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洗瓶机的逐步优化

来源: 2012-12-03 00:00:00
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[导读] 摘要:能源和原材料费用的增长促使啤酒生产企业不断寻找挖潜增效的源泉,在灌装生产线,回收玻璃瓶的清洗是造成费用增加的关键点之一,为...

    摘要:能源和原材料费用的增长促使啤酒生产企业不断寻找挖潜增效的源泉,在灌装生产线,回收玻璃瓶的清洗是造成费用增加的关键点之一,为了降低这方面的能源消耗,所有决定过程运行的参数必须考虑。在洗瓶机方面,Kcolab已经降低了火碱的浓度,并最大限度地降低碱槽的温度,由此提高能源的有效利用,并对现有资源进行保护。

    在实际运行中,人们通常可以发现碱槽中碱液的浓度达到了2.5%,除了直接与原材料的费用和价格波动造成的费用增高外,高的火碱浓度在造成玻璃瓶腐蚀的同时,也提高了洗瓶机的费用。另外,高的火碱浓度也需要更多的冲洗水来冲刷掉进入瓶子里面的火碱。降低火碱浓度可降低购买火碱、物流运输及贮藏的费用,还可伴随其它效益的产生,如降低瓶子的腐蚀、由于PH值偏低而降低了废水处理费用以及降低新鲜水的消耗。

1. 能源消耗

    玻璃洗瓶机通常运行温度高于80℃,主要的能源消耗用于瓶子的清洗和洗瓶机的输送系统。

    如果一个洗瓶机每小时的洗瓶能力为40000×0.5L,那么在当前的环境下,每小时大约有20吨的玻璃被升温加热到80℃,然后冷却降温到大约30℃。洗瓶机的瓶盒、链条及输送部分几乎与此类似,也要经过相同的升温、降温。洗瓶机正常运行时,有代表意义的消耗数据是平均30MJ/1000瓶,消耗数据有时能达到120 MJ/1000瓶,取决于所操作的设备和操作环境(没有能源回收系统)。因此可见,温度仅降低几摄氏度,就可带来相当大的节约。

    为了在碱液和能源消耗方面获得潜在的节约,需要回答以下问题:

1.1 在当前所应用的清洗液中,还存在什么样的潜力可挖掘?

1.2 如果当前所应用的清洗液中几乎没有什么潜力可挖掘,能否通过改良来降低清洗液的温度和碱液的浓度? 

 

    根据Sinner清洗圆环图(见图1所示),可以清楚看到:如果“温度”所占的比例降低,必须采取措施来保持Sinner清洗圆环的稳定,机械作用和时间由于受洗瓶机构造上的约束已经预先确定(洗瓶机只有通过安装额外的喷管或者延长瓶子与火碱接触的时间才能改变洗瓶机的机械作用和时间)。清洗剂的“化学作用”成了唯一影响Sinner清洗圆环的因素。

2. 碱液的组成及温度

    在实际运行中,我们可以在洗瓶机中发现各种不同的添加剂和火碱浓度(见表1所示),这么宽的范围在一定程度上是由于清洗要求程度不同(软饮料—矿泉水—啤酒)引起的。

                         表1     具有代表意义的火碱和添加剂的浓度

      代表意义浓度

不同生产线

火碱浓度

添加剂浓度

玻璃瓶生产线

1.3%~2.5%

0.15%~0.50%

PET瓶生产线

1.2%~2.0%

0.15%~0.35%

    在某种程度上,特别是对于NaOH浓度,普遍认为:NaOH添加的越多越好。试验室的测定是一个适宜的方法,它能对给定碱槽清洗能力的构成提供一个精确的评定。基于污染的测试样品来对清洗环境进行一个系统的对比。试验室的分析任务是:在没有采取其它任何措施的情况下,也不能出现任何清洗缺陷(清洗不干净)或者伴随负面的影响(如出现不能令人接受的延长了的除标时间),在这些条件下,NaOH的浓度和清洗的温度能降低多大程度?

3. 基于碱液浓度降低的测试

    已经经受了标准污染的不锈钢板放入添加剂浓度一致而NaOH浓度不一致的清洗液中,其对比结果见图2所示。污染的残余物仍非常明显地存在于用NaOH浓度降低的清洗液清洗的测试板上。这说明在不采取其它措施的情况下简单降低碱液的浓度不是令人满意的选择。即使碱液浓度仅有一轻微的降低,也会出现清洗的缺陷,见表1。

 

4. 基于碱液温度降低的测试

    关于温度降低的最初的测试也是在试验室中进行的。已经污染了的不锈钢板也类似地应用在这里。所选择的温度依次是80℃—65℃—50℃,污染了的不锈钢板浸入不同温度的碱液中,其测试结果显示由于温度降低出现清洗缺陷,比较典型地出现在后半段,即温度从65℃降低到50℃。(见图3所示)

 

 

5. 关于除标的研究

    常用的纸商标,如那些常用于玻璃瓶上粘贴的商标,在温度为80℃,碱液浓度为1.5%~2.0%的条件下显示出非常理想的除标效果。如果这些条件通过优化的方式被改变,就会引起问题的出现,例如,如果改变碱液的参数,这些商标从瓶子上脱离的时间就会延长,将不会在洗瓶机上正确的脱离,并将会在碱槽中带来问题。除标的测试也是在试验室中通过改变碱液的参数来观察除标的效果。

5.1 降低碱液浓度对除标产生的效果

    基于经验,无论是在试验室的机器上还是在实际生产中,商标从瓶子上的脱离时间超过1分钟而低于4分钟就不会出现任何问题,见图4所示。本次调查研究显示,当降低碱液浓度时对除标效果有一些影响,但这仍处在可接受的范围内。仅当碱液浓度低于1%时,曲线才上升并超出了可接受的范围。

 

 

5.2 降低碱液温度对除标产生的效果

    降低碱液温度对除标产生的效果在某种程度上比较复杂,见图5所示,由于降低温度,商标与瓶子分离时间明显延长。

    在实际生产中,除标时间的延长是不可接受的,与除标有关的许多问题也将会出现。从实验室的测试中就可清晰地看到,简单地降低碱液的浓度或降低碱液的温度是不可取的,当降低碱液的浓度时,清洗缺陷将很快出现,降低碱液温度将会直接影响除标效果。

    仅当清洗液被适当地改良后,才可能降低碱液浓度和碱液温度而不会消弱清洗的执行。

 

由于温度降低,延长了商标脱离时间

 

 

 

6. 清洗液的改良和与之相关的清洗能力

    在试验室所进行的大量测试和实际应用中表明:已经定性了的碱性成分及化学替代品对除标及清洗有非常积极的影响作用。

    例如,先进的高效添加剂的参与、浓度能量身定制并符合要求,还优化了添加的剂量,即使洗瓶机的参数发生了改变,也能取得最优的清洗效果。

6.1 使用改良的碱性溶液,降低NaOH浓度,取得的清洗效果

    使用改良的碱液溶液,重复进行上面所描述的降低碱液浓度的试验(见图6所示),通过简单地降低碱液浓度会出现清洗缺陷,但是通过使用改良的清洗液,能弥补这种缺陷,结果即使降低了NaOH的浓度,也取得了很好的清洗效果。

 

 

6.2 使用改良的碱性溶液,降低温度,取得的清洗效果

    简单地降低清洗液的温度,将会延长除标时间,其超出了可接受的时间范围。

    然而,应用改良的清洗液后,将会取得与平常几乎一样的除标水平。(见图7所示)

    改良的清洗液在降低温度下也能缩短商标脱离的时间。

    正常的瓶子与碱液在洗瓶机的接触时间也因此保持不变。

 

7. 现场试验

    大量的试验在真正的洗瓶机上进行,依此来证实在试验室中所获得的结果。在试验过程中,洗瓶机的参数被持续监控。

7.1 清洗效果

    正常污染过的瓶子被清洗,并观察验证清洗效果。通过机器清洗并验证了清洗前后的效果(见图8所示)。

7.2 除标效果

除标效果如事先在试验室中监控的那样,在实际生产中,商标在洗瓶机中正常分离。

 

 

7.3 洗瓶机的温度控制

    洗瓶机运行中真正的温度曲线可以通过数据记录仪来记录(见图9所示),这样,在洗瓶机中各个温区的温度能容易地捕捉和记录。

 

 

7.4 微生物检测

    玻璃瓶的微生物状况,特别是饮料中的污染性的微生物的危害,被检测并对比使用改良清洗液的客户各自检测的原始数据。结果微生物的抽样检测中均发现没有任何微生物的危害。

7.5 能源的节约

    测定洗瓶机优化前后所使用的蒸汽、油或气体的消耗,由此来计算实际中的能源节约,并对比理论上的能源节约与实际应用中的能源节约。

8. 在实际应用中获得的结果

    “瓶子卫士(Bottle Guard)”是Ecolab对洗瓶机进行能源持续优化的一种设想,按照Bottle  Guard方案,在实际生产中所获得的结果表明是可以证实实验室中所获得的结果的。

    通过对碱液的智能化改造能使温度和碱液浓度得到最优化,碱液温度能降低5℃~15℃,碱液浓度能降低0.3%~0.5%,这取决于所使用洗瓶机的设备状况。

    优化的结果带来了能源费用的节约,它也伴随着其它相关方面积极的影响。使用改良清洗液的企业每年的能源节约达EUR 10000~35000,伴随的效益包括:由于温和的瓶子清洗,降低了瓶子的破损率,降低了瓶子的腐蚀和新鲜水的消耗。

 

译自:《BRAUWELT INTERNATIONAL》NO.5,2010

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