Создание ресурсосберегающих технологических систем заклю­чается в определении основных технологических операций и ус­тановлении последовательности их проведения, выборе элемен­тов схемы и расчете параметров технологического режима отдель­ных элементов и всей системы в целом.

В основу разработки ресурсосберегающей технологической си­стемы должны быть положены следующие концепции:

1)  Концепция полного использования сырья

Уровень переработки сырья в технологических процессах ха­рактеризуется степенью конверсии. Чем выше этот показатель, тем большее количество сырья используется по целевому назна­чению.

В концепциях наиболее полного использования сырья (сырье­вая подсистема) можно выделить несколько основных направле­ний.

1.1)Выбор технологической схемы — одно из перспективных на­правлений.

Пример. При получении хлорвинила одним из исходных веществ яв­ляется этилен. Процесс можно проводить в две стадии: 1) хлорирование этилена с применением хлора; 2) пиролиз образовавшегося дихлорэта­на. Выход по этилену составляет 90%, а по хлору — 50%. В качестве отхода производства образуется хлорид водорода. Существует другой ва­риант проведения процесса в одну стадию. В этом случае хлорирование заменяют гидрохлорированием (вместо хлора применяют хлорид водо­рода). Степень использования этилена и хлора составляет 95 %.

При осуществлении одностадийного процесса происходит экономия сырья и значительно сокращается количество отходов.

1.2)Применение одного из реагирующих веществ в избытке смеща­ет равновесие обратимых реакций в сторону образования целево­го продукта и позволяет более полно использовать второй реагент. Обычно при реализации этого принципа в промышленности в реакционную смесь вводят избыток менее токсичного или менее ценного сырьевого компонента. Например, для увеличения степе­ни использования S 0₂ в процессе получения серной кислоты при­меняют реакционную газовую смесь S 0₂ и 0₂, содержащую избы­ток кислорода.

1.3)Использование метода противотока. Противоточное движе­ние фаз — известный способ для увеличения движущей силы. При этом возрастает и скорость процесса. Метод широко применяется в теплообменных процессах при организации схемы движения теплоносителей, а также в различных отраслях промышленности для увеличения скорости в гетерогенных системах, например при абсорбции.

1.4)Применение рециркуляционных процессов. Суще­ствует много процессов, в которых сырье не полностью перехо­дит в готовый продукт. В этом случае целесообразно готовый про­дукт отделять от непрореагировавшего сырья и возвращать в про­изводство. Таким образом удается повысить степень использова­ния сырья.

Существует несколько разновидностей рециркуляционных про­цессов:

фракционный рецикл предполагает выделе­ние непрореагировавшего сырья после завершения процесса и возвращение его на переработку;

регенерация с рециклом заключается в регенерации вспомога­тельного материала после его использования с последующим воз­вращением в процесс.

1.5). Утилизация отходов позволяет получить дополнительные полезные продукты из побочных продуктов или неиспользован­ного сырья. Одним из направлений в решении этого вопроса яв­ляется использование отходов других производств или поиск аль­тернативных источников для замены первичного сырья.

Например, относительная ограниченность запасов нефти обу­словливает разработку процессов получения других видов сырья для производства моторных топлив и исходных продуктов для орга­нического синтеза. Одним из таких методов является гидрогениза­ция угля до С0₂ и Н₂ с последующим каталитическим синтезом углеводородов.

2.) Разработка новых природоохранных технологий и организация технологических схем

-разработка новых природоохранных технологических процес­сов;

-разработка комбинированных и перестраиваемых технологи­ческих схем.

3) Создание замкнутых производственных циклов

Создание замкнутых производственных циклов связано с со­вершенствованием методов очистки техногенных выбросов и воз­можностью их повторного использования.

4)  Комплексное использование сырья и вторичных ресурсов

4.1)Методы обогащения сырья

Известно несколько методов обогащения минерального сырья. В основе методов механического обогащения твердого сырья лежат различные физические и физико-химические свойства минералов, методов химического обогащения — различные химические свой­ства компонентов сырья, методов термического обогащения — раз­личные температуры плавления отдельных составляющих сырья (последние используются в промышленности сравнительно редко).

При обогащении получают две или более фракций. Фракцию, обогащенную одним компонентом горной породы, называют кон­центратом. Фракции, состоящие из минералов, не используемых в данном производстве, называют хвостами.

Рассмотрим некоторые способы обогащения, наиболее часто применяемые в промышленности.

Механические способы обогащения твердых материалов включа­ют рассеивание (грохочение), гравитационное разделение, элект­ромагнитную и электростатическую сепарацию, а также флотацию.

Рассеивание материалов по крупности зерен применяют в тех случаях, когда порода состоит из прочных (вязких) и непрочных (хрупких) минералов. Последние измельчаются легче, образуют более мелкую фракцию и при рассеивании проходят через отвер­стия сита. Рассеивание минерального сырья называется грохочени­ем, а применяемые металлические сита — грохотами. Таким спо­собом проводят обогащение фосфорита.

Гравитационное разделение основано на разной скорости паде­ния частиц различной плотности и размера в потоке жидкости или газа. Этот способ широко применяется для обогащения сырья в производстве силикатных материалов, минеральных солей и в металлургии.

Измельченный материал, перемешанный с водой в смесителе, подается в виде пульпы в отстойник, разде­ленный вертикальными перегородками на три осадительные ка­меры. Каждая камера снабжена в нижней части бункером. Самые крупные и тяжелые частицы оседают наиболее быстро в камере I, средние — в камере II, легкие — в камере III. Наиболее мелкие и легкие частицы породы уносятся водой из отстойника.

Электромагнитное обогащение применяется для отделения маг­нитного материала от немагнитных составляющих. Под действием электромагнитного поля меняется траектория движения магнит­ных частиц и они отделяются от пустой породы.

Флотация (от англ. float— плавать на поверхности) — один из наиболее распространенных способов обогащения, применяемый в промышленности (например, для отделения апатита от нефели­на, разделения на фракции полиметаллических сульфидных руд, обогащения каменного угля и т.д.).

Химические методы обогащения основаны на применении реа­гентов, которые избирательно концентрируют одно из веществ, входящих в состав смеси, или на образовании и осаждении новых соединений.

В промышленности широко применяется метод экстракции. Раствор обрабатывают экстрагентом, в который переходит один из компонентов раствора.

Метод образования труднорастворимых соединений широко применяют при очистке сточных вод.

-Комплексное использование сырья

Проблема комплексного использования сырья имеет большое значение как с экологической, так и с экономической точек зре­ния. Во многих отраслях промышленности до 60 —70 % себестои­мости продукции приходится на долю сырья.

         Вопросы для самоконтроля

1. Что такое безотходное и малоотходное производство

2. Принципы создания природоохранных производств

3. Методы обогащения сырья

Лекция 4. Образование и переработка отходов производства РТИ, химических волокон и пластмасс

Одним из наиболее осязаемых результатов антропогенной деятельности является образование отходов, среди которых отходы пластмасс занимают особое место в силу своих уникальных свойств. Пластмассы - это химическая продукция, состоящая из высокомолекулярных, длинно цепных полимеров. Производство пластических масс на современном этапе развития возрастает в среднем на

5…6 % ежегодно и к 2010 г., по прогнозам, достигнет 250 млн. Т. Их потребление надушу населения в индустриально развитых странах за последние 20 лет удвоилось, достигнув 85...90 кг, к концу десятилетия как полагают, эта цифра повысится на 45.. .50 % .

Насчитывается около 150 видов пластиков, 30 % из их - это смеси различных полимеров. Для достижения определенных свойств, лучшей переработки в полимеры вводят различные химические добавки, которых уже более 20, а ряд из них относятся к токсичным материалам. Выпуск добавок непрерывно возрастает.

Такая высокая популярность пластмасс объясняется их легкостью, экономичностью и набором ценнейших служебных свойств. Пластики являются серьезными конкурентами металлу, стеклу, керамике. Например, при изготовлении стеклянных бутылей требуется на 21% больше энергии, чем на пластмассовые.

Но наряду с этим возникает проблема с утилизацией отходов, которых существует свыше 400 различных видов, появляющихся в результате использования продукции полимерной промышленности.