Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новых материалов на основе использования
крупнотоннажных отходов

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.5080
Организация
ФГБОУ ВО "ИРНИТУ"
Руководитель работ
Шутов Федор Анатольевич
Продолжительность работ
2009 - 2010, 14 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Зелинская Елена Валентиновна

Этапы проекта

1
20.07.2009 - 31.10.2009
1. Наименование разрабатываемой продукции
В результате выполнения проекта должны быть разработаны и представлены:
- научно обоснованные методы получения пористой искусственной древесины на основе промышленных отходов;
- принципиальная технологическая схема получения пористой искусственной древесины на основе отходов;
- экспериментальные образцы ПИД (пористой искусственной древесины);
- технологический регламент по производству ПИД из отходов - термопластичных полимеров и золы - с учетом особенностей состава отходов, образующихся в регионе, с целью использования в строительной индустрии для повышения ресурсосбережения и эффективности экономического развития региона;
- отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на 1 этапе, в том числе: разработанные виды продукции (веществ / устройств / программных продуктов / технологий / методов и результатов исследований) с указанием их характеристик, полученных, в том числе, по результатам испытаний, оценка соответствия этих характеристик требованиям задания.
В результате работ по 1 этапу разработана программа исследований, выявлены возможности и условия реализации технологии производства пористой искусственной древесины в Байкальском регионе, выполнен анализ видов и состава отходов, являющихся вторичным сырьем для получения ПИД.
В соответствии с Техническим заданием на выполнение НИР (п.7) в полном объеме выполнен анализ рынка полимерных отходов и отходов теплоэнергетики, позволяющий оценить перспективы разработки и дальнейшего внедрения технологии производства пористой искусственной древесины из отходов. Найдены источники вторичного сырья (отходов). Определены возможные поставщики сырья и установлены деловые контакты с соответствующими предприятиями.
Проведен научный семинар руководителем работ - приглашенным исследователем Шутовым Ф.А., а также презентация НИР на выставке в Иркутском выставочном комплексе, что способствовало выявлению особенностей технологии с учетом видов образующихся отходов и проявлению заинтересованности представителей администрации, научных работников и представителей предприятий- поставщиков сырья и потребителей продукции.
2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Новизна выполняемой работы заключается в использовании для производства пористой искусственной древесины нового сырья – отходов ТЭС и различных полимерных отходов, образующихся на предприятиях Байкальского региона. Пористая искусственная древесина по большинству своих технических и экономических показателей ПИД превышает другие типы коммерческой искусственной и натуральной древесины на мировом рынке.
2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
Особенностью являлась необходимость консолидации заинтересованных лиц на всех уровнях, что было реализовано путем представления данной НИР на выставке «Сибнедропользование. Экология. Бизнес. Природопользование» в Иркутском выставочном комплексе «Сибэкспоцентр» и проведения научного семинара «Проблемы и перспективы производства пористой искусственной древесины».

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция).
Применение полученных результатов будет в области производства полимерных строительных материалов, утилизации отходов производства и потребления.
Это позволит сократить количество золошлаковых отходов, которых на предприятиях теплоэнергетики Байкальского региона образуется ежегодно около двух миллионов тонн. Вовлечение золы уноса ТЭС, как выявили результаты исследований, технически возможно в связи с существованием установок раздельного сухого сбора золы. Реализация работ будет способствовать снижению экологической нагрузки на территорию региона.
Полученные результаты выявили заинтересованность в получении данной продукции как со стороны администрации региона, так и со стороны предприятий, где образуются отходы полимеров и золы.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Результаты проведенных исследований показали реальную возможность реализации технологии в Байкальском регионе. Практическое внедрение результатов в образовательный процесс заключается в утверждении двух тем диссертационных работ аспирантов по данной НИР, темы магистерской диссертации.
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Работы, выполненные по 1 этапу способствуют закреплению кадров в сфере науки и образования. Так в рамках проекта принято в аспирантуру на очной основе 2 аспиранта. Принято на работу на основе штатного совместительства 2 аспиранта, магистр и 5 студентов ИрГТУ.
Индикаторные показатели по проекту выполнены с превышением.
4. Выводы.
Работы по 1 этапу выполнены в полном объеме, разработана программа исследований, проведен анализ отходов полимерных материалов и золы в Байкальском регионе. Установлена возможность и перспективность разработки технологии производства пористой искусственной древесины на основе отходов. Проведен научный семинар приглашенным руководителем. Привлечены к выполнению НИР молодые ученые, аспиранты, магистранты, студенты.
Развернуть
2
01.11.2009 - 15.12.2009
1. Наименование разрабатываемой продукции
В результате выполнения проекта должны быть разработаны и представлены:
- научно обоснованные методы получения пористой искусственной древесины на основе промышленных отходов;
- принципиальная технологическая схема получения пористой искусственной древесины на основе отходов;
- экспериментальные образцы ПИД (пористой искусственной древесины);
- технологический регламент по производству ПИД из отходов - термопластичных полимеров и золы - с учетом особенностей состава отходов, образующихся в регионе, с целью использования в строительной индустрии для повышения ресурсосбережения и эффективности экономического развития региона;
- отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции

2.1. Результаты работы на 2 этапе, в том числе: разработанные виды продукции (веществ / устройств / программных продуктов / технологий / методов и результатов исследований) с указанием их характеристик, полученных, в том числе, по результатам испытаний, оценка соответствия этих характеристик требованиям задания.
В результате работ по 2 этапу разработаны технические условия производства пористой искусственной древесины:
  - в качестве основного перерабатывающего оборудования выбран двухшнековый экструдер с производительностью порядка 50-100 кг/час;
- в качестве смесительных устройств для твердых компонентов композиции выбраны стандартные низкоскоростные мешалки мощностью 10 квт;
- в качестве охлаждающих устройств выбраны стандартные водяные ванны с использованием охлаждающих дюз при температуре воды не выше 15ºС;
- в качестве фильеры (мундштука) экструдера была выбрана фильера прямоугольной формы размером 2х10 мм, так как для механических испытаний ПИД-изделий требуются образцы прямоугольной формы.
  
В соответствии с Техническим заданием на выполнение НИР (п.7) были сформулированы требования к составу вторичного сырья, а именно к органическим отходам пластмасс и минеральным отходам - золы уноса, а также требования к получаемой продукции (ПИД).

а) требования к отходам пластмасс:
- в первую очередь будут испытаны отходы на основе поливинилхлорида (ПВХ)
- в работе будут использованы производственные отходы ПВХ (некондиционное сырье и бракованные изделия), количество которых весьма значительно в данном регионе, поскольку имеется несколько крупных предприятии, производящих сам ПВХ и изделия на его основе
- отходы ПВХ - изделий не должны содержать посторонних механических и химических примесей
- отходы ПВХ - изделий должны быть размолоты до размера фракций 1-5 мм
- для производства ПИД должны быть выбраны производственные отходы ПВХ - изделий одной партии, с тем, чтобы они имели одинаковый химический состав, молекулярный вес и степень деструкции.

б) требования к минеральным отходам – золе-уноса:
- используемая в проекте зола должна иметь сертификат соответствия и санитарно-эпидемиологическое заключение
- зола не должна содержать даже следовых количеств радиоактивности
- зола должна иметь минимальное содержание серы (менее 0.1%) и углерода (менее 1%)
- влажность золы не должна превышать 0,5%
- оптимальный фракционный состав золы – 0,1-3 мк
- вся используемая в проекте зола должна быть продуктом сгорания угля из одного месторождения и по одной технологии сжигания и сбора.

Были сформулированы следующие требования к получаемой продукции:
- Получаемый ПИД- изделия должны удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к полимерным строительным материалам для внутреннего и наружного применения
- В связи с этим, ПИД изделия должны быть подвергнуты:
  - стандартным санитарно-эпидемиологическим тестам,
  - тестам на огнестойкость,
  - физико-механические испытаниям (прочность на изгиб, удар и т.д.),
  - тестам на химическую и биологическую стойкость.

  Разработана принципиальная технологическая схема производства ПИД, включающая в себя следующие узлы и этапы:
- узел складирования и взвешивания отходов и других компонентов композиции;
- узел предварительного смешения золы и других компонентов композиции (кроме отходов пластмасс);
- узел загрузки для отходов пластмасс (1-ый бункер экструдера);
- узел загрузки золы и других компонентов (2-ой бункер экструдера);
- этап предварительного прогрева;
- этап выведения экструдера и охлаждающей ванны с дюзами в рабочий режим;
- этап загрузки отходов пластмасс и получения расплава;
- этап загрузки золы и других компонентов композиции;
- этап юстировки нагревательных зол экструдера и оборотов шнеков;
- этап юстировки режима работы калибратора;
- этап юстировки скорости протяжки экструдата;
- этап юстировки интенсивности охлаждения экструдата;
- этап юстировки работы режущего устройства;
- этап складирования нарезанных образцов;
- этап прекращение подачи золы и других компонентов;
- этап очистки экструдера;
- этап прекращения подачи отходов пластмасс;
- этап выключения экструдера и вытяжной вентиляции.

2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Новизна выполняемой работы заключается в разработке технологических решений и на их основе принципиальной технологической схемы производства ПИД с учетом особенностей состава отходов, используемых в качестве вторичного сырья и механизма взаимодействия компонентов сырья и дополнительных агентов в технологическом процессе. Новые композиции состава сырья станут основой для патентования.

2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
  Особенностью проведения данного этапа работ была необходимость выработки специальных требований к технике безопасности. Были сформулированы следующие требования:
- при работе с порошкообразными компонентами композиции (зола уноса, вспенивающие агенты, пигменты), включая условия их хранения в лаборатории, транспортировки и загрузки в смесительные устройства и экструзионные бункеры необходимо установить вытяжную вентиляцию;
- в процессе получения ПИД необходимо установить вытяжную вентиляцию над всей экструзионной линией и в месте разрезки готовых изделий.


3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция).
Применение полученных результатов будет в области использования индустриальных отходов и отходов топливно-энергетической отрасли, а также в сфере производства материалов для строительной индустрии, в частности жилищного строительства.
Вполне очевидно, что для регионального строительства имеет большое значение использование и изготовление новых «местных» долговечных строительных материалов, не требующее наличия развитой индустриальной базы, больших капитальных затрат и транспортных расходов. Одним из резервов получения таких материалов является использование таких отходов как: золошлаковые смеси, золы, отходы полимерных материалов, отходы производства асбестоцемента, камнедробления, шлаки металлургической промышленности и др. Изготовление ПИД позволит базироваться на применении местных строительных материалов и вторичных сырьевых ресурсов, что экономически целесообразно и является наиболее рациональным направлением развития собственной базы.
Это приведет к многоплановому эффекту: развитие производства (новые рабочие места, получение продукции); экономия природных ресурсов; утилизация отходов.

3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Практическое внедрение результатов в образовательный процесс заключается в обучении двух аспирантов, темы диссертационных работ которых соответствуют тематике данной НИР. Аспирантка Костюкова Е.О. в ноябре 2009 г. прошла аттестацию. Руководитель работ по данному контракту Ф.А.Шутов назначен научным руководителем аспирантки Костюковой Е.О. (Приказ по ИрГТУ).
Тематика работ в соответствии с Госконтрактом определена как основа для выполнения магистерской диссертации двух магистрантов, обучающихся по магистерской образовательной программе «Управление отходами производства и потребления» на 1 курсе магистратуры.
Пять студентов привлечены к работе в рамках НИРС (научно-исследовательская работа студентов) по тематике данной НИР. Студентами подготовлено четыре обзора по тематике проекта. Материалы данной НИР взяты как исходные данные для выполнения курсовой работы двумя студентами четвертого курса.

3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Работы, выполненные по 2 этапу, способствуют закреплению кадров в сфере науки и образования. Так, в рамках проекта принято в аспирантуру на очной основе 2 аспиранта. Работает на основе штатного совместительства и по трудовым договорам 2 аспиранта, магистр и 5 студентов ИрГТУ.
Индикаторные показатели по проекту выполнены с превышением.

4. Выводы.
Работы по 2 этапу выполнены в полном объеме, разработаны технические условия производства пористой искусственной древесины, сформулированы требования к составу вторичного сырья, а именно к органическим отходам пластмасс и минеральным отходам - золы уноса, а также требования к получаемой продукции (ПИД). Разработана принципиальная технологическая схема производства пористой искусственной древесины, определены основные этапы технологического процесса.
  Привлечены к выполнению НИР молодые ученые, аспиранты, магистранты, студенты.
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.04.2010
1. Наименование разрабатываемой продукции
В результате выполнения проекта должны быть разработаны и представлены:
- научно обоснованные методы получения пористой искусственной древесины на основе промышленных отходов;
- принципиальная технологическая схема получения пористой искусственной древесины на основе отходов;
- экспериментальные образцы ПИД (пористой искусственной древесины);
- технологический регламент по производству ПИД из отходов - термопластичных полимеров и золы - с учетом особенностей состава отходов, образующихся в регионе, с целью использования в строительной индустрии для повышения ресурсосбережения и эффективности экономического развития региона;
- отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на 3 этапе, в том числе: разработанные виды продукции (веществ / устройств / программных продуктов / технологий / методов и результатов исследований) с указанием их характеристик, полученных, в том числе, по результатам испытаний, оценка соответствия этих характеристик требованиям задания.
В результате работ по 3 этапу:
 Установлен состав и характеристики отходов поливинилхлорида, образующихся на предприятиях по переработки полимеров и золы уноса ТЭЦ-7 и Усть-Илимской ТЭЦ Иркутской области использующихся в качестве сырья для производства Пористой Искусственной Древесины Определено, что данные отходы удовлетворяют требованиям к сырью для производства нового строительного материала.
 Определены оптимальные технологические режимы экструзионного процесса и состав композиционной смеси для изготовления Пористой Искусственной Древесины. Первая группа параметров, по которым оптимизировался процесс- состав исходной композиционной смеси, состоящей из отходов поливинилхлорида, наполнителя – золы уноса ТЭЦ и ряда химических аддитивов для улучшения качественных характеристик продукта. Вторая группа параметров - режимные условия процесса экструзии полимерно-минеральной композиции, такие как температура, давление, условия работы экструдера. Оптимизация процесса позволила получить образцы нового строительного материала – Пористой искусственной древесины заданного состава и свойств.
 Определен состав, качественные характеристики и механические свойства изготовленных образцов Пористой искусственной древесины Исследования проведены в аккредитованной лаборатории. Качественные характеристики полученной продукции показали ее соответствие требованиям, предъявляемым к строительным материалам. Получены образцы со следующими значениями параметров:
• Плотность: от 1182 до 1516 кг/м3;
• Предел прочности при изгибе от32,10 до 35,93 МПа
• Ударная вязкость по Шарпи от 13.08 до 34,11 кДж/м2
• Водопоглощение от 0,20 до 0,96 %
• Коэффициент линейного теплового расширения, при Т=100ºС и t=60 мин от-1.8 до -3,5 %
• Коэффициент линейного теплового расширения, при Т=70ºС и t=60 мин от-0,1 до -1,9 %
 Разработан технологический регламент получения Пористой Искусственной Древесины. В состав регламента входят следующие разделы:
• общие положения;
• материалы и требования к ним;
• подготовка материалов;
• приготовление композиции;
• экструзия композиционной смеси;
• контроль качества;
• техника безопасности

2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Новизна выполняемой работы заключается в получении нового типа строительных материалов – пористой искусственной древесины на основе отходов поливинилхлорида и золы уноса теплоэлектростанций и определении оптимальных режимов технологического процесса изготовления материалов экструзионным методом.
2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
  Особенностью проведения данного этапа работ была оптимизация режимных параметров процесса для разработки технологического регламента, в качестве которых исследовались две группы параметров. Первая группа - состав исходной композиционной смеси, состоящей из отходов поливинилхлорида, наполнителя – золы уноса ТЭЦ и ряда химических аддитивов для улучшения качественных характеристик продукта. Вторая группа параметров - режимные условия процесса экструзии полимерно-минеральной композиции, такие как температура, давление, условия работы экструдера.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция).
Применение полученных результатов будет в строительной индустрии, в частности в производстве отделочных строительных материалов, а также в сфере рециклинга промышленных и теплоэнергетических отходов.
Применение данной технологии позволит снизить количество отходов, как накопленных, так и вновь образуемых в регионе. Полученные материалы могут быть заменителем древесных строительных материалов, что приведет к экономии лесных ресурсов и многоплановому улучшению качества окружающей среды.
Замена же полностью полимерных материалов на композиционно минерально-полимерные, которыми и является полученная пористая искусственная древесина снижает потенциальную опасность строительных материалов данного типа с точки зрения пожароопасности и токсичности.
Вовлечение в производство строительных материалов дополнительных видов вторичных ресурсов, которыми являются отходы полимеров и зола уноса ТЭЦ позволяют более рационально использовать сырьевую базу региона. Создание новых производственных мощностей позволит повысить эффективность развития местной промышленности.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Практическое внедрение результатов в образовательный процесс заключается в продолжении обучения двух аспирантов, темы диссертационных работ которых соответствуют тематике данной НИР. Научными руководителями данных аспирантов являются руководитель проекта Ф.А.Шутов (аспирантка Е.О.Костюкова) и ответственный исполнитель проекта Е.В.Зелинская (аспирант Барахтенко В.В.).
Тематика работ в соответствии с Госконтрактом определена как основа для выполнения магистерской диссертации двух магистрантов, обучающихся по магистерской образовательной программе «Управление отходами производства и потребления» на 1 курсе магистратуры.
Пять студентов привлечены к работе в рамках НИРС (научно-исследовательская работа студентов) по тематике данной НИР. За отчетный период студентами подготовлено три обзора по тематике проекта.
Двум студентам приказом по ИрГТУ утверждены темы дипломных работ, связанные с тематикой проекта (студентка К.И.Власова. являющаяся исполнителем работ по проекту, руководитель дипломной работы Е.В.Зелинская, и студентка А.Н.Грумеза, руководитель дипломной работы –исполнитель работ по проекту, доцент П.К.Федотов).
В апреле 2010 года студентами, магистрантами и аспирантами – участниками проекта в соавторстве подготовлено четыре доклада и опубликованы тезисы в материалах ежегодной научно-практической конференции преподавателей и студентов химико-металлургического факультета ИрГТУ «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств».
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
Работы, выполненные по 3 этапу, способствуют закреплению кадров в сфере науки и образования. Так, в рамках проекта принято в аспирантуру на очной основе 2 аспиранта. Работает на основе штатного совместительства и по трудовым договорам 2 аспиранта, магистр и 5 студентов ИрГТУ.
Индикаторные показатели по проекту выполнены с превышением.
4. Выводы.
Работы по 3 этапу выполнены в полном объеме. Проведены исследования состава отходов термопластичных полимеров и золы уноса, образующихся на предприятиях и теплоэлектростанциях в Иркутской области. На основе изучения состава отходов, являющихся исходным сырьем для производства пористой искусственной древесины и условий экструзионного процесса ее изготовления проведена оптимизации режимных параметров технологического процесса изготовления нового строительного материала, что позволило изготовить опытные образцы пористой искусственной древесины. Проведены исследования состава и качества полученной продукции, которые показали ее соответствие требованиям, предъявляемым к строительным отделочным материалам.
На основе проведенного комплекса исследований разработан технологический регламент изготовления пористой искусственной древесины.
Привлечены к выполнению НИР молодые ученые, аспиранты, магистранты, студенты.
Развернуть
4
01.05.2010 - 01.09.2010
1. Проведение испытаний разработанной технологии производства Пористой Искусственной Древесины из
отходов местного производства.
2.Разработка бизнес-плана и согласование условий внедрения технологии на территории Иркутской области.
3. Проведение научного семинара «Фундаментальные и прикладные исследования в области производства и
переработки полимерных материалов».
4. Проведение патентных исследований по способам производства и составу пористой искусственной древесины, подготовка заявок на патенты.
5.Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
6.Обобщение и анализ результатов исследований.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.5 Проведение научных исследований коллективами под руководством приглашенных исследователей
Продолжительность работ
2010 - 2012, 26 мес.
Бюджетные средства
5,8 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2009 - 2010, 13 мес.
Бюджетные средства
0,9 млн
Организация
НИТУ "МИСиС", МИСиС
профинансировано
Тема
«Разработка технологии комплексной переработки крупномасштабных отходов производства минеральных удобрений с получением товарных продуктов многофункционального назначения».
Продолжительность работ
2011 - 2013, 31 мес.
Бюджетные средства
140 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка научных основ создания полимеров и наноразмерных полимерных структур для эффективной модификации комплекса свойств промышленных пластиков и эластомеров
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
16
Тема
Разработка научно-технологических основ производства наноразмерных стабилизаторов, модификаторов и модифицирующих добавок для перспективных материалов с улучшенными характеристиками на основе крупнотоннажных полимеров и эластомеров.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 17 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
11
Тема
Разработка инновационной технологии переработки природного газа в низшие олефины.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
140 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка основ безотходных технологий утилизации нефтесодержащих отходов.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 18 мес.
Бюджетные средства
48 млн
Количество заявок
18