от пылевых и жировых отложений, промывку, сушку, распределение и уплотнение сырья на подложке до отверждения готового изделия, отличающийся тем, что промытые измельченные отходы перед сушкой подвергаются дополнительному измельчению и обжатию в агломераторе с пропеллером с одновременным окрашиванием путем ввода в агломератор пигментных красителей, причем после уплотнения частиц пленки заданных размеров, высушенных при 100 - 110°С в течение 3 - 8 мин, полученное полотно с плотностью 30 - 40 кг/м3 прогревают в печи при 160 - 180oC до оплавления и окончательной усадки на подложке с последующим прессованием и охлаждением в пресс- форме под давлением 2 - 10 кг/см2, при этом готовый полимерный лист формируют вместе с подложкой. Технический результат - упрощение процесса и создание изделий с высокими потребительскими свойствами и экономически чистыми [25].Заключение об энерго- и ресурсоэффективности процессаНизкий уровень переработки полимерных отходов указывают на целесообразность организации производства в Волгоградской области в промышленных масштабах.В связи с тем, что Южный Федеральный округ является преимущественно аграрным регионом, то полученные ПЭТ листы могут может быть использованы для строительства теплиц.Получаемые товарные продукты могут быть применены как в сельскохозяйственных, строительных так и в бытовых целях.Переработка отходов полимеров решит проблему их утилизации и имеет ряд преимуществ:- появляется возможность использовать полученные продукты в решении природоохранных задач;- позволяет уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду за счет уменьшения объемов вывозимых на полигоны отходов;- появляется дополнительная статья доходов за счет реализации полученных товарных продуктов.- происходит экономия природного сырья для производства пластмасс;- уменьшаются затраты энергоресурсов при производстве;- происходит уменьшение территории, необходимой для складирования отходов.- отсутствуют выбросы и сбросы загрязняющих веществ.1.4 Постановка задачи работыСпланировать организационные мероприятия для реализации процесса утилизации полимерных отходов.Разработать метод переработки полимерных отходов с целью получения ПЭТ листов.Спроектировать технологическую схему переработки и подобрать аппараты.Оценить экономический и социальный эффекты данного способа переработки отходов.Вывод: Важность утилизации отходов имеет как экологические, так и ресурсосберегающие причины. Многие материалы в природе ограничены, а их время их восполнения значительно превышает сроки жизни нескольких поколений людей. Скапливаясь, отходы загрязняют окружающую среду. Есть среди них такие, срок разложения, которых в естественных условиях измеряется столетиями. Избежать их накопления можно, в частности, применяя их переработку и возврат в качестве вторичного сырья в промышленные процессы. При этом зачастую достигается существенная экономия природных ресурсов, энергии на их переработку, а также трудозатрат.Сравнивая технологии можно сделать вывод, что технологии пиролиза и плазменной переработки твердых отходов, отработанные, как отмечалось, на экспериментальных и опытно- промышленных установках либо небольших производствах, не имеют необходимой надежности для переработки больших объемов отходов Все имеющиеся в настоящее время технологии обладают своими преимуществами и недостатками, так, что при выборе подходящего способа утилизации твердых отходов следует максимально учитывать все существенные параметры. Переработка отходов во вторичное сырье, является самым эффективным решением проблемы с образованием огромного количества отходов. Переработка прекрасно подходит для таких отходов, как пластмассы. Таким образом, проблем, связанных с утилизацией полимерных отходов, достаточно много. Решение которых невозможно без организации сбора, сортировки и первичной обработки; без разработки системы цен на вторичное сырье, стимулирующих предприятия к их переработке; без создания эффективных способов переработки вторичного полимерного сырья и также методов его модификации с целью повышения качества; без создания специального оборудования для его переработки; без разработки номенклатуры изделий, выпускаемых из вторичного полимерного сырья. Эти проблемы имеют свою специфику, но их нельзя считать неразрешимыми.2 Обоснование создания производственных процессов с целью решения вопросов энерго- и ресурсосбережения2.1 Научно-технические решенияПереработка пластмасс — комплекс процессов,1обеспечивающий получение1изделий1или полуфабрикатов1из пластмасс с заданными свойствами на специальном оборудовании. Переработке пластмасс предшествует проектирование11рациональной конструкции изделия и формующего инструмента (формы,1головки и др.), выбор оптимального метода переработки и условий его осуществления, разработка рецептуры материала,1наиболее пригодной1для данного метода и последующих условий эксплуатации. Собственно, переработка1пластмасс включает приготовление материала и подготовку его к формованию (сушка,1смешение с добавками), формование изделий и их последующую обработку с целью улучшения свойств полимера (термическая обработка, радиационное сшивание и др.) [13].Наиболее близким1техническим решением по совокупности признаков к предлагаемому техническому решению и1выбранным за прототип, является способ изготовления листовых изделий из полимерных отходов.Техническим результатом предлагаемого технического решения является получение принципиально нового продукта из полимерных отходов.Поставленный технический результат достигается тем, что в способе изготовления листов ПЭТ, отходы полимеров измельчают, избавляют от пылевых и жировых загрязнений, сушат и полученную флексу подвергают экструзии в одношнековом плоскощелевом экструдере с последующим охлаждением и нарезкой.2.2. Организационные мероприятияВ данном курсовой работе предлагается внедрить11в компании "Пластика" линию по переработке1вторсырья в ПЭТ-листы.В настоящее время "Пластика" - современное предприятие, занимающееся1производством строительных материалов1из вторичного сырья, оснащенное новейшим оборудованием ведущих европейских стран. Рабочих мест насчитывается около тридцати. На заводе действует маркетологическая служба,1занимающаяся исследованиями потребительских вкусов, которая вносит обновление в ассортимент выпускаемой1продукции; ведется ежегодное планирование производства. Объем выпускаемой продукции 1200 м2/сутки. Предприятие предусматривает переработку ПЭТ-бутылок, получаемых в муниципальных1учреждениях города в готовую1продукцию - ПЭТ-листы.Но так как ПЭТ тара из-за своего краткосрочного использования практически не подвергается деструкции, то1и его свойства практически не изменяются. Поэтому ПЭТ-бутылка является хорошим материалом для изготовления строительного материала.По объёмам использования в1качестве упаковки,1полимеры не уступают ни бумаге, ни картону.Мировое производство пластика1превышает 100 млн. тонн в год.В настоящее время11в России отмечается интенсивный рост, как производство пластмасс, так и выпуска изделий из них. В11РФ 35% производство полимеров приходится на упаковочную промышленность.В Волгоградской области1также существуют заводы по производству полимерных изделий1(пакеты, одноразовая посуда, различные пленки и пр).Предприятия, которые выпускают пластиковые изделия в Волгоградской области:ЗАО «Газпром Химволокно»ООО «Мистерия»ООО «ВолгоПласт»ООО «ВиПЭТ»ООО «КомПласт»ООО «Энергия-С»ООО «Термопласт»ООО «ПЭТЗАВОД»ООО «Пакет-пласт»Таким образом, по количеству предприятий1которые производят пластические массы1можно судить о потребности их в использовании вторичного сырья.Вторичные материалы1обладают комплексом характеристик, которые при умелом их1использовании обеспечивают удешевление продукции при минимальном1изменении их свойств.Организационные мероприятия1связанные с началом эксплуатации производства1листов ПЭТ включают в себя следующие этапы: 1) Получение лицензии и1других разрешительных документов, дающих право заниматься переработкой1отходов, в соответствии с их составом и классом опасности1загрязнитей;2) Принятие решения по строительству цеха на территории перерабатывающего предприятия1или отдельного предприятия, привязанного к месту1образования отходов;3) Проектирования1процесса в соответствии с выбранной технологией, расчет, подбор1и компоновка оборудования, интеграция производства1в инфраструктуру предприятия;4)Внесение изменений1в штатное расписание предприятия, включение в штат основных1и вспомогательных рабочих,1управляющих должностей;5) Осуществление расчетов, связанных 1с определением состава оборудования, обоснование его производительности и взаимозаменяемости, обеспечивается рациональная планировка подразделений, размещение оборудования и рабочих мест. Тем1самым создаются организационные условия для бесперебойной работы оборудования и непосредственных участников производственного процесса – рабочих и служащих.6) Определение условий экономически обоснованного функционирования производства при условии1отсутствия сбыта продукции из вторичного сырья [17].На современном этапе ООО «Пластика» обладает1необходимыми и достаточными материальными и квалифицированными11управленческими кадровыми ресурсами для11успешного ведения бизнеса и обеспечения формирования дохода для окупаемости1инвестиционных вложений.По результатам проведенных расчетов11видно, что введение в технологический процесс1переработки вторичного сырья выгодно1для данного предприятия.2.3 Предполагаемые результаты реализации предложенияРеализация предлагаемого решения - переработка отходов – ПЭТ-бутылок, позволит1организовать энерго-и ресурсоэффективное производство в соответствии с современными требованиями, предъявляемыми к отходам промышленных предприятий. Использование полимерных отходов1позволяет сделать производство более экономически выгодным, а также решает проблему утилизации отходов.Полученный продукт представляет1собой ПЭТ листы с уникальным комплексом свойств, которое1делают его идеальным материалом для создания изделий, деталей, практически любых малых11форм прозрачного цвета. Они обладают11высокой прозрачностью,  глянцевой поверхностью листа, их способность к холодному изгибу1выше,    чем у монолитного поликарбоната. Данный материал11ударопрочный (практически аналогично монолитному поликарбонату), поддается11холодной и горячей гибке лучше других прозрачных материалов.1111Полиэтилентерефталат (ПЭТ) является трудногорючим полимером, то есть не поддерживает горения11в воздухе (пожаростойкость класс B1), но при1нагреве свыше 170 градусов ПЭТ листы деформируются, что позволяет1придавать им различные формы методом термовакуумного формования. Также ПЭТ листы отличаются высокой химической стойкостью [13].Технологический процесс 3.1 Технологическая схема процессаПри проведении процесса переработки отходов полиэтилентерефталата (ПЭТ) на предприятиях по утилизации полимеров, необходима предварительная сортировка всех отходов поступающих на предприятие, с выделением необходимых компонентов и дальнейшей транспортировкой их до дробилки.Технологическая схема переработки полимерных отходов во вторичный строительный материал должна включать следующие стадии:- Сортировка отходов: выделение из общей массы полимерных отходов. На этой стадии можно применять только ручную сортировку, так как автоматическая сортировка проста невозможна.- Дробление полимерных отходов. - Стадия мойки. Состоит из трех этапов: первая, грубая мойка убирает первичные остатки органических следов; вторая, мойка с выщелачиванием, позволяет комплексно очистить от всех загрязнителей; и третья, очистка с нейтрализацией, для полной очистки гранул полимера от всех загрязнителей.- Стадия сушки. - Стадия экструзии.Исходное сырье - прессованные ПЭТ-бутылки загружаются в блок принудительной подачи сырья, который подаёт их к ротору дробилки, в которой происходит их измельчение. Для данного отхода характерно использование роторных измельчителей пластмасс.Затем измельченное сырье - хлопья при помощи шнекового транспортера поступают в ванну флотации, которая используется как флотационная емкость для сепарации материалов с разными относительными плотностями. Отрывные кольца, этикетки всплывают и удаляются с поверхности воды и направляются в шнековую выгрузку (которые тоже можно использовать в другом производственном цикле), а пэт-хлопья тонут и выгружаются со дна ванны посредствам наклонного шнека в следующую мойку с горячей водой, в которую добавляются необходимые реагенты: гидрооксид натрия, моющие средства для отмывки пэт-хлопьев от клея, масла и др. загрязнения. Далее осуществляется транспортировка сырья с помощью шнекового транспортера, которое попадая во флотационный резервуар, повторного очищается от гидрооксида натрия и моющих средств. Затем пэт– хлопья попадают в душевую установку, где происходит финальная очистка. Далее по шнековому транспортеру мокрая флекса подается в центрифугу. Вода выделенная из сырья в центрифуге, подается на фильтрацию и после очистки направляется в первый флотационный резервуар. Обезвоженная флекса подается в барабанную сушилку, где происходит окончательная сушка материала. Затем, гранулы отправляются  в плоскощелевой экструдер, где под действием давления, трения и нагрева до 258 °С полиэтилентерефталат плавится до состояния требуемого по условиям технологического процесса. В ходе движения в полости корпуса сырье тщательно перемешивается до однородной гомогенизированной массы. Расплавленная масса проходит через узкое отверстие в плоскощелевом экструдере, и попадает в трехвалковый каландр где происходит непрерывное продавливание полимерного материала через зазор между вращающимися навстречу друг другу обогреваемыми полыми цилиндрами, в результате которого образуется тонкий лист. Лист-пэт с помощью вытягивающего устройства подается на транспортер, где проходит стадию охлаждения. Затвердевший материал отправляется к обрезному устройству, где нарезается на листы нужного размера, затем листы фасуются и приобретают товарную форму. 3.