Валковое оборудование и технология процесса непрерывной переработки отходов пленочных термопластов

1. В настоящее время проблема переработки отходов полимерных материалов имеет актуальное значение. В первую очередь с позиций охраны окружающей среды, но также и с тем, что в условиях дефицита полимерного сырья, пластмассовые отходы становятся мощным сырьевым и энергетическим ресурсом.

Проблем, связанных с утилизацией полимерных отходов, достаточно много. Они имеют свою специфику, но их нельзя считать неразрешимыми. Однако решение невозможно без организации сбора, сортировки и первичной обработки амортизованных материалов и изделийбез разработки системы цен на вторичное сырьё, стимулирующих предприятия к их переработкебез создания эффективных способов переработки вторичного полимерного сырья, а также методов его модификации с целью повышения качествабез создания специального оборудования для его переработкибез разработки номенклатуры изделий, выпускаемых из вторичного полимерного сырья.

Отходы пластических масс делятся на: технологические отходы производства, которые возникают при синтезе и переработке термопластовотходы производственного потребления — накапливаются в результате выхода из строя изделий из полимерных материалов, используемых в различных отраслях народного хозяйстваотходы общественного потребления, которые накапливаются у нас дома, на предприятиях общественного питания и т. д., а затем попадают на городские свалкив конечном итоге они переходят в новую категорию отходов — смешанные отходы.

Наибольшие трудности связаны с переработкой и использованием смешанных отходов.

Основное количество отходов уничтожают — захоронением в почву или сжиганием. Однако уничтожение отходов экономически невыгодно и технически сложно. Кроме того, захоронение, затопление и сжигание полимерных отходов ведет к загрязнению окружающей среды, к сокращению земельных угодий (организация свалок) и т. д. Автор выражает благодарность за помощь в области математического моделирования и программирования к.т.н., доц. кафедры «ПП и УП» ТГТУ Соколову М.В.

Термические методы, применяемые для разложения отходов пластмасс, и создание биоразрушающихся полимеров требуют значительных финансовых затрат, сложны технологически. Поэтому наиболее приемлемым с точки зрения охраны окружающей среды и финансовых затрат является переработка отходов полимерных материалов механическим рециклингом.

Однако имеющаяся технология переработки отходов полимерных материалов, включающая в себя измельчение, мойку, сушку, переработку в чер-вячно-дисковых экструдерах, требует значительных затрат электроэнергии, трудовых затрат, увеличение производственных площадей, что приводит к увеличению себестоимости продукции. В связи с этим предлагается непрерывная технология переработки отходов пленочных полимерных материалов на вальцах. Применение данной технологии предполагает снижение энергозатрат, трудовых затрат, сокращение производственных площадей, что приведет к уменьшению себестоимости продукции.

Также, до настоящего времени, отсутствует математическая модель процесса переработки полимерного материала в межвалковом зазоре валкового оборудования непрерывного действия и методика инженерного расчета основных технологических параметров непрерывного процесса вальцевания и конструктивных параметров валковых пластикаторов-грануляторов непрерывного действия с учетом заданного качества получаемого гранулята. Поэтому поставленная в настоящей работе задача изучения непрерывного процесса переработки отходов термопластичных пленочных полимерных материалов на валковом оборудовании является весьма актуальной как в научном, так и практическом плане.

Настоящая работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процесса вторичной переработки отходов пленочных термопластичных полимерных материалов по непрерывной технологии на валковом оборудовании.

2. В данной работе исследовался непрерывный процесс переработки отходов пленочных термопластов на валковой установке с изменением в широком диапазоне технологических и конструктивных параметров.

3. Научная новизна. Разработана математическая модель процесса переработки пленочных термопластичных полимерных материалов на валковых пластикаторах-грануляторах непрерывного действия, позволяющая рассчитывать суммарную величину сдвига, зависящую от различных технологических (частоты вращения валков, величины минимального зазора между валками, величины фрикции, величины «запаса» материала на валках) и конструктивных (конструкции отборочно-гранулирующего устройства, геометрических размеров фильеры) параметров процесса, при которой достигаются заданные физико-механические показатели получаемого гранулята.

Разработан технологический процесс вторичной переработки пленочных отходов термопластов на валковом оборудовании непрерывного действия.

Предложена методика инженерного расчета основных параметров непрерывного процесса вальцевания и конструкции валкового пластикатора-гранулятора непрерывного действия с заданным качеством получаемого гранулята.

4. Практическая ценность. Создана методика инженерного расчета и даны рекомендации по проектированию вновь разрабатываемого и модернизации существующего валкового оборудования непрерывного действия для переработки отходов пленочных термопластов с учетом заданной производительности и качества получаемого гранулята.

Создана экспериментальная установка, позволяющая определять технологические параметры процесса (частоту вращения валков, величину минимального зазора между валками, величину фрикции, величину «запаса» материала на валках) и конструктивные параметры оборудования (конструкцию отборочно-гранулирующего устройства, геометрические размеры фильеры) при которых достигаются максимальные прочностные показатели получаемого гранулята (предел прочности и относительное удлинение при растяжении).

Предложенная в работе математическая модель может быть также использована для расчета суммарной величины сдвига при непрерывной переработке на валковом оборудовании различных полимерных материалов.

Разработанные методика инженерного расчета и программное обеспечение внедрены на ОАО «НИИРТмаш» (г. Тамбов), что позволило сократить затраты времени на проектирование валковых-пластикаторов грануляторов непрерывного действия.

Полученный на разработанной установке гранулированный из отходов вторичный полиэтилен низкой плотности используется на HI 111 ООО «Эласт» в производстве полиэтиленовых труб методом экструзии.

Программное обеспечение на ЭВМ для расчета основных параметров непрерывного процесса вальцевания и конструкции применяемого оборудования непрерывного действия используется в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 261 201 по дисциплинам «Оборудование для производства тары и упаковки», «Утилизация упаковки» и магистров по программе 150 400.26 по дисциплине «Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов» .

5. Достоверность полученных результатов и сделанных выводов обеспечивается большим количеством варьируемых параметров при экспериментах по переработке пленочных отходов полиэтилена низкой плотности на разработанной установке по непрерывной технологии, приемлемой воспроизводимостью опытов и сравнением экспериментальных данных с расчётными.

6. Апробация работы и публикации. По теме диссертации сделаны доклады на 4-х международных и 3-х региональных научно-технических конференциях, опубликовано 13 печатных работ.

Коллективу кафедры «Переработка полимеров и упаковочное производство» ТГТУ автор выражает благодарность за помощь в работе.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

Результаты работы приняты ОАО НИИРТМаш к использованию при проектировании промышленных вальцев по переработке отходов пленочных термопластов. Рассчитанный экономический эффект от создания валкового оборудования составляет 225, тыс. руб.

Гранулы, полученные на экспериментальной установке из отходов ПЭНП промышленного и общественного потребления, используются на НЛП ООО «Эласт» в производстве полиэтиленовых труб методом экструзии.

Методика инженерного расчета и программное обеспечение на ЭВМ для проектирования валковых пластикаторов-грануляторов внедрены в учебный процесс при подготовке инженеров по специальности 261 201 по дисциплинам «Оборудование для производства тары и упаковки», «Утилизация упаковки» и магистров по программе 150 400.26 по дисциплине «Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов» .