Введение к работе
Актуальность темы. Использование природных ресурсов – ископаемого сырья, воды и растительной биомассы сопряжено с их истощением и образованием больших объемов экологически опасных отходов. Ужесточение законодательных актов по экологической безопасности производств, понуждает производителей уделять особое внимание как на совершенствование технологических процессов, так и на увеличение доли рациональной утилизации отходов. Переработка макулатуры в бумагу и картон отличается существенным ресурсо- и энергосбережением, сохраняет и оздоровляет экологию.
Бумага или картон, ламинированные полиэтиленовой пленкой и/или алюминиевой фольгой являются сырьем для производства упаковки жидких и пастообразных пищевых продуктов (пакеты Тетра Пак различной формы и емкости). Отходы производства пакетов и использованные пакеты представляют собой крупнотоннажные ресурсы вторичного сырья – макулатуры, отнесенной к группе «В», марке МС-11В. Это сырье ценно тем, что позволяет получать волокно, полиэтилен или полиэтиленалюминиевый агломерат. Годовые объемы такого сырья в мире составляют миллионы тонн. В России ежегодно образуется более 280 тыс. т отходов от производства упаковки Тетра Пак.
Однако, ввиду сложности удовлетворительного отделения целлюлозного волокна от полиэтиленовой пленки и алюминиевой фольги, из-за отсутствия эффективных технологий селективного разделения фракций, ресурсы волокна макулатуры МС-11В до настоящего времени не находят должного использования. Актуальность и перспективность переработки макулатуры МС 11В состоит в полезной утилизации крупнотоннажных экологически опасных отходов, относящихся к 4 классу опасности (срок естественного распада более 400 лет).
Подтверждением актуальности и важности переработки макулатуры марки
МС-11В, является то, что диссертационное исследование выполнено в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы » по государственному контракту №14.527.12.0023 от 20.10.2011 «Разработка и опытно-промышленное внедрение комплексной технологии безотходного рециклинга отходов производства и потребления композиционных слоистых упаковочных материалов».
Цель диссертации: Разработка установки и технологии получения композиции волокнистой массы из макулатуры МС 11В Тетра Пак и МС-5Б, с повышенным уровнем физико-механических показателей для производства высших марок флютинга и тест-лайнера, а также ценного вторичного продукта – полиэтилена или полиэтиленалюминиевого агломерата.
Для достижения цели в диссертации были поставлены и решены задачи:
1. Провести исследование качества макулатуры МС-11В.
2. Обосновать принципиальную схему технологической установки для получения композиции волокнистой массы из макулатуры марок МС-11В Тетра Пак и МС-5Б с повышенными физико-механическими показателями и полиэтиленового или полиэтиленалюминиевого сырья.
3. Обосновать конструкцию и модернизировать гидроразбиватель для совместного роспуска макулатуры марок МС-11В Тетра Пак и МС-5Б.
4. Исследовать влияние технологических факторов работы установки на качество композиции массы из МС-11В и МС-5Б.
5. Исследовать физико-механические показатели волокна из Тетра Пак.
6. Исследовать физико-механические показатели флютинга и тест-лайнера из полученной на промышленной установке композиции волокнистой массы.
7. Исследовать проклейку и повышение прочности флютинга и тест-лайнера из полученной композиции волокна клеем «Ультрасайз 200» и полимерным связующим ВИМ DS 2801.
8. Провести оценку экономической эффективности использования результатов диссертационного исследования в действующей технологической установке.
Научная новизна. В диссертации получены новые данные:
Предложена и экспериментально обоснована технология разволокнения упаковки Тетра Пак на установке с двумя динамическими элементами (роторами). Принцип действия установки основан на интенсивном безреагентном механическом разделении компонентов упаковки Тетра Пак при концентрации массы 16-18 % за счет создания гидродинамического турбулентного потока массы.
Установлена высокая эффективность механического разделения макулатуры Тетра Пак на составные части с высокой степенью регенерации каждого из компонентов. Определен режим совместного роспуска макулатуры Тетра Пак и МС-5Б, обеспечивающий отделение 97-98% волокна от неволокнистых компонентов.
Установлена невозможность достижения полной очистки волокна от полиэтилена механическим воздействием, так как микрочастицы полиэтилена массой около 1 % прочно связываются с волокном в процессе изготовления упаковки Тетра Пак.
Показано, что повышение потенциала бумагообразующих свойств бумажной композиции обеспечивается большей длиной и меньшим ороговением волокна макулатуры Тетра Пак в сравнении с макулатурой МС-5Б.
Практическая ценность. Ценными для практического использования являются:
- предложенная и созданная установка, технология и технические решения рециклинга композиции волокнистой массы, полимера и алюминия из макулатуры МС-11В и МС-5Б типа «Тетра-Пак»;
- бумажная масса из поликомпонентных отходов – макулатуры МС-5Б и МС-11В типа «Тетра-Пак» для производства высококачественного флютинга и тест-лайнера;
- технические и технологические решения для обеспечения стабильной и эффективной работы бумагоделательной машины.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на конференциях: «Современные научные основы и инновационные технологии бумажно-картонных материалов с использованием вторичного волокна из макулатуры», Караваево, 2006 г., «Научные основы инновационных технологий бумаги и картона», Полотняный Завод, 2008 г., «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья», Барнаул, 2009 г., «Гофрокартон от сырья до печати», Санкт-Петербург, 2008 г., «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья», Барнаул, 2009 г., «Новейшие технологии в производстве бумаги из макулатурного сырья и переработке гофрокартона», Караваево, 2009 г.
Опытно-промышленные испытания и технико-экономическая оценка. Результаты диссертационного исследования испытаны и внедрены в ООО «Экологические технологии». Это подтверждено актами опытно-промышленных испытаний и внедрения. Экономический эффект за 2011-2012 г.г. составил 17,3 млн. руб.
Обоснованность и достоверность результатов и выводов. Обоснованность и достоверность результатов работы и выводов по работе подтверждается применением современных методов и методик, приборов и оборудования, использованием статистических методов обработки результатов исследований, выполнением необходимого количества исследований; использованием аккредитованных лабораторий, поверенных приборов и оборудования.
Выводы по диссертации экспериментально подтверждены.
Личный вклад. Автором предложена, сконструирована и построена технологическая установка для получения волокнистой композиции из макулатуры марки МС-5Б и МС-11В Тетра Пак. Отработана технология производства тест-лайнера и флютинга из получаемой волокнистой композиции. Выполнены экспериментальные исследования, обработаны результаты и объяснены закономерности процессов, сформулирована научная новизна, практическая значимость и общие выводы. Участвовал в опытно-промышленных испытаниях установки и внедрении результатов исследований в производство.
Место проведения исследований. Работа выполнена на предприятии Общество с ограниченной ответственностью «Экологические технологии».
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 научных трудах, в т. ч. в журналах, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, опубликовано 4 научных статьи и 6 работ – в материалах конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и трех глав: аналитического обзора литературы, методической части, экспериментальной части, состоящей из 7 разделов, общих выводов, 2-х приложений на 4 стр., библиографического списка первоисточников, включающего 154 наименования на 12 стр. Диссертация изложена на 140 стр. машинописного текста, включая 17 таблиц, 43 рисунка.
Автором на защиту выносятся следующие основные результаты работы:
-
Результаты исследований качества макулатуры МС-11В Тетра Пак.
-
Технологическая схема установки для получения волокнистой массы, полиэтилена или полиэтиленалюминиевого агломерата из макулатуры МС-11В и МС-5Б.
-
Обоснование конструкции и модернизации гидроразбивателя для получения композиции массы полиэтилена или полиэтиленалюминиевого агломерата из макулатуры МС-11В и МС-5Б.
-
Результаты влияния основных факторов технологических процессов установки на качество композиции массы из макулатуры МС-11В и МС-5Б.
-
Данные исследования физико-механических показателей волокна Тетра Пак.
-
Данные физико-механических показателей флютинга и тест-лайнера из композиций массы, полученных на промышленной установке.
-
Результаты проклейки и повышения прочности флютинга и тест-лайнера из композиции массы макулатуры МС-5Б и МС-11В клеем «Ультрасайз 200» и полимерным связующим ВИМ DS 2801.
-
Оценка экономической эффективности использования результатов диссертационного исследования в производстве ООО «Экологические Технологии».
