Утилизация твердых бытовых отходов в г. Уфе

Недостатки качества сырья:

• средние диэлектрические свойства

Вторичный ПЭТФ не является по своим качествам идентичным первичному. Он обладает меньшей плотностью, худшими термо- и морозостойкостью, менее устойчив к растяжению и изгибу. Поэтому упаковочные решения, использующие в качестве сырья 100%-ый вторичный ПЭТФ являются скорее исключением из правила. С присутствием вторичного материала связано, например, снижение вязкости расплава, что осложняет процесс производства и негативно отражается на качестве конечного продукта.  

2. Характеристика продукции

Внешний вид диметилтерефталата: бесцветные кристаллы призматической формы.

tпл=140-1410С, d(200C)=163, хорошо растворяется в горячей воде, растворяется в спирте, эфире, бензоле, ацетоне[4].

Диметиловый эфир терефталевой кислоты является одним из важнейших химических продуктов, используемых для производства полиэфирных волокон, полиоксадиазолов, полибензимидазолов, алкидных смол и пластификаторов. Полиэфирные волокна находят все большее применение в технике и в быту. Сравнительно высокий модуль наряду с большой прочностью, относительно высокой термостойкостью, а также высокие диэлектрические характеристики позволяют применять полиэфирные материалы для производства шинного корда, транспортерных лент, приводных ремней, парусов, пожарных рукавов, электроизоляционных и других материалов.

Благодаря высокой устойчивости к  сминанию и способности сохранять форму, хорошему внешнему виду и достаточно низкой стоимости полиэфирные волокна в чистом виде или в смеси с другими волокнами используют для изготовления широкого ассортимента товаров народного потребления: платяной и костюмной тканей, верхнего трикотажа, занавесей, постельного белья, изделий из искусственной замши и искусственного меха.

Приведенные выше свойства полиэфирных  волокон обусловили наиболее крупнотоннажное  производство по сравнению с производством  волокон других видов.

3. Характеристика отходов

Вода используемая для мытья бутылок содержит: остатки бумажных этикеток (целлюлоза, например), органические отходы(этанол, глюкоза), всевозможные красители, углеводороды, механические примеси. Трудность очистки промывной воды заключается именно в том, что трудно определить  ее состав.

Терефталевая кислота - бесцветное кристаллическое вещество, слабо растворима в воде, спиртах, диметилсульфоксиде. Терефталевая кислота представляет собой чистый белый порошок, получаемый путем окисления параксилола при наличии катализаторов и уксусной кислоты. Не образует мономерного ангидрида; при нагревании с уксусным ангидридом превращается в полимерный ангидрид. Взаимодействие терефталевой кислоты со спиртами приводит к образованию эфиров, из которых наиболее практическое значение имеет диметилтерефталат. Из терефталевой кислоты синтезируют прозрачный термостойкий полимер полиэтилентерефталат. Его получают в результате поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой. Из него делают бутылки, полиэфирное волокно терилен (лавсан), упаковочные материалы, в том числе для пищевой промышленности, радиодеталей, химического оборудования.

Этиленгликоль (гликоль; 1,2-диоксиэтан; этандиол-1,2), простейший представитель полиолов. В очищенном виде представляет собой прозрачную бесцветную жидкость слегка маслянистой консистенции. Не имеет запаха и обладает сладковатым вкусом. Токсичен. Попадание этиленгликоля или его растворов внутрь организма человека может привести к необратимым изменениям в организме и к летальному исходу.

В рассматриваемом производстве этиленгликоль  выделяется из сточной воды и может  быть использована:

1. Как компонент автомобильных антифризов и тормозных жидкостей;
2. В качестве теплоносителя в виде раствора в автомобилях, в системах жидкостного охлаждения компьютеров;
3. В производстве целлофана, полиуретанов и ряда других полимеров.;
4. Как растворитель красящих веществ;
5. В органическом синтезе;
6. Этиленгликоль является исходным сырьём для производства взрывчатого вещества нитрогликоля;
7. При производстве конденсаторов;
8. При производстве 1,4-диоксана;
9. Компонент в составе систем жидкостного охлаждения компьютеров;
10. В качестве компонента крема для обуви (1-2%)
11. В составе для мытья стёкол вместе с изопропиловым спиртом[6].

3. Основные характеристики производства
1. Физико- химические основы производства
1. Химизм процесса

[-O-(CH₂)₂-O-(CO)-C₆H₄-(CO)-] _n + CH₃OH -----> C₆H₄(COOСН₃)₂  + Н₂О

полиэтилентерефталат                      метанол                 диметилтерефталат

2. Кинетика и термодинамика процесса

Процесс протекает при  следующих условиях: температура – 180°С, давление 2,5–2,8 МПа (25–28 ат), время реакции 2–3 ч. Катализаторами метанолиза могут служить те же вещества, которые являются катализаторами переэтерификации и гликолиза. В патентной литературе в качестве катализаторов переэтерификации предложены почти все металлы периодической системы элементов, их окиси, соли, алкоголяты и более сложные соединения. Множество катализаторов разного характера позволяет отнести описываемый процесс к реакциям кислотно-основного типа катализа, в котором имеет место промежуточное кислотно-основное взаимодействие реагирующих веществ с катализатором.

Однако, из большого  числа запатентованных катализаторов многие обладают небольшой каталитической активностью, а иные сложны по составу или токсичны. В промышленности применяют очень ограниченное число катализаторов, и среди них – ацетат цинка, мараганца, кобальта, свинца, кальция, кадмия, сурьмы, окись свинца. С точки зрения практики, в которой обычно учитывают расход катализатора (по массе), наиболее активными катализаторами являются ацетаты цинка, марганца и кобальта, о чем свидетельствуют данные на рисунке 40.

Рис. 4. Зависимость продолжительности реакции от типа катализатора( в количестве 0,0345%  от массы ДМТ). 1 - ацетат цинка, 2 – ацетат марганца, 3 – хлорид цинка, 4 – ацетат кобальта, 5 – хлорид кобальта, 6 – ацетат кальция[10].

На рисунке 5 приведены кинетические кривые хода переэтерификации при разных температурах для смешанного катализатора, состоящего из ацетата цинка и окиси свинца.

Рис.5. Кинетика переэтерификации при различных температурах с катализатором.1 – 215⁰ С, 2 – 200, 3 - 175, 4 – 152[10].

4. Технологическое оформление процесса

4.1. Общая характеристика элементов и связей

Характеристика  элементов. Главным элементом является реактор метилирования. Реактор метилирования и реактор гидролиза являются  реакторами непрерывного действия.  В реакторе непрерывного действия (проточном) все отдельные стадии процесса химического превращения вещества и подача реагирующих веществ, химическая реакция, вывод готового продукта) осуществляются параллельно, одновременно и, следовательно, непроизводительные затраты времени на операции загрузки и выгрузки отсутствуют. Поэтому на современных крупнотоннажных химических производствах, где требуется высокая производительность реакционного оборудования, большинство химических реакций осуществляют в непрерывно действующих реакторах.  
      Время пребывания отдельных частиц потока в непрерывно-действующем реакторе, в общем случае, - случайная величина. Так как от времени, в течение которого происходит реакция, зависит глубина химического превращения, то она будет разной для частиц с разным временем пребывания в реакторе. Средняя глубина превращения определяется видом функции распределения времени пребывания отдельных частиц, зависящим, в свою очередь, от характера перемешивания, структуры потоков в аппарате и для каждого гидродинамического типа реактора индивидуальным.

Форсунка - устройство для распыливания жидкостей. Подача жидкости осуществляется под давлением или при помощи сжатых газа, пара. Вещество из форсунки поступает непрерывно (в топках, газотурбинных и реактивных двигателях, паяльных лампах и др.) или периодически в короткие промежутки времени (в дизелях и др.). В центробежных и вихревых форсунках, а также в форсунках с вращающимся распылителем жидкость приобретает вращательное движение и вытекает из распылителя тонкой плёнкой. Вращение жидкости достигается у центробежных форсунках путём подвода её по каналу  по касательной к поверхности камеры, у вихревых – в результате движения по винтовым канавкам, у форсунок с вращающимся распылителем – вращением корпуса. Форсунка может иметь клапан, например игольчатый , с помощью которого осуществляются изменение количества подаваемого вещества, начало и конец подачи. Управление работой клапана производится вручную, давлением подаваемой жидкости или автоматическими устройствами. С помощью форсунка распыливают воду для регулирования процесса горения, увлажнения воздуха и почвы, а также яды, растворы удобрений и др. Устройства, аналогичные форсунке, но применяемые для распыливания газового и пылевидного топлива, называются горелками.

Смеситель – аппарат для смешения материалов с целью получения однородных смесей и масс из жидких компонентов. Представляет собой цилиндр, в котором расположена мешалка, предназначенная получения однородных смесей.

Ректификационная колонна - аппарат для  разделения жидких смесей, основанный на различном распределении компонентов смеси между жидкой и паровой фазами. При ректификации потоки пара и жидкости, перемещаясь в противоположных направлениях (противотоком), многократно контактируют друг с другом в специальных аппаратах (ректификационных колоннах), причём часть выходящего из аппарата пара (или жидкости) возвращается обратно после конденсации (для пара) или испарения (для жидкости).

Ректификационные колонны  состоят из собственно колонны, где  осуществляется противоточное контактирование пара и жидкости, и устройств, в которых происходит испарение жидкости и конденсация пара, — куба и дефлегматора. Колонна представляет собой вертикально стоящий полый цилиндр, внутри которого установлены т. н. тарелки (контактные устройства различной конструкции) или помещен фигурный кусковой материал — насадка. Куб и дефлегматор — это обычно кожухотрубные теплообменники (находят применение также трубчатые печи и роторные испарители).        

 Как в насадочных, так и в тарельчатых колоннах кинетическая энергия пара используется для преодоления гидравлического сопротивления контактных устройств и для создания динамической дисперсной системы пар — жидкость с большой межфазной поверхностью. Существуют также ректификационные колонны с подводом механической энергии, в которых дисперсная система создаётся при вращении ротора, установленного по оси колонны. Роторные аппараты имеют меньший перепад давления по высоте, что особенно важно для вакуумных колонн.

Циклонный сепаратор - один из типов газовой сепарации.  Газовые сепараторы используются для очистки продукции газовых и газоконденсатных скважин от капельной влаги и углеводородного конденсата, твёрдых частиц и др. примесей. Примеси затрудняют транспортировку газа и являются причиной коррозии трубопроводов, закупорки (частичной или полной) скважин, шлейфов и промыслового оборудования вследствие образования пробок гидратов или льда.

Газовый сепаратор, как правило, имеют сепарационные секции: основную сепарационную (для отделения большей части жидкости из газового потока); осадительную, в которой примеси отделяются под действием сил гравитации; окончательной очистки газа (от мельчайших капель жидкости); для сбора и предварительного отстоя жидкости. Газовые сепараторы разделяются по типу основного сепарационного устройства на гравитационные, циклонные (центробежные) и насадочные; по положению сборника жидкости — с выносным сборником и со сборником, находящимся в объёме  газового сепаратора.

В циклонных газовых сепараторах сепарация примесей происходит под действием центробежных сил. При равной с гравитационными эффективности циклонные газовые сепараторы обладают большей пропускной способностью, менее металлоёмки и имеют меньшие габаритные размеры.

Конденсатор - аппарат для осуществления перехода вещества из газообразного (парообразного) состояния в жидкое или твёрдое. Широко используется в химической технологии, в теплоэнергетических и холодильных установках для конденсации рабочего вещества, в испарительных установках для получения дистиллята, разделения смесей паров и т. д. Конденсация пара в конденсаторе происходит в результате соприкосновения его с поверхностью твёрдого тела (поверхностные конденсаторы) или жидкости (контактные жидкостной), имеющих температуру более низкую, чем температура насыщения пара при данном давлении. Конденсация пара сопровождается выделением тепла, затраченного ранее на испарение жидкости, которое должно отводиться какой-либо охлаждающей средой.        

 Поверхностные конденсаторы  обычно выполняются в виде  пучка горизонтальных или вертикальных  труб. При этом охлаждающая среда  (вода, рассол, воздух) может протекать  внутри труб, а пар— поступать в пространство между трубами и конденсироваться на их наружной поверхности или наоборот. Пространство, в котором происходит конденсация, может быть под атмосферным, повышенным или пониженным давлением. По устройству поверхностные конденсаторы аналогичны другим поверхностным теплообменникам (обычно кожухотрубным) и используются в тех случаях, когда конденсат необходимо сохранить в чистом виде.        

 Если при конденсации  пара образуется жидкость, она  стекает с поверхности теплообмена  под действием силы тяжести  или увлекается движущимся паром;  если же образуется твёрдая  фаза (например, лёд), она непрерывно  или периодически удаляется скребками  или другими устройствами. При  использовании в качестве охлаждающей  среды воздуха или другого  газа поверхность конденсаторы  с целью интенсификации теплообмена  обычно снабжается со стороны  этой среды ребрами. 

Кристаллизатор - аппарат для перевода вещества из газообразного (парообразного), жидкого или твердого аморфного состояния в кристаллическое, а также из одного кристаллического состояния в другое. В малотоннажных производствах (например, реактивов) обычно применяют отдельные формы определенных размеров или конфигурации, в которых расплав охлаждается путем естестенного теплообмена с окружающей средой; в крупнотоннажных производствах (нафталина и др.) кристаллизацию  проводят в секционированных, трубчатых, конвейерных и иных кристаллизаторах со встроенными формами, принудительно охлаждаемыми водой, жидким NH3, хладонами и т. п.