Методологический подход к выбору оборудования для переработки многокомпонентных отходов в полимерные композиционные материалы

Бобомуродов Ш.У.

Московский политехнический университет, Москва

Щедрин Е.Е.

Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», Москва

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, отходы, переработка, выбор оборудования, абразивность, показатель текучести расплава, технологическая линия, многокритериальная оптимизация.

Аннотация. Низкий уровень утилизации отходов в России, особенно в теплоэнергетике, где он не превышает 4%, требует создания эффективных производств полимерных композиционных материалов на основе вторичного сырья. Проблема выбора оборудования для таких производств осложняется высокой неоднородностью состава отходов. Традиционные методики, основанные на сравнении цены и паспортной производительности, не учитывают влияние абразивности и реологических свойств сырья, что ведет к ускоренному износу, перерасходу средств и снижению фактической производительности. В статье предложен методологический подход к выбору и компоновке оборудования для участка переработки многокомпонентных отходов в полимерные композиционные материалы. В основу подхода положены классификационные признаки: относительная абразивность минеральной составляющей (ранжирование на три группы) и показатель текучести расплава полимерной фракции. Сформированы три группы критериев: обязательные (совместимость с сырьем), технико-экономические и системные. Задача выбора оборудования формализована как многокритериальная оптимизация с целевой функцией минимизации совокупных затрат и потерь от рассогласования с характеристиками отходов при ограничениях на производительность и качество. На примере модельного синтеза линии переработки полиэтилена с золой-уноса показано, что прогнозируемый удельный расход электроэнергии составляет 0,48 кВт•ч/кг, что на 12-15% ниже, чем у линий, спроектированных без учета свойств сырья, а ресурс быстроизнашиваемых деталей достигает 1200 часов. Подход позволяет снизить субъективность проектных решений и может применяться при обосновании инвестиций и составлении технических заданий.

Methodological approach to selecting equipment for processing multicomponent waste into polymer composite materials

Bobomurodov Sh.U.

Moscow Polytechnic University, Moscow

Shchedrin E.E.

Moscow State Technological University «STANKIN», Moscow

Keywords: polymer composite materials, waste, recycling, equipment selection, abrasiveness, melt flow index, production line, multi-criteria optimisation.

Abstract. The low level of waste disposal in Russia, especially in the thermal power industry, where it does not exceed 4%, requires the creation of efficient production of polymer composite materials based on recycled materials. The problem of choosing equipment for such industries is complicated by the high heterogeneity of the waste composition. Traditional methods based on comparing price and nominal productivity do not take into account the influence of abrasiveness and rheological properties of raw materials, which leads to accelerated wear, cost overruns and a decrease in actual productivity. The article offers a methodological approach to the selection and layout of equipment for the processing of multicomponent waste into polymer composite materials. The approach is based on classification criteria: the relative abrasiveness of the mineral component (ranking into three groups) and the fluidity index of the polymer fraction melt. Three groups of criteria have been formed: mandatory (compatibility with raw materials), technical, economic and systemic. The task of choosing equipment is formalized as a multi-criteria optimization with the objective function of minimizing the total costs and losses from mismatching with waste characteristics under constraints on productivity and quality. Using the example of the model synthesis of a polyethylene processing line with fly ash, it is shown that the projected specific energy consumption is 0.48 kWh/kg, which is 12-15% lower than that of lines designed without taking into account the properties of raw materials, and the life of quick-wear parts reaches 1200 hours. The approach reduces the subjectivity of design decisions and can be used to justify investments and draw up technical specifications.