CC BY
29
SCIENCE TIME
■
УСТАНОВКА ПО УТИЛИЗАЦИИ ПЭТФ-ТАРА
Жамалова Альмира Ринатовна, Московский государственный машиностроительный университет, г. Москва
E-mail: fkmvbhf1995@mail. ru
Аннотация. Тема научной статьи: «Установка по утилизации ПЭТФ -тара». Объем научной статьи 6 страниц, он содержит 2 рисунка, 3 таблицы, 10 источников литературы.
Ключевые слова: полиэтилентерефталат, утилизация ПЭТФ, полимер
Объектом исследования является МГУП Промотходы.
Предмет исследования - аппараты гранулятор и экструдер.
Установка по утилизации ПЭТФ - тары
В последнее время заметно увеличиваются объемы производства бутылочной ПЭТФ-тары для пищевой промышленности, а также для парфюмерной и химической индустрии. Мировое производство пластмасс возрастает на 5 - 6% ежегодно, именно с этим связанна актуальность проблемы утилизации ПЭТФ - тары. Целевое использование этой номенклатуры изделий кратковременно. Увеличение объёма потребления полимерных материалов ведет к накоплению неразлагающегося мусора (более 50 лет), на полигонах, что в итоге приводит к загрязнению воздуха, почвы, грунтовых вод продуктами неполного разложения [1].
В составе твердых отходов полимерная часть составляет примерно 6-8 %. В целом по Москве объем твердых полимерных отходов составляет 180-210 тыс. т в год. В этот объем жилищный фонд поставляет примерно 110-130 тыс. т. отходов, коммерческий фонд - порядка 75-85 тыс. т. Ежегодный прирост полимерных отходов будет составлять примерно 3-4 % [2].
Наиболее распространенными полимерными материалами, попадающими в отходы, являются полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат (ПЭТФ) [3].
| SCIENCE TIME Щ
Таблица 1
Физико-химические характеристики полиэтилентерефталата
Показатель Значение
Коэффициент теплового расширения (расплав) 6,55х10"4
Сжимаемость (расплав), МПа 6,99х106
Плотность, г/см3: аморфный кристаллический 1,335, 1,420
Диэлектрическая постоянная (230С, 1кГц) 3,25
Относительное удлинение при разрыве,0/0 12-55
Температура стеклования, аморфный/кристаллический 67/81
Температура плавления, 0С 250-265
Температура разложения, 0С 350
Показатель преломления (линия №): аморфный/кристаллический 1,576/1,640
Предел прочности при растяжении, МПа 172
Модуль упругости при растяжении, МПа 1,41х104
Влагопоглощение ПЭТ 0,3%
Допустимая остаточная влага ПЭТ 0,02%
Морозостойкость, до 0С -50
Наиболее экологически опасными считаются полимерные отходы, основным недостатком которых является стойкость к влиянию естественных природных условий, так как в большинстве своем полимеры не подвержены саморазложению.
Существуют различные технологии, позволяющие перерабатывать ПЭТФ и получать из него как ценное химическое сырье, так и готовую продукцию.
Выделяют несколько основных направлений переработки вторичного ПЭТ, которые условно можно разделить на три основные группы: термические, химические, механические.
Технологический процесс термо-каталитического расщепления (пиролиз) проводится при нормальном давлении и повышенной температуре и позволяет практически полностью перерабатывать вторичное сырье. Однако при этом важно следить, чтобы в смешанном сырье содержание ПВХ было минимальным: его присутствие негативно отражается как на качестве конечного продукта, так и на состоянии перерабатывающего оборудования.
Для переработки вторичного ПЭТФ также используют гидролиз -расщепление материала в присутствии воды под действием высокой
I
SCIENCE TIME
I
температуры и давления. Гликолиз проводится в присутствии этиленгликоля и специальных катализаторов, что позволяет получать дигликольтерефталат. Метанолиз - расщепление ПЭТФ с помощью метана - позволяет получать диметилтерефталат. Методы гликолиза и метанолиза иногда применяют в сочетании.[4]
Методы глубокой химической переработки приводят к выделению чистых материалов, однако, их полимеризация связана с большими расходами. Поэтому наиболее популярен механический метод, который предполагает получение конечных изделий прямо из расплава хлопьев ПЭТФ.
Механико-химический метод. Это самый распространенный и, как правило, наиболее экономичный метод переработки измельченных и очищенных отходов ПЭТ.
Данная технология включает несколько различных стадий, которые можно воспринимать практически как замкнутый процесс использования ПЭТФ-тары: сбор бутылок, сортировка, измельчение, очистка, переработка в гранулят и новые бутылки [5].
Сортир Мультшп Гранул Сушка и Твердоф Охла Гранулы
ое энные нековый ирован кристалл азная ждени ПЭТ
и экструде не -ь изация полнкон -ь е (качеств
отмыты Р денсация о для
е (SS) бутылок)
Рис. 1 Блок схема комплексной установки для деконтаминации и реполимеризации вторичного ПЭТ фирмы ВиеЫег (источник ВиеЫег)
Измельчение. После сортировки пластиковых отходов производят измельчение (дробление, грануляцию). На первом этапе речь идет о подготовке сырья к более глубокой очистке: получаемые при этом крупные хлопья ПЭТФ удобны для освобождения от таких посторонних включений, как этикетка, останки продукта, клея и проч. Однако после очистки хлопья предстоит измельчить еще раз - чтобы они были пригодны для переработки в экструдере.
Обычно каждая дробилка (гранулятор) имеет два набора режущих ножей. Один из них неподвижен, а второй насажен на вращающийся ротор. Роторные ножи направляются против неподвижных ножей, когда ПЭТФ-бутылки подаются в камеру резки. Когда фрагменты пластиковой бутылки достаточно измельчены, они падают в отверстия просеивающего экрана, и попадают в систему удаления дробленого материала. Потоком воздуха от вентилятора измельченный материал направляется по трубе в циклон, откуда выгружается в ящики.
Лучшим типом дробилок считаются устройства с открытыми роторами,
| SCIENCE TIME Щ
действующими по принципу ножниц. Данные дробилки эффективно работают, если нагрузка сырьем не превышает 1,5 т в час [6].
Очистка. Полученные после дробления ПЭТФ -хлопья содержат различного рода нежелательные примеси: остатки этикетки, клея и проч. Для соответствующей подготовки сырье его необходимо очистить. Для этого разработаны сепараторы, основанные на различных принципах действия.
Наиболее оптимальным аппаратом для очистки, считается жидкостной сепаратор. В жидкостном сепараторе используются различия в плотности и растворимости веществ. Хлопья ПЭТФ опускаются на наклонное дно, и шнек выгружает их на водоотделительный экран, сквозь который вместе с водой уходят как растворенные, так и нерастворимые загрязнения. Промывка осуществляется также во вращающемся перфорированном барабане.
Для получения качественного конечного продукта сырье должно иметь определенные параметры влажности. Особенно это актуально для хлопьев, прошедших жидкую очистку. Их сушка производится в потоках горячего воздуха во вращающемся барабане.
После очистки и сушки хлопья проходят вторую стадию измельчения, после которых они будут иметь оптимальные размеры [7].
Таблица 2
Технические требования к ПЭТ флексам, применяемых для дальнейшей переработки
Показатель Для немытых флексов Для мытых флексов
Внешний вид Частицы неправильной формы
Сортировка 100% сортировка по группам: 1.Прозрачные 2.Голубые 3.Коричневые 4.Зеленые 5.Смеси
Включение флейков ПЭТ другого цвета не более 0,5% от массы
Размеры флейков ПЭТ в т.ч. фракция - от 0 до 3 мм -от 3 до 20 мм не более 5% не менее 95%
Температура плавления, 0С 248±2
Характеристическая вязкость, не менее, мг/л 70
Содержание прочих пластиков не допускается
Содержание металла, в том числе цветного не допускается
290
| SCIENCE TIME Щ
продолжение таблицы 2
Содержание бумаги и др. неполимерных примесей не регламентир. 0,15%
Содержание полимерной этикетки не регламентир. 0,05%
Насыпная плотность, г/л 260-280
Качество промывки - отсутствие серо-коричневого налета после термообработки при t=1800С в течение 60 мин.
Влажность (при взвешивании), % масс. не регламентир. до 1
Переработка в гранулят. В принципе, очищенные хлопья ПЭТФ сами по себе могут служить сырьем для получения конечной продукции. Однако если речь идет высоких требованиях качества, как, например, при переработке в бутылочную тару, без стадии переработки в гранулят. При экструзии происходит дегазация, устранение летучих компонентов (например, ацетатальдегид) и фильтрация микроскопических загрязнений расплава. Более того, полученный гранулят отличается более высокой технологичностью (высокая вязкость, гомогенность и проч.), что значительно облегчает дальнейшие операции. При пропускании через экструдер к пластиковой массе добавляют пигмент и другие вещества, чтобы улучшить его свойства: термо- и светостабилизаторы, антиоксиданты, пластификаторы. Продуктом переработки вторичного сырья в экструдере, как правило, является агломерат. Гранулят является универсальным сырьем и может использоваться в оборудовании широкого спектра.
Таблица 3
Технические характеристики ПЭТ гранулята
Показатель Значение
Размер одной гранулы, не более, мм 12
Предельное число вязкости, мг/г 75
Вязкость расплава при 2700С, Пахс 100-190
Плотность, г/см3 1,38-1,42
Влажность, % 0,32-0,36
Массовая доля золы, % 0,06-0,07
Температура плавления, 0С 248-250
Температура начала кристаллизации, 0С 115-126
| SCIENCE TIME Щ
продолжение таблицы 3
Температура максимума кристаллизации, 0С 130-148
Удельная энергия кристаллизации, Дж/г 35-36
Относительная остаточная кристалличность, % 20-25
Массовая доля ацетальдегида, млн-1 2,6-6,2
Вторичный ПЭТФ не является по своим качествам идентичным первичному. Он обладает меньшей плотностью, худшими термо- и морозостойкостью, менее устойчив к растяжению и изгибу [8].
Назначением для вторичного ПЭТФ является производство волокон, которые используются в самых различных изделиях: нетканые материалы, ковровые покрытия, штапельные материалы для одежды и спальных мешков и проч. Также вторичный ПЭТФ идет на изготовление лент, канатов, листов и т. д.
Композиционные материалы на основе отходов ПЭТФ-тары по своим свойствам относятся к классу конструкционных полимеров. В настоящее время цены на вторичные материалы делают их выгодными для применения [9].
Рис. 2 Схема рециклинга ПЭТ-бутылки
I
SCIENCE TIME
I
Сократить количество отходов, поступающих на полигоны, возможно благодаря вторичной переработке. Но для того, чтобы перерабатывать отходы, их нужно сортировать. Бытовые отходы, рассортированные каждым человеком на отдельные виды — стекло, бумага и картон, металл, пластик — превращаются в новые упаковки, мебель, одежду и многие другие полезные вещи [10].
Литература:
1. Переработка отходов полиэтилентерефталата [Электронный ресурс]. - URL: http://www.recyclers.ru/modules/section/item.php?itemid=178
2. Отходы ПЭТФ-тары - ценное сырье для новых композиционных полимерных материалов [Электронный ресурс]. - URL: http://www.solidwaste.ru/i/ j urnaldocs/58/pol imer.pdf
3. Про переработку отходов [Электронный ресурс]. - URL: http:// www.eximpack.com/publikacii/pro_pererabotku_othodov/
4. Пилунов Г.А., Михитарова З.А., Цейтлин Г.М. Переработка отходов полиэтилентерефталата // Химическая промышленность. -2001. - №6. - С. 22-26.
5. Захаров Д.Б., Вахтинская Т.Н., Аренина С.В., Прудскова Т.Н., Андреева Т.И. Переработка вторичного ПЭТФ // Пластические массы. - 2003. - №11. - С. 40-42.
6. Технология переработки ПЭТ-бутылок "ТрейдИнвест".
7. Коростелев В.И., Левин В.С. Производство и переработка пластмасс и синтетических смол. - М.: НИИТЭХИМ, 1979. - С. 36-39.
8. Крючков А. Описание принципиальной схемы комплектной линии по первичной переработке ПЭТ-тары фирмы Retech , отработанной на ЗАО НПП "Полипластик", 2005, документ № 2071/2072.
9. Вторичное использование полимерных мателиалов / под. ред. Е.Г. Любешкиной - М.: Химия, 1985. - С. 81-96.
