Состав и классификация пластических масс

Содержание

 

Введение

1. Состав и классификация пластических масс

2. Сточные воды производств суспензионных полистиролов и сополимеров стирола

2.1 Условия образования сточных вод

2.2 Очистка сточных вод производств полистирола марок ПСБ (ПСБ-С), ПСБ-Л и сополимера марки СНП-СП

2.2.1 Термическое обезвреживание.

2.2.2 Физико-химическая и биологическая очистка

2.3 Очистка сточных вод производств сополимеров марок МС, МСН, ЛПТ и ПСБ-Н

3. Сточные воды производства фенолоформальдегидных смол

3.1 Условия образования сточных вод

3.1.1 Очистка сточных вод методом вторичной конденсации фенола с формальдегидом

3.1.2 Очистка сточных вод методом высокотемпературного парофазного термоокислительного обезвреживания

3.1.3 Очистка сточных вод методом каталитического термоокислительного обезвреживания в парогазовой фазе

3.1.4 Очистка сточных вод жидкофазным термокаталитическим окислением

4. Сточные воды производства мочевиноформальдегидных смол

5. Сточные воды производства эпоксидных смол

6. Сточные воды производства поливинилацетатных полимеров

7. Очистка сточных вод производства полисульфидных каучуков

Заключение

Литература

 

Введение

 

Большинство предприятий по производству синтетических полимеров и пластических масс образуют большое количество сточных вод, содержащие загрязнители различного происхождения. Они без глубокой очистки сбрасываются в реки, водоемы и тем самым загрязняют их, что приводит к ухудшению состояния окружающей среды. В настоящее время эта проблема стала настолько актуальной, что в перспективе необходимо полностью исключить образование сточных вод вплоть до полной их ликвидации на основе циклических процессов. Максимально экономное расходование воды позволит сократить объем сточных вод; полная их ликвидация и минимальное потребление свежей воды возможно лишь посредством создания бессточных процессов, работающих по замкнутому циклу. Опыт проектирования таких производств показал, что помимо всех остальных преимуществ, это еще и экономичнее открытой схемы со сбросом и очисткой сточных вод.

Применяемые методы очистки определяются объемами стоков, количеством, дисперсностью и составом примесей. Ввиду многочисленности примесей и их слоистого состава, как правило, методы очистки применяются комплексно.

В данной работе приведены современные технологии очистки сточных вод производств синтетических полимеров и пластических масс.

Сточные воды производств суспензионных полистиролов и сополимеров стирола

2.1 Условия образования сточных вод

Полистирол и сополимеры стирола с другими мономерами получают методами полимеризации в блоке, а также эмульсионной и суспензионной полимеризацией. В процессе блочной полимеризации вода используется для охлаждения аппаратуры и химически загрязненных сточных вод не образуется. Поэтому рассмотрим процессы эмульсионной и суспензионной полимеризации и сополимеризации стирола.

При эмульсионной полимеризации в реактор заливается вода и эмульгатор (например, натриевые соли синтетических кислот С₁₀ – С₁₅), стирол и инициатор (водный раствор персульфата калия). После полимеризации от полученного латекса острым паром отгоняется непрореагировавший мономер и производится коагуляция латекса с помощью квасцов или других коагулянтов. Далее полученный полимер отделяется от маточного раствора и промывается водой. Водно-эмульсионная полимеризация может осуществляться и непрерывным методом.

Суспензионную полимеризацию стирола проводят периодическим методом. В реактор загружается вода, добавляется водный раствор стабилизатора и инициатор. Затем полученный полимер отделяется от водной фазы, промывается водой и направляется на сушку и упаковку.

В процессе производства полистирола и сополимеров вода используется на охлаждение аппаратов, приготовление растворов, в качестве маточного раствора, а также для промывки полимеров. В зависимости от способа промывки полимера на 1 т образуется от 3 до 8 м³ загрязненных сточных вод. Степень загрязненности зависит от метода полимеризации, характера применяемых мономеров, а также природы эмульгатора или стабилизатора [2, 3].

Термическое обезвреживание

Термический метод применяют для обезвреживания маточных растворов и первых промывных вод производства полистирола марки ПСБ-С (ПСБ), количество которых составляет 5 – 6 м³ на 1 т полимера.

Обезвреживание проводят в вертикальной шахтной печи. Топливом служит коксовый газ. Сточные воды распыляются в печном пространстве с помощью форсунок. Температура в зоне сжигания составляет 1100 – 1200 °C. Воздух, подаваемый в печь, нагревается в рекуператоре отходящими дымовыми газами. Дымовые газы вместе с парами воды выходят из печи с температурой порядка 700 – 800 °С и после рекуператоров поступают в дымовую трубу.

В дымовых газах не обнаружено присутствия вредных примесей. Стоимость сжигания 1 м³ сточной воды составляет в зависимости от стоимости топливного газа (коксового или природного) от 2,5 до 3,8 руб. [2, 3].

 

Таблица 2. Характеристика сточных вод производства эпоксидных смол

Содержание примеси	Эпоксидные смолы марок
	ЭД-5 и ЭД-6	Э-33р		Э-40		Э-15
		маточный раствор	дистиллят	маточный раствор	дистиллят	маточный раствор	промывные воды
Дифенилолпропан, мг/л	Отсут-ствует	6 – 20	-	130	20	35000	70
Толуол, мг/л	240	-	-	4300	33000	-	-
Циклогексанон, г/л	-	36 - 37	92 - 104	-	-	-	-
Фенол, мг/л	-	3 – 4	8 – 40	-	-	-	-
Хлорид натрия, г/л	1,7	130-144	-	200	-	123	24
Карбонат натрия, мг/л	-	-	-	3500	-	2000	-
Взвешенные вещества	550	до 35000	-	50	-	11	6
Глицерин, мг/л	5400	1000 - 4000	200	1100	500	170	35

 

Для очистки сточных вод производства эпоксидных смол предложены методы коагуляции, дистилляции, адсорбции, электрохимического и биологического окисления.

Для выделения из сточных вод мелкодисперсных и коллоидных частиц смолы применяют метод коагуляции с использованием солей железа и алюминия. Например, на очистку сточных вод производства 1 т смолы Э-33р расходуется 0,85 – 1,7 кг FeС1₃ и 0,85 – 1,7 кг NaOH. С целью регенерации смолы полученный осадок после уплотнения обрабатывают циклогексанолом. Гидроксид железа отделяют от раствора смолы в циклогексаноне и раствор направляют на использование.

Осветленный маточный раствор подвергают дистилляции. Сначала отгоняют 10% от объема маточного раствора, затем — вторую фракцию (70 – 80%). Первую фракцию, содержащую значительное количество растворителя (циклогексанона, толуола и др.), подсоединяют к дистилляту, а вторую фракцию (конденсат, содержащий 20 – 30 мг/л глицерина, 100 – 200 мг/л растворителя) используют в производстве. Кубовую жидкость направляют на сжигание. Однако значительное количество глицерина и поваренной соли в кубовой жидкости указывает на необходимость разработки методов утилизации этих ценных продуктов.

Дистилляты, содержащие большое количество растворителей, также направляют на разгонку. Отогнанный растворитель, например циклогексанон, используют в производстве, кубовые остатки поступают в производство смолы.

Для выпаривания сточных вод производства эпоксидных смол, содержащих значительное количество механических примесей, рекомендуется применять выпарные аппараты с погруженными горелками.

Разработаны схемы очистки сточных вод производства эпоксидных смол от органических примесей методами адсорбции и электрохимического окисления. При адсорбционной очистке маточного раствора эпоксидной смолы марки Э-15 расход активного угля марки А составляет 3 кг/м³, серной кислоты – 1,1 кг/м³. Отработанный уголь направляют на сжигание.

Электрохимическую очистку сточных вод рекомендуется проводить после выделения из воды смолы, для чего воду обрабатывают соляной кислотой (2,3 кг/м³). Затем сточную воду нейтрализуют известковым молоком до рН = 7 ¸ 8, вновь отделяют выпавшие взвеси и подают в электролизер. Материалом анода является графит, катода – сталь. Плотность постоянного тока на аноде – 600 – 700 А/м³, напряжение – 3 – 4 В. Очищенные сточные воды содержат в 1 л не более 3 мг фенола.

При биологической очистке сточные воды производства эпоксидных смол марок ЭД-5 и ЭД-6 разбавляют свежей водой (в 5 раз), добавляют биогенные элементы (5 мг/л фосфора и 15 мг/л азота) и очищают в аэротенке -смесителе при продолжительности аэрации 24 ч. При этом ХПК снижается на 99%, БПК₂₀ – на 98,3%. Очищенная вода бесцветна и прозрачна.

Имеются данные по очистке сточных вод производства эпоксидных смол на основе тетрагидробензилового спирта и адипиновой кислоты биологическим методом, на основе тетрагидробензальдегида и 1,1-бис(гидроксиметил)циклогексана и тетрагидробензилового эфира тетрагидробензойной кислоты методом каталитического окисления в парогазовой фазе (катализатор V-пиролюзит) [3 – 5].

Заключение

 

В курсовой работе представлены методы очистки сточных вод производств полимерных материалов, в частности, производств полистиролов и сополимеров стирола, фенолформальдегидных смол, мочевиноформальдегидных смол, эпоксидных смол, поливинилацетатных полимеров, полисульфидных каучуков.

Детально рассмотрены условия образования сточных вод указанных производств и различные методы очистки, а именно: термическое обезвреживание, физико-химическая и биологическая очистка, очистка методом высокотемпературного парофазного, каталитического парофазного и жидкофазного термоокислительного обезвреживания.

Некоторые из представленных методов очистки являются безотходными, как, например очистка сточных вод производств ПСБ (ПСБ-С), ПСБ-Л и сополимера марки СНП-СП. Здесь образующиеся сточные воды представляют собой коллоидные системы молочно-белого цвета, устойчивость которых обусловлена присутствием в воде сольвара. Следует отметить, что установлена принципиальная возможность многократного использования в процессе полимеризации маточных растворов, содержащих сольвар. Для обезвреживания маточных растворов применяют термический метод.

Литература

 

1. Соколов Р.С. Химическая технология. М.: ВЛАДОС, 2000. – Т. 2, с. 386 – 388.

2. Родионов Л.И. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989, 511 с.

3. Проскуряков В.П., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л., «Химия», 1977, 463 с.

4. Очистка производственных сточных вод: Учебное пособие для студентов вузов/Яковлев С. В., Карелин Я. А., Ласков Ю. М., Воронов Ю. В. М.: Стройиздат, 1979. 320 с.

5. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокуллиты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение. – П.: Химия, 1987. – 208 с.

6. Степанова С.В., Шайхиев И.Г., Смородинов А.Д., Арсеньев С.А., Фридланд С.В. Очистка сточных вод производства полисульфидных каучуков/ «ЭКиП», № 5, 2003, с. 42-44.

7. Мухленов И.П. Общая химическая технологи. М.: Высшая школа. 1977, 207 с.

8. Жуков А.К., Мапайт И.А., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. – Справочное пособие. М., Стройиздат, 1977, 208 с.

Содержание

 

Введение

1. Состав и классификация пластических масс

2. Сточные воды производств суспензионных полистиролов и сополимеров стирола

2.1 Условия образования сточных вод

2.2 Очистка сточных вод производств полистирола марок ПСБ (ПСБ-С), ПСБ-Л и сополимера марки СНП-СП

2.2.1 Термическое обезвреживание.

2.2.2 Физико-химическая и биологическая очистка

2.3 Очистка сточных вод производств сополимеров марок МС, МСН, ЛПТ и ПСБ-Н

3. Сточные воды производства фенолоформальдегидных смол

3.1 Условия образования сточных вод

3.1.1 Очистка сточных вод методом вторичной конденсации фенола с формальдегидом

3.1.2 Очистка сточных вод методом высокотемпературного парофазного термоокислительного обезвреживания

3.1.3 Очистка сточных вод методом каталитического термоокислительного обезвреживания в парогазовой фазе

3.1.4 Очистка сточных вод жидкофазным термокаталитическим окислением

4. Сточные воды производства мочевиноформальдегидных смол

5. Сточные воды производства эпоксидных смол

6. Сточные воды производства поливинилацетатных полимеров

7. Очистка сточных вод производства полисульфидных каучуков

Заключение

Литература

 

Введение

 

Большинство предприятий по производству синтетических полимеров и пластических масс образуют большое количество сточных вод, содержащие загрязнители различного происхождения. Они без глубокой очистки сбрасываются в реки, водоемы и тем самым загрязняют их, что приводит к ухудшению состояния окружающей среды. В настоящее время эта проблема стала настолько актуальной, что в перспективе необходимо полностью исключить образование сточных вод вплоть до полной их ликвидации на основе циклических процессов. Максимально экономное расходование воды позволит сократить объем сточных вод; полная их ликвидация и минимальное потребление свежей воды возможно лишь посредством создания бессточных процессов, работающих по замкнутому циклу. Опыт проектирования таких производств показал, что помимо всех остальных преимуществ, это еще и экономичнее открытой схемы со сбросом и очисткой сточных вод.

Применяемые методы очистки определяются объемами стоков, количеством, дисперсностью и составом примесей. Ввиду многочисленности примесей и их слоистого состава, как правило, методы очистки применяются комплексно.

В данной работе приведены современные технологии очистки сточных вод производств синтетических полимеров и пластических масс.

Состав и классификация пластических масс

 

Пластическими массами называют полимерные материалы, полимерная фаза которых находится в период формирования изделия в вязкотекучем или высокоэластическом состоянии, а при эксплуатации в аморфном стеклообразном или кристаллическом состоянии. Таким образом, рабочим интервалом температур для пластических масс, в котором они используются как твердые конструкционные материалы, является Т_хр < Т_эксп < Т_c, где Т_хр - температура хрупкости, при которой полимер разрушается под нагрузкой, не переходя в высокоэластичное состояние.

В основу классификации пластических масс положены их состав, отношение к нагреванию и природа полимерной массы.

По составу пластические массы делятся на однофазные (гомогенные) и многофазные (гетерогенные, наполненные, композиционные). В гомогенных пластических массах полимер является основным компонентом, определяющим их свойства, основные компоненты растворены в полимерной фазе. В гетерогенных пластических массах полимер представляет дисперсионную среду (связующее), а введенные в него наполнители составляют самостоятельные фазы. По природе наполнителя пластические массы делятся на пластические массы с твердым наполнителем и газонаполненные. Первые могут быть дисперснонаполненными, в которых наполнитель равномерно распределен в пластической массе, и армированными, в которых наполнителем служат волокна, ткань, бумага. Газонаполненные пластические массы делятся на пенопласты, в которых пузырьки газа изолированы друг от друга пленкой полимера, и поропласты, которые пронизаны каналами, соединяющими газовую фазу.

По отношению к нагреванию пластические массы подразделяются на термопластичные или термопласты, полимерная фаза которых при горячем формовании изделия не отверждается и пластическая масса сохраняет способность переходить вновь в вязкотекучее состояние при повторном нагреве, и термореактивные или реактопласты, переработка которых в изделия сопровождается реакциями образования трехмерной структуры в полимерной фазе (отверждение полимера) и изделие необратимо теряет способность переходить в вязкотекучее состояние.

По природе полимера, составляющего полимерную фазу, пластические массы делятся на полимеризационные, к которым относятся полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиакрилонитрил, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен и поликонденсационные, из которых наиболее распространены фенолоальдегидные или фенопласты и анилино-альдегидные или аминопласты, и модифицированные на основе целлюлозы (целлулоид, этролы).

Единой терминологии пластических масс не существует. Одни и те же материалы выпускаются в разных странах под разными названиями, например, полиэтилен (РФ), алкатен (Англия), хифлекс (США), ротен (Япония).

Состав конкретных пластических масс зависит от их назначения и требуемых свойств и может меняться в широких пределах: от почти чистого полимера (полиэтилен, полипропилен) до систем, содержащих и более процентов различных добавок. В общем случае в состав пластических масс входят следующие компоненты, каждый из которых выполняет определенную функцию.

1. Полимеры (связующая, полимерная фаза), создающие основу материала.

2. Наполнители, обеспечивающие нужные механические свойства, прочность и повышающие экономичность производства.

3. Пластификаторы.

4. Стабилизаторы, повышающие стойкость к действию высоких температур, кислорода воздуха, фото- и радиационному воздействиям (антиоксиданты, антирады, светостабилизаторы) и уменьшающие способность пластических масс к старению.

5. Антипирены, понижающие горючесть пластических масс (инертные и химически активные, вступающие в реакцию с полимером).

6. Красители.

7. Отвердители, создающие трехмерную сшитую структуру полимера.

8. Порофоры (порообразователи, вспенивающие вещества), разлагающиеся при нагревании и вводимые в композиции для получения газонаполненных пластических масс.

9. Смазывающие вещества, предотвращающие прилипание материала к оборудованию в процессе переработки и изготовления изделия.

Основную массу производимых пластических масс составляют полиолефины, полистирол, поливинилхлорид, фенолформальдегидные и карбамидные полимеры. Они составляют около 85 % от всего производства пластических масс.

В РФ пластические массы производятся на специализированных предприятиях в Волгограде, Владимире, Екатеринбурге, Казани, Кемерово, Москве, Новосибирске, Орехово-Зуеве, Нижнем Тагиле, С.-Петербурге, Тюмени, Уфе [1].

Рассмотрим состав сточных вод полимерных производств, а также некоторые основные процессы их очистки.