Курсовая работа по дисциплине «Экологическая безопасность транспорта в жизненном цикле» Вариант 16 «Пиролиз деталей автомобиля из пластмасс и резин»



Скачать 165.09 Kb.
Дата24.02.2018
Размер165.09 Kb.
ТипКурсовая

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Московский политехнический университет»


Кафедра «Экологическая безопасность технических систем»

Курсовая работа по дисциплине «Экологическая безопасность транспорта в жизненном цикле»


Вариант 16

«Пиролиз деталей автомобиля из пластмасс и резин»



Выполнил:

Орлова Татьяна Валерьевна

Группа 164-511


Проверил:

Преподаватель

Бобович Борис Борисович
Подпись__________

Оценка___________

Дата_____________

МОСКВА


2017

Пиролиз пластмасс

История пластмасс в автомобилестроении началась одновременно с рождением автомобильного производства: уже для первых изделий бортового электрооборудования потребовались диэлектрические материалы. По мере развития конструкций автомобилей, установки на них аккумуляторных батарей, искровых систем зажигания, приборов систем освещения, контроля, пластических материалов, обладающих заданными свойствами, потребовалось еще больше. Наконец, из них стали изготовлять детали двигателя, трансмиссии, отделки салона, а с 1953 года и кузова легковых автомобилей.

В течение последних 40 лет происходит замена металла пластмассами в легковом и грузовом автомобилестроении, а в последнее время и в сельхозмашиностроении. За эти годы были отработаны технологии массового производства деталей из пластиков, сами же пластмассы по своим свойствам стали удовлетворять, а во многом и превосходить требования, предъявляемые к металлам. Увеличение доли использования пластиков позволяет сократить массу транспортного средства при сохранении или даже увеличении прочности кузова.

Все эти обстоятельства привели к тому, что доля пластмасс в транспортных и транспортно-технологических машинах (ТиТТМ) непрерывно возрастает. Сразу после второй мировой войны масса пластмассовых деталей в автомобиле составляла 2-5 кг, а номенклатура пластмасс - единицы, то в настоящее время первый параметр повысился до 10-15 % массы автомобиля, а второй - до 60.

Номенклатура деталей из пластмасс также существенно расширилась. Так, на начальной стадии это были детали электрооборудования, шестерни привода распределительного вала двигателя, уплотнение водяного насоса, крыльчатка вентилятора, отдельные втулки, сегодня - также крышки и кожухи газораспределительных механизмов; крышки клапанных коробок; корпусы воздухоочистителей, наружных зеркал и топливных фильтров; впускные коллекторы; поддоны масляных картеров; расширительные бачки, бачки радиаторов системы охлаждения и стеклоомывателей; воздуховоды климатических установок; топливные баки и топливопроводы; крупногабаритные пластмассовые наружные панели и детали оперения, кузовов, кабин и их интерьеров; передние и задние бамперы; спойлеры; антикрылья; борта кузовов пикапов; крыши легких фургонов; передние и задние маски автобусов, надколесные ниши, облицовка комбайнов и тракторов, технологические емкости сеялок и опрыскивателей; карданные валы и др.

При производстве пластмассовых автомобильных деталей в настоящее время используются материалы главным образом двух типов - термореактивные (на основе эпоксидных, фенольных и ненасыщенных полиэфирных смол, содержащих добавки и наполнители) и термопластичные (например, полипропилен (ПП), полиамид (ПА), АБС, поликарбонат (ГЖ), полиэтилен (ПЭ), полиуретан (ПУ) и др.). Причем вторые - предпочтительнее, поскольку отслужившие срок изделия можно подвергать утилизации для повторных двух-трехкратных переработок в новые пластмассовые изделия, тогда как первые к повторному использованию не пригодны.

Массовое применение полимерных материалов в конструкции транспортных и транспортно-технологических машин поставило острую проблему - как и где размещать их отходы в виде технологических выбросов, отработанных изделий. Даже существующие в настоящее время предприятия утилизации выбывшей из эксплуатации техники, призванные преобразовать отслужившее свой срок изделия во вторичное сырье, выделяют в отдельные категории вторсырья только черные и цветные металлы, аккумуляторные батареи, шины, остальное, в том числе и пластики, направляется по самому простому пути - на полигоны для захоронения. Данный путь утилизации нерационален ни с точки зрения экологии - пластики разлагаются чрезвычайно медленно, ни с точки зрения экономики - из сферы повторного использования изымаются тысячи тонн ценного вторичного материала.

Транспортные и транспортно-технологические машины, вышедшие из эксплуатации, представляют собой значительную угрозу для окружающей среды ввиду её большого количества, значительной массы и наличия в ней токсичных и длительно разлагающихся веществ, которые оказывают длительное негативное воздействие, как на здоровье людей, так и на экосистемы.

Отходы, образующиеся при утилизации транспортных и транспортно-технологических машин, характеризуются большой неоднородностью по объему, составу и динамике образования, все они при неправильном обращении наносят значительный ущерб окружающей среде. Доля брошенной и разукомплектованной техники в общем количестве наземной самоходной техники, ежегодно выходящей из эксплуатации, не превышает 20 %. При этом на переработку поступают лишь 40 % от этого количества или 8 % от объемов образования, что говорит о крайне низкой эффективности системы утилизации транспортных и транспортно-технологических машин.

Проблема сбора и утилизации ТиТТМ напрямую затрагивает вопросы экологии и охраны окружающей среды. Невовлеченные в сбор и утилизацию ТиТТМ содержат большое количество элементов, негативно воздействующих на окружающую среду: элементы, содержащие свинец; отработанные масла и загрязненные топлива; технические жидкости; пластики и т.д. Из вышеперечисленных компонентов наиболее сложными в утилизации являются пластики из-за их постоянно увеличивающейся доли в конструкции транспортно-технологических машин и неопределенности пути дальнейшего их использования после выбраковки. При этом они в зависимости от вида в большей или меньшей степени оказывают воздействие на такие компоненты окружающей среды как земельные и водные ресурсы, атмосферу.

Автомобильные пластмассы занимают особое место в силу своих уникальных свойств. Детали из пластика имеют ряд достоинств:

- привлекательный внешний вид; долгий срок службы; они намного легче деталей из металла а, следовательно, автомобиль будет легче и естественно при эксплуатации снижается расход топлива;

- из-за своей структуры они прочны; имеют высокие антикоррозийные свойства; они при незначительном ударе не деформируются, а амортизируют удар; при повреждении они с лёгкостью восстанавливаются и тем самым повышают долговечность и эксплуатационные характеристики автомобиля;

- открывают возможности для новых конструкционных решений, поскольку термопластичные полимеры легко поддаются переработке и, следовательно, позволяют воплотить любые дизайнерские идеи;

- можно получать детали самых хитроумных форм и цветов без дополнительных операций по механической обработке и окраске;

- позволяют отказаться от дорогостоящих цветных металлов и нержавеющих сталей и сократить энерго- и трудозатраты в процессе производства и ремонта, а значит, снизить стоимость автомобиля и эксплуатационные затраты;

- из 1 кг полимерных отходов получается 800 г вторичного сырья.

Автопластик представляет собой полимер, температурный режим плавления которого составляет более 130°С. Выделяют два вида автопластика:



  • высокотемпературный – это крышки двигателя, пластиковые переходники, корпус термостата, лопасти вентилятора, воздухоотводы, масляный бачок, защита картера самого двигателя, крышки на расширительный бачок и т.д. Все эти детали автомобиля требуют использования качественных полимеров;

  • обычный – это бамперы, обвесы, спойлеры и т.д., те детали, которые не подвержены температурному воздействию.

К основным перерабатываемым материалам относят:

  • полипропилен – мягкий пластик, из которого изготавливают бамперы, корпуса аккумуляторов, некоторые детали двигателя, молдинги в салоне, амортизаторы, блоки предохранителей, детали окон, сидений и детали кузова автомобилей и т.д. Вспененный полипропилен является одним из самых универсальных материалов в мире для применения в автомобилестроении (рис. 1);

Рис. 1. Детали из полипропилена



  • АБС – твердый пластик, обычно используемый для внутренней облицовки салона; для изготовления кожухов рулевых колонок, корпусов аккумуляторов, решеток радиаторов, колпаков колес, корпусов фонарей и наружных зеркал, горловин воздухозаборников, облицовки дверей, приборных досок, кунга, крышки для пикапов и т.д.;

  • полиэстерол – материал (синтетическое полиэфирное волокно), из которого изготавливают материалы для салона автомобиля, автомобильные сиденья, ремни безопасности, термоусаживаемые оплётки для провода и кабеля, чехлы и т.д.

Большинство пластиков нельзя смешивать в целях переработки, следовательно, встает вопрос о правильной их сортировки. Утилизация пластика представляет собой довольно сложную задачу. Особенно это касается тех случаев, когда пластик: загрязнен нефтепродуктами, различными техническими жидкостями и т.д.; засорен металлическими скрепками, шурупами, наклейками, остатками и т.д.

Наиболее перспективным является переработка отходов во вторичное полимерное сырье. В подавляющем большинстве случаев это сырье значительно уступает по своим характеристикам исходному и используется в производстве продуктов более низкого качества. Область применения вторичного пластика:



  • производство автомобильных комплектующих как полностью из вторичного пластика, так и в комбинации с новым;

  • получение горючих газов и дизельного топлива из отходов автомобильного пластика;

  • в качестве источника углерода в некоторых технологических процессах в черной металлургии; в производстве тары и строительных материалов.

Основные способы переработки пластмасс

Выделяют следующие технологии:



  • Пиролиз – процесс нагрева до экстремальных температур без допущения О2;

  • Гидролиз – также воздействие с помощью давления и высоких температур;

  • Гликолиз – использование этиленгликоля в обработке давлением;

  • Метанолиз – использование метанола.

Остановимся на пиролизе, который занимает пока ведущее место в переработке ТБО. Итак, в процессе подобного воздействия полимерные отходы сжигаются в печи, которая разогрета примерно до 600о С. Кислород при этом не подается. Все твердые примеси превращаются в тепло и могут использоваться как источник энергии. Остаток после сложной очистки (около 99,9% вредных веществ уничтожается) может быть брикетирован и поступает в производство как вторичный пластик. Однако пиролиз строится на довольно сложной системе построения печей и фильтров. Не каждое предприятие по переработке твердых бытовых отходов располагает подобной.

Есть альтернатива дорогостоящему методу переработки – просто вторичное производство пластика. Поступающие детали автомобиля сортируются, нарезаются в шредере, а затем превращаются в гранулы. Из вторичной пластмассы можно производить новые детали.

Пластиковые отходы в российских условиях подвергаются: переработке 3%, сжиганию – 10%, захоронению – 97%.


Утилизация шин

Изделия из резины изготавливают путем вулканизации резиновых смесей на основе каучуков. Состав резиновых смесей различен и зависит от ассортимента изделий. В автомобилестроении используются следующие изделия из резины: автопокрышки, приводные ремни, шланги, сальники, манжеты, коврики и др. Многие резиновые изделия имеют сложную конструкцию и наряду с резиной содержат металл, текстиль и другие материалы.

Наиболее крупными по габаритам, многотоннажными и сложными по составу изделиями из резины являются автопокрышки. В их состав входят резина, металлическая проволока, полимерные нити.

С ростом численности автотранспорта постоянно увеличивается и количество изношенных автопокрышек. Ежегодно в России образуется более 1,1 млн тонн изношенных автопокрышек, из них утилизируется только 10 %.



картинки по запросу методы утилизации автомобильных шин
Рис. 2. Методы утилизации автомобильных шин

До 50 % автопокрышек, снимаемых с автомобилей при утилизации, могут быть восстановлены. При восстановлении автопокрышек заменяют изношенный протектор на новый путем наварки сырой резиновой смеси. Такую технологию можно использовать только для шин с каркасом, имеющим необходимую прочность и жесткость. При наварке остаток изношенного протектора удаляют механическим способом и на каркас накладывают сырую резиновую смесь. Далее покрышка помещается в обогреваемую пресс-форму для формирования рисунка протектора и вулканизации резиновой смеси. Восстановленные автопокрышки по всем характеристикам отвечают техническим требованиям к новым изделиям.

Не подлежащие восстановлению автопокрышки и резинотехнические изделия, снятые с утилизируемого автомобиля, являются источником ценных вторичных материалов.

Особенности химического строения эластомеров, имеющих прочную трехмерную структуру с поперечными связями, а также сложность надмолекулярных образований придают им уникальные свойства, делают резины незаменимыми материалами для современного машиностроения и других отраслей экономики. 

Накопление шин имеет отрицательное влияние на окружающую среду, поскольку такого рода мусор практически не разлагается естественным способом в природе и поэтому не может быть просто схороненным на специальных свалках. Чтобы избежать техногенной катастрофы следует утилизировать ненужные покрышки.

Существует несколько способов утилизации ненужных шин, но наиболее перспективным и экологически правильным считается метод пиролиза, реализуемый в специальных установках (пиролизных печах).



принципиальная схема пиролизной печи (кирпичной)

Принципиальная схема пиролизной печи с основными элементами

Пиролиз представляет собой специальный физико-химический процесс, предусматривающий разложение элементов резиновых покрышек под воздействием высокой температуры и без доступа воздуха.

Если шины попросту нагревать в открытой атмосферной среде, то сначала они будут тлеть и впоследствии загорятся, выделяя в атмосферу массу вредных веществ. Когда нагрев происходит без доступа воздуха, то отсутствуют условия для горения. В таком случае начинают протекать химические реакции иного типа, позволяющие разложить обычную резину на несколько нефтяных фракций, которые вследствие высоких температур пребывают в газообразном состоянии. Их можно сконденсировать, чтобы получить пиролизное масло, а также неконденсируемый пиролизный газ. Этот газ можно повторно направлять в топку реактора для поддержки цикличности процесса и исключении потребностей в дополнительном топливе для функционирования пиролизной установки.

Благодаря такой методике можно получить безотходную технологию утилизации с минимальной нагрузкой на окружающую среду. Если сравнивать обычное сжигание шин с процессом пиролиза, то следует отметить, что последний в несколько раз экологичнее и дополнительно еще позволяет получить вторичное сырье.

Рекомендуем также посмотреть видео про изготовления пиролизного котла своими руками на 15-25 кВт

Вторичные продукты, получаемые при пиролизе


Пиролиз – это процесс, который не только обеспечивает экологичность, но и является высокопрактичной методикой, с помощью которой можно получить различное вторичное сырье.

В процессе утилизации шин с помощью пиролиза получают технический углерод, который может применяться в качестве наполнителя в процессе производства различной прорезиненной продукции такой, как транспортные ленты, уплотнители, техпластины и пр. Углеродные фракции более низкого качества применяется в строительстве в роли добавок при производстве различных изделий из бетона, плиток для тротуара и др.

Пиролизный газ, получаемый при утилизации, напоминает природный и может применяться для получения тепловой энергии, а также на небольших электростанциях для генерирования электричества.

Металлические корды, которые остаются от шин могут повторно использоваться в металлургическом производстве для переплавки и производства другой металлической продукции.

Получаемая синтетическая нефть имеет состав, напоминающий природное сырье и может заменить многие из нефтепродуктов.

Низкотемпературная утилизация шин


Низкотемпературный пиролиз относится к процессам, при которых измельченные покрышки подвергаются температурному разложению в безвоздушной среде при Т= 400ºС…900ºС. После такого процесса в отходах отсутствуют биологически активные вещества, поэтому их можно хранить исключая вред окружающей среде. Пепел, который при этом образуется, отличается высокой плотностью, что минимизирует объем остатков, которые могут складироваться на небольшой площади.

Преимущества низкотемпературного пиролиза


  • простота хранения и транспортирования продуктов пиролиза;

  • минимальный объем получаемых отходов;

  • получение вторичного сырья, которое может использоваться для получения тепловой энергии.

Недостатки пиролиза


  • низкотемпературный пиролиз не может обеспечить полного распада диоксинов;

  • не происходит плавление тяжелых металлов, которые выпадают в осадок со шлаком.

Высокотемпературная утилизация


Высокотемпературный пиролиз относится к высокотемпературным процессам утилизации отработанных шин, который осуществляется при температурном режиме 1000ºС…1400ºС. Этот процесс предусматривает максимальную газификацию резиновых отходов, в процессе которой из органических составляющих покрышек получает синтез-газ, который впоследствии может использоваться для получения электричества на тепловых электростанциях или для подогрева воды системами тепловодоподачи.

Установка для пиролиза шин


Пиролизные котлы представляют собой специальные установки, с помощью которых можно эффективно утилизировать покрышки, используя технологию высокотемпературного или низкотемпературного пиролиза. Их основным элементом является реактор, который включает в свою конструкцию швельшахту и шахтную печь. Твердые части предварительно разделенных покрышек засыпаются в верхнюю часть реактора, где они опускаются в швельшахту. В верхней части реактора происходит подсушивание перерабатываемой резины с последующим ее опусканием к середине реактора, где и реализуется сам процесс пиролиза.

В безвоздушной среде происходит постепенное коксование резины и ее термическое разложение на отдельные фракции. В процессе пиролиза образуются газы, которые изначально направляются к котлу-утилизатору после которого проходят через распылительную сушилку и направляются в специальный абсорбент. Очистка дымовых газов абсорбентом позволит извлечь вредные вещества, после чего газы могут выводиться в атмосферу, не причиняя ей вреда.

Продукты пиролиза выводятся из реактора для последующего их использования в качестве вторичного сырья для промышленных отраслей или народного хозяйства.

Основные этапы переработки шин пиролизом


Утилизация шин с помощью пиролизных установок реализуется в несколько этапов:

  1. покрышки для утилизации отправляются на склад вторсырья;

  2. используя борторезную установку, покрышки разрезают на протекторную и бортовую часть, чтобы обеспечить максимально плотную упаковку перед загрузкой пиролизного котла;

  3. порезанные покрышки загружаются на реторты, которые устанавливаются в пиролизные печи;

  4. в процессе термического разложения покрышки образуется газ, который используется в качестве горючего газа, а также для конденсации в пиролизное масло;

  5. после завершения процедуры пиролиза реторта извлекается из печи, а ее место занимает новая со следующей порцией покрышек на переработку;

  6. после остывания реторты производится отделение металлических кордов от углеродных остатков;

  7. продукты пиролиза собираются и отправляются на склад для использования в качестве вторсырья.

Преимущества пиролиза шин


Утилизация отходов отработанных покрышек с помощью установок пиролиза имеет целый ряд неоспоримых преимуществ:

  • процесс является высокобезопасным и экологичным по отношению к окружающей среде;

  • продукты пиролиза не имеют в своем составе токсичных и опасных веществ;

  • вещества, получаемые в процессе утилизации шин пиролизом, могут использоваться в качестве вторичного сырья в разных отраслях промышленности и энергетическом секторе;

  • практически отсутствуют отходы – все вещества, которые продуцируются после пиролиза покрышек, являются ликвидными продуктами и могут использоваться повторно;

  • установка для пиролиза не требует больших энергозатрат и отличается высокими показателями экономичности и энергоэффективности.

Суммируя выше сказанное можно сделать выводы, что утилизация ненужных покрышек с помощью пиролиза является единственно верным способом переработки отходов автомобильной отрасли, который максимально защищает окружающую среду от загрязнений вредными веществами. Кроме этого, технология пиролиза является выгодной и для бизнеса, ведь, при минимальных затратах, позволяет получить большое количество различных веществ, которые могут использоваться в качестве вторичного сырья для производства новой продукции, генерирования тепловой энергии, электричества.

Заключение 
В последние годы во многих странах большое внимание уделяется проблеме использования образующихся во всё возрастающих количествах отходов производства и потребления, в том числе изношенных шин, которые являются одним из самых многотоннажных полимерных отходов.

Проблема использования изношенных шин имеет важное экологическое значение, поскольку вышедшие из эксплуатации шины накапливаются в местах их эксплуатации (в автохозяйствах, на аэродромах, промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, горно-обогатительных комбинатах и т.д.). Вывозимые на свалки или рассеянные на окружающих территориях, шины длительное время загрязняют окружающую среду вследствие высокой стойкости к воздействию внешних факторов (солнечного света, кислорода, озона, микробиологических воздействий). Места их скопления, особенно в регионах с жарким климатом, служат благоприятной средой обитания и размножения ряда грызунов и насекомых, являющихся разносчиками различных заболеваний. Кроме того, шины обладают высокой пожароопасностью, а продукты их неконтролируемого сжигания оказывают крайне вредное влияние на окружающую среду (почвы, воды, воздушный бассейн).

Проблема использования изношенных шин имеет также существенное экономическое значение, поскольку потребности хозяйства в природных ресурсах непрерывно растут, а их стоимость постоянно повышается.

Использование изношенных шин, содержащих помимо резины, технические свойства которой близки к первоначальным, большое количество армирующих текстильных и металлических материалов, является источником экономии природных ресурсов.



Кроме того, ликвидация свалок изношенных шин позволит освободить для использования по назначению значительные площади занимаемых ими земель.

Для успешного решения проблемы вторичного использования и переработки изношенных шин в России необходима разработка и принятие комплекса мер, регламентирующих порядок их учета, сбора, хранения и поставки на переработку, подготовка и продвижение на федеральном и региональном уровнях законодательных актов, стимулирующих увеличение объемов восстановительного ремонта и переработки изношенных шин. Требуется также создание рынка изделий и материалов, изготавливаемых из получаемого при переработке вторичного сырья. Такая работа уже давно ведется в США и странах Западной Европы при активном содействии Всемирной ассоциации переработчиков шин (ITRA) и ETRA. 
Каталог: files -> portfolio
portfolio -> Курсовая работа по дисциплине «Экологическая безопасность транспорта в жизненном цикле» на тему «Основные узлы и агрегаты автомобиля и материалы, используемые для их изготовления»
portfolio -> Аннотация
portfolio -> Студент: Жданов А. Э
portfolio -> Организация рекламной кампании предприятия
portfolio -> Низкотемпературная технология
portfolio -> Курсовая работа по теме: «Технологии и оборудование, используемые для утилизации автопокрышек»
portfolio -> «Технологии рекламных и pr-коммуникаций в продвижении fashion-индустрии»
portfolio -> Указать словосочетания, в которых вид связи согласование сердечная мышца
portfolio -> Информация об очистке сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях РФ


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница