МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра нефтехимии и химической технологии
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ К ЛАБОРАТОРНОй работе
«ХИМИЧЕСКИЙ РЕЦИКЛИНГ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА»
по дисциплинАМ
«Химическая технология органических веществ»
и «Основы технологии химических и биохимических
производств»
для студентов
специальности 240401 «Химическая технология органических веществ»
и направления 240100 «Химическая технология и биотехнология»
Уфа
2012
Учебно-методическое пособие к лабораторной работе «Химический рециклинг полиэтилентерефталата» по дисциплинам «Химическая технология органических веществ» и «Основы технологии химических и биохимических производств» подготовлено в соответствии с действующей учебной программой и предназначено студентам специальности 240401 «Химическая технология органических веществ» и бакалаврам направления 240100 «Химическая технология и биотехнология», а также студентам, бакалаврам и магистрантам других технологических и химических специальностей, интересующимся спецификой рециклинга полимерных материалов.
В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы рециклинга полимерных пленок. Представлены общие понятия, классификация и различные методы рециклинга, подробно рассмотрен рециклинг полиэтилентерефтала и предложен способ его химической переработки для изучения в лабораторной работе, основы техники безопасности при работе на лабораторных установках с органическими веществами. Для самостоятельной работы студентов разработаны контрольные вопросы к коллоквиуму по теме лабораторной работы, приведен список рекомендуемой литературы.
Составители: , проф., д-р хим. наук
, ст. преподаватель
Рецензент , проф., д-р тех. наук
© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2011
Для квалифицированных специалистов-технологов необходимы знания научных основ в области нефтехимического синтеза и технологии органических веществ. Развитие производства пленочных материалов и полимерных покрытий привело к росту количества полимерных отходов, что усложняет решение проблем их утилизации. Эффективным решением таких проблем считается рециклинг, представляющий собой переработку твердых отходов с целью извлечения из них полезных материалов для последующего повторного использования. При этом достигается решение вопросов экологического, экономического и социального характера.
Поэтому актуальным является обучение студентов, бакалавров, магистрантов технологических специальностей и слушателей ИПК научным основам процессов рециклинга полимеров и в частности химического рециклинга на примере полиэтилентерефталата.
Работа рассчитана на 8 учебных часов. Экспериментальное исследование выполняют 2 человека. Перед выполнением каждого задания необходимо получить допуск к лабораторной работе, который включает знание цели и этапов работы, экспериментальных установок и необходимых реактивов, основных приемов работы и методики эксперимента, последовательности выполнения задания, расчетных формул. По окончании занятия студент предоставляет преподавателю на проверку лабораторный журнал с записями результатов, полученных в ходе выполнения эксперимента, включающий:
На определенном занятии, назначенном преподавателем, происходит сдача коллоквиума (контрольные вопросы и список литературы приведены в конце пособия). Студенты, успешно сдавшие коллоквиум и выполнившие все лабораторные работы, допускаются к сдаче зачета. Зачет проводится в форме защиты лабораторных работ. Необходимо наличие отчета, оформленного согласно ГОСТ и написанного от руки. Отчет должен включать следующие разделы:
цель работы; приборы и реактивы; характеристики реагентов и продуктов (из справочной литературы); теоретические основы метода, иллюстрированные химическими реакциями; порядок проведения опыта с зарисовками установок; результаты эксперимента с графиками (на миллиметровке); вывод с основными числовыми результатами опыта, сравнением полученных результатов с теоретическими данными, объяснением получившихся расхождений и обобщением полученных результатов.1 Теоретическая часть
Введение
Полимерные материалы составляют все большую долю в бытовых и промышленных отходах, поступающих на мусорные свалки. Ввиду огромного количества полимерных отходов и загрязнения окружающей среды повторная переработка пластмасс превратилась в главную заботу промышленности полимерных материалов. Рециклинг представляет собой переработку твердых отходов с целью извлечения из них полезных материалов для последующего повторного использования.
1.1 Основные подходы к рециклингу полимеров
Существует четыре основных подхода к рециклингу полимеров: первичная, вторичная, третичная и четвертичная повторная переработка.
Первичный рециклинг – это переработка чистых, незагрязненный, однотипных отходов, отличается простотой и низкими затратами. Переработанные остатки или отходы либо смешиваются с исходным материалом, либо используются как второсортный материал.
Вторичный рециклинг заключается в отделении пластмасс от загрязнений с последующей сепарацией, один или более выделенных типов затем вводится в продукты, либо с последующим расплавлением в виде смеси (то есть без сепарации). Обработка полимерсодержащих отходов может включать: уменьшение размера элементов с помощью дробилок, резательных и измельчительных машин; отделение полимеров от отходов других материалов, а также друг относительно друга; чистку; сушку; составление смесей.
Разделение полимерных отходов является одним из главных факторов, ограничивающих эффективность рециклинга полимеров. Технологические процессы разделения полимеров по желаемым категориям и удаления загрязнений находятся в непрерывном развитии. Основная цель - разработать технологии автоматического непрерывного разделения. Если разделение материалов начнется на уровне потребителей, то повторная переработка будет более эффективной.
Третичный рециклинг включает в себя повторную химическую переработку или сырьевую переработку, иногда все вместе относят к понятию «передовые технологии рециклинга». Здесь твердые полимерные материалы с помощью тепла превращаются в низкомолекулярные вещества, которые пригодны для использования в качестве сырья для производства новых нефтехимических продуктов и пластмасс.
Так как в представленной далее лабораторной работе предложенный метод рециклинга относится к химическая переработке ПЭТФ, рассмотрим подробнее его основные достоинства и недостатки.
Главные преимущества состоят в следующем:
- меньшая потребность в сортировке сырьевых материалов по сравнению с механической переработкой; фактически иногда можно использовать неочищенные полимерные отходы, степень заггрязнения которых исключает возможность механической переработки;
- в некоторых случаях можно использовать отходы из смеси полимеров с восстановлением ценных продуктов из одного или более компонентов смеси;
- при восстановлении мономеров очистка позволяет преодолеть некоторые трудности связанные с наличием химикатов-добавок и других примесей, а восстановленный чистый мономер можно использовать для производства новых оригинальных полимеров, которые допускаются для применения в приложениях, где имеется контакт полимера с пищевыми продуктами;
- продукты повторной переработки легко вновь вводятся в производственный цикл без проблем насыщением рынка;
- химическая атака направленная на получение ценных химических продуктов, может производиться в отношении реактопластов;
- химическая переработка сохраняет большую часть ценного содержания отходов, чем сжигание;
- если сырье продукты, полученные в результате химического разложения, можно использовать без дальнейшей очистки, то процессы химической переработки становятся привлекательными с экономической точки зрения и дают мощный стимул для переработки отходов.
Главные недостатки технологий химической переработки обычно связывают с экономическими факторами, которые можно изложить следующим образом:
- если сравнивать химическую переработку с механической, то аспект, связанный с макромолекулярной природой пластмассовых отходов, утрачивается при химической переработке;
- когда для разложения полимерных цепей требуется использовать жесткие условия процессов (сильные кислоты или щелочи и высокие температуры), то химические заводы должны строиться с применением дорогостоящих специальных материалов;
- комплекс операций, необходимых для восстановления годного для повторной полимеризации мономера, требует больших финансовых вложений;
- обработка и восстановление воды, растворителей и реактивов, используемых для химической переработки, и удаление остатков (побочных продуктов) переработки может быть очеень дорогим;
- химические заводы должны быть остаточно большими, чтобы снизить эксплуатационные расходы, но обеспечение бесперебойного питания огромными количествами полимерных отходов постоянного качества может потребовать слишком высоких затрат на их сбор;
- мономеры и полезные олигомеры могут быть получены только из ограниченного набора полимеров, к которым можно применять селективные реакции, обеспечивающие высокий выход ценных продуктов.
Таким образом, экономическая оправданность часто является ограничивающим фактором для химической переработки.
Четвертичный рециклинг включает в себя восстановление энергетического содержания полимерных отходов. Ввиду отсутствия других возможностей утилизации, сжигание (окисление) в целях возврата энергии явялется эффективным средством уменьшения объема отходов органических материалов. Полимерные материалы являются источниками энергии, количество которой зависит от типа полимера.
Один литр печного топлива имеет чистую теплотворную способность 10 200 ккал, тогда как 1 кг полимеров в среднем высвобождает 10 000 ккал. Однако полимеры выделяют некоторые нежелательные газы и образуют опасные соединения. Таким образом извлеченная из полимеров энергия не является дешевой. Мусоросжигательные заводы должны разрабатываться для эксплуатации с минимальным выбросом загрязняющих веществ. Использование мусоросжигательных отходов является обязательным при уничтожении полимерных отходов из больниц и других подобных организаций, которые могут быть потенциальным источником распространения заболеваний.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
