123627 (592840), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Существующие методы механической переработки предполагают переработку одноразовых шприцев в разобранном виде, то есть цилиндр отдельно, поршень отдельно. Необходимым условием данных методов является тщательная сортировка шприцев, что значительно усложняет процесс. Поэтому цель данной работы заключается в изучении способов совместной переработки различных полимерных материалов, таких как полиэтилен и полипропилен, из которого и состоит шприц.

1.8 Добавки

1.8.1 Стабилизаторы

Свойства полимеров ухудшаются из-за деструкции расплава (при переработке), термодеструкции, долговременного теплового старения (термоокисление) и влияния атмосферных условий (включая фотоокисление). Некоторые из этих процессов ускоряются под действием ничтожных количеств металлов. Физические (солнечная радиация и другие высокоэнергетические излучение, тепло) и агрессивные химические агенты (кислород и его активные формы, вредные примеси в атмосфере, такие как NO_x, или SO₂), усиленные механическим воздействием, атакуют полимер одновременно или в поочередно идущих процессах.

Различия в склонности полимерных материалов к деструкции определяются различиями в химическом строении, и, в частности, присутствием деструкционно-чувствительных компонентов. Прогрессирующая деструкция усиливается или (сенсибилизируется неполимерными включениями, в том числе примесями металлов различного происхождения и фотоактивными красителями и пигментам. Химические изменения сопровождаются изменением внешнего вида полимера пожелтение, потеря глянцевитости или прозрачности, поверхностное растрескивание и нежелательным изменением механических свойств (среди которых удлинение при разрыве, прочность при растяжении, ударная прочность). Для ликвидации химических и физических напряжений на различных этапах своей жизни полимерные материалы нуждаются в стабилизации. Используемые стабилизаторы классифицированы в соответствии с основными механизмами их функционирования [12].

Связь между строением стабилизатора и его общей эффективностью определена для всех классов основных стабилизаторов, применяемых либо в виде отдельных добавок, либо (намного чаще) в виде физических смесей, защищающих полимеры с помощью различных механизмов действия [15].

1.8.2 Пластификаторы

Добавки, улучшающие перерабатываемость и эластичность полимерных материалов, или растягивающие полимер за счет уменьшения вязкости расплава или температуры стеклования и модуля упругости без изменения его химической формулы, называются внешними пластификаторами, наполнителями или технологическими маслами.

В качестве "внешних" пластификаторов используются различные органические соединения. Они присоединяются к макромолекулам физическими (Ван-дер-ваальсовыми) силами и включают вещества с температурой кипения свыше 300 °С. Среди них такие соединения, как ди-2-этилгексилфталат, ди-2этилгексиладипат, олигомеры дикарбоновых кислот с молекулярной массой до 3500, сложные эфиры тримеллитовой кислоты, эпоксидированные жирные кислоты или органические фосфаты, например, три-2-этилгексилфосфат или 2-этилгексилдифенилфосфат. Большинство фосфатов действуют как пламегасящие агенты, причем некоторые из них, одновременно подавляют дым [12].

Неизвлекаемые пластификаторы - это, в основном, сополимеры с существенно более низкой температурой стеклования, например, полиэтиленсовинилацетат с содержанием приблизительно 45% винилацетата, тройной полимер этиленвинилацетат-монооксид углерода или хлорированный ПЭ используются как "внутренние" пластификаторы в полимерных изделиях, предназначенных для применения в медицине. Сочетание внутренних и внешних пластификаторов может обеспечить оптимальный баланс свойств [11].

2. Технологическая часть

2.1 Описание технологического процесса вторичной переработки одноразовых шприцев и последующего изготовления гранул

Термопласты могут быть подвергнуты многократному расплавлению, что объясняется их молекулярным строением. Таким образом, их вторичное использование не влечет за собой особых проблем.

Предприятия, занимающиеся переработкой полимеров, давно знакомы с понятием вторичного использования, поскольку появление отходов связанных с технологией производства, в процессе изготовления изделий из полимеров неизбежно. Отходы измельчаются таким образом, чтобы избежать загрязнения и при наличии соответствующих условий, определенная их часть добавляется в первичное полимерное сырье.

Производство шприцев за короткое время достигло десятков миллионов штук в год. Полиэтилен и полипропилен, применяемый для их изготовления, практически не подвергается каким-либо структурным изменениям за короткий период эксплуатации, и представляет собой, таким образом, прекрасное сырье для вторичной переработки

Экструзионная линия по переработке одноразовых шприцев состоит из следующих стадий:

транспортировка отходов со слада к месту дробления;

транспортировка отходов по конвейерной ленте со встроенным металлодетектором;

передача отходов на ножевую дробилку мокрого размола;

процесс отмывания измельченных отходов в моечном лотке и одновременное отделение материала от посторонних примесей;

центробежная и термическая сушка материала;

очистка воды. Использованная вода фильтруется от посторонних включений и грязи и используется вновь;

полимерная масса подается на экструдер через смеситель силосного типа, который позволяет смешивать несколько партий;

процесс пластикации на экструдере;

нарезка стренгов на гранулы [4].

Технологическая схема получения гранул из отходов смеси полимеров изображена на рисунке 2.1

1-ножевая дробилка для мокрого размола; 2 - промывочный лоток; 3-центробежная и термическая сушилка; 4 - смеситель силосного типа; 5-экструдер; 6-ванна охлаждения; 7-сушилка.

Рисунок 2.1 - Технологическая схема получения гранул из медицинских шприцев

Прием вторсырья осуществляется в специальном помещении с хорошей вентиляцией. Поступаемые отходы вываливаются на сортировочный стол, представляющий собой решетку коробом внизу, предназначенным для мелкого мусора (песок, металлы и др.), крупные части отсортировываются вручную. Затем одноразовые шприцы взвешиваются, так как покупаются по весу, и упаковываются в передвижной контейнер, который передает на ножевую дробилку. Если отходы сильно загрязнены, рекомендуется проводить мокрый размол - в процессе измельчения подавать воду, смывающую загрязняющие полимерный материал частицы. Ножевая дробилка - это универсальный станок для измельчения "мягких и твердых" полимерных отходов. Размер частиц измельченного материала составляет от 6,5мм до 7,5мм.

После этого измельченный материал поступает в устройство, где происходит его мойка и разделение. Полимерная масса медленно проходит через промывочный лоток, перемещаясь в нем с помощью вращающихся на валу лопастей. Горячая вода, температурой 60-80°С, под давлением подается в ванну моющей машины, все тщательно перемешивается. Затем определенное время взвеси дают отстояться. В это время тяжелые примеси оседают на дне, а полипропилен и полиэтилен всплывает на поверхность, так как это самые легкие полимеры (не считая вспененных), имеют плотность 0,89 - 0,92 г/см^{3 [}17,18].

Грязь и частицы полимеров, плотность которых превосходит плотность воды, опускаются на дно, откуда время от времени удаляются. Фракция полимера снимается с поверхности воды и передается с помощью разгрузочного шнека на сушильную установку с одновременным предварительным обезвоживанием.

Вода, задействованная в процессе очистки отходов, фильтруется от посторонних включений и грязи и используется вновь. Циркуляция позволяет существенно снизить расход "технологической" воды.

Полимерная масса подается на экструдер через смеситель силосного типа, который позволяет смешивать несколько партий.

Очищенный регранулят поступает в бункер-накопитель, откуда пневмотранспортной сушилкой одновременно подсушивается и перемещается в бункер-накопитель экструдера.

Материал, проходя по цилиндру, уплотняется, расплавляется и гомогенизируется. Корректировку температурных режимов производят в процессе работы в зависимости от свойств сырья.

Для устранения воздуха, газа и летучих веществ материальный цилиндр оснащен прорезами. Выйдя из цилиндра, расплав поступает в зону грануляции. Здесь материал продавливается через головку экструдера с отверстиями, и в виде жгутов (диаметр 2 мм, количество 70 штук), которые сразу после выхода из головки режутся специальным устройством на гранулы, которые падают в воду. Далее гранулы сушатся в сушилке, остывают и попадают в бункер-накопитель и идут на упаковку в мешки [4].

2.2 Характеристика исходного сырья и вспомогательных материалов

В качестве вторичного сырья в данной дипломной работе используются одноразовые шприцы, после их использования. Поскольку шприц состоит на 50% из полиэтилена и на 50% полипропилена, то исходное сырье рассматривается как композиция так как в процесс переработки не входит отделение полипропиленовых частей от полиэтиленовых.

2.3 Описание основного технологического оборудования

Линия переработки отходов состоит из:

ножевая дробильная установка (1 шт),

промывочный лоток,

циклон для очистки воды,

загрузочный бункер,

экструдер,

сушилка.

Если используется разноцветное исходное сырье, то его подвергают окрашиванию в единый цвет. Используют любые красители, цвет зависит от заказчика. Как правило, гранулы окрашивают в цвета более темные, чем первоначальное сырье [17].

2.3.1 Дробильная установка

Механизм разрушения полимерных материалов принципиально отличается от процессов, протекающих при измельчении низкомолекулярных соединений, так как энергия разрушения полимеров расходуется главным образом на механические потери. Это относится как к пластмассам, так и в еще большей степени к резинам, то есть материалам, способным к значительным обратным деформациям. Поэтому оптимальные условия для измельчения данного вида отходов возникают при высоких скоростях деформирования. Разрушению также способствует снижение температуры, при которой материал становится стеклообразным и, следовательно, более хрупким [10].

В процессе работы производительность установки постепенно падает вследствие затупления или поломки ножей. Поэтому при падении производительности измельчителя на 20-30% от первоначального значения при работе на одном материале необходимо затачивать и проверять ножи [9].

На рисунке 2.2 показана конструкция роторно-ножевого измельчителя.

1 - поворотная плита; 2 - электродвигатель; 3 - лоток; 4 - съемная калибрующая решетка; 5 - ротор; 6 - статор; 7 - маслоотражатели; 8 - ножи ротора; 9 - загрузочный бункер; 10 - маховик;

11 - упорные подшипники; 12 - маслодробители; 13 - регулируемые ножи статора; 14 - штуцер для подачи воды.

Рисунок 2.2 - Конструкция роторно-ножевого измельчителя

Криогенная техника измельчения полимерных отходов по сравнению с измельчением при комнатной температуре имеет ряд преимуществ. В частности, расход энергии на измельчение полимерных отходов на одной из таких установок, созданных и используемых в Японии для утилизации полимерных деталей выпускаемой фирмой "Хитачи" электробытовой аппаратуры, составляет 6 Вт ч/кг отходов [18, 19].

2.3.2 Моечная машина

Для очистки дробленого полимерного материала от посторонних примесей, которые в полимерных отходах присутствуют в достаточном количестве, используем машину для отмывания и идентификации полимерных отходов. Моечная машина состоит из моечной ванны, электронасоса, установок для очистки и прогрева воды.

Моечная ванна представляет собой барабан, в него подается дробленый материал, затем под давлением заливается горячая вода (60-80 °С), и все тщательно перемешивается.

Затем взвесь отстаивается, а в это время происходит деление материалов по плотности. Материалы с плотностью, меньшей плотности воды (полиэтилен, полипропилен), всплывают на поверхность, а с большей плотностью (т.к процесс визуального отбора на стадии приемки вторсырья не идеален) - оседают на дне (медицинские иглы) вместе с инородными частицами - например, песка, и других видов материалов. После разделения материалов по плотности, специальные щупы собирают с поверхности весь всплывший материал и вываливают его в бункер-накопитель сушильного агрегата [19].

2.3.3 Стадия очистки воды

Вода, задействованная в процессе очистки отходов, фильтруется от посторонних включений и грязи и используется вновь. Циркуляция позволяет существенно снизить расход "технологической" воды. Полимерная масса подается на экструдер через смеситель силосного типа, который позволяет смешивать несколько партий [20].

2.3.4 Циклон

Новые методы отделения удельно легких видов полимеров от тяжелых связаны с применением гидроциклонов или центрифуг. Схема гидроциклона показана на рисунка 2.3 Принцип отделения основан на центробежных силах, при воздействии которых тяжелые частицы из водянистой полимерной суспензии выбрасываются наружу, а более легкие стекают внутрь гидроциклонов [17].

Решающие факторы, определившие выбор гидроциклона в данной работе:

невысокая стоимость;

невысокие эксплуатационные расходы;

простое обслуживание;

высокая производительность.

2.3.5 Загрузочный бункер

После дробления и окончательной промывки термопласт загружают в экструдер-гранулятор через загрузочный бункер, с помощью пневмозагрузчика. Операция загрузки требует особого внимания, так как самое кратковременное прекращение подачи материала приводит к падению напора расплава в машине, нарушению технологического процесса и получение гранул неправильной формы. Для крошки и стружки загрузочные бункеры оснащаются мешалками-ворошителями, изображенной на рисунке 2.4 [19].

Рисунок 2.3 – Гидроциклон

Характеристики

Список файлов ВКР