PL168534B1 - Sposób rozdzielania tworzyw sztucznych, zwlaszcza polietylenotereftalanu i polichlorku winylu PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób rozdzielania tworzyw sztucznych, zwlaszcza polietyleno tereftalanu i polichlorku winylu w mieszaninie róznorodnych tworzyw o podobnej ge- stosci, w którym tworzywa rozdrabnia sie, czysci i suszy, po czym laduje sie tryboelektrycznie w zlozu fluidalnym oraz rozdziela w separatorze wolnospado- wym, znamienny tym, ze przed ladowaniem tryboele- ktrycznym mieszanine tworzyw poddaje sie obróbce cieplnej w zlozu fluidalnym w temperaturze 70-100°C w czasie przynajmniej 5 minut, po czym poddaje sie ja ladowaniu tryboelektrycznemu w temperaturze od 15 do 50°C i przy wilgotnosci wzglednej otaczajacego powietrza w zakresie od 15 do 20%. PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób rozdzielania tworzyw sztucznych, zwłaszcza polietylenotereftalanu i polichlorku winylu z mieszaniny różnorodnych chemicznie tworzyw o podobnej gęstości w polu elektrostatycznym separatora wolnospadowego.

W wielu krajach gromadzone są olbrzymie ilości pomieszanych ze sobą odpadowych tworzyw sztucznych, na przykład zużytych bezzwrotnych butelek po napojach, wykonanych z polichlorku winylu, względnie z polietylenotereftalanu. Butelki te z reguły mają polietylenowe zakrętki. Z polietyelenu wykonana jest również dolna część butelek polietylenotereftalanowych. Zbieranie zużytych butelek doprowadza do gromadzenia się odpadów pomieszanych tworzyw sztucznych: polietylenotereftalanu, polichlorku winylu i polietylenu.

Ponowne bezpośrednie wykorzystanie pomieszanych tworzyw sztucznych pochodzących z butelek nie jest możliwe, ponieważ polietylenotereftalan topi się dopiero w 260°C, podczas gdy polichlorek winylu rozkłada się z wydzieleniem chlorowodoru już powyżej temperatury mięknięcia 160°C, zaś polietylen topi się w temperaturze 1O5-135°C.

Dlatego też w przypadku takiej mieszaniny tworzyw sztucznych nie istnieje możliwość powtórnego ich wykorzystania, wskutek czego tworzyw tego typu dotychczas nie zbiera się, lecz pozbywa się ich z gospodarstw domowych w postaci śmieci, ostatecznie spalając je lub wywożąc na wysypiska.

Ze względu na ograniczone możliwości lokalizacji wysypisk i opór ludności przeciwko instalowaniu urządzeń spalających śmieci, opisany sposób pozbywania się odpadków jest coraz bardziej ograniczany, również przez urzędowe przepisy nakazujące powtórne wykorzystanie tworzyw.

168 534

Sprzedaż pomieszanych tworzyw sztucznych zawierających polichlorek winylu nie jest dochodowa, wręcz odwrotnie, odbiorcy tych materiałów żądają od ich dostawców dopłaty, powołując się na oszczędności w wydatkach, związanych z wywózką odpadów na wysypiska.

Istnieje natomiast od dawna zapotrzebowanie na jednolite gatunkowo tworzywa sztuczne przeznaczone do powtórnego użytkowania, przy czym ich cena zależy od aktualnej ceny nowych tworzyw. W zależności od jakości cena tworzywa przeznaczonego do powtórnego użycia osiąga 60% wartości nowego tworzywa. W wyniku tego istnieje duże zainteresowanie sposobem rozdzielania mieszanin tworzyw sztucznych.

Znane jest rozdzielanie tworzyw sztucznych o różnych gęstościach z zastosowaniem hydrocyklonów. Sposób ten jednak zawodzi, gdy gęstości rozdzielanych tworzyw pochodzących na przykład z butelek - niewiele się od siebie różnią.

Znany jest również sposób rozdzielania mieszaniny tworzyw sztucznych, wykorzystujący różnice temperatur topnienia. Mieszaninę tworzyw miele się i ogrzewa, po czym topiące się najpierw cząstki polichlorku winylu przyczepiają się do obracających się walców i usuwane są z mieszaniny. Ponieważ topienie przebiega bardzo wolno, sposób ten nadaje się tylko do urządzeń o niewielkiej przepustowości i nie może być stosowany na skalę wielkoprzemysłową. Znany jest również sposób rozdzielania, w którym stosowany jest detektor wykorzystujący promieniowanie rentgenowskie. Zgodnie z tym sposobem, butelki wykonane z polichlorku winylu są spektroskopowo identyfikowane, a następnie mechanicznie sortowane. Stosowane w tej metodzie urządzenia mają jednak również niewielką przepustowość, a sposób rozdzielania ograniczony jest do całych butelek, wykonanych z jednorodnego tworzywa.

W opisie patentowym niemieckim DE 32 27 874 C2 przedstawiono zastosowanie ładowania tryboelektrycznego (przez tarcie) oraz separatora wolnospadowego do oddzielania cząstek tworzyw sztucznych od papieru.

Z opisu patentowego DE 30 35 649 C2 znane jest również wykorzystanie ładowania elektrostatycznego oraz separatora wolnospadowego do rozdzielania mieszaniny tworzyw sztucznych. Według tego opisu mieszaninę tworzyw sztucznych rozdrabnia się na cząstki o wielkości 3-7 mm, następnie ładuje się tryboelektrycznie (przez tarcie) w temperaturze 30-60°C i wprowadza do separatora wolnospadowego, w którym natężenie pola pomiędzy elektrodami wynosi 3-5 kV/cm. Jednakże tak wysokie natężenie pola elektrycznego stwarza niebezpieczeństwo wyładowania iskrowego. W separatorze część materiału osadza się na elektrodach odpowiednio do ładunku cząstek, zaś inna część mieszaniny przelatuje przez urządzenie jako tak zwany produkt pośredni, który z powodu niewystarczającego naładowania elektrostatycznego nie jest przyciągany przez elektrodę. Mankamentem tego sposobu rozdzielaniajest zarówno niebezpieczeństwo zapalenia w wyniku wyładowania iskrowego jak i znaczna ilość powstającego produktu pośredniego.

W opisie patentowym GB 1107574 opisany jest sposób elektrostatycznego rozdzielania ziarnistego i nie przewodzącego materiału, przy czym sortowaną mieszankę ziarnistą suszy się w złożu fluidalnym. W trakcie suszenia wdmuchuje się strumień powietrza. Przez fluidyzację cząsteczki zostają naładowane ładunkiem elektrycznym przeciwnego znaku i w tym samym urządzeniu ulegają podziałowi za pomocą pola elektrycznego w ten sposób, że cząsteczki o określonej polaryzacji są oddzielnie usuwane ze złoża fluidalnego. Nie otrzymuje się frakcji pośredniej.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób rozdzielania tworzyw sztucznych o niewiele różniących się gęstościach. Badania, które doprowadziły do wynalazku pozwoliły stwierdzić, że skuteczność rozdziału mieszaniny tworzyw sztucznych można znacząco zwiększyć przez jej obróbkę cieplną w temperaturze od 70 do 100°C przez przynajmniej 5 minut, przed ładowaniem tryboelektrycznym.

Taka obróbka cieplna pozwala również na prawie całkowite usunięcie wody z mieszaniny.

Ponadto nieoczekiwanie okazało się, że w wyniku obróbki cieplnej następuje zmiana stanu powierzchni tworzyw sztucznych, umożliwiająca bardziej skuteczne ładowanie elektrostatyczne, które przebiegajuż w temperaturze 15-50°C, korzystnie 20-35°C, przy względnej wilgotności powietrza 10-40%, korzystnie 15-20%. Dla mieszaniny tworzyw poddanych poprzedniej obróbce cieplnej w podanych wyżej warunkach wystarcza, aby natężenie pola w wolnospadowym

168 534 separatorze utrzymywane było na poziomie 2-3 kV/cm. Przy tak niewielkim natężeniu pola zmniejsza się niebezpieczeństwo wyładowania iskrowego, które mogłoby spowodować zapłon tworzywa, względnie wybuch pyłów. Dzięki temu wynalazek umożliwił rozdzielanie mieszanin tworzyw o takich samych względnie bardzo podobnych gęstościach.

Sposób rozdzielania tworzyw według wynalazku opisano poniżej.

Z mieszaniny, składającej się przykładowo z pociętych butelek bezzwrotnych naprzód usuwa się przez szlamowanie wodą substancje zanieczyszczające, na przykład papier i resztki napojów. Oczyszczanie przeprowadza się przykładowo w krajarce do rozdrabniania na mokro oraz w płuczce łopatkowej, przy czym w zależności od stopnia zabrudzenia może być konieczne kilkakrotne czyszczenie. Odwadnianie przemytej, a przez to mokrej mieszaniny tworzyw następuje w urządzeniu odwadniającym, na przykład w wirówce, do zawartości wody wynoszącej około 2%. Następnie mieszaninę poddaje się obróbce cieplnej, korzystnie w złożu fluidalnym, w temperaturze 70-100°C w czasie przynajmniej 5 min., w trakcie której mieszanina podlega również suszeniu. Po obróbce cieplnej mieszanina tworzyw podlega oddzieleniu od resztek papieru na przykład za pomocą cyklonu, po czym wprowadzana jest do drugiego złoża fluidalnego, pracującego korzystnie w temperaturze 30°C, w celu tryboelektrycznego naładowania. Polepszenie tryboelektrycznego naładowania uzyskuje się przez przesyłanie suchej mieszaniny tworzyw sztucznych długim spiralnym ślimakiem lub przez jej transport pneumatyczny. Następnie naładowaną elektrostatycznie mieszaninę tworzyw doprowadza się do separatora wolnospadowego uzyskując po rozdzieleniu wstępny koncentrat oraz produkt pośredni.

W przypadku, gdy ilość produktu pośredniego, uzyskiwanego po jednokrotnym rozdzieleniu, jest zbyt duża, zawraca się go do powtórnego rozdzielania, nie poddając go jednak ponownemu płukaniu. Zawrócony do złoża fluidalnego produkt pośredni ponownie ładuje się tryboelektrycznie, po czym poddaje się go ponownemu rozdzieleniu w separatorze wolnospadowym. Końcowa frakcja resztkowa może być również zawracana do złoża fluidalnego co dodatnio wpływa na osiągnięcie wyższej sumarycznej wydajności rozdzielania tworzyw.

W celu zwiększenia skuteczności rozdzielania wstępny koncentrat doprowadza się do drugiego separatora wolnospadowego.

Sposób rozdzielania tworzyw sztucznych według wynalazku objaśniono schematem technologicznym procesu, przedstawionym na rysunku odpowiadającym podanemu niżej przykładowi.

Mieszanina butelek przechodzi najpierw przez detektor 1 sygnalizujący obecność metali, które muszą być usunięte przed wprowadzeniem do pracującej na mokro krajarki 2. Następnie rozdrobnioną mieszaninę tworzyw przesyła się do płuczki 3, w której usuwa się z niej papier i zanieczyszczenia. Wstępnie oczyszczoną mieszaninę tworzyw przekazuje się do separatora frykcyjnego (tarciowego) 4, w którym ostatecznie usuwa się zanieczyszczenia. Najpierw w hydrocyklonie 5 mieszaninę tworzyw ponownie miesza się z wodą i oddziela się od niej polietylen. Otrzymaną mieszaninę polichlorku winylu i polietylenotereftalanu wprowadza się na sito wibracyjne 6 w celu oddzielenia wody, a po tym do wirówki 7 złoża fluidalnego suszarki 8, w którym mieszaninę suszy się i nagrzewa. Następnie w cyklonie 9 wydmuchuje się z mieszaniny ewentualnie resztki papieru, po czym mieszanina zostaje przesłana do złoża fluidalnego suszarki 10, gdzie zostaje naładowana ładunkiem elektrycznym, a następnie zostaje przesłana do separatora 11, w którym następuje rozdzielenie koncentratu polietylenotereftalanu i koncentratu wstępnego polichlorku winylu. Pierwszy z nich jest już gotowym produktem, drugi zaś zostaje przelany przez ślimak spiralny 13 do drugiego separatora 12, na wyjściu którego otrzymuje się zagęszczony koncentrat polichlorku winylu, natomiast pozostałość zawraca się do złoża fluidalnego suszarki 8.

Przykład I. Rozdziałowi poddano mieszaninę 100 kg butelek po napojach o następującym składzie (bez uwzględniania resztek napojów):

19,8% polichlorek winylu

76,9% polietylenotereftalan

2,1% polietylen

1,2% papier

168 534

Urządzenie dozujące doprowadzało w sposób ciągły mieszanin butelek poprzez detektor 1, sygnalizujący obecność metali, które muszą być usunięte do pracującej na mokro krajarki 2, rozdrabniającej butelki przy dodaniu wody, na cząstki o wielkości około 6 mm. Zawierająca papier zanieczyszczona ciecz przekazywana jest do płuczki 3, w której podlega usunięciu z procesu wraz z papierem i innymi zanieczyszczeniami. Mieszanina tworzyw podlega w płuczce 3 intensywnemu mieszaniu, po czym zostaje przekazana do separatora frykcyjnego (tarciowego) 4, w którym oddzielone zostają znajdujące się w niej resztkowe zanieczyszczenia, takie jak papier, piasek itp.

Pocięte tworzywa sztuczne ponownie miesza się z wodą i wprowadza do hydrocyklonu 5, w celu oddzielenia 2,1 kg polietylenu. Powstałą mieszaninę polichlorku winylu i polietylenotereftalanu oddziela się od cieczy na sicie wibracyjnym 6, a następnie odwirowywuje na wirówce 7 oraz poddaje obróbce cieplnej przez 6 minut w suszarce fluidyzacyjnej 8 w temperaturze 70-100°C, a równocześnie suszy się.

Znajdujące się w złożu fluidalnym ewentualne resztki papieru wynoszone są z powietrzem wylotowym i oddzielane za pomocą cyklonu 9. Wstępnie wysuszony materiał zostaje wprowadzony na okres 3 minut do drugiej suszarki fluidyzacyjnej 10, pracującej w temperaturze 30°C, gdzie ładuje się ładunkiem elektrycznym dodatnim lub ujemnym.

Materiał wychodzący ze złoża fluidalnego doprowadza się w sposób ciągły do separatora wolnospadowego 11, a następnie do separatora wolnospadowego 12. Wstępny koncentrat, zawierający 82,3% polichlorku winylu, uzyskany w pierwszym stopniu rozdzielania w separatorze 11, zostaje przetransportowany spiralnym ślimakiem 13 do drugiego separatora wolnospadowego 12, przy czym w czasie transportu cząstki tworzyw ponownie ładują się odpowiednio dodatnim lub ujemnym ładunkiem elektrycznym.

Naładowany elektrycznie koncentrat wstępny podlega rozdzieleniu w separatorze 12 na wysokoprocentowy koncentrat zawierający 99,3% polichlorku winylu, na frakcję produktu pośredniego oraz nafrakcję zubożoną, zawierającą około 53% polietylenotereftalanu. Tę ostatnią frakcję, razem z produktem pośrednim pierwszego stopnia rozdzielania, zawraca się ponownie do złoża fluidalnego suszarki 8, celem ponownego włączenia do procesu technologicznego rozdzielenia.

Ostatecznie mieszaninę butelek rozdzielono na następujące frakcje: frakcja o zawartości 99,3% polichlorku winylu, frakcja o zawartości 99,4% polietylenotereftalanu, frakcja o zawartości 97,6% polietylenu.

Stopień czystości przekracza zatem znacznie wymagane 95%, co świadczy o tym, że ponowne użytkowanie tworzyw nie stwarza żadnych problemów.

Sumaryczna wydajność procesu (w ilościach bezwzględnych) wynosi:

96,2% polichlorku winylu,

94,6% polietylenotereftalanu,

89,7% polietylenu.

168 534

koncentrat polichlorku wńiylu

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz Cena 1,50 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób rozdzielania tworzyw sztucznych, zwłaszcza polietylenotereftalanu i polichlorku winylu w mieszaninie różnorodnych tworzyw o podobnej gęstości, w którym tworzywa rozdrabnia się, czyści i suszy, po czym ładuje się tryboelektrycznie w złożu fluidalnym oraz rozdziela w separatorze wolnospadowym, znamienny tym, że przed ładowaniem tryboelektrycznym mieszaninę tworzyw poddaje się obróbce cieplnej w złożu fluidalnym w temperaturze 70-100°C w czasie przynajmniej 5 minut, po czym poddaje się ją ładowaniu tryboelektrycznemu w temperaturze od 15 do 50°C i przy wilgotności względnej otaczającego powietrza w zakresie od 15 do 20%.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę tworzyw sztucznych ładuje się tryboelektrycznie w temperaturze od 20 do 35°C.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ładowanie tryboelektryczne przeprowadza się przy wilgotności względnej otaczającego powietrza zawartej w granicach od 15 do 20%.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w separatorze wolnospadowym utrzymuje się natężenie pola wynoszące 2-3 kV/cm.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę tworzyw sztucznych dodatkowo ładuje się tryboelektrycznie przez transportowanie jej za pomocą spiralnego transportera ślimakowego.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę tworzyw sztucznych dodatkowo ładuje się tryboelektrycznie przez jej transport pneumatyczny.