Полигоны по захоронению промышленых отходов

Рис. 9. Cхема установки Reverzer.

Рис. 10. Короткошнековый экструдер для переработки отходов

Другой тип экструдера (рис. 10) для  переработки смешанных отходов  имеет короткий шнек длиной 5Æ с  трехзаходной нарезкой. Конец шнека срезан перпендикулярно его оси. Ровная лобовая поверхность вращается относительно неподвижной плоскости основания цилиндра. В пространстве между этими плоскостями возникает зона сдвиговых нагрузок, диспергирующее действие которой сравнимо с действием дискового пластикатора. Поступающая масса под давлением, возникающим в каналах шнека, и вследствие трения о стенки цилиндра уплотняется. Переход в пластичное состояние происходит в пространстве между лобовой поверхностью шнека и корпусом цилиндра в результате интенсивных сдвиговых усилий и выделяющейся при этом теплоты рассеяния.

Такой метод пластикации имеет  два основных преимущества: очень  короткое время пребывания материала  в пластичном состоянии (от долей  секунды до нескольких секунд) и  саморегулирование вязкости расплава, так как частицы массы с  вязкостью выше среднего значения подвергаются большим сдвиговым нагрузкам  и претерпевают более сильное  тепловое воздействие, что автоматически  ведет к понижению вязкости. Саморегулирование  вязкости обеспечивает пригодность  такого пластикатора для непрерывной переработки смешанных отходов пластмасс, а малое время пребывания материала в пластичном состоянии позволяет перерабатывать менее термостабильные полимеры, такие, как ПВХ.

Один из способов переработки смешанных  отходов (так называемый процесс  «Rйgal» — Англия) заключается в каландровании материала (рис. 11) и получении плит и листов, которые успешно применяются для производства тары и мебели. Удобство такого процесса для переработки отходов различного состава заключается в легкости его регулировки путем изменения зазора между валками каландра. Хорошая пластикация и гомогенизация материала при переработке обеспечивают получение изделий с достаточно высокими прочностными показателями.

 

Рис. 11. Схема переработки отходов  методом каландровання: 1 — бункер для смеси отходов; 2 — каландр; 3 — прижимное устройство

Широко используются для переработки  смешанных отходов двухшнековые экструдеры. В них достигается прекрасная гомогенизация смеси, а процесс пластикации осуществляется в более мягких условиях. В силу того, что двушнековые экструдеры работают по принципу вытеснения, время пребывания полимера в них при температуре пластикации четко определено и исключается его задержка в зоне высоких температур. Это предотвращает перегрев и термодеструкцию материала. Равномерность прохождения полимера по цилиндру обеспечивает хорошие условия для дегазации в зоне пониженного давления, что позволяет удалять влагу, продукты деструкции и окисления и другие летучие, как правило, содержащиеся в отходах.

Большое распространение нашли  изделия из неочищенных от примесей отходов в строительстве и  в виде элементов садово-паркового  хозяйства. Это, прежде всего решетки  для тротуаров и мостовых, плиты  для пешеходных дорожек, полы в рабочих  помещениях, дорожки в теплицах, листы для тепло- и звукоизоляции, защитные ограждения вокруг деревьев, дренажные трубы и шланги, горшки для цветов, покрытия спортивных площадок и площадок для детских игр, скамейки для сада, планки для заборов. Изделия  из очищенных отходов дополнительно  к перечисленным назначениям  используют в виде тары (мешки для  мусора, ящики для бутылок), как  элементы чемоданов и части автомобилей, в виде шлангов для покрытия кабелей [1].

 

 

 

 

 

 
7.Многокомпонентное литье.

Все более широкое распространение  для использования отходов пластмасс  приобретает многокомпонентное  литье. При таком способе переработки  изделие имеет наружный и внутренний слои из различных материалов. Наружный слой — это как правило товарные пластмассы высокого качества, стабилизированные, окрашенные, имеющие хороший внешний вид. К внутреннему слою не предъявляется высоких требований ни по физико-механическим показателям, ни по внешнему виду. Материал может быть нестабилизирован и неокрашен. Поэтому для внутреннего слоя широко используются отходы.

Известны три типа машин для  многокомпонентного литья: одно-, двух- и трехканальные. Принцип двухканальной  техники литья представлен на рис. 12. В состав внутреннего слоя часто включают также дешевые  заполнители, такие, как тальк, сульфат  бария, стеклянные и керамические шарики, и вспенивающий агент.

Рис. 12. Схема многокомпонентного литья  по двухканальному варианту

В качестве вспенивающего агента, как правило, используют диамид азодикарбоновой кислоты и другие соединения. Количество наполнителя обычно варьируют в пределах 25—40 % (масс.). Такой состав внутреннего слоя позволяет значительно снизить стоимость изделий, с одной стороны, и утилизировать отходы, с другой. Такие изделия, называемые сэндвич-конструкциями, применяются в основном при изготовлении мебели и предметов домашнего обихода [1].

 
 

8.Получение вспененных  изделий.

Значительное число отходов  перерабатывается в пеноизделия обычными методами: в автоклаве, экструзией или литьем под давлением. При переработке в автоклаве в смесь отходов добавляют вспенивающие агенты и проводят тепловую обработку материала. В качестве вспенивателей используют физические агенты, такие, как пентан, гептан, метилхлорид, метиленхлорид, трнхлорэтилен, трихлорфторметан, инертные газы и ряд других соединений. Содержание их можно варьировать в пределах 3—7 % (масс.). Часто к физическим вспенивателям добавляют вещества, являющиеся зародышеобразователями и обеспечивающие мелкоячеистую структуру изделий и соответственно более высокие физико-механические показатели. При этом могут быть сформованы пеноизделия с кажущейся плотностью 0,3 г/см³, имеющие разрушающее напряжение при сжатии около 2,5 МПа.

При переработке отходов методом  экструзии их, как правило, предварительно смешивают в интенсивном смесителе  с химическими вспенивателями, такими, как диамид азодикарбоновой кислоты, добавляя также смесь карбонатов или бикарбонатов с лимонной кислотой. Для улучшения переработки часто в смесь вводят бутилстеарат. Кроме многокомпонентного литья, смесь отходов можно перерабатывать в пеноизделия и однокомпонентным литьем, используя в качестве вспенивающего агента диамид азодикарбоновой кислоты в количестве 0,5-1 % (масс.). Изделия применяются в мебельной промышленности и как крупногабаритная тара.

Еще один способ использования отходов  пластмасс без разделения и очистки  заключается в применении их для  получения пористых кирпичей. Он основан  на высокой теплотворной способности  пластмасс и их способности разлагаться  при температурах 500 °С и выше. Тонко измельченные отходы в количестве до 15 % (масс.) смешивают с глиной, формуют в кирпичи, обезвоживают при 100 °С в течение 12 ч, после чего подвергают термообработке при 600-1100 °С. При этом пластмассы разлагаются, а выделяющиеся газообразные продукты способствуют вспениванию глины. Плотность кирпича снижается с 2,08 до 1,42 г/см³, при этом соответственно уменьшается и прочность материала на сжатие [1].

 

 

 

9.Модификация смесей  отходов 

 

Введение сополимера этилена с  винилацетатом (СЭВА) в двухкомпонентную смесь ПЭ—ПВХ позволяет существенно  повысить ее эластичность и стойкость  к ударным нагрузкам. Относительное  удлинение при разрыве возрастает в 2,5 раза, а ударная вязкость (сопротивление удару) более чем в 3 раза при содержании ЭВА в смеси 10 % (масс.).

Добавление ПЭ к ПС приводит к  снижению предела текучести и  разрушающего напряжения при растяжении. Однако добавление небольших количеств привитого сополимера с 5 % (масс.) связанного ПЭ вызывает увеличение обоих показателей. Аналогичная картина наблюдается и при использовании блоксополимеров. Статистические сополимеры стирола с этиленом на оказывают положительного влияния на свойства смесей.

Изучение влияния сополимеров  на ударную прочность смесей показало, что только блоксополимеры стирола с этиленом существенно улучшают этот показатель. В наибольшей степени повышение ударной вязкости проявляется в области содержания ПЭ в смеси от 10 до 25 % (масс.), причем для этого достаточно использовать сополимеры с невысоким содержанием связанного ПЭ—5—30 % (масс.). Ни привитые, ни статистические сополимеры не улучшают существенно ударную вязкость смесей.

С практической точки зрения наибольший интерес представляют блоксополимеры. Введение их в смесь ПЭ с ПС в небольшом количестве позволяет при сохранении достаточно высокого модуля упругости значительно повысить прочностные показатели и ударную вязкость по сравнению с исходной двухкомпонентной смесью.

Еще одним «совместителем» полимерных отходов различной природы является хлорированный полиэтилен (ХПЭ). Существенное значение имеет как химическая природа  компонентов, так и свойства ХПЭ.

Модификация трехкомпонентных смесей отходов с равным содержанием  ПЭ, ПС и ПВХ путем добавки ХПЭ  приводит к изменениям в свойствах, характерным для двухкомпонентных смесей. Материал из хрупкого становится гибким, относительное удлинение  при разрыве в случае введения 30 % (масс.) ХПЭ возрастает с 1,4 до 100%.

Более детальное изучение влияния  свойств ХПЭ на свойства смесей отходов  позволило сделать вывод о  том, что для трехкомпонентных смесей лучшим «совместителем» является ХПЭ, содержащий 42 % (масс.) хлора, в то время как для смеси ПЭ— ПВХ — содержащий 36 % (масс.) хлора. Для остальных двухкомпонентных смесей содержание хлора в ХПЭ мало сказывается на физико-механических показателях материала.

Более детальное изучение композиций из смеси отходов с ХПЭ показало, что хотя он и улучшает механические свойства смесей, однако в его присутствии  при температурах выше 100 °С интенсивно протекает деструкция, о чем свидетельствует резкое снижение молекулярной массы всех полимеров, входящих в состав композиции. Отсюда следует, что ХПЭ может быть эффективно использован для модификации смеси отходов только в присутствии сильных антиоксидантов, в основном фенольного типа.

Известны попытки улучшить совместимость  смесей отходов ПЭ и ПС путем их предварительной обработки и  создания благоприятных «поверхностных»  условий для совместной переработки. Оказалось, что обработка отходов  смесью бензин—бензол (1 : 1) в течение 2 мин приводит к повышению жесткости и прочности при соотношении ПЭ : ПС = 1 : 1 в гораздо более значительной степени, чем это достигается, например, введением СЭВА. Предварительная обработка смесей ПЭ и ПС различного состава смесью серной кислоты с металлическим натрием показала, что в области высоких содержаний ПС (свыше 70 %) этот прием также приводит к резкому возрастанию жесткости и прочности изделий из смесей.

Полученные данные позволяют говорить о том, что не только использование  вещественных добавок, но и поверхностная  обработка отходов в определенных случаях позволяет улучшить свойства изделий из смесей отходов. Сдерживающим фактором в развитии этого направления  являются технологические сложности  и вопросы техники безопасности, связанные с использованием пожаро- и взрывоопасных веществ и необходимостью создания специально оборудованных участков по обработке и последующей сушке смесей отходов.

Таким образом, обобщая разнообразные  результаты по использованию различных  полимеров и сополимеров в  качестве добавок, улучшающих свойства смесей отходов, можно сделать следующие  выводы:

1)   правильный выбор полимера или сополимера зависит от химического состава смеси отходов;

2)   используемые добавки в смеси отходов играют роль своеобразного поверхностно-активного полимера, способствуя лучшему совмещению компонентов смеси;

3)   в смесях, основными компонентами которых являются ПЭ и ПС, в качестве добавок лучше использовать блоксополимеры стирола и этилена, а также сополимеры этилена с винилацетатом; в тех случаях, когда в состав смеси входит ПВХ, эффективным с точки зрения улучшения свойств смеси является введение ХПЭ;

4)   оптимальные количества добавок зависят от их химической природы и состава смеси отходов и колеблются в пределах 5—20 % (масс.);

5)   применение ХПЭ является эффективным только в том случае, когда одновременно с ним используются сильные антиоксиданты.

Таким образом, можно выделить три  направления, позволяющие улучшать свойства смесей отходов полимеров  без их разделения на компоненты: введение в смесь полимеров или сополимеров  различной природы, выполняющих  функцию ПАВ; поверхностная обработка  отходов; модификация смесей сшивающими агентами (вероятно, это может быть и радиационное сшивание). Каждое из этих направлений имеет свои преимущества и недостатки, поэтому нельзя отдать предпочтение какому-либо одному из них. Выбор метода определяется комплексом экономических, сырьевых, эксплуатационных и других факторов. 

 

 

 
Заключение. 

 

При создании новых химических производств  и реконструкции действующих  предприятий серьезное значение имеет охрана окружающей среды и  создание замкнутых энерготехнологических  процессов. В курсовой работе рассмотрены  различные приемы переработки вторичного сырья для комплексного решения  вопросов создания безотходных или  малоотходных производств. Такой подход предполагает комплексную переработку  сырьевых ресурсов и анализ химического  производства как большой системы. Комплексная переработка сырья  определяется спецификой сырьевых ресурсов, возможностью направленной их переработки  и создания по существу замкнутых технологических циклов с использованием вторичных материальных ресурсов.

Химическое производство рассматривается  как большая система, которая  декомпозируется на подсистемы вплоть до рассмотрения с системных позиций  отдельных типовых процессов  химической технологии. При рассмотрении отдельных типовых процессов  в аспекте создания безотходных  производств, определяющим параметром является время завершения процесса, необходимое для достижения заданных характеристик. С этой точки зрения по-новому ставится вопрос о расчете  процессов химической технологии и  необходимости учета реального  времени пребывания обрабатываемых веществ в аппарате.