 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Область применения полиэтилена низкого давления
ПЭВД имеет показатели 910 - 925 кг/м3. ПЭНД имеет показатели 941 - 965 кг/м3. Плотность полиэтилена напрямую зависит от степени его кристалличности, что оказывает большое влияние на физико-механические свойства полиэтилена. Примеси, содержащиеся в ПЭНД, увеличивают его диэлектрические потери. С повышением показателей плотности ПЭ увеличивается t◦C плавления. Полиэтиленовые изделия низкой плотности могут подвергаться эксплуатации до t◦ 60C, а изделия, выполненные из полиэтилена высокой плотности - до t◦ 100C. Судя по описаниям и характеристикам можно сделать заключение, что плотность полиэтилена напрямую зависит от скорости его застывания. Заслуженную популярность полиэтилен приобрел благодаря своим физико-химическим свойствам, обусловленным его химическим строением. Благодаря своим химическим свойствам в полиэтиленовых тарах можно хранить воду, алкоголь, соки, бензин, кислоты, масла, растворители. Если упаковать изделие в полиэтиленовый пакет или пленку, то они в свою очередь надежно защитят его от вышеуказанных жидкостей. Свойства полиэтилена высокой плотности представлены в таблице 2.1.
Табл .2.1
Химические свойства представлены в таблице 2.2. Табл 2.2
Физические свойства полиэтилена находятся в сильной зависимости от его вида. Менее плотный полиэтилен высокого давления более мягкий, чем полиэтилен низкого давления. Он более эластичный, меньше страдает от разрывов и проколов, однако имеет более низкую температуру плавления. Полиэтилен низкого давления более твердый и прочный ввиду более высокой плотности. Физические свойства представлены в таблице 2.3. Табл.2.3
Свойства полиэтилена низкого давления представлены в таблице 2.4.
Табл.2.4
Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) получают полимеризацией со специальными катализаторными системами. Полиэтилен высокой плотности прочнее, чем полиэтилен низкой плотности. Положительные физико-химические свойства полиэтилена можно улучшить добавлением различных химических веществ во время полимеризации или обработкой готового полиэтилена: 1. Добавлением олефинов и полярных мономеров добиваются усиления прозрачности и эластичности, снижения растрескивания; 2. Добавляя сополимеры и другие полимеры усиливают ударопрочность; 3. Хлорированием, бромированием и фторированием улучшают химическую и тепловую стойкость. Эксплуатационный свойства изделий, произведенных из полиэтилена, во многом зависят от скорости и равномерности охлаждения и условий эксплуатации: температуры, давления, продолжительности и степени нагрузки, условий хранения.
3.Основные источники образования и способы переработки отходов ПЭНД Источниками отходов являются промышленные предприятия, сельское хозяйство, строительство (производственная сфера). Каждое такое предприятие концентрирует в локальных точках средства труда и сырье (или средства труда к сырьевым ресурсам). Поэтому такие предприятия являются локальными, компактными источниками отходов. Так же источником образования данного вида отхода является население. ПЭНД перерабатывается почти всеми базовыми способами, используемыми при работе с пластмассами – экструзия, выдув, литье под давлением, ротоформование. Область применения полиэтилена низкого давления
Области применения ПЭНД представлены в таблице 3.1. Табл. 3.1
Для превращения отходов термопластов в сырье, пригодное для последующей переработки в изделия, необходима его предварительная обработка. Выбор способа предварительной обработки зависит в основном от источника образования отходов и степени их загрязненности [5]. Отходы в виде вышедших из употребления изделий требуют более основательной подготовки. Предварительная обработка отходов ПЭНД сельскохозяйственной пленки, мешков из под удобрений, отходов из других компактных источников, а также смешанных отходов включает следующие этапы: сортировка (грубая) и идентификация (для смешанных отходов), измельчение, разделение смешанных отходов, мойка, сушка. После этого материал подвергают грануляции [5].
Воздействие отходов на ОС. 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. [5]. Полиэтилен в виде пленки проницаем большим числом газов, таких как: N2, Н2, СО, СО2, СН4 и С2Нб, однако абсолютно непроницаем для полярных жидкостей и водяного пара. Касательно проницаемости, ПЭВП в пять-десять раз менее проницаем, чем ПЭНП. Свойства и применение полиэтилена, как ПЭНД так и ПЭВД широко распространено, использование этого материала применяется в массе отраслей. Но он обладает не только положительными качествами, имеются и минусы. Одним из основных минусов является старение при воздействии солнечных лучей. По приблизительным подсчетам на разложение полиэтилена уходит до 300 лет.Если простой полиэтиленовый пакет попадает на свалку в общей массе бытовых отходов, то он сильно затрудняет процесс переработки. Со временем этот пакет подвергается термостарению, постепенно разлагаясь под воздействием солнечных лучей, тепла и кислорода. В ходе разрушений казалось бы безобидный пакет выделяет вредные химические вещества в почву и воду. Разлагается полиэтилен низкого давления под действием азотной кислоты (50%), хлора и фтора. Вместе с тем решение вопросов, связанных с охраной окружающей среды, требует значительных капитальных вложений. Стоимость обработки и уничтожения отходов пластмасс примерно в 8 раз превышает расходы на обработку большинства промышленных и почти в три раза – на уничтожение бытовых отходов. Это связано со специфическими особенностями пластмасс, значительно затрудняющими или делающими непригодными известные методы уничтожения твердых отходов [5].
4. Выбор и обоснование технологии переработки отхода пленки ПЭНД Полимерные отходы являются ценным вторичным ресурсом, являясь сырьем для производства строительных материалов – черепицы, отделочных панелей, тротуарной плитки и т. д., а также товаров народного потребления. Например, отходы ПЭТ перерабатывают в крупногабаритные детали кузова автомобилей, волокнистые фильтрационные материалы (гидрофобная вата), которые служат для очистки загрязненных сточных вод от горюче-смазочных материалов, боксы для кассет и компакт-дисков, мебель, сантехническое оборудование. Отходы полиэтилена перерабатывают в изделия медико-биологического назначения, различные детали машин, тару, предметы домашнего обихода. Отходы из ПНЭД представляют собой отличный материал для переработки ПНЭД. Схема утилизации ПЭНД экструзией Экструзия – способ получения изделий или полуфабрикатов из полимерных материалов неограниченной длины путем выдавливания расплава полимера через формующую головку (фильеру) нужного профиля с последующим охлаждением, калиброванием и т. д. Для этого используют шнековые или червячные экструдеры. Готовой продукцией являются непрерывные изделия – пленки, профили самого разнообразного типа, листы, трубы и шланги, а также объемные, многослойные, вспененные изделия с поверхностью, имитирующей различные декоративные материалы, и др. Производительность крупных экструдеров достигает 3–3,5 т/ч, степень автоматизации производства также достаточно высока. Экструзия, наряду с литьем пластмасс под давлением, является одним из самых популярных методов изготовления пластмассовых изделий.
1- Узел сортировки. На первом этапе из отхода удаляются крупные включения (металлы, древесина, бумага, картон, песок, камни). Металлы удаляются с помощью магнитного сепаратора. Также применяется ручная сортировка для извлечения остальных включений. 2- Дробилка. Используются ножевые дробилки. Размер частиц на выходе 2-9 мм. 3- Сушилка. Влажность на выходе около 0,2 %. 4- Экструдер. Делится на 3 тепловые зоны. Процессы, происходящие при экструзии, представлены на рисунке 4.1.
Рис. 4.1. Схема одношнекового экструдера: 1- бункер; 2- шнек; 3- цилиндр; 4- полость для циркуляции воды; 5- нагреватель; 6- решетка с сетками; 7- формующая головка. Технологический процесс экструзии складывается из последовательного перемещения материала вращающимся шнеком в его зонах (см. рис. 1): питания (I), пластикации (II), дозирования расплава (III), а затем продвижения расплава в каналах формующей головки. Зона питания (I). Поступающие из бункера гранулы заполняют межвитковое пространство шнека зоны I и уплотняются. Уплотнение и сжатие гранул в зоне I происходит, как правило, за счет уменьшения глубины нарезки h шнека. Продвижение гранул осуществляется вследствие разности значений силы трения полимера о внутреннюю поверхность корпуса цилиндра и о поверхность шнека. Поскольку поверхность контакта полимера с поверхностью шнека больше, чем с поверхностью цилиндра, необходимо уменьшить коэффициент трения полимера о шнек, так как в противном случае материал перестанет двигаться вдоль оси шнека, а начнет вращаться вместе с ним. Это достигается повышением температуры стенки цилиндра (нагревом) и понижением температуры шнека (шнек охлаждается изнутри водой). Нагрев полимера в зоне I происходит за счет диссипативного тепла, выделяющегося при трении материала и за счет дополнительного тепла от нагревателей, расположенных по периметру цилиндра. Зона пластикации и плавления (II). В начале зоны II происходит подплавление полимера, примыкающего к поверхности цилиндра. Расплав постепенно накапливается и воздействует на убывающую по ширине пробку. Поскольку глубина нарезки шнека уменьшается по мере продвижения материала от зоны I к зоне III, то возникающее давление заставляет пробку плотно прижиматься к горячей стенке цилиндра, происходит плавление полимера. В зоне пластикации пробка плавится также и под действием тепла, выделяющегося вследствие внутреннего, вязкого трения в материале в тонком слое расплава, где происходят интенсивные сдвиговые деформации. Последнее обстоятельство приводит к выраженному смесительному эффекту. Расплав интенсивно гомогенизируется, а составляющие композиционного материала перемешиваются. Конец зоны II характеризуется распадом пробки на отдельные фрагменты. Далее расплав полимера с остатками твердых частиц попадает в зону дозирования. Основной подъем давления P расплава происходит на границе зон I и II. На этой границе образующаяся пробка из спрессованного материала как бы скользит по шнеку: в зоне I это твердый материал, в зоне II- плавящийся. Наличие этой пробки и создает основной вклад в повышение давления расплава. Также увеличение давления происходит за счет уменьшения глубины нарезки шнека. Запасенное на выходе из цилиндра давление расходуется на преодоление сопротивления сеток, течения расплава в каналах головки и формования изделия. Зона дозирования (III). Продвижение гетерогенного материала (расплав, частички твердого полимера) продолжает сопровождаться выделением внутреннего тепла, которое является результатом интенсивных сдвиговых деформаций в полимере. Расплавленная масса продолжает гомогенизироваться, что проявляется в окончательном плавлении остатков твердого полимера, усреднении вязкости и температуры расплавленной части. Все изделия, получаемые на основе термопластов методом экструзии, могут иметь в принципе неограниченную длину. Поперечник изделий ограничивается главным образом диаметром шнека экструдера. Чем больше D, тем шире, толще могут получаться изделия.
Для достижения высокого качества продукции и минимизации издержек используется широкий спектр методов, в числе которых и использования добавок, облегчающих переработку полимеров. Термин добавки, облегчающие переработку полимеров (Polymer Processing Aid, далее РРА) объединяет несколько различных классов соединений, позволяющих облегчить течение расплавов высокомолекулярных полимеров в каналах формообразующего инструмента. Процессинговые добавки применяются и при переработке ПЭВП (ПНД). Процессинговые добавки вводятся в очень небольшом количестве (0,04-0,05%. Применение процессинговых добавок облегчает процесс течения расплава полимера в узких каналах, значительно снижает давление в головке и нагрузку на валу. Обычно эффективность РРА оценивают именно по этим параметрам. Процессинговые добавки позволяют снизить давление и предотвратить образование поверхностных дефектов аналогично линейному полиэтилену и при переработке смесей вторичных полиэтиленов высокой и низкой плотности. PROCESSAIDLLDPE00433 - суперконцентрат, содержащий фторэластомер в матрице линейного полиэтилена. Разработан специально для экструзии высокомолекулярного полиэтилена низкого давления. Повышает прозрачность плёнок и производительность процесса. Экологический антипирен Emerald - экологически безопасный полимерный бромсодержащий антипирен. При использовании Emerald 1000 на 5-10% повышаются прочностные свойства композиций ПЭНД. Для ПЭНД ввод данной добавки составляет 18 %. Осушающие концентраты (дессиканты) предназначены для переработки влажного вторичного сырья ПЭНД. Концентраты содержат 60-80% минерального активного вещества, которое при переработке поглощает большое количество влаги, и позволяет наладить технологический процесс и получить достаточно качественное изделие (пленку, ленту, отливку), даже при высокой влажности исходного сырья. По результатам наших испытаний ввод концентрата от 0,2% до 0,5% позволяет легко перерабатывать сырье с содержанием влаги 1-2%.
5. Выбор и расчет основного оборудования
Методика расчета экструдера. 1) Расчет диаметра;
V- объем массы,
Pм – плотность массы,
Диаметр определяется по номограмме. Выбирается ближайшее значение из стандартного ряда.
2) Определяем глубину канала в зоне 3;
3) Определяем число оборотов шнека;
По этим параметрам выбираем экструдер из каталога.
4) Определяем глубину канала в зоне 1;
5) Определяем длины зон загрузки; l1= L – (l2+l3), м l2 = 5*D, м l3 = 6*D, м 6) Определяем шаг нарезки, t;
t= D, м (Если значение не указано в каталоге, то оно равно диаметру)
7) Рассчитываем направление и угол нарезки;
8) Определяем ширину витка канала;
Z – число заходов нарезки; e- ширина гребня витка. е = 0,1 * D, м
9) Определяем глубину канала в зоне 2;
h2 = 4*h3, м Затем выбираем температурный режим, исходя из перерабатываемого материала.
Расчет сопротивления формующей головки
k – частный коэффициент сопротивления участка канала с простой конфигурацией
Расчет экструдера
Так как отход состоит из 80% ПЭНД и 20% примесей, то для начала необходимо избавиться от примесей.
Х = 656 т/год Таким образом, в экструдер подается 656 т/год. Плотность ПЭНД: 940 – 960 кг/ Для дальнейшего расчета я использовала значение 950 кг/
Из стандартного ряда диаметр равен 90 мм.
L = 25*90 =2250мм=2,250, м
Определила глубину канала в зоне 3;
Число оборотов шнека составило;
n= 70, 2
Глубина канала в зоне 1 составила;
h1 = Выбор экструдера: Производительность ПЭНД: 300; ЧП 90*30, частота вращения: 10-100 об/мин, установленная мощность: 142 кВт.
l2 = 0,09 * 5 = 0, 45, м l3 = 0,09 * 6 = 0, 54, м l1 = 2,25 (0,45+0,54) = 2,228, м
Шаг нарезки t равен D. (0,09, м)
Направление и угол нарезки;
Ширина витка канала равна;
Глубину канала в зоне 2;
h2 = 4*0,0028 = 0,0112 , м
Расчет сопротивления 1)Скорость сдвига определяется по формуле:
Q = 656/950 = 0,69 2)Вязкость расплава в канале формующей головка равна;
6. Выбор вспомогательного оборудования
Для удаления крупных включений таких, как бумага и картон применяется ручная сортировка. Для удаления черных металлов из отхода используется магнитный сепаратор.
Рис 5.1: Схема магнитного сепаратора
1. Сепарация магнитных материалов 2. Вибрационный стол 3. Сепаратор немагнитных металлов 4. Доп. магнитная сепарация 5. Выгрузка инертных материалов 6. Выгрузка немагнитных металлов Из каталога был выбран магнитный сепаратор марки ПБСЦ – 40/10. Технические характеристики данного оборудования представлены в таблице 6.1. Табл.6.1
Так же из каталога был выбран центробежный вентилятор марки СВМ/2 -160/062-260W. Технические характеристики моделей представлены в таблице 6.2. Табл.6.2
7.Вывод Так как утилизация пластиковых отходов – одна из наиболее важных общемировых проблем, в данном курсовом проекте были определены основные источники образования и способы переработки отходов ПЭНД, а также рассчитано основное оборудование (экструдер) и выбрано вспомогательное оборудование. Кроме того, разработана наиболее рациональная схема установки для утилизации отходов ПЭНД.
8.Литература 1) Шварц 0., Переработка пластмасс./ Шварц О., Эбелинг Ф.В., Фурт Б. – под общ. ред. Пниматченко А.Д. – СПб.: Профессия, 2005.-320 стр., ил. 2) Власов С. В., Основы технологии переработки пластмасс./ Власов С.В., Кандырин Н.Б., Кулезнев В.Н. – М.: Химия, 2004. – 600 стр., ил. 3) Раувендааль К., Экструзия полимеров./ Раувендааль К., - СПб.: Профессия, 2006. 4) Ла Мантия Ф., Вторичная переработка пластмасс./ Ла Мантия Ф., - пер. с. Англ. Под ред.0 Заикова Г. Е. – СПб.: Профессия, 2006.-400 стр., ил. 5) Клинков А. С., Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов./ Клинков А.С., Беляев П.С., Соколов М.В.-Тамбов.: ТГТУ, 2005.-49 стр.
|
, где
сдвига массы, 
;
.
= 
