Переработка одноразовых шприцов

/>/>Реферат
Дипломный проект на тему «Переработкаодноразовых шприцев». Дипломный проект содержит 103 страницы, 18 рисунков,34 использованных источников.
Полимеры, полипропилен,полиэтилен, композиции, переработка, твердые бытовые отходы, утилизация,дробление, мойка сушка, грануляция, «горячее» гранулирование, шприц,показатель текучести расплава (ПТР).
Объектом по переработке являетсялиния по переработке бытовых полиэтиленовых и полипропиленовых отходов.
Данная линия перерабатываетиспользованные одноразовые шприцы с целью получения вторичного сырья изкомпозиции на основе полиэтилена и полипропилена.
В экспериментальной частипроекта обосновано (доказано), что возможно перерабатывать композиции в готовоеизделие. При этом физико-механические свойства композиции практически непретерпевают значительных изменений.
Актуальность проблемы утилизацииодноразовых шприцев заставляет задуматься об их вторичном использовании.

/>/>Содержание
1. Литературный обзор
1.1 Проблема утилизации полимерных отходов
1.2 Классификация полимерных отходов
1.3 Проблема утилизации медицинских отходов
1.4 Классификация одноразовых шприцев и способы их переработки
1.5 Свойства вторичных полимерных материалов
1.5.1 Свойства вторичного полиэтилена
1.5.2 Свойства вторичного полипропилена
1.5.3 Смеси пластиков
1.6 Молекулярные полимер-полимерные композиции. Некоторыеаспекты получения
1.7 Продукты деструкции вторичнопереработки полиолефинов
1.7.1 Окислительная деструкция
1.7.2 Термическая деструкция полиолефинов
1.7.3 Механическая деструкция
1.8 Добавки
1.8.1 Стабилизаторы
1.8.2 Пластификаторы
2. Технологическая часть
2.1 Описание технологического процесса вторичнойпереработки одноразовых шприцев и последующегоизготовления гранул
2.2 Характеристика исходного сырья и вспомогательныхматериалов
2.3 Описание основного технологического оборудования
2.3.1 Дробильная установка
2.3.2 Моечная машина
2.3.3 Стадия очистки воды
2.3.4 Циклон
2.3.5 Загрузочный бункер
2.3.6 Экструдер-гранулятор
2.4 Расчетная часть
2.4.1 Материальный баланс процесса производства вторичныхгранул на основе композиций полиэтилена иполипропилена
2.4.2 Расчет производительности экструдера
3. Экспериментальная часть
3.1 Оценка реологических свойств полимера и композиций наих основе
3.2 Объекты исследования иметодика проведения эксперимента
3.3 Результаты эксперимента
3.4 Обсуждение результатов
4. Автоматизация производственных процессов
4.1 Основы автоматизации производства
4.2 Основные характеристики системы автоматизациипроектируемого экструдера
4.3 Регулирование значений температуры различных зонпластикационого канала
4.4 Контроль и регулирование давления расплава впластикационном канале экструдера
4.5 Пульты управления
5. Безопасность и экологичность
5.1 Анализ опасностей и вредныхфакторов на предприятии по производству пластиковой посуды ООО«Алькор»
5.2 Обеспечение безопасности
5.2.1 Роторная дробилка
5.2.2 Расчет искусственного освещения
5.3 Охрана окружающей среды
5.3.1 Характеристика загрязнений
5.3.2 Очистка сточных вод
5.4 Ликвидация и предупреждение чрезвычайных ситуаций
5.4.1 Возможные чрезвычайные ситуации
5.4.2 Планы ликвидации аварий
6. Бизнес-план инвестиционного проекта
6.1 Характеристика предприятия
6.2 Характеристика производимой продукции и оценка рынкасбыта продукции
6.3 Расчет производственной программы
6.3.1 Режим работы цеха
6.3.2 Определение количества оборудования
6.4 Определение капитальных затрат
6.5 Расчет фонда оплаты труда
6.5.1 Составление баланса рабочего времени
6.5.2 Определение фонда заработной платы рабочих
6.6 Расчет фонда оплаты труда приведен в таблице 6.4
6.6 Расчет себестоимости продукции
6.6.1 Определение стоимости сырья и материалов на единицу продукции
6.6.2 Проектная калькуляция себестоимости продукции
6.7 Финансовая оценка инвестиции
6.7.1 Расчет прибыли
6.7.2 Расчет рентабельности
Заключение
Список использованных источников
/>/>Введение
В современном мире существуетсвыше 400 различных видов пластмассовых отходов. Универсального решенияэкологической проблемы не найдено до сих пор, поэтому идея радикального решенияпроблемы отходов остается актуальной. Из-за специфических свойств полимерныхматериалов, которые не подвергаются гниению, коррозии, а при сжигании полимеровобразуется токсичная зола и газы, такие как аммиак, оксиды азота, хлороводород,диоксины, — проблема их утилизации носит, прежде всего, экологический характер.Наряду с этим возникают экономические проблемы, так как постепенно возрастаютпотребности в удешевлении сырья для производства полимеров [1].
Полимерные отходы — это ценноесырье, которое можно регенерировать и повторно использовать для полученияполимерных материалов или как сырье для получения мономеров, олигомеров,смазочных масел, строительных материалов, и, наконец, как топливо.
Материальные и энергетическиеценности, заключенные в отходах, относительно небольшие затраты на регенерациюпредопределяют получение существенного экономического эффекта, усиливающегосяблагодаря экономии первичного сырья.
Поэтому, в последнее время,большой интерес представляет собой вторичная переработка с получениемматериалов, продуктов, изделий, пригодных к дальнейшему использованию. Встранах Западной Европы наибольшее распространение получил механическийрециклинг. Во Франции и Германии способом механического рециклингаперерабатывается 20% полимерных отходов [2,3].
На сегодняшний день от общегообъема ТБО количество образующихся отходов одноразовых шприцев составляет 2%. Системысбора, удаления, переработки и обезвреживания, медицинских отходов в России внастоящее время несовершенны. Количество медицинских отходов имеет устойчивуютенденцию к интенсивному росту [3].
Использованные одноразовыешприцы чаще не проходят процесс сортировки, т.е. не отделяются поршень, цилиндри игла, которые состоят из разных материалов (ПЭ, ПП и металл соответственно). Приэтом следует уточнить, что металл всегда легче отделить от полимерныхматериалов. Отделение же таких материалов, как ПП и ПЭ, в автоматическом режимепредставляет собой достаточно дорогостоящий процесс. Поэтому целью данногодипломного проекта явилась разработка технологической линии по переработкеодноразовых шприцев во вторичное сырье.
Задачами данного дипломногопроекта являются:
Обзор методов по проблемепереработки одноразовых шприцев.
Определение реологическиххарактеристик (ПТР, эффективная вязкость, напряжение сдвига, скорость сдвига),с целью определения возможности совместной переработки композиций на основеполимеров ПП и ПЭ.
Создание технологической линиипо переработке одноразовых шприцев.
/>/>/>1. Литературный обзор
/> />1.1 Проблема утилизацииполимерных отходов
За один только год в Россииобразуется почти 750 тыс. т полимерных отходов. Около 10% перерабатывается. Переработкеподвергаются, главным образом, отходы производства, и лишь некоторые отходыпотребления.
Утилизация полимерных отходовявляется не менее сложным и дорогостоящим делом, чем производство изделий изполимеров, поэтому большинство отходов складируют вместе с другим мусором насвалках [3,4].
Полностью безотходных технологийв природе не существует, поэтому следует заниматься не только поискоммалоотходной технологии, но в большей мере поиском способов утилизации отходов.
Различают три источникаобразования полимерных отходов:
1. Отходы синтеза полимеров,которые образуются при осуществлении процессов синтеза полимеров. Это — низкомолекулярные фракции полимеров, отходы в виде слитков — выливов, отходовчистки аппаратов, россыпей и др.
2. Отходы переработки полимерныхматериалов в изделия. Это — бракованные изделия, литниковые системы, слитки изсмесей полимеров, образующиеся при чистке аппаратов и другие технологическиеотходы.
3. Отходы потребления — этоизношенные (амортизированные) изделия, которые утратили свои потребительскиесвойства вследствие физического или морального износа. Это — упаковка,транспортная тара, предметы домашнего обихода, детали машин, приборов и др. Отходыпотребления составляют около 85% всех полимерных отходов и по своему объемуприближаются к объему выпуска полимерных материалов [5].
Полимерные отходы потребления всвоем составе содержат до 50% полиолефинов, до 15% полистиролов и ихсополимеров, около 10% поливинилхлоридных пластикатов, около 10% полиэтилентерефталатаи в небольших количествах других полимеров.
/> />1.2 Классификацияполимерных отходов
Полимерные отходы разделяют наотходы производства (технологические) и потребления. Различают следующие типыклассификаций, которые представлены в таблице 1.1 [5,6].
Таблица 1.1 — Классификацияполимерных отходовТип классификации Наименование Характеристика По сложности и цене утилизации С хорошими свойствами чистые отходы производства (литники, обрезки, облой, брак), условно чистые отходы потребления Со средними свойствами отходы производства и потребления, содержащие допустимое количество загрязнений, а также отходы от производств пищевого назначения. Трудно утилизируемые отходы сильно загрязненные и смешанные отходы производства и потребления, отходы из композиционных материалов, детали бытовой и автомобильной техники По видам и типам полимеров Отходы крупнотоннажных и дорогих конструкционных пластиков ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПС, АБС, ПА, ПК, ПЭТ, ПВХ Отходы упаковки, мебельного производства, строительства использованная тара из ПЭТ, двух — или многослойные пленки для упаковки пищевых продуктов: ПП/ПА, ПП/ПЭТФ, ПЭ/ПЭТФ, смешанные отходы ПС, ПП, ПЭНП, ПЭВП, ПЭТ, АБС. По способам утилизации и их экологическому воздействию Повторное использование Все виды отходов Переработка отходов полимеров в мономеры и искусственное топливо (пиролизно-сырьевой метод) Все виды отходов Сжигание с целью получения тепловой и электрической энергии (энергетический метод) Все виды отходов Захоронение на полигонах общего назначения (закапывание). Все виды отходов />/>/>1.3 Проблема утилизациимедицинских отходов
Медицинские отходы значительноотличаются от остальных отходов тем, что в них кроется опасность для человека,обусловленная, прежде всего наличием в их составе возбудителей различныхинфекционных заболеваний, токсических, а нередко и радиоактивных веществ. Ктому же длительность выживания в таких отходах патогенных микроорганизмовдостаточно велика. Так, например, если в 1г бытовых отходов содержится 0,1-1млрдмикроорганизмов, то в медицинских — до 200-300млрд микроорганизмов. При этомследует учитывать, что количество медицинских отходов имеет тенденцию кинтенсивному росту, а вследствие увеличения номенклатуры применяемых средств — еще и к вариабельности состава. Проблема утилизации медицинских отходов привлекаетк себе все более пристальное внимание. Еще в 1979г. Всемирная организацияздравоохранения (ВОЗ) отнесла отходы медицинской сферы к группе особо опасных иуказала на необходимость создания специализированных служб по их уничтожению ипереработке. Базельская конвенция в 1992г. выделила 45 видов опасных отходов,список которых открывают клинические отходы. К 2005г. в мире, по обобщеннымданным, их накопилось уже около 1,8 млрд, что составляет примерно 300кг накаждого жителя планеты. Особую опасность представляют инъекционные иглы ишприцы, поскольку неправильное обращение с ними после применения может привестик их использованию [2,6,7].
Переработка отходов медицинскогоназначения, в частности одноразовых шприцев, остается на сегодняшний деньвесьма актуальной проблемой. Во многих областях России сложилась критическаяобстановка по сбору и сортировке медицинских изделий [2,4].
Медицинские отходы составляютоколо 2% от общего объема твердых бытовых отходов. В России в настоящее времяобразуется 0,6-1 млн. тонн медицинских отходов в год. Система сбора, удаления,переработки и обезвреживания медицинских отходов в нашей стране поканесовершенна, при этом количество их имеет устойчивую тенденцию к интенсивномуросту [3].
В городе Магнитогорске ежегоднообразуется до 130 тонн медицинских одноразовых шприцев.
В таблице 1.2 указанымедицинские учреждения города и сколько тонн в год приходится на каждоеучреждение.
Таблица 1.2 Отходы одноразовыхшприцев в городе МагнитогорскеНаименование учреждение Количество в городе Количество на одно учреждение, тонн/год Сумма, тонн/год Больницы 9 5,2 46,8 Диспансеры 10 3 30 Санатории 11 1 11
Поликлиники
Взрослые
Детские
16
9
1,5
1,0
24
9 Ветлечебницы 3 0,7 2,1 Лаборатории 3 0,1 0,3
Роддома
Консультации
Итого
3
5
0,33
0,5
0,99
2,5
126,7
На полигонах ТБО уничтоженныемеханическим путем фармацевтические препараты резко увеличивают токсичностьобразующегося фильтрата, что создает риск загрязнения не только почвы, но иподземных водоносных горизонтов.
ВОЗ декларирует следующиеположения, касающиеся переработки медицинских отходов:
использование всемипроизводителями одной и той же пластмассы для изготовления шприцев и другихизделий однократного применения, чтобы облегчить их утилизацию;
преимущественное использованиемедицинских устройств, не содержащих поливинилхлорид [6,8]./>/>/>1.4 Классификация одноразовыхшприцев и способы их переработки
Сегодня на отечественномфармацевтическом рынке широко представлены стерильные изделия медицинскогоназначения. Производители постоянно совершенствуют и расширяют их ассортимент. Особоеместо среди них занимают шприцы инъекционные одноразового применения. В первуюочередь это определяется их использованием как медицинскими специалистами дляоказания помощи больным с тяжелыми патологическими процессами, так и далекимиот медицины людьми для оказания помощи себе или своим близким и знакомым.
Шприц состоит из цилиндра и шток- поршня (разборного или неразборного). Цилиндр имеет наконечник-конус типа«Луер», упор для пальцев и градуированную шкалу. Узел шток-поршеньсостоит из штока с упором, поршня с уплотнителем и линией отсчета [3,5].
Материалы, из которых изготовляют шприцы,зависят от их конструкции, назначения и метода стерилизации. Материалы должныбыть совместимы с инъекционными препаратами.
Для изготовления цилиндров рекомендуются восновном определенные сорта полиэтилена высокой плотности, полистирола исополимера стирола и акрилонитрила, отвечающие фармакопейным требованиям. Поршниизготовляют из высококачественной натуральной (натуральный каучук) иискусственной (силиконовый каучук) резины. Для штоков и уплотнителей,неразборных шток-поршней используется полипропилен [4].
В таблице 1.3 представленаклассификация одноразовых шприцев.
Таблица 1.3 — КлассификацияшприцевТип классификации Виды шприцев По строению двухкомпонентные (цилиндр и поршень) трехкомпонентные (цилиндр, поршень и плунжер) По объему малого объема (0,3, 0,5 и 1 мл) стандартного объема (2, 3, 5, 10 и 20 мл). большого объема (30, 50, 60 и 100 мл). По типу присоединения иглы разъем типа Луер, который исключает размыкание шприца от иглы; По типу присоединения иглы разъем типа Луер-Лок, при котором игла вкручивается в шприц; шприц с несъемной, интегрированной в корпус цилиндра иглой.
На сегодняшний день существуютразличные способы переработки одноразовых шприцев, схема которых представленана рисунке 1.2/> />
Рисунок 1.2 — Способы переработки одноразовых шприцев
1) Термические методы
а) Инсинерация (Сжигание)
Термический метод уничтоженияотходов, а попросту, их сжигание уже не является оптимальным решением проблемымедицинских отходов. Установки, предназначенные для сжигания отходов (инсинераторы)были широко распространены в мире еще 10-15 лет назад. Но с тех пор многоеизменилось. В частности, выяснилось, что сжигание не так уж и безобидно и привсех своих достоинствах обладает такими неприятными особенностями, как,например, образование диоксинов. Диоксины — это загрязнители, выделяющиеся присжигании отходов, вызывающие ряд заболеваний, включая рак, повреждения иммуннойсистемы, нарушение деятельности репродуктивной и других систем организма. Крометого, они обладают свойством биокумуляции, то есть способны перемещаться попищевым цепям от растений к животным, концентрируясь в мясе и молоке и, какрезультат, в теле человека. Диоксины являются предметом особого беспокойства,так как повсеместно распространяются в окружающей среде человека на техуровнях, на которых способны вызвать нарушения жизнедеятельности живыхорганизмов. Поэтому целые популяции уже сейчас страдают от пагубных последствийвоздействия диоксинов. Инсинераторы также вносят свой «вклад» взагрязнение окружающей среды ртутью, сильнодействующим нейротоксином,ослабляющим двигательные, сенсорные и ряд других функций [4].
Инсинераторы — источникпоступления в окружающую среду значительных количеств тяжелых металлов, таких,как свинец, кадмий, мышьяк и хром, а также галогенсодержащих углеводородов,кислотных паров («предшественников» кислотных дождей, частиц,приводящих к заболеванию дыхательной системы), парниковых газов.
Сегодня проблема распространениязагрязнителей не решается должным образом: они просто перемещаются из однойсреды (воздуха) в другую (почву или воду).
Зола из инсинераторов крайне токсична,на что часто не обращают должного внимания. Захоронение фильтров и золы наполигонах ТБО также не безопасно, поскольку есть вероятность попадания токсиновв грунтовые воды; в некоторых местах зола просто рассеивается и попадает внаселенные или сельскохозяйственные районы.
Большинство специалистовприходят к мнению, что сжигание — это неустойчивая и устаревшая форма обращенияс медицинскими отходами [4,9].
б) Пиролиз
Альтернативой обычным методамтермической переработки твердых отходов являются технологии, предусматривающиепредварительное разложение органической фракции отходов в бескислороднойатмосфере (пиролиз), после чего образовавшаяся концентрированная парогазоваясмесь (ПГС) направляется в камеру дожигания, где в режиме управляемого дожигагазообразных продуктов происходит перевод токсичных веществ в менее илиполностью безопасные.
К принципиальным положительнымособенностям бескислородных пиролизных технологий уничтожения органическихматериалов, позволяющих обеспечить экологическую безопасность выбросов, в томчисле и хлорсодержащих, относятся:
возможность управляемогосжигания при высокой температуре концентрированной неразбавленной парогазовойсмеси (теплота сгорания — 6 680-10 450 кДж/м3), что позволяет обеспечитьвысокую (1200-1300 °С) температуру всего объема продуктов сгорания;
выделяющийся при пиролизехлорсодержащих материалов активный хлор уже в камере термического разложениянемедленно реагирует с обязательным продуктом пиролиза любой органики — водородом, образуя стойкое соединение HCl, которое легко нейтрализуется настадии доочистки. Тем самым предотвращается образование диоксинов и фуранов.
Кроме улучшенных по сравнению синсинераторами экологических показателей одним из достоинств пиролизныхустановок является то, что для них не надо строить капитальные сооружения ивысокие дымовые трубы. Установки могут монтироваться под навесом или в ангарахлегкого типа на бетонном основании.
Плазменная технология.
В плазменных системахиспользуется электрический ток, который ионизирует инертный газ (например,аргон) и формирует электрическую дугу с температурой около 6000°C. Медицинскиеотходы в этих установках нагреваются до 1300-1700 °C, в результате чегоуничтожаются потенциально патогенные микробы, и отходы преобразовываются вшлак, металлы и инертные газы.
2) Альтернативные методы
Вынужденное сокращениеиспользования установок для сжигания отходов стало причиной создания новогопроизводства — альтернативных систем обработки медицинских отходов. В настоящеевремя существует более 40 таких систем, производимых более чем 70изготовителями в США, Европе, на Ближнем Востоке и в Австралии. Они различаютсяпо пропускной способности, мощности, степени автоматизации и сокращению объемаобрабатываемых отходов. В их основе лежит один или несколько следующих методов:
нагревание отходов минимум до 90-950°C посредством микроволновых печей, радиоволн, горячего масла, горячей воды,пара или перегретых газов;
обработка отходов химикалиямитипа гипохлорита натрия или диоксида хлора;
обработка отходов горячимихимикалиями;
обработка медицинских отходовисточником радиации.
а) Химические утилизаторы
В химических утилизаторах отходыподвергаются воздействию обеззараживающих химических веществ, в результате чегоутрачивают свою эпидемиологическую опасность. Существует несколько такихспособов нейтрализации отходов. Однако, поскольку получаемый в результатеобработки продукт нуждался в нейтрализации, эти способы не нашли практическогоприменения. Одной из наиболее удачных разработок можно считать химическийутилизатор «Стеримед-1». В этих аппаратах происходит механическоеизмельчение загружаемых отходов (что делает их непригодными для повторногоиспользования) с одновременной обработкой дезинфицирующей жидкостью «Стерицид»,состоящей из глютарового альдегида, составов четвертичного аммония и алкоголя. Заодин цикл продолжительностью 15-20 мин. установка «Стеримед-1» способнапереработать около 70л загружаемых отходов. Выгрузка отработанногодезинфектанта в подставленную предварительно емкость происходит автоматически,он сепарируется и сливается в канализацию. Установки перерабатывают практическилюбые медицинские отходы, кроме биологических. Следует избегать большихколичеств стеклянных и пластиковых отходов, которые выводят из строяизмельчитель.
Главный недостаток химическихутилизаторов — необходимость постоянного использования дорогогозапатентованного дезинфектанта. Кроме того, отмечаются повышенная шумность приработе аппарата и чересчур высокая влажность отходов на выходе. Дороговизнатехнического обслуживания и запасных частей (например, измельчителя) такжезаставляет некоторых потенциальных покупателей отказаться от приобретения такихустановок.
б) Термохимические утилизаторы
Термохимические установкисочетают в себе нагревание отходов с их обработкой дезинфицирующими составами. Нароссийском рынке представлена установка «Ньюстер» (Италия), в которойзагруженные в реакционную камеру отходы измельчаются быстровращающимисямассивными острыми ножами. Одновременно за счет трения измельчаемых отходов остенки камеры происходит их нагревание до 150-160 °С. При этом в камерувпрыскивается раствор гипохлорита натрия (NaClO). Обеззараживание отходовпроисходит вследствие их нагрева и контакта с продуктами распада гипохлорита (газообразнымхлором и окисью хлора). Токсичность и взрывоопасность выделяющихся газовобусловливают необходимость оснащения установки мощными фильтровентиляционнымиустройствами, что является ограничением в ее применении. Некоторые пользователиотмечают дороговизну сменяемых ножей, которые быстро выходят из строя,раздражение слизистых оболочек у обслуживающего персонала, а также повышеннуюшумность работы установки. К достоинствам аппарата стоит отнести хорошуюпроизводительность (100-130 л исходных отходов в час) и высокую степеньизмельчения, а следовательно, уменьшение объема отходов.
3) Механический способпереработки
Переработка медицинских отходовдолжна начинаться с определения степени изменения их свойств и выбора наиболееэффективной технологии их использования.
Высокое качество готовых изделийи стабильность технологического процесса могут быть обеспечены лишь приравномерном дозировании измельченных или гранулированных отходов и хорошемсмешении их с исходным сырьем.
В процессе вторичногоиспользования пластмасс необходимо предотвратить или уменьшить ухудшение ихфизико-механических и реологических свойств вследствие старения, вызываемогонапряжением сдвига и нагреванием — термомеханическим воздействием, которомуподвергаются полимеры при размоле, расплавлении и формовании. С этой целью вкомпозиции на основе вторичных полимерных материалов вводят дополнительныестабилизаторы, которые позволяют без изменения технологических свойствполимеров сохранить их эксплуатационные характеристики [10].
Сбор и сортировка медицинскихотходов являются наиболее слабым звеном в процессе организации переработки. Идеальнаясортировка отходов должна обеспечить разделение их по видам, маркам, цвету,степени загрязненности, содержанию инородных материалов, физико-механическимсвойствам, что требует больших затрат и делает утилизацию отходов неэффективной.
Наиболее простой и в то же времяудовлетворяющей основным требованиям является сортировка, осуществляемая впроцессе сбора медицинских отходов непосредственно на рабочем месте, то есть настадии их образования.
Технологический процесспереработки вторичного полимерного сырья проходил по стандартной схеме:
измельчение;
отмывка;
сушка;
грануляция.
Отобранные медицинские отходыпоступают на предварительную очистку. Вторичное сырье подается на загрузочныйтранспортер установки для предварительного измельчения.
Измельчение сырья происходит врезультате взаимодействия зубчатого ротора, имеющего пластинчатые ножи, состационарно закрепленной гребенкой [2].
Механизм разрушения полимерныхматериалов принципиально отличается от процессов, протекающих при измельчениинизкомолекулярных соединений, так как энергия разрушения полимеров расходуетсяглавным образом на механические потери. Поэтому оптимальные условия дляизмельчения отходов полимерных материалов возникают при высоких скоростяхдеформирования. Разрушению способствуют также снижение температуры, при которойматериал становится стеклообразным, хрупким [5,11,12].
Далее материал поступает вмоечную ванну, обеспечивающую промывку измельченного материала.
Мойка осуществляется в двестадии. Сначала промывается измельченный материал в системе с ПАВ, а затемпросто водой. Материал далее подается в вибросито. Здесь происходит отделениезагрязненной промывной воды, которая затем сливается в отстойник.
После вибросита материал поступаетв центрифугу для просушки. Влажность вторичного сырья на выходе из центрифугисоставляет 10%. Далее материал шнеком подается в сушильную камеру барабанноготипа.
Сушка осуществляется путемобдува материала потоком горячего воздуха, поступающего от электробатареи.
На режим сушки оказывают влияниеследующие показатели:
начальная влажность продукта,вес;
расход воздуха;
время прохождения продуктавнутри установки;
Влажность вторичного сырья навыходе из сушильной камеры составляет 10%.
Конечная влажность просушенногоматериала должна быть не выше 1%.
После просушки материалпоступает в бункер-накопитель, а затем с помощью питателей принудительнозагружается в бункер экструдера для грануляции. Материал, проходя по цилиндру,уплотняется, расплавляется и гомогенизируется. Корректировку температурныхрежимов проводят в процессе работы в зависимости от свойств сырья.
Для устранения воздуха, газа илетучих веществ материальный цилиндр оснащен прорезями. Выйдя из цилиндра,расплав поступает в зону грануляции. Здесь материал продавливается черезфильеру со многими отверстиями, а затем срезается вращающимися ножами. Гранулыпод действием центробежной силы отбрасываются к стенкам, где охлаждаютсяпотоком воздуха [4].
Самым оптимальным методов извсех выше изложенных является механический способ переработки, к как при этомметоде практически не выделяется вредных веществ, и к тому же готовый продуктможет использоваться повторно, поэтому в настоящее время способ механическойпереработки усовершенствуется, и начинает иметь массовых характер./> />1.5 Свойства вторичныхполимерных материалов
/> />1.5.1 Свойствавторичного полиэтилена
Различные структурные типыкоммерческих полиэтиленов (ПЭ) сильно влияют на поведение этих материалов привторичной переработке. Разумеется, разветвленность (короткими илидлинными цепями) влияет на кинетику деструкции, а далее и на конечные свойстваповторно переработанного материала, испытавшего нескольких этапов переработки. Этоповедение имеет особое значение для тех пластмасс, которые подвергаются нетолько термомеханической деструкции во время переработки, но также и другимдеструктивным воздействиям при дальнейшем использовании. Фотоокисление и прочиевиды деструкции вызывают различные структурные и морфологические изменения,зависящие от строения ПЭ [13].
Молекулярная масса бывших вупотреблении изделий является весьма высокой, потому что деструкция,испытываемая материалом этого типа, при краткосрочном использовании весьманезначительна. Последнее обстоятельство предполагает, что свойства вторичнопереработанного материала близки к таковым у исходного полимера.
Вторично переработанные полимерыиспытывают, по крайней мере, два-три цикла переработки, и в каждом из них плавление вызывает дополнительнуюдеструкцию материала. Кроме того, увеличение количества вторично переработанныхполимеров и использование смесей из вторично переработанных и первичныхматериалов ведет к тому, что значительная доля рекуперированных пластиковперерабатывается вновь и вновь. Это означает, что свойства таких многократнопереработанных полимерных материалов постоянно изменяются с увеличением числациклов переработки в сторону их ухудшения.
Свойства восстановленного ПЭВПзависят не только от свойств утилизированных продуктов, но также от характера ичисла циклов переработки. Кроме того, как на свойства расплавов, определяющихобрабатываемость полимера, так и на свойства твердого материала до некоторойстепени влияет вторичная переработка.
Таким образом, необходимо знатьсвязь между свойствами и циклами переработки, чтобы иметь возможность донекоторой степени предусмотреть вероятные характеристики вторичнопереработанных пластмасс, и следовательно, определить доступные для этихматериалов сферы применения. Разумеется, конечные свойства будут зависеть нетолько от числа циклов переработки, но также отсвойств рекуперированныхматериалов, от характера переработки и ее условий.
У полимера, прошедшего черезнесколько циклов переработки на одношнековом экструдере, вязкость уменьшается сувеличением числа циклов вторичной переработки. Это означает что, при повторныхэкструзиях термомеханические напряжения, действующие на расплав, вызываютопределенную деструкцию полимера.
Однако у полимера прошедшегочерез двухшнековый экструдер вязкость уменьшается только при высоких скоростяхсдвига, а при низких скоростях сдвига эффект обратный. Термомеханическоенапряжение вызывает как разрывы цепей, так и молекулярный рост, главным образомиз-за образования длинных боковых ветвей и сшивания. Конечное молекулярноестроение зависит от относительного вклада этих двух процессов.
Следовательно на конечныесвойства вторично переработанного полимера влияет строение ПЭВП и характерперерабатывающего оборудования [11].
/> />1.5.2 Свойствавторичного полипропилена
Полипропилен (ПП) имеет широкуюобласть применения. Основным источником рекуперированного ПП являютсяконтейнеры из-под аккумулятор, пленки, детали автомобилей и т.п. Во многихслучаях строение, морфология и свойства вторично переработанного ПП оченьблизки к таковым у исходной полимера.
Существенное изменение строенияи морфологии встречается в тех случаях, когда изделия из ПП попадают в жесткиеусловия работы, например, когда речь, идет об автомобильных бамперах, постояннонаходящихся под открытым небом, трубах для горячей воды и т.д. Деградация ППиз-за потери стабилизаторов особенно скоротечна и опасна. Фактически ПП оченьподвержен всем типам деструкции ввиду своего химического строения, вособенности из-за наличия лабильного третичного углерода в главной цепи. Явлениядеструкции при переработке усиливаются присутствием механического напряжения. Поэтомупереработка и использование ПП возможны только при хорошей стабилизацииматериала.
Деструкция в ходе переработкиможет быть очень значительной, если перед каждой технологической операцией невводится стабилизатор.
Безразмерная молекулярная массарассчитывалась как отношение величины, полученной после каждого циклапереработки, к молекулярной массе исходного полимера. Кинетика деструкциизависит от механического напряжения, приложенного к расплаву. При снижениимолекулярной массы и, следовательно, вязкости полимера механическое напряжениеуменьшается и его влияние на деструкцию падает. Поэтому кинетика деструкцииускорена на первых циклах, когда молекулярная масса и механическое напряжениевыше [12].
Изменение молекулярной массысопровождается изменением кристалличности, причем уменьшение массы обычновлечет увеличение кристалличности; эти две тенденции сильно влияют намеханические свойства, хотя и в различной стегни. Очевидно, что уменьшениемолекулярной массы и увеличение кристалличности вызывает снижениеотносительного удлинения при разрыве, но эти взаимосвязанные измененияпроизводят противоположный эффект на разрывное напряжение и модуль упругости. Обаэтих параметра возрастают с увеличением молекулярной массы и кристалличности. Модульупругости экструдированных образцов возрастает с числом циклов переработки. Стольразличное поведение было объяснено изменением не только молекулярной массы, нои возрастанием кристалличности (из-за уменьшения молекулярной массы), что имеетбольшее значение для экструдированного ПП. Относительное удлинение, напротив,уменьшается в обоих образцах, причем в большей степени в полимере, переработанномлитьем под давлением. Влияние повторных переработок неблагоприятно дляразрывного удлинения: после пяти экструзий пластичный ПП становится хрупким.
Основной результат повторныхциклов переработки заключается в уменьшении молекулярной массы при отсутствиизаметного ветвления. Поэтому кристалличность растет. Уменьшение молекулярноймассы и увеличение кристалличности вызывает уменьшение относительного удлинения(а также вязкоупругий переход), но по-другому влияет на жесткость. Модульупругости и прочность при растяжении растут с ростом кристалличности иуменьшаются с падением молекулярной массы [11].
/> />1.5.3 Смеси пластиков
Утилизация изделий, состоящих изкомбинации различных полимеров, является насколько трудоемкой, настолько иперспективной задачей. При создании вторичных материалов с допустимымимеханическими свойствами из смесей пластиков отпадает необходимость всортировке медицинских изделий, что должно положительно сказаться насебестоимости переработки.
Для достижения видимых успехов вутилизации многокомпонентных отходов необходимо вести переработку с максимальнокоротким циклом. Задача состоит в том, чтобы, с одной стороны, избежать лишнихматериальных затрат, а с другой — сократить время переработки, не даваявозможности полимерам, входящим в состав материала, начать разрушаться. По этойпричине необходимо выдерживать рабочую температуру низкой. Необходимо такжевыбирать им приложения, которые не требуют высоких механических свойств и необладают значительными габаритами. Только так можно избежать серьезного влияниясебестоимости переработки на конечную стоимость изделия, а также нивелироватьневысокие механические свойства многокомпонентного полимера малыми размерамиизделий формируемых из него.
С другой стороны смесиполимерных отходов можно рассматривать как композицию ПКМ и выбрав оптимальныеусловия переработки таких композиций получать сырье не многим отличающиеся отпервичного [14].
/> />1.6 Молекулярныеполимер-полимерные композиции. Некоторые аспекты получения
В последние десятилетияассортимент композиционных материалов, изготавливаемых из смесей или сплавовпромышленно важных (базовых) полимеров, значительно расширился. Эффективнымспособом получения новых материалов, обладающих необходимыми свойствами,является смешение двух и более термопластов — сложный физико-химическийпроцесс, протекающий под действием механических и температурных полей. Большинствополимеров несовместимы друг с другом, однако, направленно изменяя ихморфологию, можно получать смеси с удовлетворительными эксплуатационнымихарактеристиками.
Другой причиной повышенноговнимания к полимер-полимерным композициям является то обстоятельство, чтополимерные смеси подобного типа часто образуются в качестве отходовпроизводства, и дешевые деградировавшие полимерные продукты могут бытьиспользованы повторно. В силу как экономических, так и экологических причин сначала 80-х годов объем утилизации полимерных смесей и сплавов термопластичныхматериалов значительно вырос. Ужесточение требований к экологической чистотепроизводства и потребления полимерных продуктов заставляет исследователейсконцентрировать свои усилия на проблемах повторного использования ПО (60% отобщего количества полимерных отходов) [12,14].
При условии надлежащегоразделения, обработки или модификации этих материалов они могут стать доступными дешёвым источником полимерного сырья, поскольку на их долю в экономическиразвитых странах приходится примерно 200 млн. т. твёрдых бытовых отходов в год.
Однако ввиду разнородногосостава такого сложного сырья в ходе его повторного использования происходитобразование ряда несовместимых ингредиентов, физические свойства конечногопродукта ухудшаются, материалы становятся хрупкими. Расходы, связанные сразвитием техники рециклинга и сортировкой сырья, т.е. с разделением его наотдельные совместимые типы полимеров, существенно увеличивают соотношение цена:свойства по сравнению с таким соотношением в производстве, основанном наиспользовании смесей первичных полимеров. Разные типы пластиков — термопласты,реактопласты смесевые композиционные многослойные материалы и т.п. — требуютразного подхода к переработке [15].
Анализируя проблемусовместимости полимеров, необходимо учитывать не только термодинамические, но ихимические аспекты, а именно взаимодействие между макромолекулами. Существуютдва подхода к конструированию совместимых полимер-полимерных систем: путёмсоединения макромолекул химическими связями (синтез блок-сополимеров,взаимопроникающих сеток, сшивание компонентов смеси) и путём такого измененияхимического строения полимеров, которое приводит к отрицательному значениюсвободной энергии смешения. Если полимеры имеют функциональные группы,способные к сильному взаимодействию, то некоторые из ингредиентов либомодифицируют, изменяя химическое строение мономерных звеньев, либо осуществляютсополимеризацию. При термодинамической несовместимости компонентов общаякристаллическая решетка не формируется (т.е. совместные кристаллы не образуются).Тем не менее, при этом возможно существование промежуточного (переходного) граничногослоя между ингредиентами ППК благодаря наличию совместных надмолекулярныхструктур, особой укладке цепей и отсутствию чётких границ раздела междуэлементами надмолекулярного порядка (даже в случае кристаллических полимеров). Этимв значительной степени определяется уровень и природа сил адгезионноговзаимодействия в системе, на которые сильно влияет площадь истинного контактафаз, микрореологические процессы и контактные реакции на межфазной границе. Спецификаадгезионных взаимодействий зависит и от условий приготовления ППК: например,при механическом смешении компонентов, промежуточные слои образуются только врезультате физического взаимодействия их частиц [14].
Один из путей получения новыхматериалов с улучшенными свойствами — создание микрогетерогенных композиций срегулируемой неоднородностью структуры. К таким материалам относят композиты,одним из ингредиентов которых является ПО. Экономико-экологический анализ«жизненного цикла» полимеров (включающего их синтез, переработку,повторное применение, и, наконец, окончательную утилизацию отходов) позволилпоставить на первое место среди пластиков общего назначения именно ПО, а из ихчисла полипропилен (ПП) и полиэтилен низкого давления (ПЭНД). Этот выборопределяется также разнообразием смесей сплавов и композитов на основе ПО.
Во многих случаях, хотя далеконе всегда, в таких системах действительно достигается совмещение ингредиентовна молекулярном уровне. Определение подобных композиций как молекулярныхследует воспринимать с известной долей условности, поскольку в процессеполучения ППК смешение ингредиентов происходит не только на молекулярномуровне, но и на уровне микрофазовых образований, включающих большое числооднотипных макромолекул. Кроме того, в ряде случаев нет возможности чёткоразграничить способы получения ППК: многие из них могут образовываться поразличным механизмам. В силу этих причин затруднена и формальная классификацияППК [12].
Для понимания специфики систем,включающих ППК, необходимо кратко рассмотреть способы анализа ихтермодинамических и физико-механических свойств.
Обозначим условно пару полимероввходящих в состав композиции 1 и 2 соответственно.
Использование простых физическихсмесей полимеров, состоящих из ингредиентов с взаимодополняющим комплексомсвойств, не всегда приводит к желаемым результатам из-за термодинамическойнесовместимости большинства пар полимеров, которая вызвана малой энтропиейсмешения таких пар.
Поэтому композиции в той илииной мере распадаются на отдельные фазы, характеризующиеся слабой адгезией, чтои обуславливает ухудшение свойств композиций.
Необходимым, но недостаточнымусловием термодинамической совместимости полимеров, является отрицательноезначение свободной энергии смешения Gm
 
/> (1.1)
Ввиду большой молекулярной массыполимеров изменение энтропии смешения />Sm мало, следовательно, чтобы полимеры былисовместимыми, изменение энтальпии смешения />Нm должно быть или отрицательным, или равным нулю, илииметь очень малое положительное значение.
Согласно развиваемымпредставлениям лучше всего смешиваются не подобные по строению (составу) ингредиенты,а ингредиенты, в состав которых входят группы, противоположные пофункциональности, способные образовывать водородные, донорно-акцепторныеионные, />-связи и другие.
Предлагают удобное уравнение длявычисления свободной энергии смешения полимеров.
/> (1.2)
где />gx — средняя свободная энергия смешения полимеровдруг с другом, отнесённая к 1г смеси;
/>G3,/>G1,/>G2 — энергии Гиббса смешения полимеров 1,2 и их смеси с общим растворителемсоответственно;
/> -массовые доли полимеров 1 и 2 в ППК.
Во всех случаях смешениеявляется результатом воздействия механического поля на материал, находящийся врабочей зоне смесителя. Количественное описание любого процесса переработкиполимеров в вязкотекучем состоянии, в том числе и смешение, основано нареологических уравнениях, характеризующих наиболее существенное свойствоперерабатываемых материалов — вязкость. В экструдере загруженные компонентыподвергаются сложным воздействиям за счёт сдвига и изменения температурногопрофиля вдоль цилиндра экструдера. Вязкость и соотношение вязкостей фазизменяется в зависимости от температуры в процессе перемещения материала вдольшнека, и диспергирование может произойти на различных стадиях экструзии. Изучениевлияния различных факторов на структуру и как следствие, на свойстваполимер-полимерных систем позволит направленно регулировать ряд характеристикполимер-полимерной системы [10].
/>/>/>1.7 Продукты деструкциивторично переработки полиолефинов
В процессе переработки иэксплуатации материал подвергается механохимическим воздействиям, термической,термо- и фотоокислительной деструкции.
К реакциям деструкции относятсяреакции, протекающие с разрывом валентностей основной молекулярной цепи и суменьшением молекулярной массы полимера без изменения его химического состава. Приэтом не учитываются концевые группы макромолекулы, составляющие очень малую ее долю.
По характеру продуктов распадаразличают деструкцию по закону случая и деполимеризацию. Первый вид деструкциив известной степени напоминает процесс, обратный реакции поликонденсации, при этомобразующиеся осколки велики по сравнению с размером мономерного звена. Придеполимеризации, вероятно, имеет место последовательный отрыв мономеров отконца цепи, т.е. реакция обратная росту цепи при полимеризации. Эти два видадеструкции могут протекать раздельно или одновременно [15].
При деструкции по закону случаямолекулярная масса полимера обычно падает очень быстро, а при деполимеризации — значительно медленнее.
При эксплуатации полимерныематериалы обычно подвергаются одновременному действию различных факторов,вызывающих деструкцию.
При кинетических исследованияхдеструкции обычно определяют зависимость среднечисловой молекулярной массы отвремени реакции, поскольку изменение числа молекул в единице временипропорционально количеству разорванных связей. Установив химическими методамиколичество новых функциональных групп, появившихся при деструкции, можнонепосредственно найти число разорванных связей. Если деструкция приводит кобразованию свободных радикалов, то предварительно смешивают полимер сингибитором, и по расходу ингибитора определяют количество разорванных связей (прикаждом разрыве возникают два радикала, которые реагируют с ингибитором).
Склонность полимера к деструкциии характер этого процесса зависят не только от термодинамических, но также откинетических факторов и от механизма деструкцию. В реакциях деструкциимакромолекула участвует как одна целая частица, распадающаяся при разрыве любойсвязи на две самостоятельные кинетические частицы. Прочность связей вмакромолекуле и скорость разрыва не зависят от степени полимеризации.
Деструкция высокомолекулярныхсоединений отличается от аналогичного процесса у низкомолекулярных веществ тем,что она, как правило, не приводит к образованию новых типов соединений [11].
/> />1.7.1 Окислительнаядеструкция
Окислительная деструкцияполимеров начинается в результате взаимодействия макрорадикалов с кислородом иозоном воздуха и активируется тепловой, световой и механической энергией; соответственноразличают термо-, фото- и механоокислительные процессы. В реальных условияхэксплуатации полимеров процесс окисления сопровождается и тепловым, и световым,и механическим воздействиями. Свободные макрорадикалы в твердом полимереостаются после прекращения реакции полимеризации или они возникают под влияниемфотолиза, радиолиза, химического или механического воздействия. В твердомполимере их подвижность мала, и скорость их реакции с кислородом обычно большескорости рекомбинации [15].
Скорость окислительнойдеструкции определяется скоростью диффузии кислорода в полимер и скоростьюхимического взаимодействия полимера с кислородом. Скорость диффузии кислорода вполимер наиболее высока, если полимер находится в растворе или расплаве. Полимеры,набухающие в воде, быстрее подвергаются окислительной деструкции, так как вэтом случае также возрастает скорость диффузии кислорода в полимер. Чем вышестепень кристалличности полимера, тем ниже скорость диффузии кислорода.
Окислительная деструкциянасыщенных полимеров протекает медленнее по сравнению с ненасыщенными и можетсопровождаться начальным возникновением перекисей; получающиеся при этоммакрорадикалы могут давать полимерные перекиси, разлагаться с одновременнымразрывом цепи, стабилизироваться путем рекомбинации диспропорционирования.
Рекомбинация макрорадикалов втвердом полимере протекает очень медленно, если процесс не активируетсяповышением температуры. Однако рекомбинация макрорадикалов с перекиснымиконцевыми группами происходит с достаточно высокой скоростью, что объясняю: передачейкинетической цепи вдоль макрорадикала.
Склонность полиолефинов кокислению, их реакционная способность в реакциях окисления определяютсяструктурой звеньев и плотностью упаковки макромолекул в полимере.
Полиэтилен при нагревании навоздухе окисляется медленно. Под влиянием света скорость реакции окислениярезко увеличивается. Поглощение кислорода вызывает вначале понижениемолекулярного веса полимера и температуры его размягчения. При нагреваниичастично окисленного полиэтилена молекулярный вес начинает увеличиваться врезультате соединения макромолекул кислородными мостиками. Процесс старенияполиэтилена сопровождается изменением не только химического состава макромолекул,но и их структуры. Скорость окисления полиэтилена несколько выше скоростиокисления низкомолекулярных парафинов, что, очевидно, связано с наличием в егомакромолекулах небольшого количества карбонильных и винильных звеньев. Световоевоздействие приводит к разрушению макромолекул в тех местах, где находятсякарбонильные группы.
Чем выше степень разветвленностиполиэтилена, тем меньше его стойкость к действию кислорода из-за высокойконцентрации />-водородных атомов вмакромолекуле. Одновременно с увеличением степени разветвленности возрастаетобъем аморфной фазы в полиэтилене, где развивается процесс окисления.
Разрушение полипропиленакислородом воздуха проходит с большей скоростью, чем полиэтилена. Только прикратковременном нагревании полипропилена до 250-З00°С в присутствииантиоксидантов можно предотвратить его деструкцию и ухудшение механическихсвойств. Процесс старения полипропилена под действием тепла и света аналогиченстарению полиэтилена: вначале преобладают процессы деструкции, и длина цепейполимера уменьшается, затем начинают развиваться процессы межмолекулярноговзаимодействия, приводящие к полной потере эластичности и пластичности.
Частичное окисление частоявляется целенаправленным процессом модификации свойств полиолефинов. Наличиекислородсодержащих групп в составе полиолефинов повышает адгезионноевзаимодействие полимерных пленок с защищаемыми поверхностями и адсорбциюазокрасителей, придает изделиям стойкость к окислительной деструкции подвлиянием кислорода воздуха, увеличивает жесткость и деформационную устойчивость.В процессе окисления в полимере возникают группы, облегчающие прививку к немудругого полимера. Окислению целесообразно подвергать поверхностные слоиготового изделия, применяя в качестве реагента смесь кислорода с озоном. Впроцессе направленного (контролируемого) окисления в полиолефинах появляютсякарбоксильные и гидроперекисные группы. Карбоксильные и гидроперекисные группымогут инициировать привитую сополимеризацию [16].
/> />1.7.2 Термическаядеструкция полиолефинов
Изменение структуры полимера подвлиянием теплового воздействия удается наблюдать только в инертной среде. Процесстермодеструкции может вызывать деполимеризацию полимера, деградацию егомолекул, циклизацию до лестничных или графитоподобных структур. Преобладаниекакого-либо процесса определяется строением полимера и температурой.
Под влиянием высоких температурв инертных средах или в вакууме полимерные насыщенные углеводороды распадаютсяна полимерные осколки, размер которых тем меньше, чем выше температура и слабеесвязь С-С в основной цепи. Наибольшей прочностью характеризуется углерод — углероднаясвязь в основной цепи макромолекулы полиметилена. В полиэтилене углерод — углероднаясвязь ослаблена в местах боковых ответвлений и в местах окисления догидроперекисных групп. В полипропилене, прочность связи С-С ослабленаприсутствием в каждом звене метильной группы.
Эти особенности структурыполиолефинов ярко проявляются в процессе термодеструкции. Термодеструкцияполиэтилена начинается при 290-300°С. Сначала происходит уменьшениемолекулярного веса, и только выше 360°С начинается выделение низкомолекулярныхпродуктов деструкции. Распад молекул в интервале 290-360°С происходитпреимущественно по ослабленным связям С-С основной цепи. В процессе деструкциипри температуре до 290°С полиэтилен постепенно обогащается звеньями СН=СН.
Уменьшение молекулярного весаполипропилена становится заметным уже при температуре выше 230°С. Процессдеструкции сопровождается выделением летучих продуктов в результате разрывамакромолекул, прежде всего в местах окисления по связи углерод-/>-водород. Деструкция приболее высоких температурах вызвана, по-видимому, переносом /> - водородного атома оттретичного атома углерода к соседнему звену (как в случае полиэтилена в местахразветвлений).
Продукты деструкции постепенно,обогащаются осколками с ненасыщенными концевыми звеньями.
В большинстве случаев деструкцияполимера по слабым связям или отрыв лабильных групп с рекомбинациеймакрорадикалов опережает процесс деполимеризации. Деградация полимера проходитпо радикально-цепному механизму, реже — по ионному механизму. Гемолитическийраспад макромолекул приводит к образованию двух радикалов.
Стойкость к термодеструкциизависит от прочности связи между атомами в основной цепи. Повышение прочностисвязи С-С в карбоцепных полимерах достигается подбором замещающих групп [15]./> />1.7.3 Механическаядеструкция
Механическая деструкцияполимеров протекает под влиянием механических напряжений, превосходящих энергиюхимических связей в основных цепях макромолекул. Под действием механическихнапряжений в полимерах проходят одновременно два процесса: скольжениемакромолекул относительно друг друга (вязкое течение) и разрыв ковалентныхсвязей в местах наибольшей концентрации напряжений (механическая деструкция). Преобладаниелюбого из этих процессов в линейных полимерах определяется прочностьюхимических связей, жесткостью макромолекул и величиной межмолекулярноговзаимодействия.
Деструкция при механическихвоздействиях приводит к разрушению макромолекул на осколки, молекулярный вескоторых зависит от природы полимера и условий нагружения.
Механическое напряжение вызываетпреимущественно гомолитический разрыв макромолекул с образованиеммакрорадикалов.
При деструкции в присутствиикислорода образуются перекисные радикалы, которые инициируют развитиеокислительных процессов, осложняющих рекомбинацию макрорадикалов и приводящих кпонижению молекулярного веса линейного полимера или разрушению на случайныеосколки сетчатого. В инертной среде макрорадикалы рекомбинируются. Образованиесвязей происходит направленно (в соответствии с направлением механических сил),что проявляется в анизотропии свойств продуктов деструкции. В результатерекомбинации макрорадикалов может повыситься степень разветвленностимакромолекул и увеличиться количество гель-фракции, так как часть линейногополимера превращается в сетчатый полимер. При механической деструкцииэластичного сетчатого полимера рекомбинация макрорадикалов приводит кобразованию новой полимерной сетки, более устойчивой к внешним воздействиям. Одновременноможет происходить и диспропорционирование макрорадикалов, в результате которогопонижается средний молекулярный вес полимера и становится уже егомолекулярно-весовое распределение [12].
Существующие методы механическойпереработки предполагают переработку одноразовых шприцев в разобранном виде, тоесть цилиндр отдельно, поршень отдельно. Необходимым условием данных методовявляется тщательная сортировка шприцев, что значительно усложняет процесс. Поэтомуцель данной работы заключается в изучении способов совместной переработкиразличных полимерных материалов, таких как полиэтилен и полипропилен, изкоторого и состоит шприц.
/>/>/>1.8 Добавки
/> />1.8.1 Стабилизаторы
Свойства полимеров ухудшаютсяиз-за деструкции расплава (при переработке), термодеструкции, долговременноготеплового старения (термоокисление) и влияния атмосферных условий (включаяфотоокисление). Некоторые из этих процессов ускоряются под действием ничтожныхколичеств металлов. Физические (солнечная радиация и другиевысокоэнергетические излучение, тепло) и агрессивные химические агенты (кислороди его активные формы, вредные примеси в атмосфере, такие как NOx,или SO2), усиленные механическимвоздействием, атакуют полимер одновременно или в поочередно идущих процессах.
Различия в склонности полимерныхматериалов к деструкции определяются различиями в химическом строении, и, вчастности, присутствием деструкционно-чувствительных компонентов. Прогрессирующаядеструкция усиливается или (сенсибилизируется неполимерными включениями, в томчисле примесями металлов различного происхождения и фотоактивными красителями ипигментам. Химические изменения сопровождаются изменением внешнего видаполимера пожелтение, потеря глянцевитости или прозрачности, поверхностноерастрескивание и нежелательным изменением механических свойств (среди которыхудлинение при разрыве, прочность при растяжении, ударная прочность). Дляликвидации химических и физических напряжений на различных этапах своей жизниполимерные материалы нуждаются в стабилизации. Используемые стабилизаторыклассифицированы в соответствии с основными механизмами их функционирования [12].
Связь между строениемстабилизатора и его общей эффективностью определена для всех классов основныхстабилизаторов, применяемых либо в виде отдельных добавок, либо (намного чаще) ввиде физических смесей, защищающих полимеры с помощью различных механизмовдействия [15].
/> />1.8.2 Пластификаторы
Добавки, улучшающиеперерабатываемость и эластичность полимерных материалов, или растягивающиеполимер за счет уменьшения вязкости расплава или температуры стеклования имодуля упругости без изменения его химической формулы, называются внешнимипластификаторами, наполнителями или технологическими маслами.
В качестве «внешних» пластификаторовиспользуются различные органические соединения. Они присоединяются кмакромолекулам физическими (Ван-дер-ваальсовыми) силами и включают вещества стемпературой кипения свыше 300 °С. Среди них такие соединения, какди-2-этилгексилфталат, ди-2этилгексиладипат, олигомеры дикарбоновых кислот смолекулярной массой до 3500, сложные эфиры тримеллитовой кислоты,эпоксидированные жирные кислоты или органические фосфаты, например,три-2-этилгексилфосфат или 2-этилгексилдифенилфосфат. Большинство фосфатовдействуют как пламегасящие агенты, причем некоторые из них, одновременноподавляют 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 илихлорированный ПЭ используются как «внутренние» пластификаторы вполимерных изделиях, предназначенных для применения в медицине. Сочетаниевнутренних и внешних пластификаторов может обеспечить оптимальный баланссвойств [11].
/>/>/>2. Технологическая часть
/>/> />2.1 Описаниетехнологического процесса вторичной переработки одноразовых шприцев ипоследующего изготовления гранул
Термопласты могут бытьподвергнуты многократному расплавлению, что объясняется их молекулярнымстроением. Таким образом, их вторичное использование не влечет за собой особыхпроблем.
Предприятия, занимающиесяпереработкой полимеров, давно знакомы с понятием вторичного использования,поскольку появление отходов связанных с технологией производства, в процессеизготовления изделий из полимеров неизбежно. Отходы измельчаются таким образом,чтобы избежать загрязнения и при наличии соответствующих условий, определеннаяих часть добавляется в первичное полимерное сырье.
Производство шприцев за короткоевремя достигло десятков миллионов штук в год. Полиэтилен и полипропилен,применяемый для их изготовления, практически не подвергается каким-либоструктурным изменениям за короткий период эксплуатации, и представляет собой,таким образом, прекрасное сырье для вторичной переработки
Экструзионная линия попереработке одноразовых шприцев состоит из следующих стадий:
транспортировка отходов со сладак месту дробления;
транспортировка отходов поконвейерной ленте со встроенным металлодетектором;
передача отходов на ножевуюдробилку мокрого размола;
процесс отмывания измельченныхотходов в моечном лотке и одновременное отделение материала от постороннихпримесей;
центробежная и термическая сушкаматериала;
очистка воды. Использованнаявода фильтруется от посторонних включений и грязи и используется вновь;
полимерная масса подается наэкструдер через смеситель силосного типа, который позволяет смешивать несколькопартий;
процесс пластикации наэкструдере;
нарезка стренгов на гранулы [4].
Технологическая схема получениягранул из отходов смеси полимеров изображена на рисунке 2.1
/>
1-ножевая дробилка для мокрогоразмола; 2 — промывочный лоток; 3-центробежная и термическая сушилка; 4 — смесительсилосного типа; 5-экструдер; 6-ванна охлаждения; 7-сушилка.
Рисунок 2.1 — Технологическаясхема получения гранул из медицинских шприцев
Прием вторсырья осуществляется вспециальном помещении с хорошей вентиляцией. Поступаемые отходы вываливаются насортировочный стол, представляющий собой решетку коробом внизу, предназначеннымдля мелкого мусора (песок, металлы и др.), крупные части отсортировываютсявручную. Затем одноразовые шприцы взвешиваются, так как покупаются по весу, иупаковываются в передвижной контейнер, который передает на ножевую дробилку. Еслиотходы сильно загрязнены, рекомендуется проводить мокрый размол — в процессеизмельчения подавать воду, смывающую загрязняющие полимерный материал частицы. Ножеваядробилка — это универсальный станок для измельчения «мягких и твердых»полимерных отходов. Размер частиц измельченного материала составляет от 6,5ммдо 7,5мм.
После этого измельченныйматериал поступает в устройство, где происходит его мойка и разделение. Полимернаямасса медленно проходит через промывочный лоток, перемещаясь в нем с помощьювращающихся на валу лопастей. Горячая вода, температурой 60-80°С, под давлениемподается в ванну моющей машины, все тщательно перемешивается. Затемопределенное время взвеси дают отстояться. В это время тяжелые примеси оседаютна дне, а полипропилен и полиэтилен всплывает на поверхность, так как это самыелегкие полимеры (не считая вспененных), имеют плотность 0,89 — 0,92 г/см3[17,18].
Грязь и частицы полимеров,плотность которых превосходит плотность воды, опускаются на дно, откуда времяот времени удаляются. Фракция полимера снимается с поверхности воды ипередается с помощью разгрузочного шнека на сушильную установку с одновременнымпредварительным обезвоживанием.
Вода, задействованная в процессеочистки отходов, фильтруется от посторонних включений и грязи и используетсявновь. Циркуляция позволяет существенно снизить расход «технологической»воды.
Полимерная масса подается наэкструдер через смеситель силосного типа, который позволяет смешивать несколькопартий.
Очищенный регранулят поступает вбункер-накопитель, откуда пневмотранспортной сушилкой одновременноподсушивается и перемещается в бункер-накопитель экструдера.
Материал, проходя по цилиндру,уплотняется, расплавляется и гомогенизируется. Корректировку температурныхрежимов производят в процессе работы в зависимости от свойств сырья.
Для устранения воздуха, газа илетучих веществ материальный цилиндр оснащен прорезами. Выйдя из цилиндра,расплав поступает в зону грануляции. Здесь материал продавливается черезголовку экструдера с отверстиями, и в виде жгутов (диаметр 2 мм, количество 70штук), которые сразу после выхода из головки режутся специальным устройством награнулы, которые падают в воду. Далее гранулы сушатся в сушилке, остывают ипопадают в бункер-накопитель и идут на упаковку в мешки [4].
/>/> />2.2 Характеристикаисходного сырья и вспомогательных материалов
В качестве вторичного сырья вданной дипломной работе используются одноразовые шприцы, после их использования.Поскольку шприц состоит на 50% из полиэтилена и на 50% полипропилена, тоисходное сырье рассматривается как композиция так как в процесс переработки невходит отделение полипропиленовых частей от полиэтиленовых.
/>/> />2.3 Описание основноготехнологического оборудования
Линия переработки отходовсостоит из:
ножевая дробильная установка (1шт),
промывочный лоток,
циклон для очистки воды,
загрузочный бункер,
экструдер,
сушилка.
Если используется разноцветноеисходное сырье, то его подвергают окрашиванию в единый цвет. Используют любыекрасители, цвет зависит от заказчика. Как правило, гранулы окрашивают в цветаболее темные, чем первоначальное сырье [17].
/>/> />2.3.1 Дробильнаяустановка
Механизм разрушения полимерныхматериалов принципиально отличается от процессов, протекающих при измельчениинизкомолекулярных соединений, так как энергия разрушения полимеров расходуетсяглавным образом на механические потери. Это относится как к пластмассам, так ив еще большей степени к резинам, то есть материалам, способным к значительнымобратным деформациям. Поэтому оптимальные условия для измельчения данного видаотходов возникают при высоких скоростях деформирования. Разрушению такжеспособствует снижение температуры, при которой материал становитсястеклообразным и, следовательно, более хрупким [10].
В процессе работыпроизводительность установки постепенно падает вследствие затупления илиполомки ножей. Поэтому при падении производительности измельчителя на 20-30% отпервоначального значения при работе на одном материале необходимо затачивать ипроверять ножи [9].
На рисунке 2.2 показанаконструкция 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 — Конструкцияроторно-ножевого измельчителя
Криогенная техника измельченияполимерных отходов по сравнению с измельчением при комнатной температуре имеетряд преимуществ. В частности, расход энергии на измельчение полимерных отходовна одной из таких установок, созданных и используемых в Японии для утилизацииполимерных деталей выпускаемой фирмой «Хитачи» электробытовойаппаратуры, составляет 6 Вт ч/кг отходов [18, 19].
/>/> />2.3.2 Моечная машина
Для очистки дробленогополимерного материала от посторонних примесей, которые в полимерных отходах присутствуютв достаточном количестве, используем машину для отмывания и идентификацииполимерных отходов. Моечная машина состоит из моечной ванны, электронасоса,установок для очистки и прогрева воды.
Моечная ванна представляет собойбарабан, в него подается дробленый материал, затем под давлением заливаетсягорячая вода (60-80 °С), и все тщательно перемешивается.
Затем взвесь отстаивается, а вэто время происходит деление материалов по плотности. Материалы с плотностью,меньшей плотности воды (полиэтилен, полипропилен), всплывают на поверхность, ас большей плотностью (т.к процесс визуального отбора на стадии приемкивторсырья не идеален) — оседают на дне (медицинские иглы) вместе с инороднымичастицами — например, песка, и других видов материалов. После разделенияматериалов по плотности, специальные щупы собирают с поверхности весь всплывшийматериал и вываливают его в бункер-накопитель сушильного агрегата [19].
/>/> />2.3.3 Стадия очисткиводы
Вода, задействованная в процессеочистки отходов, фильтруется от посторонних включений и грязи и используетсявновь. 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 удельнолегких видов полимеров от тяжелых связаны с применением гидроциклонов илицентрифуг. Схема гидроциклона показана на рисунка 2.3 Принцип отделения основанна центробежных силах, при воздействии которых тяжелые частицы из водянистойполимерной суспензии выбрасываются наружу, а более легкие стекают внутрьгидроциклонов [17].
Решающие факторы, определившиевыбор гидроциклона в данной работе:
невысокая стоимость;
невысокие эксплуатационныерасходы;
простое обслуживание;
высокая производительность.
/>/> />2.3.5 Загрузочныйбункер
После дробления и окончательнойпромывки термопласт загружают в экструдер-гранулятор через загрузочный бункер,с помощью пневмозагрузчика. Операция загрузки требует особого внимания, так каксамое кратковременное прекращение подачи материала приводит к падению напорарасплава в машине, нарушению технологического процесса и получение гранулнеправильной формы. Для крошки и стружки загрузочные бункеры оснащаютсямешалками-ворошителями, изображенной на рисунке 2.4 [19].
/>
Рисунок 2.3 – Гидроциклон
легкая фракция; 2-суспензия; 3 — периферийный вихрь; 4 — внутренний вихрь; 5-тяжелая фракция.
/>
1-фланец; 2-нижняя часть воронки;3-наклонные лопатки; 4-вертикальный вал; 5-планки; 6-верхняя часть воронки; 7-коническаяпередача; 8-редуктор; 9-вариатор; 10-электродвигатель; 11,13 — стойка длязакрепления бункера на экструдере; 12-домкрат для подъема и поворачиваниябункера.
Рисунок 2.4 — Загрузочный бункерс ворошителем одношнекового экструдера./>/>/>/>2.3.6Экструдер-гранулятор
Поустройству и принципуработы основного узла, продавливающего расплав в головку, экструдерыподразделяются на: шнековые, безшнековые и комбинированные.
Устройство экструдера.
В отдельных случаях применяютсябезшнековые, или дисковые, экструдеры, в которых рабочим органом,продавливающим расплав в головку, является диск особой формы. Движущая сила,продавливающая расплав, создается в них за счет развития в расплаве нормальныхнапряжений, направленных перпендикулярно касательным (совпадающим снаправлением вращения диска). Дисковые экструдеры применяются, когда необходимообеспечить улучшенное смешение компонентов смеси.
Комбинированные экструдеры имеютв качестве рабочего органа устройство, сочетающее шнековую и дисковую части, иназываются червячно-дисковыми. Применяются для обеспечения хорошегосмесительного эффекта, особенно при переработке композитов. На них перерабатываютсярасплавы пластмасс, имеющие низкую вязкость и достаточно высокую эластичность.
Шнековые экструдеры могут бытьразличных типов: одно — и двухшнековые; одно — и двухступенчатые; универсальныеи специализированные; с осциллирующим (вдоль оси) и одновременно вращающимсяшнеком; с зоной дегазации и без нее; с вращением шнеков в одну и впротивоположные стороны и т.п. Наиболее простым является одношнековый экструдербез зоны дегазации. Основными элементами экструдера являются обогреваемыйцилиндр, шнек (с охлаждением или без него), сетки, размещаемые на решетке, иформующая головка. В зависимости от природы полимера, технологических режимовпереработки применяются шнеки различного профиля, в частности с различнымхарактером изменения глубины нарезки по длине шнека. В зависимости от видавыпускаемого изделия применяют либо коротко-, либо длинношнековые машины, т.е. смалым или большим отношением длины к диаметру шнека. Значения диаметра иотношения длины к диаметру являются основными характеристиками одношнековогоэкструдера. Параметрический ряд отечественных экструдеров построен по диаметрамшнека:
D = 20; 32;45; 63; 90; 125; 160; 200; 250; 320мм.
В наименовании типоразмерачервячного пресса указываются L и D
На рисунке 2.5 показана схемаодношнекового экструдера
Технологический процессэкструзии складывается из последовательного перемещения материала вращающимсяшнеком в его зонах: питания (I), пластикации (II), дозирования расплава (III), азатем продвижения расплава в каналах формующей головки и охлаждения экструдата[20].
/>
Рисунок 2.5 — Схемаодношнекового экструдера
1-бункер; 2-шнек; 3-цилиндр; 4 — полость для циркуляции воды; 5-нагреватель; 6-решетка с сетками; 7 — формующаяголовка, I, IIIII — технологические зоны
Деление шнека на зоны I-Ш осуществляется по технологическому признаку, и названиезоны указывает на то, какую операцию в основном выполняет данный участок шнека.Разделение шнека на зоны условно, поскольку в зависимости от природыперерабатываемого полимера, температурно-скоростного режима процесса и другихфакторов начало и окончание определенных операций могут смещаться вдоль шнека,захватывая различные зоны или переходя из одного участка в другой.
Цилиндр также имеет зоныобогрева определенной длины. Длина этих зон определяется расположениемнагревателей на его поверхности и их температурой. Границы зон шнека I-III и зон обогрева цилиндра могутне совпадать. Для обеспечения успешного перемещения материала большое значениеимеют условия продвижения твердого материала из загрузочного бункера изаполнение межвиткового пространства, находящегося под воронкой бункера.
Рассмотрим поведение материалапоследовательно на каждом этапе экструзии.
Изменение уровня заполнениябункера материалом по высоте также влияет на полноту заполнения шнека. Поэтомубункер снабжен специальными автоматическими уровнемерами, по команде которыхпроисходит загрузка бункера материалом до нужного уровня. Загрузка бункераэкструдера осуществляется при помощи пневмотранспорта.
Питание шнека зависит от формычастиц сырья и их плотности. Гранулы, полученные резкой заготовки на горячейрешетке гранулятора, не имеют острых углов и ребер, что способствует их лучшейсыпучести. Гранулы, полученные холодной рубкой прутка-заготовки, имеют острыеуглы, плоское сечение среза, что способствует их сцеплению и, как следствие,ухудшению сыпучести. При длительной работе экструдера возможен перегревцилиндра под воронкой бункера и самого бункера. В этом случае гранулы начнутслипаться, и прекратится их подача на шнек (образуется так называемый «козел»).
Для предотвращения перегреваэтой части цилиндра в нем делаются полости для циркуляции охлаждающей воды.
Зона питания (I).Поступающее из бункера сырье заполняет межвитковое пространство шнека зоны I и уплотняется. Уплотнение и сжатие в зоне Iпроисходит, как правило, за счет уменьшения глубины нарезки шнека. Продвижениеосуществляется вследствие разности значений силы трения полимера о внутреннююповерхность корпуса цилиндра и о поверхность шнека. Поскольку поверхностьконтакта полимера с поверхностью шнека больше, чем с поверхностью цилиндра,необходимо уменьшить коэффициент трения полимера о шнек, так как в противномслучае материал перестанет двигаться вдоль оси шнека, а начнет вращаться вместес ним. Это достигается повышением температуры стенки цилиндра (нагревом) ипонижением температуры шнека (охлаждением водой в зоне I).
В зону подается тепло отнагревателей, расположенных по периметру цилиндра. Если температура цилиндратакова, что начинается преждевременное плавление полимера у его стенки, томатериал будет проскальзывать по этой поверхности, т.е. вращаться вместе сошнеком. Поступательное движение материала прекращается. При оптимальнойтемпературе полимер спрессован, уплотнен и образует в межвитковом пространстветвердую пробку. Лучше всего, если такая скользящая пробка образуется исохраняется на границе зон I и II.Свойства пробки во многом определяют производительность машины, стабильностьтранспортировки полимера, величину максимального давления и т.д.
Зона пластикации и плавления (II). В начале зоны II происходитподплавление полимера, примыкающего к поверхности цилиндра. Расплав постепеннонакапливается и воздействует нa убывающую по ширинепробку. Поскольку глубина нарезки шнека уменьшается по мере продвижения материалаот зоны I к зоне III, товозникающее давление заставляет пробку плотно прижиматься к горячей стенкецилиндра, где и происходит плавление полимера.
В зоне пластикации пробкаплавится также и под действием тепла, выделяющегося вследствие внутреннего, вязкоготрения в материале в тонком слое расплава, где происходят интенсивные сдвиговыедеформации, — материал пластицируется. Последнее обстоятельство приводит квыраженному смесительному эффекту. Расплав интенсивно гомогенизируется, асоставляющие композиционного материала перемешиваются.
Конец зоны IIхарактеризуется распадом пробки на отдельные фрагменты. Далее расплав полимерас остатками твердых частиц попадает в зону дозирования. Уменьшающаяся глубинанарезки шнека создает давление, которое необходимо для продавливания расплавачерез фильтрующие сетки, подачи его в головку, уплотнения и в итоге — длявыхода сформованного изделия.
Основной подъем давления Ррасплава происходит на границе зон I и II. На этой границе образующаяся пробка из спрессованного материалакак бы скользит по шнеку: в зоне I это твердыйматериал, в зоне II — плавящийся. Наличие пробки исоздает основной вклад в повышение давления расплава. Запасенное на выходе изцилиндра давление расходуется на преодоление сопротивления сеток, течениярасплава в каналах головки и формования изделия.
Зона дозирования (III). Продвижение гетерогенного материала (расплав, частичкитвердого полимера) сопровождается выделением внутреннего тепла, котороеявляется результатом интенсивных сдвиговых деформаций в полимере. Расплавленнаямасса продолжает гомогенизироваться, что проявляется в окончательном плавленииостатков твердого полимера, усреднении вязкости и температуры расплавленнойчасти. В межвитковом пространстве расплав имеет ряд потоков, основными из которыхявляются продольный и циркуляционный. Величина продольного потока (вдоль осишнека) определяет производительность экструдера Q, ациркуляционного — качество гомогенизации полимера или смешения компонентов. Всвою очередь, продольный поток складывается из трех потоков расплава: прямого,обратного (по шнеку) и потока утечек [18].
Течение расплава через сетки иформующую оснастку. Расплав вращающимся шнеком продавливается через решетку, ккоторой прижаты металлические сетки. Сетки фильтруют, гомогенизируют и создаютсопротивление движению расплава, на них теряется часть давления. Проходя черезсистему фильтрующих сеток, порции полимерного расплава с большей вязкостьюзадерживаются на сетках. Этого времени должно хватить для того, чтобы порциярасплава достигла нужной температуры. Сверхвысокомолекулярные фракции полимераи различные примеси задерживаются сетками и через некоторое время их вместе ссеткой удаляют из цилиндра экструдера.
После прохождения сетокгомогенизированный расплав под остаточным давлением (Р=5,0-35 МПа) продавливаетсяв формующую оснастку и, приобретая определенный профиль, выходит практическипод очень небольшим избыточным давлением из фильерной части головки [20].
Фильера (решетка) — пластинаили колпачок, в донышке которого имеются калиброванные отверстия, расположенныев определенном порядке. На фильере происходит разделение общего дозированногорасплава на ряд струек.
Материал, из которогоизготавливают фильеры, их форма и размеры, а также размеры и количествоотверстий определяются способом, средой и температурой формования волокон,составом и свойствами расплава. Фильеру как правило изготавливают из металлов,хотя известны попытки использования стекла и керамики. При формовании волокониз расплавов применяют фильеры из высоколегированных высокопрочных нержавеющихсталей.
Обычно фильеры выполняются ввиде колпачков (дляпрядильных растворов) или пластин (для расплавов) круглойформы, рисунок 2.6
/>
Рисунок 2.6 — Виды фильер
Донышко фильеры должновыдерживать давление от 2,5 до 5 МН/м2. Соответственно толщинадонышка фильеры должна составлять 5-20мм [17].
 
/>/>/>/>2.4Расчетная часть
/>/> />2.4.1 Материальныйбаланс процесса производства вторичных гранул на основе композиций полиэтиленаи полипропилена
Материальные расчеты начинаютсяс определения расхода основного сырья. Расчет расхода сырья производится повыбранным параметрам технологического процесса и потерям, принятым дляпроизводства данного вида изделия. Он может быть произведен как дляпроизводства в целом, так и по отдельным его стадиям — технологическимпереходам.
Данный расчет необходим дляоценки возможных потерь в процессе производства и корректировки материальныхпотоков сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции, планированиязапасов сырья на складе, упрощения калькуляции себестоимости конечного изделия.
Потери по переходамтехнологического процесса принимаются, исходя из данных практики работыпередовых производств с корректировкой в зависимости от принятоготехнологического процесса и аппаратурного оформления.
Потери делятся на безвозвратныеи возвратные. К безвозвратным относятся потери, которые не могут бытьвозвращены в производство или направлены на регенерацию, к возвратным — возвращаемыев производство.
Потери по стадиям процесса неследует суммировать, так как они принимаются в процентах от количества сырья,полупродукта или готовой продукции, которое поступает на данный технологическийпереход.
В ходе расчета общей выработкипродукции устанавливается расчетное количество полуфабриката, выходящего скаждого технологического перехода, и определяется количество полуфабриката,необходимое для выпуска продукции на данном переходе и заданного объема готовойпродукции.
Расчет расхода сырья и общейвыработки продукции рекомендуется проводить на суточную производительность (кг/сут).
Расчет обычно проводится сточностью до 1кг, в отдельных случаях при сравнительно небольшом расходедорогостоящего материала (краситель, стабилизатор, модификатор и проч.) — до0,1кг.
Для наглядности расчетаматериального баланса необходимо привести схему материальных потоков процессаэкструзии.
Расчет материального балансаначинают с последней стадии для того, чтобы учесть все потери (Таблица 2.1) [18].
Таблица 2.1 — Процент потерь накаждой стадии производства. Стадия производства Потери,% возвратные безвозвратные Контроль качества 0,5 - Механическая обработка - 1,0 Экструзия 1,0 2,0 Дробление и измельчение - 0,5 Смешение - 0,5 Транспортирование и хранение - 0,5
Приведем схему материальныхпотоков процесса производства на рисунке 2.7
/>

          0,5%                                     1,5%                                          3%
/>

                                                                                                         0,5%
Рисунок 2.7 Схема материальныхпотоков процесса производства.
 
Контроль качества (ОТК).
На стадию ОТК поступает: 1,0050т.
Возвратные потери составили 0,5%
/>
Возвратные потери составили0,0050 т
Экструдирование.
На стадию экструдированияпоступает: 1,036 т
Общие потери составили 3%, в томчисле:
безвозвратные потери 2%;
возвратные потери 1%
/>
Общие потери составили 0,031 т втом числе:
безвозвратные 0,021 т;
возвратные 0,01 т
Сушка.
На стадию сушки поступает 1,0412т
Безвозвратные потери составили0,5%
/>
Безвозвратные потери составили0,043
Мойка.
На стадию мойки поступает 1,0846т
Безвозвратные потери составили 4%
/>
Безвозвратные потери составили0,0434 т
Дробление.
На стадию дробления поступает1,1011 т
Безвозвратные потери составили1,5%
/>
Безвозвратные потери составил0,0165 т
Транспортировка
На стадию транспортированияпоступает 1,0916 т
Безвозвратные потери составили0,5%
/>
Безвозвратные потери составили0,0055 т
Постадийный материальныйбаланс (Таблицы 2.2-2.8)
Таблица 2.2 — Транспортировка ихранениеПриход, т Расход, т Отходы: 1,0916
Отходы: 1,0861
Безвозвратные потери 0,0055 Итого: 1,0916 Итого: 1,0916
Таблица 2.3 — ДроблениеПриход, т Расход, т Отходы: 1,1011
Дробление: 1,0846
Общие потери 0,0310
Безвозвратные потери 0,0165 Итого: 1,1011 Итого: 1,1011
Таблица 2.4 — МойкаПриход, т Расход, т Дроблёнка: 1,0846 Промытая дроблёнка: 1,0412 Безвозвратные потери 0,0434 Итого: 1,0846 Итого: 1,0846
Таблица 2.5 — СушкаПриход, т Расход, т Промытая дроблёнка: 1,0412
Просушенная дробленка: 1,0360
Безвозвратные потери 0,0052 Итого: 1,0412 Итого: 1,0412
Таблица 2.6 — ЭкструдированиеПриход, т Расход, т Просушенная дроблёнка: 1,0036
Гранулят: 1,0050
Общие потери 0,0310
Возвратные потери 0,0100
Безвозвратные потери 0,0210 Итого: 1,036 Итого: 1,036
Таблица 2.7 — Контроль качестваПриход, т Расход, т Гранулят: 1,0050
Готовое изделие: 1,0000
Безвозвратные потери 0,0050 Итого: 1,0050 Итого: 1,0050
Таблица 2.8 — Сводныйматериальный балансПриход, т Расход, т Сырье 1,1066 Готовое изделие: 1,0000 Безвозвратные потери: Транспортировка 0,0055 Дробление 0,0165 Мойка 0,0434 Сушка 0,0052 Экструдирование 0,0021 Возвратные потери: Экструдирование 0,0100 ОТК 0,0050
/>/> />2.4.2 Расчетпроизводительности экструдера
Таблица 2.9 — Исходные данныеПараметр Обозначение Значение Экструдируемый материал Полиэтилен + полипропилен - Диаметр червяка, см D 6,3 Отношение длины червяка к диаметру
/> 30 Общая длина червяка, см
Lобщ=30D 189 Длина зоны дозирования, см
Lдоз=15D 94,5 Длина зоны питания, см
Lпит=4D 25,2 Длина зоны пластикации, см
Lпласт=6D 37,8 Шаг винтовой нарезки червяка, см t=D 6,3 Глубина канала, см
hпит 0,6 Степень сжатия материала в зоне дозирования k 2,5 Частота вращения шнека, об/мин N 45 /> /> /> />
Примем глубину канала hпит=6мм. Для определения ширины гребня винтовойнарезки е воспользуемся формулой (2.1):
e=0,lD, (2.1)
где D-диаметрчервяка
е =/>=0,63см,
Вычислим /> - зазор между гребнемчервяка и цилиндром по формуле
/>=0,004/>, (2.2)
где D-диаметрчервяка
/>
Рассчитаем угол подъема винтовойнарезки на гребне червяка по формуле (2.3):
/>=arctg/>, (2.3)
где t-шагвинтовой нарезки червяка, см
D-диаметрчервяка.
/>
Рассчитаем глубину канала в зонедозирования по формуле (2.4) (для дальнейших расчетов шнека все метрическиезначения берем в сантиметрах):
/> (2.4)
где D-диаметрчервяка;
hпит-глубинаканала;
к — коэффициент сжатия в зонедозирования — К = 2,5 (для гранулированного сырья).
/>.
По расчетам получилось 3мм
/> (2.5)
где D-диаметрчервяка, см; hдоз — глубина канала в зонедозирования, см; е-ширина гребня винтовой нарезки, см; t- шаг винтовой нарезки червяка, см; />-уголподъема винтовой нарезки, см; N-частота вращения шнека,об/мин.
/>
Рассчитаем величину обратногопотока по формуле (2.6):
/> (2.6)
Для того что бы рассчитать Qобр нужно рассчитать /> поформуле (2.7):
/> (2.7)
где hдоз — глубина канала в зоне дозирования, см;
е-ширина гребня винтовойнарезки, см;
t — шагвинтовой нарезки червяка, см;
/>-уголподъема винтовой нарезки, см;
Lдоз — длина зоны дозирования, см
/>
Для определения эффективной вязкостирасплава в винтовом канале червяка экструдера рассчитаем скорость сдвига/> по формуле (2.8).
/> (2.8)
где hдоз — глубинa канала в зоне дозирования, см
N-частотавращения шнека, об/мин.
D-диаметрчервяка, см;
/>
При дальнейших расчетах приопределении эффективной вязкости расплава будем пользоваться диаграммойприведенной на рисунке 2.6 [21].
По графику зависимостиэффективной вязкости от скорости сдвига, находим значение эффективной вязкостипри t=230°C
γ=44,7 c-1;µэф= 2,3 ∙ 10-2 кг с/см2;
/> (2.9)
/>=1,72∙10-3∙ρ;
Qобр1=1,72∙10-3 ∙ 80 =0,137 см3/с
Qобр2=1,72∙10-3 ∙ 90 =0,154 см3/с
Qобр3=1,72∙10-3∙100 =0,172 см3/с
Qобр4=1,72∙10-3∙110 =0,189 см3/с
Qобр5=1,72∙10-3∙120 =0, 206 см3/с
Qобр6=1,72∙10-3∙130 =0,223 см3/с
Полученные данные сведем втаблицу 2.10
Таблица 2.10 — Значениявеличины обратного потока от давления экструдераПоказатель Значение Р, атм 80 90 100 110 120 130
Qобр, см3/с 0,137 0,154 0,172 0,189 0, 206 0,223
Рассчитаем величину потокаутечки по формуле (2.10):
/> (2.10)
/>
Рисунок 2.6 — График зависимостиэффективной вязкости от скорости сдвига
Для того чтобы рассчитатьвеличину потока утечки рассчитаем градиент скорости по формуле (2.11):
/>; (2.11)
/>
/>; (2.12)
/>/>
При дальнейших расчетах приопределении эффективной вязкости расплава в зазоре будем пользоваться диаграммой1.
Температура переработкикомпозиции
tплав=230°С,γ'утеч=445 сек-1 µγ=3,75∙10-3/>
 
Далее можно рассчитать величинупотока утечки принимая давление создаваемое экструдером от 80-130 атм. (шаг 10атм). Рассчитаем Q утечпо формуле (2.13)
/> (2.13)
Qутеч1=0,84∙10-4∙ 80 = 0,0067 см3/с
Qутеч2=0,84∙10-4∙ 90 = 0,0075 см3/с
Qутеч3=0,84∙10-4∙ 100 = 0,0084 см3/с
Qутеч4=0,84∙10-4∙ 110 = 0,0092 см3/с
Qутеч5=0,84∙10-4∙ 120 = 0,0100 см3/с
Qутеч6=0,84∙10-4∙ 130 = 0,0109 см3/с
Полученные данные сведем втаблицу 2.11
Таблица 2.11 — Значения величины потока утечки при различных давленияхР, атм 80 90 100 110 120 130
Qутеч, см3/с 0,0067 0,0075 0,0084 0,0092 0,0100 0,0109
Пластификационнаяпроизводительность экструдера определяется по формуле (2.14)
Q=Qпр — Qобр — Qутеч (2.14)
Q1=22,8- 0,137 — 0,0067 = 22,65 см3/с
Q2=22,8- 0,154 — 0,0075 = 22,63 см3/с
Q3=22,8- 0,172 — 0,0084 = 22,61 см3/с
Q4=22,8- 0,189 — 0,0092 = 22,60 см3/с
Q5=22,8- 0, 206 — 0,0100 = 22,58 см3/с
Q6=22,8- 0,223 — 0,0109 = 22,56 см3/с
По данным полученным врезультате всего расчета составим сводную таблицу 2.12.
В таблице 2.12 указаны всезначения полученные при расчете проектируемого экструдера.
Таблица 2.12 — Общая таблицаполученных результатов. Р, атм 80 90 100 110 120 130
Qпр 22,8 22,8 22,8 22,8 22,8 22,8
Qобр, см3/с 0,137 0,154 0,172 0,189 0, 206 0,223
Qутеч, см3/с 0,0067 0,0075 0,0084 0,0092 0,0100 0,0109 Q 22,65 22,63 22,61 22,60 22,58 22,56
Исходя из полученных данныхрассчитаем среднюю производительность экструдера:
Qср=/> см3/с
Рассчитаем производительностьэкструдера в пересчете на кг по формуле (2.15):
/> (2.15)
где ρ-плотностьперерабатываемого материала
Q=3,6∙0,77∙22,6=63,25 кг/час
Исходя из всего вышеизложенногоможно сделать следующие выводы: предлагаемая технологическая линия наиболеевыгодно и эффективно поможет переработать предлагаемые в проекте композиционныематериалы на основе вторичного полипропилена и полиэтилена. В предложенномпроцессе учитываются и соблюдаются все технологические параметры необходимыедля переработки композиций. Расчетная производительность экструдера 63 кг/час [20,21].
/>/>/>/>3.Экспериментальная часть
/>/> 3.1 Оценка реологических свойств полимера икомпозиций на их основе
Переработка полимерногоматериала или композиции начинается с оценки перерабатываемости, критериемкоторой является технологичность. Под термином «технологичность» подразумеваетсякомплекс показателей его реологических свойств, так как не существует одногоуниверсального показателя, по величине которого можно было бы судить отехнологических свойствах полимерного материала. Когда речь идет о переработкенового композиционного материала или создании изделия принципиально новоготипа, то во многом приходится полагаться на модельный эксперимент и опыттехнолога-переработчика. При этом первичная оценка перерабатываемого материалав любом случае должна начинаться с определения границ области текучего состояниятермомеханическим методом с последующим определением реологическиххарактеристик в пределах этого состояния по сравнению со свойствами известныхматериалов [23].
Изучение реологических свойств, т.е.механических характеристик расплавов полимеров и композиций на их основе,используется в основном в следующих целях для:
оценки свойств полимерныхматериалов при сравнении отдельных партий сырья или композиций между собой и сэталонными образцами;
характеристики специфическихэффектов, наблюдаемых при течении полимеров на различных стадияхтехнологических процессов;
определения реологическихпараметров, например вязкости в широком диапазоне скоростей (у) инапряжений сдвига (/>), определяемыхзоной перерабатываемости данного полимерного материала (ЗП), при температурахпереработки, необходимых для расчета производительности оборудования.
Поскольку в текучем состоянииполимеры представляют собой жидкости с большой вязкостью, имеющиеупорядоченность структуры на уровне лишь ближнего порядка, то различиякристаллических и аморфных полимеров в таком состоянии стираются: они зависятне от исходного фазового состояния (до Тпл), а от химическойприроды цепи полимера и его молекулярной массы.
Величина Тт (длякристаллических полимеров это их Тпл) зависит от силмежмолекулярного взаимодействия. Наличие групп, склонных к образованиюводородных связей, приводит к росту температур перехода в вязкотекучеесостояние [24].
При оценке технологичноститрадиционных крупнотоннажных термопластов основной реологическойхарактеристикой является показатель текучести расплава (ПТР).
Под ПТР понимают массу расплаваполимера в граммах, вытекающую через калиброванный капилляр стандартных размеровпод действием фиксированной нагрузки при выбранной температуре расплаваопределенной для каждого полимера за 10 мин. или пересчитанную на длительностьистечения 10 мин.
Оценка термопластов по их ПТРслужит основой для классификации марочного ассортимента по тому основномутехнологическому способу, который рекомендуется для переработки в изделия. Втаблице 3.1 представлена зависимость способа переработки полимерных материаловот ПТР [25].
Таблица 3.1Зависимость способа переработки полимерных материалов от ПТРПоказатель текучести расплава (ПТР), г/10мин Способ переработки 0,03 прессование 0,30-3,00 экструзия 5,00-20,00 литье под давлением 15,00-30,00 производство волокон
Необходимо отметить, чтоуказанные рекомендации не является строгими [24].
Целью экспериментальной частидипломного проекта является определение реологических характеристиквторичного ПЭ, ПП и композиции на их основе, а также задачи которые необходимырешить.
1) Определение и анализ значенийПТР, вторичных ПЭ, ПП и композиции на их основе с целью выбора способапереработки.
2) Построение реологическихкривых с целью выбора режима переработки.
3) Определение термостабильностикомпозиций с целью выбора температурного режима переработки.
/>/> />3.2 Объектыисследования и методика проведения эксперимента
 
Объекты исследования:
1) Вторичный ПЭ (цилиндродноразового шприца);
2) Вторичный ПП (Шток-поршеньодноразового шприца);
3) Композиции ПП и ПЭ (50% ПЭ (цилиндр.)и 50% ПП (поршень)) при температурах 210 и 230 °С
Методика проведенияэксперимента.
Для определения реологическиххарактеристик используется прибор ИИРТ-5, который представлен на рисунке 3.1. Принципдействия установки основан на измерении скорости и истечении расплава черезкапилляр при определенной температуре.
Прибор состоит из экструзионнойкамеры 4 (длина составляет 123±0,25мм, внутренний диаметр 9,5+0,016мм), вполости которого установлен поршень 3 (направляющая головка поршня имеет длину6,35±0,10мм с диаметром 9,48 ± 0,1мм).
/>
Рисунок 3.1 — Прибор ИИРТ-5
1 — штурвал; 2 — груз; 3 — поршень; 4 — цилиндр; 5 — нагреватель; 6 — теплоизоляция; 7 — подставка; 8 — капилляр; 9 — основание; 10 — зеркало; 11 — стопор; 12 — стойка.
Регулятор температуры прибораобеспечивает нагрев цилиндра в интервале 100-200 °С с точностью ±0,5 °С. Внижней части цилиндра 4 установлен градуированный капилляр 8, фиксируемыйстопором 11. Продавливание расплава осуществляется под действием дискообразныхгрузов 2, которые подвешивают к цанге, закрепленной на ходовом винте соштурвалом 1. Для удобства наблюдения за истечением расплава из капилляра наприборе имеется поворотное зеркало 10.
Необходимая для испытаниятемпература в термостате нагревательными элементами и поддерживается с помощьюавтоматического регулятора температуры.
1) Методика определения ПТР
1. Загружают навескуисследуемого материала (4-5г) в канал вискозиметра и вручную уплотняют ее. Чтобыисключить попадание воздуха в камеру время загрузки не должно превышать однойминуты.
2. В камеру вставляют поршень ипомещают на втулку добавочный груз. После выдержки под давлением в течение пятьминут (по ГОСТ 11645) [25], отпускают грузы и дают полимеру течь под действиемсилы тяжести.
3. Как только нижняя кольцеваяотметка на поршне опуститься до верхней кромки экструзионной камеры,выдавленную часть материала отсекают ножом и не принимают в расчет. Одновременноначинают измерение скорости течения расплава до тех пор, пока верхняя метка напоршне не опустится до верхней кромки экструзионной камеры.
4. После охлаждения полученныепрутки взвешивают с погрешностью не белее 0,001г. Число их должно быть не менеетрех. Прутки, содержащие пузырьки воздуха, бракуют. Масса отрезка определяетсякак среднее арифметическое результата взвешивания всех отрезков.
5. После окончания циклаизмерений капилляр освобождают и удаляют из прибора остатки полимера.
6. За результат испытанияпринимается среднее арифметическое двух определений на трех отрезках материала,расхождение по массе между которыми не должно превышать 5%.
7. Показатель текучести расплава(ПТР, г/10 мин) определяется по формуле (3.1) [25]:
/> (3.1)
где 600 — стандартное время, с;
m — средняямасса экструдированных отрезков, г;
t — интервалвремени между двумя последовательными резаниями прутков, с.
В процессе работы былиопределены ПТР вторичного ПЭ, ПП и композиции на их основе, при температурепереработки 210 и 230 °С
2) Методика построенияреологических кривых
Для построения кривых необходимонесколько точек зависимости эффективной вязкости η от напряжения сдвигаτ. Для этого необходимо провести эксперимент при различных нагрузках. Вданном эксперименте использовались нагрузки 1,26; 2,16; 3,8 и 5; кг.
Напряжение сдвига τсдврассчитывается по формуле (3.2):
/>τсдв=/> (3.2)
где G-нагрузкана поршень, Н;
d — диаметрпоршня (0,00948м);
r-радиускапилляра (0,0010475м);
l-длинакапилляра (0,008м).
Скорость сдвига (у) оцениваетсяпо формуле (3.3):
/>,(3.3)
где Q-расходполимерной жидкости в м /с, который можно рассчитать по формуле (3.4);
/> (3.4)
где ρ-плотность, г/см3.
Для построения кривых рассчитаемэффективную вязкость по формуле (3.5)
/> (3.5)
где τ-напряжение сдвига
γ-скорость сдвига [11].
3) методика определениятермостабильности
Термостабильность расплавовхарактеризует длительность нахождения термопласта выше температуры плавлениябез нарушения его химического состава и, следовательно, свойств.
Чем длительнее период термостабильностирасплава, тем шире технологические возможности материала, тем криваятермостабильности будет иметь меньший разброс точек.
Для определениятермостабильности композиции необходимо выдержать расплав в экструзионнойкамере прибора ИИРТ-5 в течение определенного времени, после чего снимается ПТР.
По полученным данным строитсязависимость ПТР от времени выдержки в экструзионной камере.
В данном эксперименте композициявыдерживалась в течении 3, 5, 7, 9 и 11 минут, после чего измерялось значениеПТР
/>/> />3.3 Результаты эксперимента
1) Для построения графиковзависимости ПТР от нагрузки экспериментальные данные (значения массэкструдируемых отрезков, с учетом времени истечения расплава полимера) подставилив формулу (3.1). Полученные значения ПТР, свели в таблицу 3.2
Таблица 3.2 — Экспериментальныеданные для расчета ПТР вторичного полиэтилена, полипропилена и композиций на ихосновеПолимер Температура, °С Масса груза, Н Время, сек Средняя масса, г ПТР, г/10 мин ПЭ 190 12,4 10 0,08054 4,8 ПП 230 12,4 5 0,17582 21,0 Композиция 1 210 12,4 5 0,08362 10,0 Композиция 2 230 12,4 5 0,12649 15,1 ПЭ 190 21,2 5 0,08815 10,5 ПП 230 21,2 5 0,34629 41,6 Полимер Температура, °С Масса груза, Н Время, сек Средняя масса, г ПТР, г/10 мин Композиция 1 210 21,2 5 0,18561 22,2 Композиция 2 230 21,2 5 0,28743 34,5 ПЭ 190 37,3 5 0, 20216 24,2 ПП 230 37,3 5 0,72280 86,7 Композиция 1 210 37,3 5 0,34477 41,3 Композиция 2 230 37,3 5 0,50673 60,8 ПЭ 190 49 5 0,27435 33,0 ПП 230 49 5 1,11425 133,7 Композиция 1 210 49 5 0,59810 71,7 Композиция 2 230 49 5 0,88448 106,0
По данным таблицы построилиграфики зависимости ПТР от прикладываемой нагрузки. График представлен нарисунке 3.2
/>
Рисунок 3.2 — Зависимость ПТР отприкладываемой нагрузки
2) Для построения реологическихкривых (зависимость τ от η) данные, полученные в ходе эксперимента,подставили в формулы (3.2), (3.3), (3.4) и (3.5), полученные значения, свели втаблицу 3.3
Таблица 3.3 — Эффективнаявязкость вторичного полиэтилена, полипропилена, и композиций на их основеПолимер Напряжение сдвига, (10-4 Па) 1,1 2 3,5 4,5 ПЭ 0,090 0,070 0,057 0,054 ПП 0,019 0,017 0,014 0,012 Композиция 1 0,040 0,034 0,032 0,024 Композиция 2 0,027 0,022 0,022 0,016
По результатам построили графикизависимости эффективной вязкости (η) от напряжения сдвига (τ) (Рисунок3.3).
/>
Рисунок 3.3 Графики зависимостиэффективной вязкости (η) от напряжения сдвига (τ)
3) Для построения кривойтермостабильности были определены значения ПТР композиций содержащих 50%ПЭ и50% ПП, при температуре 210 и 230°С соответственно, в течении 3,5,7,9 и 11минут (Таблица 3.4).
Таблица 3.4 — Термостабильность композиции на основе ПЭ и ПП при температурах 210 и 230 °СВремя, мин ПТР, г/ 10 мин (210°С) ПТР, г/ 10 мин (230°С) 3 20,5 31,5 5 22,6 31,8 7 24,5 31 9 19,8 32,2 11 20,1 30,8
По результатам построили графикизависимости ПТР от времени выдержки расплава композиций (рисунок 3.4).
/>
Рисунок 3.4 — Термостабильностьполимеров
/>/> />3.4 Обсуждениерезультатов
1) Из графика зависимости ПТР отнагрузки (рисунок 3.2), видно, что с увеличением нагрузки резко увеличиваетсяПТР вторичного ПП. Кривая зависимости ПТР от нагрузки вторичного ПЭ меняется незначительно.Это можно объяснить тем, что во вторичном ПП деструкция идет гораздо глубже,чем во вторичном ПЭ так как, ПЭ и ПП отличаются по своему химическому строению.ПП имеет третичный атом углерода, который способен легче образовывать свободныерадикалы за счет своей активности при этом молекулярная масса уменьшается,расплав начинает течь быстрее и ПТР следовательно увеличивается. В то же время ПЭимеет линейное строение, так как отсутствует третичный атом углерода, деструкцияидет незначительно и также меняется молекулярная масса и ПТР.
Аналогичные кривые зависимостиПТР от нагрузки, были построены для композиций состоящих из 50% ПП и 50% ПЭ притемпературах 210 и 230 °С, в которых наблюдается резкое увеличение кривойзависимости ПТР от нагрузки и вид кривых напоминает аналогичную зависимость ПТРот нагрузки для ПП.
При стандартной нагрузке 2,16кг,ПТР композиций при температурах 210 и 230°С составил соответственно 10 и 15г/10 мин, судя по этим данным способом переработки можно предложить литье поддавлением.
2) По результатам экспериментабыли построены четыре реологические кривые, для ПП, ПЭ и композиций состоящейиз 50% ПЭ и 50% ПП (рисунок 3.3).
Кривые зависимости эффективной вязкостиот напряжения сдвига, для композиций состоящих из 50% ПЭ и 50% ПП притемпературах 210 и 230 °С, меняется по тому же закону что и кривая зависимости эффективнойвязкости от напряжения сдвига для ПП, поэтому можно предположить режимпереработки композиций состоящей из 50% ПЭ и 50% ПП должен быть близким крежиму переработки вторичного ПП.
Если два полимера имеютразличную вязкость, а смеси должны перерабатываться при одинаковой вязкости, ихсовместная переработка возможна только при добавлении пластификатора. В нашемслучае композицию можно перерабатывать при добавлении в качества пластификатора«Recycloblend»
3) Для выбора температурногорежима переработки, была определена термостабильность композиции ПЭ-ПП.
Из зависимости представленной нарисунке 3.4 можно сделать следующие выводы:
при температуре 210°С расплав сувеличением времени выдержки имеет различные значения ПТР, связанные стермодеструкцией полимеров, в результате которой меняется молекулярная массаполимеров входящих в композицию;
при температуре 230°С с течениемвремени ПТР меняется незначительно, это свидетельствует о термостабильностиполимера.
Поэтому целесообразно проводитьпереработку композиции при температуре 230°С.
/>/>/>/>4.Автоматизация производственных процессов
/>/> />4.1 Основыавтоматизации производства
Современные химическиепроизводства характеризуются все возрастающей сложностью и многообразиемопераций и оборудования. Управление такими производствами возможно лишь пришироком использовании методов и средств автоматизации.
Одним из основных направленийразвития всех отраслей экономики, дальнейшей интенсификации и совершенствованиятехнологических процессов является автоматизация производств, котораяобеспечивает наибольший эффект использования, контроль за эксплуатацией,надежность и безопасность работы технологического оборудования.
Под технологическим процессомпонимают совокупность технологических операций, проводимых над исходным сырьемв одном или нескольких аппаратах, целью которых является получение продукта,обладающего заданными свойствами.
Технологический процесс,реализованный на соответствующем оборудовании, называют технологическимобъектом управления (ТОУ). ТОУ может быть отдельным аппаратом, агрегатом,установкой, цехом или отдельным производством. Для поддержания нормальногофункционирования ТОУ или, при необходимости, изменения условий его работы имнужно управлять. Целью управления является обеспечение оптимального значениякритерия управления (технологический или технико-экономический показатель) [26,27].
Процесс управленияпредусматривает: сбор информации о текущем состоянии объекта управления,определение оптимального режима его функционирования, вычисление управляющихвоздействий, реализацию оптимальных управляющих воздействий.
В настоящее время для управленияпроизводством применяются автоматизированные системы управления (АСУ) — человеко-машинныесистемы, обеспечивающие автоматизированный сбор и обработку информации,необходимой для оптимизации управления. Причем, сбор, обработка, вычислениекритериев, нахождение оптимальных значений осуществляется с помощью техническихсредств и электронных вычислений, а управляющий персонал осмысливаетсложившиеся ситуации и обеспечивает управление ими.
Задача автоматической системыуправления технологическим процессом (АСУ ТП) состоит в отыскании оптимальныхрежимов совместно работающих аппаратов, распределении нагрузок между отдельнымиили параллельно работающими агрегатами с учетом имеющихся ресурсов сырья,энергии и других показателей. В данном случае информация может передаваться надиспетчерские пункты предприятия, обеспечивающие ее анализ, обработку ииспользование.
На локальном уровне задачасводится к стабилизации необходимых режимов процессов, протекающих в отдельныхаппаратах, путем поддержания заданных значений характерных технологическихвеличин (расход, температура, качественные показатели получаемых продуктов и др.).Кроме того, выполняется оптимизация процессов с учетом их особенностей (процесспроводится при условии максимальной выработки целевого продукта из единицысырьевого материала, минимальных удельных затрат энергии на получение продуктазаданного качества или при других условиях). Одновременно осуществляется сигнализацияо нарушении заданного режима, защита и блокировка оборудования, его пуск иостановка, дистанционное управление процессом и т.д. Эти задачи решаются спомощью локальных автоматических систем, входящих в АСУ ТП.
Автоматизация производства непринижает роли исследователя, инженера или техника, управляющего производством.Наоборот, она повышает производительность их труда, требует от них болеевысокого уровня знаний для решения задач при приеме и обработке информации,умения правильно применить и заложить оптимальную программу производства и датьее правильное толкование. Применение автоматических средств в производствеосвобождает человека от нетворческой механической работы, исключает возможностьвозникновения субъективных погрешностей [26].
/>/> />4.2 Основныехарактеристики системы автоматизации проектируемого экструдера
Разрабатываемая производственнаялиния по переработке композиций на основе вторичного полипропилена иполиэтилена на предприятии ООО «Алькор» состоит из:
ножевой дробилки для мокрогоразмола;
промывочного лотка;
центробежной и термической сушки;
смесителя силосного типа;
экструдера.
В данном разделе рассмотримавтоматизацию хвостовой части проектируемой линии — экструдера (гранулирующегоустройства). Схема автоматизации экструдера представлена на рисунке 4.1 и наслайде
/>/> />4.3 Регулированиезначений температуры различных зон пластикационого канала
В пластикационном канале,необходимая температура для правильного протекания технологического процессапереработки полимера, устанавливается на щите центрального контроллера иобеспечивается термоэлектро нагревательными элементами (ТЭНами). Вблизи каждогонагревательного элемента расположен датчик температуры.
Датчиками температуры служаттермоэлектрические преобразователи (термопары) с металлическими электродами.
Чувствительный элементпредставляет собой два термоэлектрода, сваренных между собой на рабочем конце втермопару (рабочий спай) и изолированных по всей длине при помощи керамическойтрубки. Изолированный чувствительный элемент помещают в защитную арматуру, вкомплект которой входит водозащищенная головка с колодкой зажимов. Двойныетермопары имеют два электрически изолированных чувствительных элемента. Свободныеконцы термопар через колодку зажимов присоединяются к вторичному прибору илипреобразователю. В качестве вторичного прибора используется милливольтметр.
Принцип действиятермоэлектрического преобразователя основан на изменении термоэлектродвижущейсилы, развиваемой термопарой из двух различных проводников.
Для автоматического регулированиятемпературы рабочей зоны экструдера датчики температуры подсоединяют в мостовуюсхему. Задатчиком температуры устанавливается необходимая температура длякаждой зоны нагревания. Мост разбалансируется заданной величиной сопротивлениядатчика температуры и величиной сопротивления задатчика температуры. По сигналуразбаланса моста регулятор включает устройство питания нагревательных элементов.
При нагревании цилиндраэкструдера мост балансируется увеличением значения сопротивления от повышениятемпературы. Напряжение на входе регулятора температуры уменьшается,соответственно уменьшается и напряжение на нагревательных элементах. Прибалансе моста регулятор температуры поддерживает напряжение на нагревательныхэлементах постоянным. При нагреве баланс моста нарушается, фаза мостаизменяется на противоположную и регулятор температуры вырабатывает сигнал,которым отключает схему питания нагревательных элементов. При небольшомразбалансе моста в ту или другую сторону регулятор температуры увеличивает или уменьшаетнапряжение на нагревательных элементах.
Цилиндр экструдера, состоящий изсеми зон, наревется семью ТЭНами, и для поддержания заданной температурыфункционируют семь нагревательных элементов.
В цилиндре экструдерарасполагается семь зон нагрева, которые представлены в таблице 4.1
Также следует отметить, чтокаждой термопарой определяется фактическая температура каждой зоны цилиндраэкструдера и её значение высвечивается на центральном щите контроллера. Этопозволяет визуально наблюдать работу каждой зоны нагрева [27].
В разрабатываемом проектеиспользуются термопары типа ХК. Технические характеристики термопары ХКприведены в таблице 4.2
/>
Таблица 4.1 — ТемпературныережимыНомер зоны Материал ПЭВД ПЭНД ПП Зона нагрева 1 95 95 100 Зона нагрева 2 180 185 180 Зона нагрева 3 195 185 180 Зона нагрева 4 195 185 180 Зона нагрева 5 200 195 180 Зона нагрева 6 200 195 160 Зона нагрева 7 200 200 160
Таблица 4.2 — Техническиехарактеристики термопарыТип термопары Условное обозначение Материал термоэлектрода Температура, °С
  положительного отрицательного от до ТХК XK (L) Хромель ТНХ 9,5 (90,5% №+9,5%Сг) Копель МНМц 43-0,5 (56% Cu+44% Ni) -200 800 /> /> /> /> /> /> /> />/>/>/>4.4Контроль и регулирование давления расплава в пластикационном канале экструдера
Для определения давления впроектируемом экструдере используется датчик давления типа Dynisco MDT 462L-1/2-35C-15/46-T80.
Датчик представляет собоймеханический щуп с чувствительной мембраной, расположенной непосредственно вобласти определения давления, по средствам газовой трубки он соединяется сэлектронным блоком — преобразователем, который преобразует поступившуюинформацию в электрический сигнал. Преобразованный сигнал может приниматьзначения от 0 В до 10 В, что равняется от 0 до 3,5-107 Пасоответственно. Если полученный сигнал превышает 2,2-10 Па, центральныйконтроллер посылает аварийные сигналы на привод двигателя постоянного тока,вращающий шнек, и на насос, подающий расплав на головку. Происходит полнаяостановка червячной машины.
Датчик служит для определениядавления расплава в наиболее сложных местах экструдера:
на дросселе (сужениепластикационного канала, которое находится сразу же после шнека). Еслиизмеряемое давление не соответствует номинальному значению в рассматриваемомместе, преобразованный сигнал с вторичного прибора поступает на центральныйконтроллер, а оттуда на двигатель постоянного тока, вращающий шнек экструдера. Соответственно,если давление превышает номинальное значение, скорость вращения шнека уменьшается,и наоборот;
на сите, которое служит дляфильтрации расплава перед грануляцией. Если увеличивается давление на сите,значит, оно забилось, а если уменьшается — сломалось или повредилось. В этомслучае преобразованный сигнал с датчика передается в центральный контроллер,откуда подается звуковой сигнал для обслуживающего персонала (сирена, гудок),сообщающий о срочной операции замены сита;
непосредственно на фильере,после насоса, регулирующего подачу массы на головку. Насос служит дляравномерной подачи расплавленной массы на гранулирующую головку. Результатизмерения датчика давления поступает в центральный контроллер, где онсравнивается с номинальным, и если равенства нет, контроллер выдаетрегулирующий сигнал на насос. Если давление недостаточное — насос начинаетработать более активно, и наоборот [28].
/>/> />4.5 Пульты управления
Гранулирующее устройствооснащено тремя пультами управления, с помощью которых устанавливаетсянеобходимые параметры, касающиеся производственного процесса.
Пульт управления 1 представленна рисунке 4.2
Данный пульт управленияпредусмотрен для установки температуры в зонах нагрева в зависимости от производимогоматериала и имеет семь рабочих приборов амперметров, которые показывают семьзон нагрева и подаваемую на них силу тока, а также семь полуавтоматов.
/>
Рисунок 4.2 — пульт управления 1
Пульт управления 2 представленна рисунке 4.3
/>
Рисунок 4.3 — Пульт управления 2
Пульт управления 2 включает всебя:
вольтметр
три полуавтомата: главный, маслонасос, вентилятор.
регулировку вращения главногошнека.
Пульт управления 3 представленна рисунке 4.4
Пульт управления 3 включает всебя:
кнопки включения и отключения: бункерапитателя, центрифуги и ванны охлаждения шнека, головки ножей.
регулировку частоты вращенияножей и окошко цифрового показа частоты на преобразователе.
/>
Рисунок 4.4 — Пульт управления 3
В проектируемой линиирассмотрены современные методы автоматизации гранулирующего устройства попроизводству гранул из композиции на основе вторичного полипропилена иполиэтилена.
Автоматизация производствазначительно повысит производительность оборудования, улучшит качествополучаемой продукции, уменьшит энергетические и сырьевые затраты.
/>/>/>/>5.Безопасность и экологичность
/>/> />5.1 Анализ опасностей ивредных факторов на предприятии по производству пластиковой посуды ООО «Алькор»
Данный дипломный проект посвященвторичной переработке медицинских шприцев. В разрабатываемую технологическуюлинию входят:
шредер, предназначен для грубогоизмельчения отходов перед дальнейшей переработкой;
дробилка служит для измельченияполимерных отходов;
пневмотранспортный каналтранспортирует измельченное сырье к последующему агрегату;
гранулятор — это червячныйэкструдер, который преобразует дробленый материал в гранулы путем продавливаниярасплавленной массы через калиброванные отверстия решетки (фильеры).
К опасным и вредным химическимфакторам данной линии относят выделение летучих продуктов термоокислительнойдеструкции, наличие которых возможно при производственной переработке пластмасс.К таким продуктам относятся: формальдегид, паров ацетальдегида, паров уксуснойкислоты, окиси углерода, аэрозоля полипропилена и полиэтилена и их сополимерови др. Однако при исследовании воздуха рабочей зоны на предмет наличия вредныхвеществ в воздухе для здоровья рабочего персонала концентраций вредныхфакторов, превышающих значения их ПДК обнаружено не было [29].
Ниже прилагаются данныелаборатории Центра Госсанэпиднадзора, в сравнении с данными на предприятии«Алькор» приведённые в таблице 5.1

Таблица 5.1 — Анализ вредныхфакторов на предприятии «Алькор»Вредные факторы ПДК Результат измерений
Формальдегид, мг/м3 0,5 Не обнаружен
Моно оксид углерода, мг/м3 0,5 Не обнаружен
Винилбензол, мг/м3 30,0 10,7
Озон, мг/м3 0,100 0,057
Этил ацетат, мг/ м3 200,0 20,2 Пыль полимерная, мг/м 0,6 0,5 Вредные факторы ПДК Результат измерений Температура, °С 18-27 27 Относительная влажность,% 15-75 37
Скорость движения воздуха,
м/с 0,1-0,4 0,3 Освещенность, лк 150 130 Шум, дБА 80 83
К физическим опасным и вреднымфакторам данного производства относят повышенный уровень шума на рабочем месте,обусловленный колебанием деталей машин и их перемещением, напряженияэлектрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека,движущиеся части механизмов и агрегатов, которые могут привести к травмам, атакже работа с горячими инструментами и оборудованием [30].
/>/> />5.2 Обеспечениебезопасности
/>/> />5.2.1 Роторная дробилка
При работе на роторном станкеследует всегда выключать его главный выключатель. Роторный станок разрешаетсядопускать к эксплуатации лишь после проверке на возможно забытые детали иинструмент, а также после установки всех защитных приспособлений, роторныйстанок разрешается снова пускать в эксплуатацию. При работах с ножами следуетзафиксировать ротор с помощью деревянного клина.
Предохранительные устройства: гидравлическиуправляемые фиксирующие пальцы являются гарантами того, что во времяизмельчения воронка и корпус остаются закрытыми. После отключения роторногостанка ротор движется по инерции до полной остановки в течении одной минуты. Поэтому,лишь после срабатывания реле времени, гидравлическая часть может быть введена вэксплуатацию, а измельчительный узел остается на это время защищенным.
Для предотвращения развинчиваниязажимные винты ножей следует зафиксировать с помощью предохранительных шайб. Длякомпенсации высадки следует через каждые 8-16 рабочих часов подтягиватьдинамометрическим ключом зажимные винты ножа. Поврежденные зажимные винты ножаи шайбы следует немедленно заменить на новые. Образующаяся при работе мельницыполимерная пыль собирается самовстряхивающимся рукавным фильтром.
Звукозащита не предусмотрена,так как вблизи мельницы нет постоянных рабочих мест. Пребывание вблизи мельницыразрешено только в соответствующих наушниках.
Для улучшениясанитарно-гигиенических условий предусмотрен местный отсос у роторной мельницы,предназначенной для измельчения обрези. Для защиты от статическогоэлектричества и вторичных проявлений молнии предусматривается заземление всеготехнологического, вентиляционного и другого оборудования 31.
/>/>Меры безопасности при работе сроторной дробилкой.
При работе на дробильнойустановке на работника могут оказывать воздействия следующие факторы:
движущиеся и вращающиеся деталимашин;
повышенный уровень шума;
острые крошки полимера.
Для защиты от этих вредныхфакторов применяется:
от движущихся и вращающихсядеталей машины применяют защитные кожухи, заграждения, электрические концевыевыключатели;
от повышенного уровня шума — специальные наушники;
от острых крошек полимера — перчатки с резиновым напылением, очки.
/>/>Требования безопасности
Перед началом работы:
убедится, что все защитныеприспособления установлены;
проверить отсутствие в воронкепосторонних предметов;
надеть защитные очки и перчатки.
Во время работы:
не загружать роторный станокметаллическими предметами и комбинированными материалами;
при работающем роторном станкене хвататься за проводку материала или воронку;
не выводить из действия защитныеприспособления;
не снимать очки и перчатки.
При возникновении аварийнойситуации:
нажать кнопку «Аварийнаяостановка» на пульте управления дробилкой;
выключить главный выключательэлектрического питания;
в случае обнаружениянеисправности электропроводки, повреждения заземления, выключить главныйвыключатель, оповестить об опасности других лиц работающих на участке, доложитьруководителю [30].
/>/> />5.2.2 Расчетискусственного освещения
Искусственное освещениеобеспечивается лампами дневного света, расположенными на расстоянии 5м от пола.Количество ламп, необходимых для освещения находится по формуле (5.1):
/> (5.1)
где Е — нормативнаяосвещенность, Е=150 лК;
К — коэффициент запаса, учитывающийснижение освещенности, К=1,5;
Sn — площадь пола, м2;
Z — поправочныйкоэффициент светильника, Z=1,1;
F — световойпоток лампы в светильнике, F = 3000 лК;
/> - коэффициент затемненияна рабочем месте, />=0,8-0,9;
/> -коэффициент использования светового потока зависит от индекса помещения i.
Индекс помещения рассчитываетсяпо формуле (5.2):
/>,(5.2)
где а — длина помещения, а=17м;
b — ширина помещения, b=22 м;
h — высота подвеса светильника над рабочими местами, h= 5-0,8-0,5=3,7 м
/>
Расчет ламп типа ЛД-40светильник рассеянного света типа ШОД:
/>/>N=/>
В каждом светильнике установленыдве лампы, следовательно, чтобы обеспечить хорошую освещенность рабочего местанеобходимо установить 31 светильник (62/2=31) [32].
/>/> />5.3 Охрана окружающейсреды
/>/> />5.3.1 Характеристиказагрязнений
Переработка пластмасс напредприятиях химической промышленности сопровождается газообразными выбросами,образованием в значительных количествах твердых отходов, пыли и сточных вод,которые загрязняют окружающую природу. Поэтому очистка газообразных выбросов отвредных газов и сточных вод от вредных веществ, утилизация отходов являютсяважной народнохозяйственной проблемой.
Борьбу с загрязнениями атмосферыосуществляют различными способами. Согласно санитарным нормам проектированияпромышленные предприятия, выделяющие вредные выбросы, отделяются от жилыхрайонов санитарно-защитными зонами. Для предприятий, изготавливающих изделия изпластмасс, наименьшая ширина санитарно-защитной зоны составляет 50метров, этазона способствует разбавлению выбросов до допустимого уровня.
При организации производстваизделий из пластмасс необходимо принимать эффективные меры для уменьшенияколичества выделяющихся веществ — продуктов деструкции. Это, в частности,снижение температуры переработки полимерных материалов, что достигаетсядобавлением в них нетоксичных пластификаторов, микродобавок, существенноснижающих вязкость расплавов полимеров.
Очистку воздуха от внешнихчастиц осуществляют механическими пылеулавливателями, микрофильтрами. Основнаячасть выделяющихся газообразных вредностей улавливается механическими отсосами,остальные растворяются системами общеобменной вентиляции. Вредности, уловляемыесистемами вытяжной вентиляции, направляются на очистные установки илирассеиваютсяв атмосфере.
Жидкие отходы производстваотсутствуют. После промывания дробленых полипропиленовых отходов вода проходитстадию очистки, и затем снова используется в производстве. Boдa, расходуемая на технологические нужды, направляетсянепосредственно в канализацию [30].
/>/> />5.3.2 Очистка сточныхвод
Методы очистки воды
Использованная вода можеточищаться механическим и физико-механическим способами.
Сущность механического методазаключается в том, чтобы из загрязненной воды путем отстаивания ифильтрации удаляются механические примеси.
В зависимости от размеровгрубодисперсные частицы улавливаются решетками и ситами различных конструкций,а поверхностные загрязнения — нефтеловушками, маслоуловителями,смолоуловителями т.п. Механической очисткой можно достигнуть выделения изпромывной воды до 60% нерастворимых примесей.
Физико-химическая очисткасостоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих вреакцию с загрязняющими веществами и способствующих выпадению нерастворимых ичастично растворимых веществ в осадок. В качестве адсорбентов применяютестественные и искусственные материалы. Естественные — это глины, торф, аискусственные активированные угли. Из физико-химических методов широкоприменяется очистка воды от загрязнений хлорированием.
Хлор — наиболее эффективноесредство для обеззараживания воды. Он убивает микроорганизмы и вступает вреакцию с аммиаком. Оставшийся в избытке хлор растворяется в воде, защищая темсамым воду от любого нового источника загрязнения.
Физико-химический метод очисткидает возможность уменьшить количество нерастворимых загрязняющих веществ до 95%и растворенных до 25%.
Твердые отходы образуютсяпостоянно в процессе производства в виде полипропиленовой пыли [31].
/>/> />5.4 Ликвидация ипредупреждение чрезвычайных ситуаций
/>/> />5.4.1 Возможныечрезвычайные ситуации
К возможным ЧС относят такжепроизводственные аварии, пожары, взрывы, неисправности электрической части,разрыв канализационной системы, а также неполадки в механике и гидравлике,которые могут привести к возникновению в рабочей зоне опасных или вредных: факторовдля жизни и здоровья людей. Кроме того, на данном предприятии особую опасностьпредставляют аварии, связанные с прорывом газов и легковоспламеняющихсяжидкостей, выбросом реакционной массы, термическим разложением химическихпродуктов. Противопожарные мероприятия: на случай возникновения пожарапредусмотрен ряд мероприятий и средств пожаротушения: предусмотрены необходимыепервичные средства пожаротушения; для защиты от распространения пламени припожаре на воздушном трубопроводе возле ПК установлен огнепреградитель; всистеме вентиляции выполнена автоматическая система дымоудаления в случаевозгорания твердых горючих материалов.
/>/>/>/>5.4.2Планы ликвидации аварий
Оперативной частью планапредусматриваются возможные аварии и другие условия данного производства,опасные для жизни людей, а также мероприятия, направленные на спасение людей,ликвидацию аварий в начальной стадии их возникновения и после ликвидации аварий.Кроме того, определяются действия инженерно-технических работников и рабочихпри возникновении аварии. При составлении планов ликвидации аварий учитываютсявозможные нарушения нормальных режимов работы: отключение электроэнергии; прекращениеработы вентиляции и выключение освещения; прекращение подачи сырья, топлива,воды, нарушение технологического процесса или режима работы аппаратов,коммуникаций; загорания и др. При любом виде аварии немедленно вызываетсягазоспасательная служба и пожарная часть для оказания помощи людям, и вликвидации аварии.
Распределение обязанностей междудолжностными лицами, участвующими в ликвидации аварии и пожара и порядок ихдействия регламентированы «Инструкцией по составлению планов ликвидацииаварий».
Распределение обязанностейработающих при ликвидации производственных аварий и пожаров представлены втаблице 5.2.
Таблица 5.2 — Распределениеобязанностей работающих при ликвидации производственных аварий и пожаровДолжностное лицо Обязанность Лицо, первым обнаружившее аварию или возгорание Сообщить лично или через другое лицо о происшедшем начальнику смены (мастеру) и остальным людям, присутствующим в помещении. Начальник смены Лично или через ответственных подчиненных немедленно вызывает газоспасательную или пожарную часть, извещает об аварии диспетчера (дежурного) предприятия. Мастер или оператор (аппаратчик) Принятие мер для вывода людей из рабочих помещений и ликвидации аварии. При необходимости, сообщает диспетчеру о происшедшей аварии и отключает аппараты данного технологического процесса. Начальник цеха Ответственный исполнитель работ по ликвидации аварий и пожара. Главный инженер предприятия Ответственный руководитель работ пожаротушения и ликвидации аварий Лица, участвующие в ликвидации аварий — добровольная пожарная дружина (ДПД). Формируется из рабочих, инженерно-технических работников и служащих Принимает участие в локализации и ликвидации возгорания, эвакуации людей и материальных ценностей из горящих помещений
План ликвидации аварий изучаетвесь персонал и рабочие цеха, а также работники газоспасательной станции ипожарной части. Ознакомление с планами оформляется под расписку. Лица, незнающие плана ликвидации аварий в части, относящейся к местам их работы, кработе не допускаются [32].
В разделе безопасность иэкологичность были рассмотрены основные опасности и вредности, возникающие припереработке вторичного полиэтилена и полипропилена, а также основные способызащиты и избежание их воздействия на работающих. Также не осталось без вниманиявлияние данного производства на состояние окружающей среды. Так как линия занимаетсянепосредственно переработкой твердых медицинских отходов и практически невыбрасывает твердых, вредных газообразных и загрязненных жидких отходов,экологическая обстановка в городе не только не ухудшится, но и значительноулучшится за счет сокращения объемов твердого пластикового мусора.
/>/>/>/> 
/>6. Бизнес-планинвестиционного проекта
/>/>/>/> />6.1 Характеристикапредприятия
В данном курсовой работепредлагается внедрить на завод «Алькор» линию по переработкемедицинских шприцев во вторсырье.
ООО «Алькор» — динамичноразвивающееся предприятие нового поколения, начавшее свою деятельность в 2001году.
На сегодняшний деньнаправлениями деятельности завода «Алькор» являются:
производство одноразовой посудыи пластиковой упаковки;
производство изделий изпластмасс, а также полимерной пластмассовой тары.
В настоящее время «Алькор»- современное предприятие, оснащенное новейшим оборудованием ведущихевропейских стран. Рабочих мест насчитывается около ста. На заводе действуетмаркетологическая служба, занимающаяся исследованиями потребительских вкусов,которая вносит обновление в ассортимент выпускаемой продукции; ведетсяежегодное планирование производства: анализируют качество работы, количествоотходов. Объем выпускаемой продукции.
ООО «Алькор» заинтересованов улучшении экологической обстановки в своем регионе, для чего в 2005 году былоорганизовано производственное подразделение по сбору и переработке бывшей вупотреблении полимерной посуды и упаковки. В ближайшее время планируетсяприобретение линии по переработке полимерных отходов и производствупромышленной упаковки.
Руководство заводазаинтересовано в повышении квалификации служащих: на предприятии выписывается специальнаялитература, периодически происходит аттестация персонала.
Предприятие «Алькор» являетсяобществом с ограниченной ответственностью (ООО), уставной капитал которогоразделен на доли определенных учредительными документами размеров; участникиобщества не отвечают по его обязательствам и несут риск убытков, связанных сдеятельностью общества, в пределах стоимости внесенных вкладов.
/>/>/>/> />6.2 Характеристикапроизводимой продукции и оценка рынка сбыта продукции
 
Предприятие предусматриваетпереработку использованных шприцов, закупленных в медицинских учрежденияхгорода в гранулы для вторичного использования.
Но так как одноразовый шприциз-за своего краткосрочного использования практически не подвергаетсядеструкции, то и его свойства практически не изменяются. Поэтому шприц являетсяхорошим материалом для изготовления вторичных гранул.
По объёмам использования вкачестве упаковки, полимеры уступают лишь бумаге и картону.
Мировое производство пластикапревышает 100 млн. тонн в год.
В настоящее время в Россииотмечается интенсивный рост, как производств пластмасс, так и выпуска изделийиз них. В РФ 35% производство полимеров приходится на упаковочнуюпромышленность.
В Челябинской области такжесуществуют заводы по производству полимерных изделий (пакеты, одноразоваяпосуда, различные пленки и пр).
Предприятия, которые выпускаютпластиковые изделия в Челябинской области:
АП «Пластик» Пластмассовыекомплектующие для автомобилей «Жигули»;
ЗАО «Полимир», Челябинскийзавод промышленной упаковки, г Челябинск;
ГУП Завод «Пластмасс»,Изделия из пластмасс, г. Копейск;
ЗАО «Ада-Уралпласт», Полимернаятара, г. Кыштым;
ЗАО «Поликом», Пластиковаятара, г. Челябинск;
«Полимер» Магнитогорскийзавод полимерных изделий;
ООО «Алькор» Магнитогорскийзавод пластиковой посуды и упаковки;
Таким образом, по количествупредприятий перерабатываемых пластические массы можно судить о потребности их виспользовании вторичного сырья.
Вторичные материалы обладаюткомплексом характеристик, которые при умелом их использовании обеспечиваютудешевление продукции при минимальном изменении их свойств./>/>/>/> />6.3 Расчетпроизводственной программы
Расчет производственнойпрограммы показывает, что предприятие имеет организационные и техническиевозможности реально производить запланированное количество продукции в реальнозаданные сроки. Расчет производственной программы сводится к определениюгодового объема производства продукции, эффективного фонда времени работыоборудования.
М=Пч∙Тэф∙N, (6.1)
где N— количествоведущего оборудования, N= 1; Пч — технически обоснованнаячасовая производительность агрегата, Пч =0,1 т/ч; Тэф — эффективный фонд времени работы оборудования, Тэф=7968час
М = 0,1 ∙ 7968 ∙ 1 =796,8 т
Производственная мощность — максимальновозможный выпуск продукции (за год, сутки, смену) при полном использовании всоответствии с установленным режимом работы производственного оборудования ипроизводственных площадей [33].
Таким образом, за год на линиигорячего гранулирования (ЛГГ.) может быть переработано 796,8 тонн вторичногосырья. Однако медицинские учреждения города могут поставить 130 тонниспользованных шприцев, следовательно расчет ведется для шприцев.
/>/>/>/> />6.3.1 Режим работы цеха
График работы оборудования — непрерывный(без остановок на выходные и праздничные дни); 4-х бригадный, в 2 сменыпродолжительностью 12 часов (таблица 6.1).
Таблица 6.1 — Баланс времениработы оборудованияПоказатель Количество Календарное время, ч 8760
Планируемые простои, ч:
капитальные ремонты
планово предупредительные работы
праздники и выходные
192
192 номинальное время, ч 8568 текущие простои, ч 600 фактическое время, ч 7968 часовая производительность, тонн/ часс 0,1
Для непрерывного массовогопроизводства фактическое время работы оборудования рассчитывается по следующейформуле (6.2):
/> (6.2)
где Ткал — календарныйфонд времени; Ткаленд. = 365 дней
Тп. пр — количестводней нахождения оборудования на планово-предупредительных ремонтах (данные ТОиР)сутки; Тп. пр = 8
Т т. пр — проценттекущих простоев по отношению к номинальному времени;
Тт. пр = 7% Ткал= 600 (25 дней) (6.3)
где Тв — общееколичество выходных и праздничных дней в году, сутки; Тв = 0, С — количество смен работы оборудования; С = 2;
Тс — продолжительность однойсмены, ч; Тс = 12 ч;
/>
В свою очередь номинальное времярассчитывается по формуле (6.4):
/> (6.4)
/>/>6.3.2 />/>/>/>Определение количестваоборудования
При проектной производственноймощности М = 130 т/год следует рассчитать количество агрегатов по формуле (6.5):
N=/>, (6.5)
N =/>= 1
Количество оборудованиявыражается в определенных единицах измерения веса, длины или в штуках. В данномслучае выражается в штуках. Количество оборудования N = 1.
/>/>/>/> />6.4 Определениекапитальных затрат
Капитальные затраты — совокупностьзатрат материальных, трудовых и денежных ресурсов, направленных на расширенноевоспроизводство основных фондов [34].
С внедрением новой технологиикапитальных затрат предприятие не несет так как технологическая линия напредприятии уже существует, поэтому Кз=0.
/>/>/>/> />6.5 Расчет фонда оплатытруда/>/>/>/> />6.5.1 Составлениебаланса рабочего времени
Баланс рабочего временисоставляется с целью выявления резервов роста производительности труда за счетболее рационального использования фонда рабочего времени и определениячисленности рабочих. Баланс рабочего времени показывает количество дней (иличасов), которые должен отработать один среднесписочный рабочий в год [33, 34].
График работы непрерывныйчетырех бригадный, по две двенадцати часовые смены представлен в таблице 6.3.

Таблица 6.3 — График выхода наработуНомер бригады Порядок выхода на работу в течение четырех дней 1 1 2 В В 2 2 В В 1 3 В В 1 2 4 В 1 2 В
 />/>/>/>/>/>6.5.2 Определение фондазаработной платы рабочих
Фонд заработной платы — условныйфонд предприятия, образуемый за счет суммирования начисленной заработной платы.
Линию ЛГГ обслуживает два человека,с учетом сменности количество рабочих составляет восемь человек./>6.6 Расчет фонда оплатытруда приведен в таблице 6.4
Таблица 6.4 — Фонд заработнойплаты персоналаНаименование показателей Расчет Машинист экструдера Отношение к производству - ПР Разряд работы или оклад - 5 Тарифная сетка - ТС-1 Тарифная ставка, руб. /час. - 10,4 Система оплаты труда - ПП График работы - 1Н Кол-во работающих, согласно штатному расписанию - 8 Продолжение Планируемое выполнение норм выработки,%   100 Производственная премия (100%), руб. /г 22776∙2 45552 Доплата за работу в праздничные дни, руб. /г 72∙10,4 748,8 Доплата за переработку по графику, руб. /г 134∙10,4∙0,5 696341,8 Доплата за работу в ночное время, руб. /г 1095∙10,4∙0,3 3416,4 Доплата за сменность, руб. /г 2190∙10,4∙0,3 6832,8 Доплата за вредные условия труда, руб. /г 2190∙10,4∙0,3 6832,8 Доплата за выслугу лет, руб. /г 2190∙10,4∙0,15 6,4 Итого доплат, руб. / г 748+696,8+3416,4+6832,8+3416,4 21944 Итого основная зарплата, руб. / год 45552+21944 67496 Доплата по районному коэффициенту, руб. /год 67496∙1,15 77620,4 Дополнительная заработная плата, руб. /год 77620,4∙1,175 91203,9 Среднемесячная зарплата, руб. 91203,97/12 7600 Годовой фонд оплаты труда, руб. 7600∙8∙12 729631,7 /> /> /> /> />
Итого годовой фонд оплаты трудасоставляет: 729,631 тыс. руб.
По результатам таблицы видно,что для оплаты труда персонала, задействованного в обслуживании ЛГГ,потребуются денежные средства в размере 729,631 тыс. руб. в год, которые дляудобства пользования можно округлить до 730 тыс. руб.
Среднемесячная заработная платасоставляет 7600 руб.
Рассчитаем затраты на заработнуюплату на 1 тонну готовой продукции:
/>=6,2тыс. руб.
Таблица 6.5- Расчет отчисленийво внебюджетные фондыВид начислений Процент% Сумма (тыс. руб) Внебюджетные фонды пенсионный фонд 20 146 Фонд социального страхования 2,9 21 Фонд медицинского страхования 3,1 23 Итого: ЕСН 26 190
Итого ФОТ с отчислениями:
730+190 = 920 тыс. руб.
Отчисления с ФОТ на 1 тоннуготовой продукции:
/>=7,8 тыс. руб.
/>/>/>/> />6.6 Расчетсебестоимости продукции
Себестоимость продукциипредставляет собой затраты на производство продукции и ее реализацию [34].
Себестоимость продукциирассчитывается в разрезе следующих статей затрат, приведенных в таблице 6.6.
Таблица 6.6 — Расчетгодовой потребности в сырье, материалах и энергииНаименование расходов Норма расхода на 1 тонну продукции Годовой расход Одноразовые шприцы, т 1,1 130
Вода, м3/ч 130 130 Эл. энергия кВт/ч 1031,1 134043
Расчет годовой потребности всырье, материалах, энергии производится путем умножения установленных нормрасхода на единицу продукции на проектируемый объем выпуска продукции/>/>
/>/> 
/>6.6.1 Определениестоимости сырья и материалов на единицу продукции
Таблица 6.7. — Расчетматериальных затрат на единицу продукцииНаименование сырья Годовой расход Цена, руб Сумма, тыс. руб. Вторсырье, т 130 6000 780
Вода, м3/ч 130 20 2,6 Эл. энергия кВт/ч 134043 1,46 196 Итого     978
/>/>/>/> />6.6.2 Проектнаякалькуляция себестоимости продукции
Калькуляция себестоимости — исчислениев денежном выражении затрат на производство и реализацию продукции, работ иуслуг [33].
Калькуляция себестоимостигодового объема продукции, произведенной на новом агрегате, показана в таблице 6.8.
Таблица 6.8. — Проектнаякалькуляция себестоимости продукции
Наименование статей затрат
Цена ед., руб. Затраты на выпуск единицы продукции количество сумма, тыс. руб. Вторсырье 6000,0 1,1 6,6 Вода 20,0 10,0 0,2 Эл. Энергии 1,46 1031,1 1,5 Заработная плата - - 6,2 Отчисления на социальные нужды - - 1,6 Прочие расходы - - 1,2 Итого производственная себестоимость - - 17,0
/>/>/>/> 
/>6.7 Финансовая оценкаинвестиции
/>/>/>/> />6.7.1 Расчет прибыли
Прибыль — обобщающий показательфинансовых результатов деятельности. На предприятии рассчитывается четыре видаприбыли:
прибыль от реализации товарнойпродукции;
валовая прибыль;
налогооблагаемая прибыль;
чистая прибыль.
Прибыль от реализации товарнойпродукции определяется как разность между объемом продаж без налога надобавленную стоимость (18%) и себестоимостью на весь выпуск товарной продукции.
Валовая прибыль — вся суммаприбыли предприятия до вычетов и отчислений.
Чистая прибыль — частьбалансовой прибыли, остающаяся в распоряжении производства после уплатыналогов, платежей в бюджет [34].
Цена одной тонны вторичныхгранул определяется по формуле:
Ц = С (1+Р), (6.6)
где С — производственнаясебестоимость;
Р — рентабельность, Р=50%;
Ц = />=25,5тыс. руб.
Цена готовой продукции с учетомНДС — 30,1 тыс. руб.
Ц=30,1 тыс. руб.
Расчет чистой прибылипредставлен в таблице 6.9.

Таблица 6.9 — Расчет чистойприбылиПоказатель Сумма за год, тыс. руб.
1 Выручка от реализации продукции
В = Vгод∙ Ц 3551,8
2 Затраты на производство продукции З= (с/с*Vгод) 2210 3 Прибыль от реализации продукции Пр= (Ц-с/с) 1341,8
4 Внереализационные расходы, всего
НДС (18% от выручки)
налог на пользование транспортом (1% от выручки)
Налог на безопасность (3% от ФОТ)
604,9
541,8
35,5
27,6 5 Налогооблагаемая прибыль (п.3 — п.4) 736,9 6 Налог на прибыль (24% от п.5) 176,8 7 Аренда оборудования 150 8 Дополнительная чистая прибыль (п.5 — п.6-п.7) 410,1 />/>/>/>/>/>6.7.2 Расчет рентабельности
Расчет рентабельности — один изпоказателей эффективности работы предприятия, применяемый при планировании иустановленных размеров фонда экономического стимулирования [33,34].
Рпрод. =/>, (6.7)
где Пр — прибыль от реализациипродукции;
Сб — себестоимость продукции.
Рпрод. = /> = 77%
/>/>/>/>Технико — экономические показатели инвестиционного проекта

Таблица 6.10- Основные технико-экономическиепоказатели проектаНаименование показателя Данные проекта Годовой выпуск продукции, тонн 118 Средняя цена единицы продукции с учетом НДС, тыс. руб. 30,1 Средняя себестоимость продукции, тыс. руб. /т. 17 Средняя заработная плата рабочих, тыс. руб. /мес. 7,6 Годовой фонд оплаты труда, тыс. руб. /год 730 Рентабельность продукции,% 77 Чистая прибыль, тыс. руб. 410,1

Вывод
На современном этапе ООО «Алькор»обладает необходимыми и достаточными материальными и квалифицированнымиуправленческими кадровыми ресурсами для успешного ведения бизнеса и обеспеченияформирования дохода для окупаемости инвестиционных вложений.
По результатам проведенныхрасчетов видно, что введение в технологический процесс переработку вторичногосырья выгодно для данного предприятия.
В результате расчетов получили,что чистая прибыль составляет 410,1 тыс. руб.
/>/>/>/>Заключение
В проекте были изученыреологические характеристики композиций на основе полимеров ПП и ПЭ дляопределения возможности совместной переработки и на основании полученных данныхпредложен метод вторичной переработки отходов одноразовых шприцев.
Предложена технологическая схемапереработки с получением вторичного сырья — гранулята.
Проведен расчет оборудования длянепрерывного процесса переработки отходов в гранулят.
Проведен расчет экономическойэффективности выбранного метода переработки отходов одноразовых шприцев. рентабельность77%, себестоимость 17 тыс. руб.
Проектные мощности позволяютвыпускать товарную продукцию для нужд предприятий города и региона.
Заложенные принципы реализациипроекта гарантируют стабильность технологических процессов обращениямедицинских отходов, устойчивую экологическую ситуацию в регионе исвоевременный возврат инвестиций.
/>/>/>Список использованныхисточников
1. Ищенко, Д.В. Что делать? [Текст]// журн. Пластикс — 2003, вып. №4. -М, 2003.
2. Абрамов, В.В. Пластмассовыеотходы: Сбор, сортировка, переработка [Текст] // журн. Полимерные материалы — 2001,вып № 11,12. — М, 2001.
3. Якименко, В.Б. Методыобработки медицинских отходов [Текст] // журн. ТБО — 2006, вып. №12. -М, 2006.
4. Бобович, Б.Б. Переработкаотходов производства и потребления [Текст] / Б.Б. Бобович, В.В. Девяткин. — М.:наукиздат., 2000.
5. Кирш, И.А. Вторичнаяпереработка одноразовых шприцев [Текст] // журн. ТБО — 2007, вып. №3. -М:. МГУПБ2007.
6. Громовик, Б.П. Маркетинговоеизучение шприцев инъекционных одноразового применения [Текст] // журн. Провизор-2003,вып. №13. — Львов:. ЛГМУ, 2003.
7. Сортировка и переработка твердыхотходов потребления [Текст] / технико-коммерческое предложение МСК «Станко»// журн. Ресурсосберегающие технологии — 2004, вып. № 5. — М.: НИТИ, 2004.
8. Милецкова, Е.А. Сборотходов пластиков и их подготовка к использованию [Текст] // журн. Ресурсосберегающиетехнологии — 1996, вып. №23. -М.: НИИ Пластмасс, 1996.
9. Миликовцева, Е.А. Перестабилизациярецикловых полимеров для получения изделий высокого качества [Текст] // журн. Ресурсосберегающиетехнологии — 1996, вып. №21. — М.
10. Матюшин, Г.А. Утилизацияполимерных медицинских изделий одноразового использования: [Текст] // журн. экологияи промышленность. — 1997, вып. №7. — М.
11. Носков, Д.В. Модификациявторичных полимеров [Текст] // журн. Химия и химическая технология. — 2003, вып.№46. — Саратов.: СГТУ, 2003.
12. Вторичная переработка пластмасс[Текст] / Ф Ла Мантия (ред); пер. с англ. под ред. Г.Е. Заикова — СПб.: Профессия,2006. — 400 стр.
13. Ермаков, С.Н., Кравченко Т.П.Молекулярные полимер — полимерные композиции. Некоторые аспекты получения.[Текст] // научно-технич. журн. Пластические массы — 2003, №12. — [М].
14. Лущейкин, Г.А. Релаксационныеявления, диэликтрические и динамические механические свойства полипропилена икомпозиций на его основе [Тескт] / Московская академия приборостроения. // научно-технич.журн. Пластические массы — 2001, июнь. — М.: ЗАО НП, 2001. — 900 экз.
15. Николаев, А.Ф. Синтетическиеполимеры и пластические массы на их основе [Текст]. — М.: Химия, 1964. — 12000экз.
16. Силинина, Е.Б. Использованиепластмассовых отходов за рубежом [Текст] // журн. Пластические массы — 2002,май. — М.: Институт нефтехимического синтеза, 2002.
17. Кулезнев, Н.К. Основытехнологии переработки пластмасс [Текст] / Кулезнев, Гусева. — М.: Химия, 2004.
18. Марков, А.В. Принципывыбора технологии переработки полимерных материалов в изделия [Текст] / А.В. Марков,С.В. Власов; — М.: Химия, 2004.
19. Басов, Н.И. Контролькачества полимерных материалов [Текст] /под ред.В.А. Брагинского, — Ленинград: Химия,1990. — 5480 экз.
20.Гуль, В.Е. Основыпереработки пластмасс [Текст] / В.Е. Гуль, М.С. Акутин. — М.: Химия, 2004.
21. Теплофизические и реологическиехарактеристики полимеров. Справочник. Под общ. ред. Ю.С. Липатова.К., «Наука,думка», 1977, 244с
22. Любешкина, Е.Г. Технологияпереработки пластических масс. Реологические свойства полимерных материалов иметоды их определения. Методические указания к лабораторным и самостоятельнымработам [Текст] / составитель — доц.Е.Г. Любешкина, Московский технологическийИнститут мясной и молочной промышленности. — М.: Химия, 1998.
23. Элиасов, Б.Л. Сравнительныйанализ реологических свойств отечественного и импортного пластиков [Текст] / Б.Л.Элиасов, Д.М. Могнонов., Е.В. Рогов., Ю.Е. Дорошенко. Российскийхимико-технологический университет им. Менделеева, г. Москва. // научно-технич.журн. Пластические массы — 2001, декабрь. — М.: ЗАО НП, 2001. — 900 экз.
24. Ершова, О.В. Определенияпоказателя текучести расплава полимеров. Методические указания к лабораторнойработе [Текст] / составитель — О.В. Ершова, О.М. Катюшенко, Л.Г. Коляда, — Магнитогорск:МГТУ. 2006.
25. ГОСТ 11645. Пластмассы. Методопределения показателя текучести расплава термопластов, 1973.
26. Боборыкин, Н.А. Агрегатныекомплексы технических средств АСУ [Текст] — Ленинград: Машиностроение, 1985. — 10500экз.
27. Полоцкий, Л.М. Автоматизацияхимических процессов [Текст] / Л.М. Полоцкий, Г.И. Лапшенко. — М.: Химия, 1982.
28 Сазонов, В.В. Автоматизацияизмерений и к4онтроля электрических и неэлектрических величин [Текст]. — М.: Машиностроение,1987.
29. Степановских, А.С. Охранаокружающей среды [Текст] / автор-составитель А.С. Степановских: Учебник длявузов. — М.: ЮНИТИ, 1997. — 559 с.
30. Устюжанин, В.С. Расчетосветительной установки. Методические указания к практическому занятию подисциплине «Безопасность жизнедеятельности» по теме «Расчет иисследование производственного освещения» [Текст] / В.С. Устюжанин, Е.А. Костогорова.- Магнитогорск: МГТУ, 2002. — 24с.
31. Девисилов, В.А. Охранатруда [Текст]: Учебник — М.: ФОРУМ ИНФРА —, 2005. — 400 с.
32. Белова, С.В. Охранаокружающей среды [Текст]: учебное пособие для студентов вузов. / Под ред. ДеловойА.А. — М.: Высшая школа, 1983. — 264 с.
33. Бахольская, Л.И. Экономика,организация и планирование производства. / Составитель Л.И. Бахольская: Методическиеуказания. — Магнитогорск, МГТУ, 2001.
34. Немцев, В.Н. Экономическийанализ эффективности промышленного предприятия. — Магнитогорск: МГТУ, 2000. — 208 с.