Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время проблема переработки отходов пленочных полимерных материалов имеет актуальное значение, в первую очередь с позиций охраны окружающей среды, но также и с тем, что в условиях дефицита полимерного сырья пластмассовые отходы становятся мощным сырьевым и энергетическим ресурсом.
Существует несколько способов утилизации отходов полимерных материалов, в частности захоронение в почву, сжигание, термические методы, создание биоразрушаемых полимеров. Но все эти методы имеют значительные недостатки, а именно: захоронение и сжигание приводят к загрязнению окружающей среды и сокращению земельных угодий, термические методы и создание биоразрушающихся полимеров требуют значительных финансовых затрат, сложны технологически. Поэтому наиболее приемлемым с точки зрения охраны окружающей среды и финансовых затрат является переработка отходов полимерных материалов механическим рециклингом.
Однако имеющаяся технология переработки отходов пленочных термопластичных полимерных материалов, включающая в себя измельчение, мойку, сушку, переработку в червячно-дисковых экструдерах, требует значительных затрат энергии, трудовых затрат, увеличения производственных площадей, существенных капитальных вложений, что приводит к увеличению себестоимости продукции.
В связи с этим актуальное научное и практическое значение имеют проведенные в настоящей работе исследования валкового оборудования и технологии процесса непрерывной переработки отходов пленочных термопластов, разработанная математическая модель, а также методика инженерного расчета основных конструктивных параметров валковых пластикаторов-грануляторов непрерывного действия и технологических параметров непрерывного процесса вальцевания с учетом заданного качества получаемого гранулята.
Работа выполнялась в соответствии с научно-технической проіраммоЙ Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (код 201 «Производственные технологии»), 2001-2004 гг.
Цель работы. Диссертационная работа посвящена разработке валкового оборудования и технологии процесса непрерывной переработки отходов пленочных термопластов.
В соответствии с этим в данной работе решались следующие задачи:
анализ современного состояния утилизации и вторичной переработки отходов полимерных материалов;
рассмотрение существующих технологий переработки отходов пленочных термопластов; ~ рос. национальная і
БИБЛИОТЕКА ]
ууа*21
разработка технологического процесса и валкового оборудования для вторичной переработки отходов пленочных термопластичных полимерных материалов;
создание экспериментальной валковой установки непрерывного действия по изучению процесса переработки отходов пленочных термопластичных полимерных материалов с изменением в широком диапазоне технологических и конструктивных параметров;
исследование влияния технологических параметров процесса вальцевания (частоты вращения валков, величины минимального зазора между валками, величины фрикции, величины «запаса» материала на валках) и конструктивных параметров оборудования (конструкции отборочно-гранули-рующего устройства, геометрических размеров фильеры) на свойства (показатель текучести расплава, предел прочности и относительное удлинение при разрыве) и производительность получаемого гранулята с целью выбора параметров управления;
разработка математической модели и программного обеспечения для расчета суммарной величины сдвига, характеризующей влияние различных технологических и конструктивных параметров процесса на физико-механические показатели получаемого гранулята;
разработка методики инженерного расчета основных параметров непрерывного процесса вальцевания и конструкции валковых пластикато-ров-грануляторов непрерывного действия с учетом заданного качества получаемого гранулята.
Научная новизна работы. Разработана математическая модель процесса переработки пленочных термопластичных полимерных материалов на валковых пластикаторах-грануляторах непрерывного действия, позволяющая рассчитывать суммарную величину сдвига, зависящую от различных технологических (частоты вращения валков, величины минимального зазора между валками, величины фрикции, величины «запаса» материала на валках) и конструктивных (конструкции отборочно-гранулирующего устройства, геометрических размеров фильеры) параметров процесса, при которой достигаются заданные физико-механические показатели получаемого гранулята.
Разработан технологический процесс вторичной переработки пленочных отходов термопластов на валковом оборудовании непрерывного действия.
Предложена методика инженерного расчета основных параметров непрерывного процесса вальцевания и конструкции валкового пластикатора-гранулятора непрерывного действия с заданным качеством получаемого гранулята.
Практическая ценность. Создана методика инженерного расчета и даны рекомендации по проектированию вновь разрабатываемого и модернизации существующего валкового оборудования непрерывного действия для переработки отходов пленочных термопластов с учетом заданной производительности и качества получаемого гранулята.
2 '" ,'>'..,
Создана экспериментальная установка, позволяющая определять технологические параметры процесса (частоту вращения валков, величину минимального зазора между валками, величину фрикции, величину «запаса» материала на валках) и конструктивные параметры оборудования (конструкцию отборочно-гранулирующего устройства, геометрические размеры фильеры)^ при которых достигаются максимальные прочностные показатели получаемого гранулята (предел прочности и относительное удлинение при растяжении).
Предложенная в работе математическая модель может быть также использована для расчета суммарной величины сдвига при непрерывной переработке на валковом оборудовании различных полимерных материалов.
Разработанные методика инженерного расчета и программное обеспечение внедрены на ОАО «НИИРТмаш» (г. Тамбов), что позволило сократить затраты времени на проектирование валковых ппастикаторов-грануляторов непрерывного действия.
Полученный на разработанной установке гранулированный из отходов вторичный полиэтилен низкой плотности используется на НПП ООО «Эласт» в производстве полиэтиленовых труб методом экструзии.
Программное обеспечение на ЭВМ для расчета основных параметров непрерывного процесса вальцевания и конструкции применяемого оборудования непрерывного действия используется в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 261201 по дисциплинам «Оборудование для производства тары и упаковки», «Утилизация упаковки» и магистров по программе 150400.26 по дисциплине «Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на межрегиональной научно-практической конференции «Природные ресурсы и учение В.И. Вернадского - основа устойчивого развития цивилизации» (Тамбов, 2003 г.), на IX и X научных конференциях, проведенных в Тамбовском государственном техническом университете в 2004 -2005 гг., на вторых Воскресенских чтениях «Полимеры в строительстве» (Казань, 2004 г.), на V Международной теплофизической школе (Тамбов, 2004 г.), на V Международной научно-технической конференции «Авиакосмические технологии "АКТ-2004"» (Воронеж, 2004 г.), на Международной научно-практической конференции «Новые технологии получения и переработки полимеров» (Москва, 2005 г) и на второй Международной заочной научно-практической конференции «Наука на рубеже тысячелетий» (Тамбов, 2005 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти Глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 81 наименования и 3 приложений. Содержит 89 страниц основного текста, 32 рисунка, 5 таблиц.
