5. Kryteria oceny uciążliwości ekologicznej procesu powstawania butelek
5.4. Model skuteczności materiałowej pozytywnej i negatywnej procesu
Konsekwencją prowadzonych badań i analiz było wyznaczenie wskaźników pozytywnej i negatywnej skuteczności materiałowej procesu (tabela 9). Model
62
skuteczności materiałowej pozytywnej procesu obejmuje wskaźnik mas produktów celowych oraz wskaźnik mas emisji związków CO2, SOx, NOx, SO2, amoniaku i CO do otoczenia (5.12).
Tabela 9. Modele pozytywnej i negatywnej skuteczności materiałowej procesu kształtowania butelek do napojów
W konsekwencji można wyznaczyć wskaźniki pozytywnej skuteczności materiałowej procesu w postaci:
𝑠𝑚 = 𝑚𝑄
𝑚𝑛𝑄 – masa braków (produktów nieużytecznych w tym emisji), kg, 𝑚𝐵 – – masa braków (produktów nieużytecznych), kg, 𝑚𝐶𝑂 – masa wyemitowanego związku tlenku węgla CO, kg.
(5.12)
Skuteczność materiałowa procesu negatywna
Model negatywnej skuteczności materiałowej przyjmuje postać:
𝑠𝑚= 𝟣 − 𝑠𝑚 = 𝟣 − 𝑚𝑄
𝑚𝑛𝑄 – masa braków (produktów nieużytecznych w tym emisji), kg, 𝑚𝐵 – masa braków (produktów nieużytecznych), kg,
𝑚𝐶𝑂2– masa wyemitowanego dwutlenku węgla CO2, kg, 𝑚𝑆𝑂𝑥– masa wyemitowanych związków siarki SOx, kg, 𝑚𝑁𝑂𝑥– masa wyemitowanych związków azotu NOx, kg,
𝑚𝑆𝑂2– masa wyemitowanego związku tlenku siarki (IV) SO2, kg, 𝑚𝑁𝐻3– masa wyemitowanego związku amoniaku NH3, kg, 𝑚𝐶𝑂 – masa wyemitowanego związku tlenku węgla CO, kg.
(5.13)
5.5. Model negatywnego nadmiaru produkowanego produktu
Często w analizach i ocenach skuteczności stosowany jest wskaźnik nadmiaru negatywnego materiału powstającego w procesach z pozytywną skutecznością przetwórstwa (tabela 10). W tym celu przyjęto założenia, dla których model sumaryczny emisji związków CO2, SOx, NOx, SO2, amoniaku i CO zostaje pomniejszony o masę produktów celowych.
63
Tabela 10.Model negatywnego nadmiaru produkowanego produktu
Cecha Modele Ref.
mQ – masa produktów celowych, użytecznych, kg, 𝑚𝐵 – masa braków (produktów nieużytecznych), kg, 𝑚𝐶𝑂2– masa wyemitowanego dwutlenku węgla CO2, kg, 𝑚𝑆𝑂𝑥– masa wyemitowanych związków siarki SOx, kg, 𝑚𝑁𝑂𝑥– masa wyemitowanych związków azotu NOx, kg,
𝑚𝑆𝑂2– masa wyemitowanego związku tlenku siarki (IV) SO2, kg, 𝑚𝑁𝐻3– masa wyemitowanego związku amoniaku NH3, kg, 𝑚𝐶𝑂 – masa wyemitowanego związku tlenku węgla CO, kg.
(5.14)
5.6. Model skumulowanej ilości generowanych braków powstałych podczas procesu kształtowania butelek do napojów
Skumulowane ilości generowanych odpadów preform i butelek powstałych podczas całego cyklu kształtowania butelki do napojów określono poniższymi zależnościami. Dzięki wskaźnikom skumulowanej energii niezbędnych do przygotowania energii bezpośredniej, zużywanych w obiekcie w ciągu trwania procesu kształtowania jednej partii wyrobów, określono skumulowane ilości generowanych braków preform i butelek (tabela 11).
Tabela 11. Model skumulowanej ilości generowanych braków powstałych podczas procesu kształtowania butelek do napojów
𝐸𝑐− zużycie energii całkowitej dostarczanej do jednostek napędowych, sprężarek, jednostek grzania i chłodzenia,
𝐸𝑢− zużycie energii użytecznej dostarczanej do jednostek napędowych, sprężarek, jednostek grzania i chłodzenia,
𝑆𝑄− skumulowana ilość braków generowanych w następstwie utylizacji odpadów (braków) powstałych w procesie kształtowania butelek do napojów.
Dla którego energia całkowita 𝐸𝐶 przyjmuje postać:
𝐸𝐶 = 𝐸𝑇
64
𝜂𝑇− sprawność energetyczna napędu, wytwarzania, dostarczania i odbioru ciepła (energii elektrycznej) do jednostki układu technologicznego.
Przy czym moc ogólna 𝑃𝑂 najmocniej kształtująca zużycie energii 𝐸𝐶 określana jest zależnością:
𝑃𝑂− moc ogólna pobierana przez urządzenia technologiczne, W, 𝑃𝑁− moc jednostek napędowych, W,
𝑃𝑐− moc sprężarek, W, 𝑃𝐺− moc grzania, W, 𝑃𝐶ℎ− moc chłodzenia, W,
𝜂𝑁− sprawność jednostek napędowych, 𝜂𝑁− sprawność sprężarek,
𝜂𝑁− sprawność jednostek grzania, 𝜂𝑁− sprawność jednostek chłodzenia.
W efekcie właściwego zestawienia powyższych wskaźników skumulowanej ilości generowanych braków, odpadów i emisji utylizacji odpadów (braków) powstałych w procesie kształtowania butelek do napojów, kg,
𝑍𝑤𝐶ℎ− ilość wody o określonej jakości zużytej w trakcie trwania procesu produkcji jednej partii wyrobu równa ilości ścieków, kg, 𝑃𝑁− moc jednostek napędowych, W,
𝑃𝑐− moc sprężarek, W, 𝑃𝐺− moc grzania, W, 𝑃𝐶ℎ− moc chłodzenia, W,
𝜂𝑁− sprawność jednostek napędowych, 𝜂𝑁− sprawność jednostek sprężarek, 𝜂𝑁− sprawność jednostek grzania, 𝜂𝑁− sprawność jednostek chłodzenia,
𝑠𝑁 − straty występujące w jednostkach napędowych CO2 eq/kg/W, CO eq/kg/W, NOx eq/kg/W, SOx eq/kg/W, SO2 eq/kg/W, NH3
65
Na podstawie zależności (5.1)÷(5.18) można wyróżnić podstawowe wielkości wpływające na skumulowane ilości generowanych braków preform i butelek, określonych dla pełnego procesu produkcyjnego 1000 sztuk butelek:
− liczba wykorzystanych preform w procesie technologicznym,
− zużycie nośników energii bezpośredniej w procesie kształtowania butelek do napojów.
5.7. Model całkowity procesu kształtowania butelek
W odniesieniu do przyjętego celu pracy, skutecznego kształtowania butelek do napojów zgodnie z przyjętym modelem, do oceny wybrano operacje technologiczne, w których wyróżniono relacje zmiennych zależnych i niezależnych:
− skuteczności pozytywnej procesu kształtowania butelek (wydajności masowej produktów użytecznych 𝑚𝑄, zapotrzebowania na moc użyteczną dla produktów celowych 𝑃𝑢, jednostkowego zużycia energii na produkt celowy 𝐽𝐸𝑄,),
− skuteczności negatywnej procesu kształtowania butelek do napojów (wydajności masowej produktów nieużytecznych 𝑚𝑛𝑄, emisji i szkodliwości przypadających na jednostkę zapotrzebowania energii 𝐽𝑒𝑚𝑖, zapotrzebowania na moc nieużyteczną dla produktów nieużytecznych 𝑃𝑁−𝑢).
Dla tak postulowanych kryteriów opracowano wskaźniki miar efektywności, wydajności i nieszkodliwości procesu kształtowania butelek do napojów z PET i PLA, przyjmując założenia przedstawione w tabeli 12.
Tabela 12. Modele procesu kształtowania butelek
Cecha Model Ref.
WOSP – wartość operacyjna skuteczności pozytywnej, WOSN – wartość operacyjna skuteczności negatywnej, Wu – wydajność masowa produktów użytecznych, Wn-u – wydajność masowa produktów użytecznych,
(5.19)
(5.20)
66 Wartość
całkowita procesu kształtowania
𝐸𝑁,𝐶,𝐺,𝐶ℎ – energia technologicznie pozytywnych jednostek grzania EG, chłodzenia ECh, jednostek napędowych EN, sprężarek EC,
𝐸𝑠𝑁,𝑠𝐶,𝑠𝐺,𝑠𝐶ℎ − energia strat jednostek grzania EsG, chłodzenia EsCh, jednostek napędowych EsN, sprężarek EsC,
Nm – masowe emisje związków dwutlenku węgla, tlenków siarki, tlenków azotu, tlenków siarki (IV), amoniaku, tlenków węgla,
Nsm – masowe emisje strat związków dwutlenku węgla, tlenków siarki, tlenków azotu, tlenków siarki (IV), amoniaku, tlenków węgla.
W ujęciu wskaźnika operacyjnej skuteczności procesu kształtowania butelek do napojów przybiera postać:
WCPK (W, N, E)PET/PLA= 1 − 𝑊𝑂𝑆𝑁 𝑃𝐸𝑇/𝑃𝐿𝐴
𝑊𝑂𝑆𝑃 𝑃𝐸𝑇/𝑃𝐿𝐴 ⇒ 1 gdzie:
WCPK – wartość całkowita procesu kształtowania, WOSP – wartość operacyjna skuteczności pozytywnej, WOSN – wartość operacyjna skuteczności negatywnej.
(5.21)
Wartości operacyjnej skuteczności procesu kształtowania butelek odnoszą się ściśle do zależności związanych z uzyskiwaniem użytecznych produktów procesu.
Wskaźnik operacyjnej skuteczności procesu umożliwia analizy i oceny efektywności energetycznej, a szczególnie wskazanie kierunków jej rozwoju (zużycia energii elektrycznej na uzyskiwanie użytecznych produktów procesu określanych dla warunków technicznych grzania, chłodzenia, napędu oraz sprężania mediów). Wyróżnia się ponadto obiektywizacją nieszkodliwości procesowej związanej z emisyjnością tlenków siarki, tlenków azotu, tlenku węgla, amoniaku, dwutlenku węgla oraz tlenku siarki (IV). Modele wskaźnika wartości operacyjnej skuteczności pozytywnej procesu kształtowania butelki PLA i PET:
67
Modele wskaźnika wartości operacyjnej skuteczności negatywnej procesu kształtowania butelki PLA i PET:
WOSN (W, N, E)PET = 𝑊𝑛−𝑢· 1 𝐸𝑠𝑁,𝑠𝐶,𝑠𝐺,𝑠𝐶ℎ
· 1
𝑁𝑚𝐶𝑂2,𝑆𝑂𝑋,𝑁𝑂𝑋,𝑆𝑂2,𝑁𝐻3,𝐶𝑂
(5. 20 b)
= 0,08kg
h ∗ 0,62 kWh ∗ 0,356 𝑘𝑔 = 0,017 WOSN (W, N, E)PLA= 𝑊𝑛−𝑢· 1
𝐸𝑠𝑁,𝑠𝐶,𝑠𝐺,𝑠𝐶ℎ
· 1
𝑁𝑚
𝐶𝑂2,𝑆𝑂𝑋,𝑁𝑂𝑋,𝑆𝑂2,𝑁𝐻3,𝐶𝑂
(5. 20 a)
= 0,055kg
h ∗ 0,64 kWh ∗ 0,293 𝑘𝑔 = 0,010
Modele wskaźnika wartości całkowitej procesu kształtowania butelki PLA i PET:
WCPK (W, N, E)PET = 1 − 𝑊𝑂𝑆𝑁 𝑃𝐸𝑇 0,017
𝑊𝑂𝑆𝑃 𝑃𝐸𝑇 0,33 = 0,05 (5. 21 b)
WCPK (W, N, E)PLA= 1 − 𝑊𝑂𝑆𝑁 𝑃𝐿𝐴 0,010
𝑊𝑂𝑆𝑃 𝑃𝐿𝐴 0,33 = 0,03 (5. 21 𝑎)
68
6. Charakterystyka obiektu badań
Rozwój branży rozlewniczej w Polsce nastąpił po II wojnie światowej. W tym czasie produkcją napojów, przede wszystkim ze względu na posiadane studnie i możliwość butelkowania, zajmowały się browary. Stopniowo zaczęły pojawiać się inni państwowi producenci, jak Zakłady Przemysłu Owocowo-Warzywnego oraz mali wytwórcy prywatni. Po latach 70. które przyniosły przede wszystkim inwestycje liderów światowych Coca-coli i Pepsi-Coli, zaczęli pojawiać się prywatni producenci napojów.
W latach 90. XX w. nastąpił gwałtowny wzrost produkcji napojów i rozwój zakładów, które dziś mają największy udział w rynku. W 2004 roku 71% sprzedaży w ujęciu ilościowym stanowiły produkty pięciu największych producentów napojów bezalkoholowych: Coca-cola (24%), Pepsi-cola (14%), Hop (13%), Hellena (11%), Zbyszko (10%). Ponadto wśród konsumentów dużą popularnością cieszą się napoje firm:
Jurajska, Nata, Ustronianka, Wosana [15].
Wartość całkowitej sprzedaży napojów bezalkoholowych w Polsce w 2015 roku wynosiła ponad 5 mld euro, co odpowiadało za 4% wartości sprzedaży detalicznej w Unii Europejskiej oraz 1% sprzedaży globalnej. Wartość globalnego rynku napojów bezalkoholowych w 2015 roku wyniosła prawie 683 mld euro. Aż 23% sprzedaży globalnej przypadło na Stany Zjednoczone, przewyższając łączną wartość sprzedaży napojów bezalkoholowych wszystkich krajów Unii Europejskiej. Ponad połowa wartości rynku globalnego napojów bezalkoholowych była generowana przez pięciu największych graczy, do których należały Stany Zjednoczone, Chiny, Japonia, Meksyk oraz Niemcy.
Łączna wartość rynku napojów bezalkoholowych w krajach UE w 2015 roku wyniosła 134 mld euro. W głównej mierze przyczynił się do tego rynek niemiecki, którego wartość przekroczyła 29 mld euro. Na drugim miejscu znalazła się Wielka Brytania z rynkiem o wartości prawie 18 mld euro, a zaraz za nią Francja – blisko 16 mld euro. Średni roczny wskaźnik wzrostu rynku napojów bezalkoholowych w Polsce w latach 2010-2015 wynosił jedynie 0,6%. Wartość sprzedaży detalicznej analizowanego rynku w 2015 roku osiągnęła poziom 21,7 mld zł, 14,7 mld zł w kanale off-trade i 7,0 mld zł w kanale on-trade. Z kolei w okresie 2016-2020 prognozowany średni roczny wskaźnik wzrostu na poziomie 2,7% odzwierciedla pozytywne nastroje dotyczące przyszłości polskiego rynku. Szacuje się, że w ciągu najbliższych pięciu lat jego wartość zwiększy się o 13%, przekraczając tym samym poziom 24 mld zł w 2020 roku. Polski rynek napojów bezalkoholowych w dużej części uzależniony jest od nastrojów konsumenckich oraz
69
subiektywnych odczuć dotyczących sytuacji gospodarczej kraju. Dynamika zmian PKB nie przekłada się bezpośrednio na zmiany wartości sprzedaży detalicznej napojów bezalkoholowych w Polsce. Okres stagnacji obserwowany w poszczególnych segmentach tego rynku w latach 2010-2012 bardziej powiązany jest ze wzrostem bezrobocia oraz stałym poziomem płac, co w sposób bezpośredni oddziaływało na konsumpcję bieżącą. Równie istotnym trendem kształtującym poziom i dynamikę sprzedaży napojów bezalkoholowych jest trend value for money, czyli poszukiwania wysokiej jakości produktu za atrakcyjną cenę. Z jednej strony, wraz ze wzrostem zamożności Polaków, rośnie też ich gotowość do większych wydatków, z drugiej strony nie oznacza to wcale, że konsumenci sięgają po produkty z wyższych półek bądź akceptują wyższe ceny za te same napoje. W ostatnich latach na popularności zyskuje tzw. smart shopping, polegający na kupowaniu produktów wysokiej jakości za możliwie najniższą cenę, który napędzany jest przez rozwój sieci dyskontowych [16].
Stały wzrost produkcji napojów, zmiany składu napojów oraz używanych dodatków funkcjonalnych i wynikające z tego coraz większe obciążenia dla środowiska naturalnego zmusiły producentów do wprowadzania tzw. czystych technologii.
W zakładach budowanych od podstaw wymogi te wprowadzane są w czasie realizacji inwestycji, a dotyczą głównie:
• optymalizacji procesów produkcyjnych, polegającej na zmianie przebiegu procesu lub ograniczeniu fluktuacji procesu w celu zwiększenia wydajności oraz ograniczenia strat surowców,
• stosowania nowych technologii, przyjaznych środowisku urządzeń lub modernizacji linii produkcyjnych, co zapewnia zwiększenie wydajności produkcji oraz przyczynia się do ograniczenia ilości odpadów,
• odzyskiwania i ponownego wykorzystania materiałów i surowców między innymi poprzez stosowanie obiegów zamkniętych, ponowne wykorzystanie środków myjących, segregację/rozdzielenie strumieni odpadów.
Ochrona środowiska realizowana jest także poprzez:
• redukcję zużycia środków chemicznych (np. środków do mycia i dezynfekcji) lub zastępowanie ich związkami biodegradowalnymi. Przy doborze materiałów brane jest pod uwagę ryzyko potencjalnego skażenia środowiska oraz czas rozkładu substancji,
• eliminację substancji halogenowych,
70
• dobór materiałów opakowaniowych pod względem ich najmniejszego negatywnego wpływu na środowisko,
• wybór materiałów, które łatwo można poddać recyklingowi (wtórnemu przetworzeniu).
Korzyści dla producenta, jakie wynikają z wprowadzenia czystej technologii, to przede wszystkim:
• ograniczenie kosztów związanych ze zużyciem surowców i eksploatacją urządzeń,
• obniżenie kosztów zagospodarowania odpadów,
• lepszy nadzór nad procesami i jakością produktów,
• stała zgodność z zaostrzającymi się przepisami ochrony środowiska,
• możliwość negocjowania niższych stawek ubezpieczeniowych.
Produktami są napoje bezalkoholowe gazowane i niegazowane, słodzone, otrzymywane z wody do picia, nasyconej lub nienasyconej dwutlenkiem węgla z dodatkami lub bez dodatków. Zakład rozlewniczy dysponuje następującymi instalacjami produkcyjnymi powiązanymi technologicznie:
• magazynami surowców i materiałów – pomieszczenia magazynowe i zbiorniki do gromadzenia surowców oraz materiałów pomocniczych,
• syropiarnią – zespół instalacji do produkcji syropu,
• rozlewnią napojów – zespół instalacji do rozcieńczania syropu, nasycania CO2, pasteryzacji, rozlewu do opakowań jednostkowych i pakowania w opakowania zbiorcze i transportowe,
• stacjami mycia w obiegu zamkniętym (Cleaning in Place – CIP) – zestawy zbiorników do wykonywania roztworów myjących i dezynfekujących zbiorniki i rurociągi instalacji produkcyjnych, pracujące w cyklu zamkniętym z możliwością wielokrotnego wykorzystania i optymalnego dozowania wody i środków myjących,
• magazynami wyrobów gotowych,
• ujęciami i stacjami uzdatniania wody – ujęcia wód podziemnych ze stacjami uzdatniania wody technologicznej (usuwanie zawiesiny, substancji rozpuszczonych, zanieczyszczeń mikrobiologicznych, zmiękczanie, odgazowanie, odwrócona osmoza), alternatywnie woda może być dostarczana do
71
zakładu z sieci publicznej (w tym przypadku z reguły podlega dodatkowemu uzdatnieniu),
• maszynowniami chłodniczymi i gazów technicznych – zespoły urządzeń dostarczających media chłodnicze (amoniak, freony/halony), CO2, sprzężone powietrze.
Etapy produkcji napojów ilustruje w ujęciu syntetycznym rysunek 23.
Podstawowymi surowcami do produkcji napojów są:
• uzdatniona do picia woda, która stanowi najważniejszy składnik napoju decydujący o jego jakości (skład, parametry mikrobiologiczne),
• środki słodzące – cukier, syropy cukrowe, syropy skrobiowe, syntetyczne substancje słodzące,
• dodatki funkcjonalne: kwasy spożywcze (cytrynowy lub jabłkowy), soki owocowe surowe, soki owocowe przetworzone (np. słodzone, zagęszczone, emulgowane), zaprawy do napojów, pasty owocowe, wyciągi ziołowe i korzenne, syropy spożywcze, koncentraty słodowe, miodu pszczelego i sztucznego, sole mineralne, witaminy, naturalne, lub syntetyczne substancje smakowo-zapachowe, naturalne lub syntetyczne barwniki, substancje konserwujące (np. benzoesan sodowy, sorbinian potasowy), środki antyutleniające (np. kwas askorbinowy),
• dodatkowo w napojach gazowanych – dwutlenek węgla.
72
Rysunek 23. Schemat etapów produkcji napojów [opracowanie własne]
Przygotowanie surowców recepturowych
Surowiec / preforma
Pobór surowca (preform)
Nagrzewanie preform
Rozciąganie i wydłużanie preform
Ciśnieniowe kształtowanie preform
Odgazowanie butelki
Chłodzenie butelki
Gotowy wyrób / butelka
Magazynowanie / spedycja Foliowanie (zgrzewki w układzie 4x2)
Etykietowanie Rozlew i zamykanie
opakowań Przygotowanie syropu
cukrowego
Kupażowanie
Saturacja
Mycie butelek
Uszkodzona folia Uszkodzone etykiety Woda
Opakowania
Para wodna Opakowania
CO2
Woda
CO2 Woda
Ścieki z mycia
Niedostatecznie napełnione butelki Ścieki z uszkodzonych opakowań
GRANICA SYSTEMU
73
Surowce, opakowania oraz materiały pomocnicze są przechowywane w warunkach określonych w odpowiednich przepisach i/lub przez dostawców.
Gospodarowanie powyższymi materiałami odbywa się zgodnie z zasadami Dobrych Praktyk Magazynowych (GWP). Syrop cukrowy jest jednym z głównych składników napoju. Stanowi przeważnie roztwór o stężeniu 66%, co zabezpiecza go przed rozwojem drobnoustrojów. W celu sporządzenia syropu odmierza się do zbiornika wymaganą ilość wody (ok. 1/3 do 1/2 ilości w stosunku do masy cukru) i podgrzewa do wrzenia.
Następnie, stale podgrzewając wprowadza się powoli, ciągle mieszając – cukier. Po rozpuszczeniu się cukru roztwór doprowadza się do wrzenia. W celu uniknięcia karmelizacji cukru przerywa się ogrzewanie syropu. Gorący syrop podlega filtracji, a następnie kierowany jest do procesu kupażowania. Kupażowanie polega na wymieszaniu syropu cukrowego z dodatkami zakwaszającymi, konserwującymi, innymi dodatkami, np. mieszaninami witamin oraz dodatkami zapraw lub koncentratów do napojów.
Przyjęty do analizy obiekt badań (rys. 24, 25) stanowi nowoczesną linię technologiczną służącą do rozdmuchu butelek, światowego producenta niemieckiej firmy Krones.
Rysunek 24. Stanowisko, maszyna służąca do rozdmuchu butelek do napojów [badania własne]
74
Rysunek 25. Opis najważniejszych elementów rozdmuchiwarki do napojów
Zasadniczym elementem operacyjnym maszyny jest główny pulpit operatorski (rys. 26), wyposażony w ekran dotykowy, umożliwiający łatwe i szybkie zarządzanie całym procesem.
Rysunek 26. Główny pulpit operatorski: 1 – ekran dotykowy, 2 – lampka „Usterka ogólna”, 3 – przycisk podświetlany ogólnie kasujący, 4 – wyłącznik awaryjny, 5 – przycisk podświetlany
blokada pojemników otwierania i zamykania, tryb automatyczny, 6 – czytnik do transpondera, 7 – przycisk podświetlany – tryb impulsowy, 8 – przełącznik wyboru trybu pracy, 9 – przycisk
STOP, 10 – przycisk podświetlany – START System podawania preform
Kabina pieca podczerwieni
Pulpit sterowniczy
Koło rozdmuchowe z systemem rozciągania Osłona maszyny
Kabina rozdmuchu Koło rozdmuchowe z systemem rozciągania
75
Urządzenie wykorzystywane do kształtowania butelek składa się z czternastu podzespołów wzajemnie na sobą współpracujących. Przekrój oraz umiejscowienie poszczególnych komponentów przedstawiono na (rys. 27). Proces produkcji butelek można podzielić na trzy zasadnicze etapy: etap transportu, nagrzewania, oraz wydmuchu.
Dokładny obieg procesu kształtowania butelek przedstawiono na rysunku 28.
Rysunek 27. Budowa rozdmuchiwarki firmy Krones, zbudowana z elementów: 1 – przenośny panel obsługi z wyłącznikiem awaryjnym, 2 – szafa sterownicza, 3 – moduł grzejny, 4 – osłony
ochronne, 5 – wlot preform, 6 – główne stanowisko obsługi z ekranem dotykowym i wyłącznikiem awaryjnym, 7 – strefa wylotowa, 8 – hamulec, 9 – napęd, 10 – koło rozdmuchu,
11 – blok wodny, 12 – blok powietrza, 13 – generator, 14 – urządzenie chłodzące.
Rysunek 28. Elementy procesu transportu butelek w rozdmuchiwarce 1 – pirometr, 2 – skrzynki grzejne, 3 – układ chłodzenia powierzchni preform, układ chłodzenia szyjek, 4 – strefa
kompensacyjna i napędy obracające wrzeciona, 5 – zespół zwrotny, 6 – zapora świetlna układu sterowania wlotem, 7 – blokada wlotu, 8 – osprzęt wlotowy, 9 – jednostka napędowa, 10 –
gwiazda wejściowa, 11 – gwiazda wyjściowa, 12 – wylot maszyny, 14 – krzywki do mechanicznego sterowania procesami, 15 – koło nadmuchowe, 16 – stanowisko
rozdmuchiwania.
76
Zasada działania urządzenia polega na doprowadzeniu kosza wypełnionego preformą do windy podnośnika, która zsypuje zawartość opakowania do specjalnego podajnika. Następnie za pomocą podajnika taśmowego preformy kierowane są do strefy nagrzewania. Nagrzewanie polega na podgrzewaniu całej objętości preformy przy równoczesnym chłodzeniu strefy szyjek i powierzchni. Zastosowany blok wodny reguluje dopływ wody chłodzącej do maszyny. Urządzenie chłodzące produkuje wodę przeznaczoną do chłodzenia maszyny. W module grzejnym zassane powietrze przeznaczone do chłodzenia szyjek zostaje schłodzone zimną wodą z wymiennika ciepła.
Ciepło rozprzestrzenia się równomiernie w całej preformie. Zainstalowana na wlocie, bezpośrednio przed osprzętem modułu grzejnego, blokada kieruje procesem doprowadzania preform i za pomocą osprzętu wlotowego dochodzi do rozdzielenia preform w taki sposób, aby na każdy chwytak w module grzejnym przypadała jedna preforma (rys. 29). Po wejściu do modułu grzejnego preformy są podgrzewane do temperatury 110oC do momentu, aż tworzywo stanie się plastyczne. Zespół napędowy w głowicy modułu grzejnego oraz zespół zwrotny na jego wylocie prowadzą łańcuch trzpienia grzejnego. Łańcuch trzpienia grzejnego jest napędzany serwonapędem. Na łańcuchu znajdują się trzpienie grzejne, chwytaki preform i płyty ochronne. System obracający wrzeciona optymalizuje dystrybucję ciepła wewnątrz preform. Na każdej ze stron modułu znajduje się pas zębaty z osobnym napędem, który obraca wrzeciono chwytaka preform wokół własnej osi.
Rysunek 29.Element układu grzejnego – trzpień grzejny: 1 – wrzeciono, 2 – chwytaki preform, 3 – osłona ekranująca, 4 – koła pasów zębatych do obracania wrzecion
Chwytaki na trzpieniu grzejnym pobierają preformy i przenoszą je przez moduł grzejny. W tym czasie preformy są obracane wokół własnej osi, co polepsza dystrybucję ciepła w ich wnętrzu. Osłony ekranujące chronią gwint preformy przed przegrzaniem.
Układ chłodzenia (rys. 30) powierzchni preform i szyjek obejmuje swym zasięgiem całą strefę grzania i strefę wygrzewczą modułu grzejnego. Gwint preformy musi być chłodzony zimnym powietrzem z wymiennika ciepła przez cały czas nagrzewania, gdyż
77
w przeciwnym razie mógłby ulec odkształceniu. Powierzchnia preformy jest chłodzona powietrzem otoczenia, co zapobiega jej zbytniemu przegrzaniu.
Rysunek 30. Układ chłodzenia powierzchni preform, układ chłodzenia szyjek: 1 – chłodzenie szyjek, 2 – układ chłodzenia powierzchni preform
Elementy grzejne są zainstalowane wzdłuż całego zespołu grzewczego w module grzejnym. Elementy grzejne rozgrzewają preformy promieniowaniem podczerwonym.
W razie potrzeby każdą ze skrzynek można włączyć/wyłączyć oraz uregulować jej moc grzewczą. Przyłącza elektryczne promienników podczerwieni są chłodzone powietrzem, aby zapobiec ich przegrzaniu. Strefa wygrzewcza w module grzejnym służy do równomiernego rozprowadzania ciepła wewnątrz preformy. Zainstalowany w urządzeniu moduł grzejny jest wyposażony w liczne urządzenia kontrolne. Pirometr w miejscu przekazywania preform z łańcucha trzpienia grzejnego na gwiazdę wlotową modułu nadmuchu kontroluje temperaturę powierzchni preform i gwintów.
Układ kontroli założenia na wlocie preform do modułu grzejnego kontroluje, czy preformy są prawidłowo pobierane przez chwytak. Jeżeli przy pobieraniu preform przez chwytak wystąpiły zakłócenia spowodowane np. zniekształceniem gwintu, maszyna samoczynnie odrzuca je do specjalnego pojemnika. Jeżeli jeden z chwytaków preform nie podniesie się samoczynnie, np. na skutek zerwania sprężyny lub jej utrudnionego ruchu, chwytak preform jest podnoszony przez segment przechwytujący. W przypadku wielokrotnego podnoszenia chwytaka preform tylko przez segment przechwytujący, bezdotykowy czujnik zbliżeniowy powoduje zatrzymanie maszyny. Jeżeli nagrzana preforma nie uwolni się samoczynnie z chwytaka preform, np. ze względu na zbyt miękką
Układ kontroli założenia na wlocie preform do modułu grzejnego kontroluje, czy preformy są prawidłowo pobierane przez chwytak. Jeżeli przy pobieraniu preform przez chwytak wystąpiły zakłócenia spowodowane np. zniekształceniem gwintu, maszyna samoczynnie odrzuca je do specjalnego pojemnika. Jeżeli jeden z chwytaków preform nie podniesie się samoczynnie, np. na skutek zerwania sprężyny lub jej utrudnionego ruchu, chwytak preform jest podnoszony przez segment przechwytujący. W przypadku wielokrotnego podnoszenia chwytaka preform tylko przez segment przechwytujący, bezdotykowy czujnik zbliżeniowy powoduje zatrzymanie maszyny. Jeżeli nagrzana preforma nie uwolni się samoczynnie z chwytaka preform, np. ze względu na zbyt miękką