热灌装非结晶瓶口的节能效果研究

林世鸿

(广州达意隆包装机械股份有限公司,广州 510530)

经验交流

热灌装非结晶瓶口的节能效果研究

林世鸿

(广州达意隆包装机械股份有限公司,广州 510530)

本文通过对瓶口的结晶及非结晶工艺之间的比较,阐述了非结晶PET瓶口在节能方面的优点并分析了瓶口非结晶工艺的原理和方法,旨在对生产热灌装瓶的企业给出一定的参考,可对“节能减排,低碳经济”政策的实施有较大的促进作用。

全自动吹瓶机;非结晶瓶口;瓶口封头;封口气缸;节能减排

1 引言

在过去的几十年里,世界经济飞速发展是以资源的高消耗为代价换来的。能耗和环境污染已经成为当今世界最关注的问题之一。2009年哥本哈根世界气候大会,极大地促进了全球对气候变化问题的重视,“节能减排”已受到全世界的重视。今年5月5日国务院召开了“全国节能减排工作电视电话会议”,动员和部署加强“节能减排”工作。本文通过分析热灌装结晶瓶口与非结晶瓶口在吹瓶工步的成形方法,剖析了吹制非结晶口PET瓶的工作原理和有关部件的结构特点,为包装企业改进生产工艺、淘汰落后产能、大幅度提高能源利用效率,执行节能减排方针提供可行的方案。

2 PET瓶口的结晶与非结晶

近年来各种饮料销售量激增,这些饮料大都是采用热灌装瓶来充装的。由于热灌装瓶瓶胚的瓶身部分都比较厚,为了能加热到合适的温度,故对瓶胚身加热的温度要求较高。为了保证在对瓶胚的瓶身部加热时瓶口不致被软化,就有必要对瓶口进行预先结晶。目前PET热灌装瓶大都是采用先将瓶口结晶,再吹制成瓶子的方法(如图1所示),这样可以免除瓶子在吹制过程中其瓶口产生变形的缺陷这种预先结晶瓶口的方法需要有专门的瓶口结晶设备——结晶机。结晶机在对瓶口结晶的过程中,是用很多组大功率的红外线灯管来加热的,因此,要消耗大量的电能;瓶口经过结晶后要用冷却水进行冷却、固化,同时在结晶的过程中,还要用冷空气来调温,使热空气不在加温箱中滞留,保证瓶身不被加热而变形或结晶,也要消耗很多电能,可见结晶工序能源的消耗是巨大的,并且向外排放的废气温度也非常高。

图1 结晶瓶口

3 结晶机的能耗及开支费用

据统计一台JJ080型的结晶机,耗电量为122.93kW,其中:红外线灯管48根,每根为2.5kW,合计为120kW;主传动电机2.2kW;理胚机构电机4台共0.73kW。若每天按两班(16小时)计算,则每天耗电为1966.88kWh(吹瓶行业一般是24小时连续生产);若按每月30天生产计算,则每月要耗电59006.4kWh;每年按12个月计算,则一台结晶机年消耗电能可达708076.8 kWh。即使采用保守算法,将全国大大小小结晶机的总装机数折算成350台JJ080型的结晶机来计算,则全国年耗电为247826880kWh(2.48亿度),这相当于一个中型水电站每天24小时运转持续一个月的发电量。这还没有计算结晶时冷却水的能耗,冷却水也是要用电来输送的,即使是用循环水来冷却,也要用电来循环和降温;另外,恒温风流通系统也要用电才能运行,以上几项合计,每年仅结晶机一项的耗电量就将超过3亿度。而且还要耗费大量珍贵的水资源。为了保护我们的地球,维护我们的生存环境,我们应当把“节能减排”的号召变成实际行动,积极推广先进生产工艺,淘汰落后、能耗大的生产方式。对于饮料包装行业来讲,采用非结晶瓶口PET瓶(如图2所示)来进行热灌装是最为有效的节能方法。

图2 非结晶瓶口

4 非结晶瓶口热灌装瓶瓶口的保护

由上可知,省去“瓶口结晶”这道工序不愧是“节能减排”的一条有效途径,可以收到投资少获利大的效果。目前,在吹制热灌装瓶时,现有保护瓶口的方法大多是采用罩状形式的封头(如图3所示),这种封头对瓶口保护、瓶身的结晶程度都有很多不利的影响,导致废品率偏高,限制了成品瓶的产量,制约了非结晶瓶口热灌装瓶的推广。为此,就有必要设计出一种可以吹制“非结晶瓶口”饮料瓶的瓶口封头,以替代目前的罩状封头来吹制“非结晶瓶口”的热灌装瓶。

图3 罩式封头

如图4是一种用来吹制“非结晶瓶口”热灌装瓶的封头组件,这种封头组件是由护套、吹嘴等零件组装而成。图5的上部是与之匹配的封口气缸,封口气缸是由气缸体、气缸套、活塞、活塞杆、密封圈、缓冲垫、O形圈等零件组装而成,在气缸体上设置有A、B、C、D四个进、排气孔,这四个孔在不同的工作阶段发挥其各自不同的功能,这种封口气缸是为吹制“非结晶瓶口”热灌装瓶而专门设计的。在图3中,因为瓶口经过结晶具有一定的硬度和强度,故能经受住吹嘴的压力,只要保证高压空气不被泄漏就可以了,所以护套就不必靠近瓶口的螺旋部分,从图中看出间隙5较大;而这么大的间隙对于非结晶瓶口瓶胚来讲,由于护套对瓶口不能起到保护作用,则来自吹嘴的压力作用就有可能造成瓶口变形了。从图4可看出,护套与瓶口螺旋是紧贴着的,间隙4很小,当吹嘴压向瓶口上端面时,因护套的保护作用,可保证瓶口不致被压变形,即使是没有经过结晶的热灌装瓶口也不会产生变形。

图4 护瓶口封头

5 吹制非结晶瓶口热灌装瓶的工作原理

与此同时,护套即套住瓶口外部的螺纹,保护瓶口在受力时不变形。随后预吹中压(1.0～1.2MPa)x在此过程中,吹嘴因面积差而始终受到一个向下的力,该力使吹嘴压住瓶口端面保证其密封,同时又保证封头组件不会被抬起;因此,该面积差是控制在一定范围之内的,可使瓶口在受压时不会产生塑性变形。此时护套即发挥了防止瓶口因内部气压而使瓶口向外鼓胀的作用。

关闭吹瓶压缩空气,从封口气缸的C口和D口同时进入洁净空气,活塞和活塞杆被带动向上运动,同时将封头组件带起一同向上运动,使之脱开瓶口,如图5(b)所示。C口和D口继续进入洁净空气,带动活塞、活塞杆和封头组件继续向上运动,直至复位。

至此,封口气缸及封头组件就完成了一个模腔吹瓶工步的工作任务。

参见图5活塞工作位置图,当中压力(1.0～1.2MPa)空气从B口进入封口气缸上腔内时,洁净空气则从封口气缸的C口进入封口气缸的下腔内,推动活塞和活塞杆同时向下运动,见图5 (a)所示,护套亦随着活塞杆向下运动,因瓶胚的中心与拉伸杆的中心是同轴的,则吹嘴被插入瓶口中,此时吹嘴接触并封住瓶口上端面,见图4所示。

6 结束语

图5 活塞工作位置图

由以上的介绍可以看出,要将原来吹制结晶口热灌装PET瓶的设备改成吹制“非结晶瓶口”热灌装PET瓶的设备并不很难,只要更换封口气缸和封头即可实现,这种改造投资并不很大,却可节省大量的能源,是值得大力推广的节能方法。再从另一个角度算算节能减排的效益:将每年用在结晶项目上节约的3亿度电按火电来比较,则相当于节省了17.72万吨标准煤,再加上运输专用线、电厂建设、供水系统、污染处理、煤渣运输等投资费用及运行管理费,这些都全部节省了。尤其是减少了约5.3万吨粉煤灰的排放,减少了粉煤灰中含有的铅、镉、汞、砷等有毒重金属元素排放后对生存环境造成的污染,而给人类和大自然带来的严重危害。并且每年还可减少17.72万吨煤炭的运输量,大大缓解煤炭对交通运输的压力。

[1]高新荣等.塑胶樽优质设计及制造工业手册[M].香港:香港生产力促进局香港包装专业协会,1999.

[2]卢焕成.热灌装PET瓶的生产及现状[C].北京: 2001年北京国际饮料科学与技术报告会,2001.

[3]杨震、胡芳.热灌装食品包装PET瓶生产技术与应用[J].塑料包装,2008,18(03):30-33.

[4]张奇,张国宏.ESL灌装技术在PET瓶饮料热灌装生产中的应用[C],2007年中国国际饮料科技报告会.2007.

Study of the Energy Sav ing on Effect by Using the Non-crysta lline Bottle Mouth of Hot-filling

L IN Shi-hong
(Guangzhou Tech-Long Packing Machine Co.Ltd.Guangzhou 510531,China)

This text describes the advantages of non-crystalline PET bottle mouth in energy saving by comparing the crystalline p rocess and non-crystalline p rocess,and also analyzes the p rincip le and technique of non-crystalline p rocess for bottle mouth.Aim atoffering a reference for hot-filled bottlesmanufacturers,and p romo ting the carrying outof“energy saving and em ission reduction,low-carbon living”policy.

fully automatic blow molding machine;non-crystalline bottle mouth;sealing device forbottle mouth;sealing cylinder;energy-saving and em ission-reduction

book=4,ebook=60

TB486

A

1005-1295(2010)04-0070-03

10.3969/j.issn.1005-1295.2010.04.016

2010-05-13;

2010-05-24

林世鸿(1949-),男,江西九江人,本科,高级工程师,从事多年全自动旋转式吹瓶机的研发、设计工作。