Курсовая работа: Термическая утилизация полимерных отходов, содержащих поливинилхлорид
Ниже приведены результаты расчета материального баланса пиролиза ПВХ в присутствии СаО (исходный состав, моль: [С]=20; [Н] =30; [С1] =10; [СаО]=10):
п, моль т, г
С (графит) ......................15,00 180,00
Са(ОН)2 ..........................4,99 369,99
Н2 ............................1,45-10" 2,9-Ю-4
Н2 ............................4,37. Ю-4 8,74-104
Н2 ............................1,42-104 2,84-104
С3 Н8 ..........................9,26-Ю'4 4,99-1012
СаС12 .............................5,00 555,00
СаО ..........................2,14-10» 1,200-107
СН4 ..............................4,99 79,80
С2 Н6 ..........................8,82-10" 4,10-10-6
Н2 0 ..........................5,58-10" 1,00-10"'2
С,Н,„.........................1,27-10,в 7,40-10'7
Масса исходного продукта (С2 Н3 С1)10 — 625 г, масса СаО — 560 г, количество и масса продуктов пиролиза указаны при охлаждении до 298 К. Считается, что при избытке СаО он расходуется на образование гидроксида кальция.
Из полученных данных видно, что твердый остаток, образующийся при пиролизе полимера, представляет собой смесь хлорида кальция, пиро-углерода и гидроксида кальция. Пиролизные газы содержат метан и водород, обладающие высокой теплотворной способностью.
На рис. 2 приведены зависимости содержания пироуглерода и углекислого газа от температуры процесса. Расчеты показали, что содержание хлороводорода в пиролизных газах во всем интервале температур составляет менее 106 моль.
При температуре выше 800 К в процессе пиролиза ПВХ в присутствии СаО образуется углекислый газ, его максимальное содержание наблюдается при 1000 К, а затем оно снижается. Образование С02 при пиролизе можно объяснить взаимодействием пироуглерода и СО с водяным паром, образующимся при возникновении хлорида кальция:
С + Н2 0 = СО + Н2 ;
СО + Н2 0 = С02 + Н2 .
Снижение содержания С02 при температуре выше 1000 К связано со взаимодействием графита с С02 по реакции
С + С02 = 2СО.
Термодинамическое моделирование процессов деструкции ПВХ позволило предложить два варианта проведения процессов термической утилизации ПВХ, обеспечивающих их экологическую безопасность.
I. Пиролиз ПВХ при температуре 700 — 800 К с последующей нейтрализацией образующегося хлороводорода путем его взаимодействия с оксидом кальция при 400 — 500 К и дожиганием нейтрализованного газа кислородом воздуха при 1000 — 1100 К. Для нейтрализации пиролизных газов можно использовать фильтры, содержащие кусковую негашеную известь.
II. Пиролиз ПВХ в присутствии оксида кальция при 600 — 800 К. Пиролизные газы, содержащие метан и водород, обладающие высокой теплотворной способностью, могут быть использованы в качестве топлива для поддержания необходимой температуры в печи пиролиза. При невозможности утилизации образующихся газов для полной конверсии органических соединений перед выбросом в атмосферу их необходимо дожигать при 1100 — 1200 К.
Для экспериментального обоснования предлагаемого способа утилизации ПВХ, разработанного на основе термодинамического моделирования процесса деструкции полимера, в лабораторной печи пиролиза было проведено две серии испытаний по термической переработке ПВХ-содержащей фракции медицинских отходов и полимерных материалов, применяемых в автомобилестроении.
Пиролиз проводили при температуре 700 — 800 К в течение 40 мин в присутствии оксида кальция при массовом соотношении отход: СаО = = 5:1.
В ходе процесса контролировалось содержание хлороводорода в отходящих газах. Установлено, что на протяжении всего эксперимента его концентрация не превышала 1 мг/м3 , что с учетом рассеяния выбросов не будет превышать ПДК.