Утилизация твердых бытовых отходов в г. Уфе

Центрифу́га - аппарат для создания центробежной силы, используемой с целью разделения неоднородной смеси на составные части различной плотности.

Центрифуга состоит из привода, ротора, корпуса, рабочей (роторной) камеры и систем управления. Привод может быть ручным или электрическим, Назначение привода — сообщить ротору вращательное движение. Ротор представляет собой устройство для размещения судов с центрифугируемым веществом. Принцип работы центрифуги включается в том, что центробежная сила, возникающая при вращении ротора, смещает находящиеся в растворе частицы в направлении от оси вращения при условии, если плотность частиц превышает плотность раствора.

Характеристика  связей. В реакционную колонну входят гранулы пластика ПЭТФ и метанол в виде аэрозоля в азотной среде, туда же подается газообразный катализатор - хлороводород.

В ректификационной колонне  отделяется поток: диметилтерефталат, метанол и азот и отправляется на конденсатор.

После второго конденсатора отделяется третий поток: метанол и азот, которые возвращаются обратно в производство, т.е. создается круговорот.

В центрифуге после кристаллизаторов отделяется четвертый поток: метанол  и этиленгликоль, которого можно в дальнейшем использовать как сырье.

На выходе наблюдается  поток состоящий из метанола, который  также возвращается обратно в  процесс, и продукт реакции ДМТ.

Тепловой поток создается  паром, который используется для  расплава отходов.

4.2. Описание технологической схемы.

Прежде чем отправить  на химическую обработку бутылки перерабатывают в чистые хлопья пластика.

1. Механическая переработка.

По возможности бутылки  должны уже собираться в отсортированном  виде, не смешиваясь с другими пластиками и загрязняющими объектами. 
Автоматическая сортировка. Сортировка, выполняемая с помощью техники, является независимой от «человеческого фактора» и может производиться в стандартном безостановочном режиме. Автоматическая сортировка основана на применении сенсоров, получающих данные о физических и химических свойствах материалов. Существуют три основных типа сортировочных систем:

4. Цветовая сортировка, основанная на использовании видимого света, разделяет мусор по цветам.
5. Вторую группу составляют методы, основанные на пропускании через материал упаковки различного рода излучения, состояние которого после прохождения анализируется сенсорами с противоположной стороны. В качестве излучения используют видимый световой диапазон, инфракрасные лучи и рентгеновское излучение (может анализироваться как характер прохождения лучей, так и флуоресценция под их действием).  
   Сортировочные системы могут быть рассчитана как на отделение отходов из одного материала («бинарные» системы), так и на сортировку различных полимеров, еще и окрашенных в различные цвета. Более современные системы позволяют сортировать пластики различных видов. Таким образом, эти установки могут использовать несколько технологий одновременно.  
   Сортировка с помощью рентген-лучей. Использование рентгеновских лучей считается самым надежным методом для удаления отходов из ПВХ в общем потоке смешанной пластиковой массы с преобладанием ПЭТФ. Этот тип излучения позволяет точно идентифицировать наличие атомов хлора, который имеется в ПВХ и отсутствует в ПЭТФ. Однако с помощью этого метода нельзя различать другие типы полимерных материалов.  
   Инфракрасное распознавание. Каждый пластик по-своему воспринимает действие инфракрасного излучения, что дает возможность распознавать широкий спектр полимеров, а также многослойные и композитные структуры. Сенсор считывает изменения излучение после того, как оно проходит через слой отходов упаковки. Однако если фрагменты из различных материалов оказываются спрессованы вместе, устройство не может давать адекватную информацию, что ведет к отсортировке сомнительного мусора. Также инфракрасные сенсоры могут сбиваться, если упаковка слишком сильно загрязнена. В результате устройство может «подумать», что упаковка окрашена или имеет матовую поверхность. Важным преимуществом метода инфракрасной идентификации является то, что он абсолютно безопасен для персонала и не требует применения защитных мер.

Питатель пресс-пакетов 1 емкостью 20 м³. Вмещает примерно два пресс-пакета полимера. По мере продвижения материала в питателе, три вращающихся шнека разделяют спрессованные бутылки и подают их на конвейер предварительной сортировки 2. Конвейер предварительной сортировки 2 изготовлен из резиновой ленты шириной 760 мм, имеет длину приблизительно 4,5 м и высоту 750 мм. Приводится в движение электродвигателем-вариатором мощностью 0,37 кВт.

Система предварительного измельчения  ПЭТФ. Состоит из наклонного конвейера 3, шредера с воздуходувкой 4 и первичной системой отсасывания с пылесборником. Бутылки измельчаются в частицы размером около 2,5 см, воздушныи классификатор удаляет этикетки, затем материал подается в флотационную емкость 5.

Рис. 2.8 Линия по переработке  использованных ПЭТФ бутылок:

1 – питатель пресс-пакетов; 2 – Конвейер предварительной  сортировки;

3 – наклонный конвейер; 4 – шредер; 5 – флотационная емкость;

6 – специальный конвейер; 7 – система сепарации; 8 – система  отмывки и

сушки; 9 – загрузочный  конвейер; 10 – гранулятор; 11 – наполнительная

станция; 12 циклон.

Флотационная емкость 5 предназначена для удаления полипропиленовых крышечек и прочих загрязнений плотностью ниже 1 г/см3 от ПЭТФ. При загрузке материала в емкость, плавучие частицы перемещаются в одну сторону с помощью крыльчатки. ПЭТФ погружается на дно и выгружается из емкости с другой стороны с помощью специального конвейера 6.

Система сепарации 7 предназначена для удаления посторонних частиц, образующихся при предварительном измельчении ПЭТФ бутылок. Представляет собой виброэкран. Посторонние частицы сепарируются от ПЭТФ, который подается на систему отмывки и сушки 8.

Система отмывки и сушки 8 представляет собой многоступенчатую систему вращающихся барабанов. Первая ступень предназначена для отмывки, вторая – для промывки, третья – для удаления воды, а четвертая и пятая – для сушки. Моющее устройство снабжено соплами распылителя для удаления пищевых остатков и прочих загрязнений. По мере продвижения материала через барабан, загрязнения отмываются и удаляются вместе с водой. Система водоснабжения представляет собой замкнутый цикл: использованная вода нагревается и очищается при помощи седементации и фильтрования. Во втором барабане материал промывается свежей водой. В третьем барабане из материала удаляется вода, поступающая в дальнейшем в водяной танк отмывки. Четвертый и пятый барабаны представляют собой ротационные сушилки. Воздух нагревается четырьмя нагревателями мощностью 30 кВт и циркулирует по системе. Температура воздуха контролируется и регулируется на главной контрольной панели. Защитные элементы предотвращают перегрев при сбое в системе управления.

Загрузочный конвейер 9 представляет собой шнек диаметром 200 мм, который подает полимер в гранулятор 10. Устройство смонтировано на полу. Низкоскоростной мотор-редуктор мощностью 0,55 кВт обеспечивает необходимый вращающий момент.

 Гранулятор 10 перерабатывает материал в товарный продукт заданного размера. Гранулятор снабжен электродвигателем мощностью 22 кВт. Наполнительная станция 11 с вторичным отсасывающим устройством и циклоном 12 системы удаления пыли. Содержание влаги в конечном продукте менее 2 %, производительность линии колеблется в зависимости от насыпной плотности и влажности перерабатываемого материала.

 

 

Рис. 6 Схема технологического процесса переработки отходов.

 

 

 

 

 

2. Технологический процесс химического производства

Технологический процесс  регенерации ДМТ из ПЭТФ состоит  из трех последовательных стадий:

1. Гидролиз пластиковых отходов;
2. Метанолиз;
3. Промывка.

Метанолиз может быть осуществлен непрерывным способом. Расплавленные отходы подают в реактор с мешалкой, в который непрерывно закачивают метиловый спирт с температурой 200⁰ С.

Рис. 7. Схема непрерывного метанолиза без давления с предварительным гидролизом  отходов перегретым водяным паром[10].

Согласно схеме, приведенной на рисунке 5 отходы волокна обрабатывают в вертикальном реакторе 1 перегретым водяным паром с температурой около 400⁰ С. Пар расплавляет отходы и выходит с температурой 200⁰ С. Содержащиеся на волокне отделочные вещества испаряются и удаляются с паром. Расплавленный полиэтилентерефталат непрерывно отливают на ленту 2 в виде тонкой пленки, которую дробят в мельнице 3 в тонкий порошок с частицами среднего размера 0,001 мм. В аппарате 4 порошок суспендируют в 4-кратном количестве метанола, и суспензию в виде аэрозоля в азоте через форсунку 5 вводят в колонну 6. Одновременно в колонну подают сухой хлористый водород в количестве 0,1 % от массы отходов. Турбулентный поток в колонне 6 нагревают до270⁰ С.Входящий поток пропускают через циклонный сепаратор 7 и подают в разделительную колонну 8 с температурой 250⁰С. Режим функционирующий верхней части колонны 8 регулируют так, чтобы отходящие пары имели температуру 165-175⁰С и содержали в основном диметилтерефталат, метанол и азот. Продукт из нижней части колонны 8, содержащей твердые частицы, насосом 9 возвращают в апарат 1. В аппаратах 10 и 11 реакционный продукт охлаждают до 65⁰ С, а в аппаратах 12 и 13 медленно кристаллизуют диметилтерефталат, который отделяют от смеси метанола и гликоля в центрифуге 14. После промывки холодным метанолом получают диметилтерефталат, который может быть использован в процессе получения полиэфира.

После реализации любого из описанных процессов расщепления  отходов получают мономеры, часто  требующие дополнительной очистки. Такая очистка может быть осуществлена на установках синтеза этих мономеров  вместе с очисткой основного продукта.

5. Пути и приемы экологизации

Данный технологический  процесс сам является одним из способов экологизации, т.е. технология позволяет реализовать следующие экологические концепции: минимизация отходов, использование альтернативного сырья, утилизация отходов. В то же время, механическая и химическая переработка ПЭТФ также имеет негативное влияние на окружающую среду и также требует применения принципов экологизации производства, а именно, максимальное использование сырьевых и энергетических ресурсов, эффективное использование оборудования, утилизация твердых отходов, создание круговорота потоков.

Сортировка  пластиковых отходов и отделение посторонних включений полимерного и иного происхождения имеют первостепенное значение для всего производственного цикла. Проблему загрязнений можно рассмотреть на примере наиболее опасной полимерной примеси – ПВХ.  
В процессе совместной переработки ПЭТФ с ПВХ образуются кислоты, которые нарушают химическую и физическую структуру ПЭТФ, что приводит к появлению желтизны и делает материал ломким. В результате полученный вторичный материал оказывается непригодным для целого ряда применений. Негативное влияние примесей ПВХ может сказываться даже при очень небольшом содержании: всего 50 частей на миллион. Правда, существуют применения, в которых отклонение свойств материала в пределах определенной нормы вполне допустимо.  
Источники попадания ПВХ в ПЭТФ-сырье могут быть разными. Так, это могут быть бутылки из ПВХ, которые по внешнему виду напоминают ПЭТФ-тару. Кроме того, из ПВХ иногда изготавливают защитные пломбы, которые необходимо удалить при переработке. Также в некоторых случаях из ПВХ могут быть сделаны уплотнительные прокладки, а также этикетка.  
Кроме ПВХ и других пластмасс, с бутылочным ПЭТФ оказываются несовместимыми некоторые другие ПЭТФ-материалы. Из потока сырья необходимо исключить подозрительную тару, которая может быть изготовлена из них:  
- Лотки для разогрева в микроволновой печи.

- Многослойные ПЭТФ-контейнеры.

- Блистеры, стаканчики. Хотя  они могут быть изготовлены  из вполне подходящего материала,  часто бывают случаи применения  других полимеров, которые трудно  отличить.

1. В технологической системе необходимо создать замкнутый цикл потока:

- пара: перегретый пар выходит из реактора гидролиза и направляется к конденсаторам, по пути охлаждается, конденсируется, превращаясь в воду, и может использоваться в конденсаторах в виде охладителя;

- метанола и азота,  которые выделяются в ходе  процесса, и снова могут использоваться,  даже  без очистки; 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

На сегодняшний день в  городе Уфе проблема утилизации твердых бытовых отходов требует скорейшего решения. Один единственный полигон в Новых Черкассах используется уже более 20 лет, а строительство новой свалки, отвечающей современным требованиям, намеченное около деревни Красный Яр Уфимского района начнется не скоро. Жители селения не намерены повторять печальный опыт «черкассинцев» и превращать свой населенный пункт в отхожее место для всего мегаполиса.  В то время как во всем мире  наблюдается тенденция утилизации мусора не экстенсивным, а интенсивным путем, строительство нового полигона является неэффективным решением проблемы.

Что касается привлечения  иностранного капитала в данный, довольно прибыльный «мусорный» бизнес, кажется также экономически не продуманным решением.

В данной курсовой работе был  предложен возможный путь решения  назревшей проблемы. Были проанализированы существующие ныне технологии  химической переработки отходов ПЭТ-бутылок  – как наиболее экологически опасного и в то же время дорогого сырья.

Был выбран метод метанолиза – регенерация диметилтерефталата метанолом из ПЭТФ. Целесообразность данного выбора обосновывается при  рассмотрении  кинетики и термодинамики, технологической конструкции, экологизации процесса.

Процесс является достаточно экономичным: сырье, реагенты, катализаторы доступны и не дорогие. Возможность  создания круговорота веществ и  энергии делает технологию экологически чистым и ресурсосберегательным.

Актуальность темы курсовой работы и возможность реализации данного производства в будущем требует дальнейшего развития исследований на более высоком уровне, поэтому эта работа будет положена в основу дипломной работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1.  Алексей Фатыхов, Вторичный бизнес // Уфа, август, 2011.
2. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2010 году.
3. Вторичная переработка полимеров и создание экологически чистых полимерных материалов/ ИОНЦ «Экология природопользования», Екатеринбург, 2008.
4. Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов: Учеб. пособие,  под. ред. А.С. Клинкова, Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005.
5. http://www.newchemistry.ru
6. http://ru.wikipedia
7. http://www.ecologylife.ru
8. http://delovoigorod.ru
9. http://plastinfo.ru
10. Полиэфирные волокна/ под. ред. Б.В.Петухова, М., «Химия», 1976.