Сепариращи и сортиращи системи за пластмаси
Начало > Машини > Във Фокус > Сп. Инженеринг ревю - брой 5/2024 > 26.07.2024
- Рециклирането на пластмаси получава все по-голямо внимание заради икономическите, социалните и екологичните ползи, които носи
- Поради химичната им структура различните типове пластмаси не трябва да бъдат смесвани заедно за процеса на рециклиране
- Разработени са редица методи за сепариране на пластмаса, като ръчно разделяне, трибоелектростатична сепарация, гравитачно разделяне, селективна флотация, оптични технологии и др.
ПОДОБНИ СТАТИИ
Колаборативни роботи в производството
Бетелгиус предлага решенията на Doosan Robotics на българския пазар
Иновативни решения за роботизация и автоматизация в автомобилната индустрия
Пластмасата е отлична алтернатива за замяна на материали, като керамика, дървесина и метали, тъй като е много функционална, достъпна, хигиенична, лека и икономична. Поради тази причина през последните години производството на пластмаса нараства рязко. Ръстът в потреблението на пластмаса обаче до голяма степен е причина за увеличаване на количествата твърди отпадъци и оказва огромно въздействие върху тяхното управление.
Пластмасовите отпадъци са свързани със значителни екологични проблеми. Понастоящем основната част от тези отпадъци все още се депонират или изгарят съвместно с твърдите битови отпадъци. Депата заемат големи площи, а пластмасата се нуждае от много време, за да се разгради. Това оскъпява и ограничава депонирането като алтернатива поради нарастващия обем на пластмасите и намаляващия капацитет на депата. При изгарянето на пластмасови отпадъци се отделят вредни емисии, включително газообразен хлороводород и диоксини, а дънната пепел от процеса може да съдържа олово и кадмий.
Има няколко алтернативни метода за обезвреждане на пластмасови отпадъци, сред които са пиролиза и инсинерация с възстановяване на енергия. Процесът на пиролиза се характеризира с високо енергопотребление и емисии на замърсители, въпреки че получените продукти имат висока калорична стойност и могат да бъдат оползотворени. Инсинерацията с възстановяване на енергия изисква сложна инсталация за елиминиране на опасните продукти преди изпускане в околната среда. Поради това обезвреждането на пластмасови отпадъци посредством чисти технологии се е превърнало във въпрос с изключителна значимост.
Важна характеристика на пластмасите е способността им да се стопяват и преработват, без това да е съпроводено с някакви съществени промени във физикохимичните им свойства. С нагласата, че пластмасовите отпадъци могат да се считат за потенциален ценен ресурс, фокусът върху обезвреждането им се измества. Рециклирането на пластмаси получава все по-голямо внимание заради икономическите, социалните и екологичните ползи, които носи.
Поради химичната им структура различните типове пластмаси не трябва да бъдат смесвани заедно за процеса на рециклиране. Замърсяването на основния продукт с други полимери с различни температури на топене и термична стабилност може да влоши качеството на рециклираната пластмаса. Например PET не се стопява при температурите на преработка на PVC, а замърсяването на PET фракция с PVC води до обезцветяване на продуктите.
Влошените физични свойства в резултат на несъвместимост на полимерите, обезцветяването и разграждането обуславят по-ниски цени за такива смесени пластмаси в сравнение с първичните полимери. В това отношение селективното разделяне на отпадъчните пластмаси се смята за най-слабото звено в индустрията за рециклиране на пластмаса.
Разработени са редица методи за сепариране на пластмаса, като ръчно разделяне, трибоелектростатична сепарация, гравитачно разделяне, селективна флотация, оптични технологии и др.
Флотация
Флотацията е проста техника за сепарация, базирана на плътността на материалите. За целта като флотационен агент се използва вода или друга течност с по-висока плътност от тази на водата. Методът е сред водещите за разделяне на отпадъчни пластмаси от смесени потоци. По-леките фракции (PP и PE) изплуват, докато фракциите с по-голяма плътност (PET, ABS и др.) потъват, когато за флотационен агент се използва вода.
Флотацията не предоставя възможност за сепарация на смесени потоци отпадъчна пластмаса в рамките на един-единствен етап. За получаването на потоци с хомогенен състав се изискват няколко етапа на флотация.
Методът може да се използва като първична техника за сортиране на отпадъчните пластмаси, след което смесените потоци могат да бъдат разделени в единични потоци чрез пенна флотация, магнитна, триболектрическа или оптична сепарация.
Разликата при пенната флотация е добавката на пенител или повърхностно активни вещества, за да стане повърхността на един вид пластмаса по-хидрофилна, отколкото на друг вид пластмаса. Поради тази причина техниката се прилага за сепариране на смес от само два вида пластмаси.
Трибоелектрическа сепарация
Това е сух метод за сепариране на смес от два вида пластмаси. Пластмасовите частици се трият в една друга, зареждайки повърхността и генерирайки полярност. Впоследствие заредените частици преминават през електрическо поле, като положително заредените частици се привличат към отрицателния електрод, откъдето се събират в колектор.
В зависимост от последователността на трибоелектрическо зареждане, сепарирането на пластмаса може да се приложи към няколко полимера: (+) ABS - PP - PC - PET - PS - PE - PVC - PTFE (-).
Трибоелектрическото зареждане протича в единична твърда фаза в ротираща се оребрена тръба, осигуряваща по-добро смесване. В газообразно-твърда фаза за трибоелектрическо зареждане на пластмасовите частици се използва кипящ слой, циклон или пропелерно устройство.
Магнитно разделяне
При този метод се използва ферофлуид, който генерира вертикален градиент на масовата плътност при наличието на магнитно поле. С други думи, масовата плътност на течността се увеличава в посока към дъното.
Когато към този флуид се добавят пластмасови частици, те се придвижват до височина във флуида, където неговата масова плътност е приблизително същата като тяхната. Процесът протича в сепаратор, в който хоризонтални пластини отстраняват сместа от флуид и частици на различни височини. Различните смеси съдържат пластмасови частици с различна плътност, които се отделят от ферофлуида чрез центрофугиране.
Магнитното разделяне е по-ефективно от традиционните техники за сепарация поради редица причини. То е по-бързо, може да разделя непрекъснато потоци от пластмасови материали и да сепарира няколко вида пластмаса едновременно, като допълнително предимство са и по-ниските разходи.
Оптични и сензорни системи
Пластмасата се подава в сортиращата машина, обикновено чрез конвейер или бункер. Преди да започне процесът на сепарация, по-големите частици пластмасов отпадък могат да бъдат предварително сортирани ръчно или механично, за да се отстранят всякакви обекти от други материали или големи замърсители. В някои случаи пластмасовите отпадъци могат да преминат и процес на редуциране на размера на частиците, като шредиране или гранулиране, за да се улесни последващата преработка и да се подобри ефективността на сортиране. По-малките пластмасови частици като цяло са по-лесни за манипулиране и сортиране.
Пластмасовите отпадъци преминават през оптична или базирана на сензори сортираща система. Тя обикновено се състои от конвейер с разположени по дължината му сензори или камери. За идентифициране и сепариране на пластмасовите материали въз основа на техните специфични свойства могат да се използват различни технологии за сортиране, като оптично или базирано на NIR (спектроскопия в близката инфрачервена област) сортиране.
При оптичното сортиране камери улавят изображение на пластмасите, преминаващи по конвейера. Усъвършенствани алгоритми за компютърно зрение анализират изображенията, определяйки цвета, формата, прозрачността и други визуални характеристики на пластмасата. Въз основа на този анализ машината може да идентифицира и сортира различните видове пластмаса в отделни бункери.
При NIR сортирането сензори измерват спектралната характеристика на пластмасовите материали. Всеки тип пластмаса има уникална характеристика в близкия до инфрачервения спектър, което дава възможността на машината да ги различава. Данните от сензорите се обработват, за да се идентифицира видът пластмаса и да се сортира в съответния бункер.
След идентифициране и сортиране на пластмасовите материали се използват различни механизми за сепарирането им от основния поток. Това може да включва въздушни струи, механични ръце или конвейерни отклонители, които насочват всеки тип пластмаса в отделни контейнери или канали.
Веднъж сортирани, пластмасовите материали могат да бъдат подложени на последваща преработка, като промиване, сушене или допълнително редуциране на размера на частиците в зависимост от предвидената повторна употреба или рециклиране.
Важно е да се отбележи, че различните сортиращи машини могат да използват вариации от тези процеси и технологии в зависимост от дизайна и капацитета им, както и от конкретните изисквания за сортиране. Прилаганите технологии може да варират от оптично сортиране до комбинация от оптично, NIR, вихровотоково, електростатично или магнитно сортиране спрямо състава на отпадъчния поток пластмаса и желаната точност на сортиране.
Приложение на роботи
Поддържащите изкуствен интелект роботи са способни да заменят ръчното сортиране и да сепарират отпадъчната пластмаса с помощта на събрани данни (за цвят, състав и др.) от камери и сензори. Интегрирането на кибер-физични системи, блокчейн, машинно самообучение и интернет на нещата може да свърже физическата и изчислителната инфраструктура в управлението на отпадъци, подобрявайки ефективността на идентифициране и сортиране на пластмаси за целите на рециклирането.
Възможностите на роботите могат да бъдат разширени чрез специални хващачи, позволяващи захващането на предмети с различна форма или комбинирани с хващачи, интегриращи вендуза и подобни на пръсти елементи.
Последните проучвания в областта на роботите в управлението на пластмасови отпадъци често се фокусират върху подобряване на точността и ефективността чрез разработване и внедряване на по-добри сензори и камери, както и на усъвършенствани алгоритми за прецизно класифициране и сортиране на различни видове пластмаса. Роботи могат да бъдат използвани за сортиране на пластмаса и въз основа на текстура, разпознавайки износените пластмасови компоненти от тези в отлично състояние.
Вижте още от Машини
Ключови думи: сепаратори, рециклиране, пластмаси, флотация, трибоелектрическа сепарация, оптични системи, сензори, роботи
Редактор на статията:
Отговорен редактор
• Завършва специалност "Инженерна екология" в Химикотехнологичен и металургичен университет;
• Заема длъжността "Отговорен редактор" в издателство TLL Media от 2020 г.;
• Разполага с над 10 години опит в създаването на съдържание и писането на научни статии.
Контакт в LinkedIn
Новият брой 9/2024