Перечень сокращений и обозначений 3
Введение 4
Глава 1 Литературный обзор в области исследования свойств ПЭТ и способов их переработки 9
1.1 Свойства ПЭТ 9
1.2 Способы получения вторичной ПЭТ флексы при использовании механических способов 12
1.3 Проблемы при переработке ПЭТ 20
1.4 ПЭТ флекса как сорбционный материал нефтепродуктов 21
Глава 2 Совершенствование технологического процесса механической переработки ПЭТ флексы для уменьшения примесей в готовой продукции 34
2.1 Анализ существующих технологий переработки ПЭТ на примере ООО «ЭкоРесурсПоволжье» 34
2.2 Разработка технологического процесса переработки ПЭТ флексы для уменьшения примесей в готовой продукции 37
2.3 Расчет материального баланса 54
2.4 Экспериментальная апробация 56
2.5 Технико-экономическое обоснование предлагаемого варианта 65
Заключение 73
Список используемой литературы и используемых источников 75
Актуальность и научная значимость настоящего исследования
Ежегодно производство пластмасс во всем мире возрастает на 5-6% и уже достигло объемов в 250 млн. тонн [1]. При этом стоит отметить, что наибольшее распространение получает производство полиэтилентерефталата (ПЭТ).
Изготовление ПЭТ способствовало резкому скачку в развитии упаковочных материалов. Производство упаковок из полиэтилентерефталата выросло вдвое за последнее десятилетие. Если в период 1990-1995 годов рост спроса на упаковку из ПЭТ составлял примерно 15% в год, то начиная с 1995 - 2000 годов спрос увеличивается на 20% ежегодно. На сегодняшний день в среднем ежегодный прирост спроса составляет 10%.
Упаковки и материалы, изготовленные из полиэтилентерефталата, были разработаны еще в 40-х годах прошлого столетия, и с каждым годом получают большое распространение во всех сферах жизни человека (пищевая и легкая промышленности, приборо- и станкостроение, медицина и фармацевтика, машиностроение).
ПЭТ подходит для производства упаковок, пленок и емкостей, так как имеет высокие потребительские свойства и могут использоваться для пищевых продуктов и хранения напитков. За счет этого тара из ПЭТ вытесняет такие упаковки, как картон и стекло [76].
Особенностью материалов из ПЭТ является то, что они могут быть повторно переработаны без потери первоначальных свойств. Получаемый вторичный ПЭТ хорошо гомогенизируется по сравнению с другими видами пластмасс, что позволяет ему получить широкое распространение в области переработки и последующего изготовления материалов (гранулы, пленки, упаковки, предметы одежды и мебели). Но самым распространенным использование вторичного ПЭТ является изготовление пленок, волокон и пластиковых бутылок [46]. Если рассмотреть США, то почти половина полиэфирных волокон производится из вторичного ПЭТ. Во всем мире активно формируется рынок производства и сбыта вторичного ПЭТ, который позволяет достигать высоких показателей с точки зрения экологической безопасности, так и экономической эффективности. Объем переработки полиэтилентерефталата в мире ежегодно составляет до 1 млн. тонн.
Последние годы одной из значимых проблем является поиск оптимального пути переработки отходов из ПЭТ. ПЭТ или полиэтилентерефталат представляет собой термопласт, который применяют для производства бутылок, пленок, волокон и тканей, упаковки для моющих средств, косметики, фольги, автозапчастей, наполнителей подушек и других формованных изделий для бытового и промышленного применения.
Согласно исследованиям, значительная часть упаковок, используемых для разового применения, изготовлены из ПЭТ. Потребление таких одноразовых ПЭТ бутылок растет во всем мире, вследствие чего, утилизация стала серьезной проблемой для экологов и организаций, работающих в областях, связанных с сокращением и минимизацией отходов. Большая часть ПЭТ бутылок попадает на свалки и мусоросжигательные заводы, а оставшаяся часть механически измельчается в порошки. Для решения данной проблемы наиболее важным является повторное применение ПЭТ отходов.
Учитывая высокий уровень потребности изделий из ПЭТ, возникает проблема их утилизации и переработки, поскольку данный пластик обладает высокой стойкостью к воздействию окружающей среды, непрерывно и длительное время накапливаясь, вызывает ее загрязнение.
Существуют различные способы переработки ПЭТ, наибольшее применение среди них получил метод механической переработки отходов, как наиболее доступный, обеспечивающий работу с любыми объемами поступающего сырья и практически не оказывает негативного воздействия на окружающую среду. При механической переработке полиэтилентерефталата механическим способом получают ПЭТ-хлопья (флексы). Изучение существующей технологии переработки ПЭТ во флексу показывает, что для достижения требуемой чистоты конечного продукта, необходимо усовершенствовать технологию переработки, чтобы снизить объемы посторонних примесей и повысить качество ПЭТ флексы.
Объект исследования: технологический процесс получения вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТ).
Предмет исследования: вторичный полиэтилентерефталат (ПЭТ).
Цель исследования: получение качественного сырья из ПЭТ флексы для производства ПЭТ волокна.
Гипотеза исследования обеспечение увеличения объемов переработки вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТ) при уменьшении количества примесей в готовой продукции за счет совершенствования технологического процесса механической переработки ПЭТ флексы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• Исследовать свойства вторичного полиэтилентерефталата и способы получения вторичной ПЭТ флекса.
• Провести анализ существующих технологий переработки ПЭТ флексы и требований к качеству готовой продукции.
• Провести анализ примесей во вторичном полиэтилентерефталате.
• Разработать и обосновать техническое решение по совершенствованию технологии по переработке ПЭТ флексы на базе ООО «ЭкоРесурсПоволжье» для увеличения объемов переработки и обеспечения требуемого качества продукта.
• Провести эколого-экономический анализ совершенствования технологического процесса.
Проблема исследования: высокая степень загрязнения вторичного полиэтилентерефталата, поступающего на переработку, не позволяет получить вторичный продукт требуемого качества в условиях повышенной потребности к готовому продукту из него и, как следствие, увеличиваются объемы размещения ПЭТ на полигонах.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: научные труды отечественных и зарубежных ученых: Сахно Д.П., Тухватулиной Р.Ф., Абржина Л.Л., Митрофанова Р.Ю., Стрельцова Е.В., Чубыкина А.С., Файдюк И.С., Шайерса Дж., Пателя Д. В., Синха В.К., Отто Б.
Базовыми для настоящего исследования явились также: работы Дорожкина В.П., Руденко А.А., Руденко А.А., Ярыгина Д.В., патентные исследования Шталя И., Холльштайна А., Кляйне-Клеффманн У., Гайслера И., Найтцель У,
Методы исследования: проведение анализа литературных источников, экспериментальные исследование проводились при определении влияния содержания примесей в ПЭТ на качество конечного продукта, использовались расчетные методики для определения количества получаемого продукта.
Опытно-экспериментальная база исследования: исследования проводились в лабораториях кафедры «Химическая технология и ресурсосбережение» Тольяттинского государственного университета: «Экологический контроль объектов окружающей среды» и на базе ООО «ЭкоРесурсПоволжье».
Научная новизна исследования заключается в предложении технологии переработки ПЭТ, обеспечивающей уменьшение количества примесей в переработанной ПЭТ флексе и увеличения качества готового продукта и исследовании сорбционных свойств этикеточной флексы.
Теоретическая значимость исследования заключается в детализированном анализе и расчете технологического процесса по получению вторичного полиэтилентерефталата, а также исследовании сорбционных свойств этикеточной флексы.
Практическая значимость исследования заключается в реализации предложенного решения по совершенствованию технологии по переработке ПЭТ на базе ООО «ЭкоРесурсПоволжье» и обоснования на практике увеличения объемов переработки при обеспечении требуемого качества продукта.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обоснована экспериментальными исследованиями, расчетными данными и внедрением предлагаемых решений на предприятии.
Личное участие автора заключается в предложение совершенствования технологического процесса механической очистки переработки ПЭТ флексы на базе ООО «ЭкоРесурсПоволжье» для снижения количества примесей в готовом продукте, проведение экспериментальных исследований по определению сорбционных свойств вторичного ПЭТ, в проведение расчетов, подтверждающих предполагаемую гипотезу по возможности осуществления процесса и его экономических показателей.
Апробация и внедрение результатов работы проводились на Всероссийской студенческой научно-практической Междисциплинарной конференции «Молодежь. Наука. Общество - 2020», проходивший в период с 25 декабря 2020 г. по 29 января 2021 года со статьей «Разработка эффективного способа переработки отходов пленки полиэтиленовой», IX Невском международном экологическом конгрессе (27-28 мая 2021г. в Санкт-Петербурге).
На защиту выносится:
предложение по совершенствованию технологического процесса механической очистки ПЭТ флексы для снижения количества примесей в готовом продукте.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 2 глав, заключения, содержит 17 рисунков, 18 таблиц, список использованной литературы (45 источников). Основной текст работы изложен на 80 страницах.
За последние десятилетия объемы переработки ПЭТ значительно возросли. В настоящее время во всем мире создаются производства с огромной мощностью для переработки изделий из ПЭТ, в частности - бутылок.
ПЭТ обладает преимуществом, которое заключается в простоте переработки и утилизации. Отработанные полимеры можно использовать для получения энергии, перерабатывать в исходные материалы. Развитие отрасли переработки позволило поставить переработанный ПЭТ на один уровень с первичным ПЭТ, что делает переработку использованного пластика достаточно выгодным процессом для промышленности.
Отходы ПЭТ в виде упаковки и структурных продуктов не следует рассматривать как вредные для окружающей среды, а следует рассматривать как ресурс с большими преимуществами.
Изучение свойств полиэтилентерефталата позволило выявить важную особенность - возможность использования отходов ПЭТ в качестве вторичного материала.
Анализ свойств ПЭТ флексы позволяет рассмотреть получаемый вторичный продукт в качестве поглотителя и катализатора для очистки сточных и питьевых вод от примесей, в частности от нефти и нефтепродуктов.
Процесс переработки можно разделить на этап подготовки и этап непосредственного измельчения. Но существует проблема - ПЭТ отходы поступают с различной степенью загрязнения, что требует вводить в технологический процесс оборудование для мойки сырья перед переработкой, а также очистки от этикеток для обеспечения чистоты, получаемой флексы. Для этого необходимо внедрение оборудования, которое на начальном этапе переработки будет удалять этикетки с бутылок, чтобы добиться «чистой» ПЭТ флексы. После изучения патентной базы и существующих технологий в качестве такого оборудования предложено внедрение этикеткоотделителя, изготовленного на базе отделителя этикеток марки С-МОЭ-ПЭТ.
Проведенные расчеты экономической эффективности установки этикеткоотделителя показывают, что данное внедрение позволит получать прямую выгоду для предприятия при получении чистой ПЭТ флексы в количестве 67 237,50 руб., срок окупаемости составит 10 месяцев.
Для снижения негативного воздействия на окружающую среду был изучен вопрос применения получаемой ПЭТ флексы в качестве сорбционного материала. Экспериментальные исследования показали, что полученная ПЭТ флекса хорошо впитывает нефть и нефтепродукты (высокий коэффициент сорбции), имеет низкую себестоимость, позволяет использовать ее многократно после проведения регенерации в центробежных установках. Таким образом, получаемая ПЭТ этикеточная флекса на базе ООО«ЭкоРесурсПоволжье» может быть использована в качестве сорбента для очистки водных объектов от загрязнителей из нефти и нефтепродуктов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
