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  • 商品名称: 浅谈啤酒瓶的轻量化与节能减排
  • 发布时间: 2017-08-23
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浅谈啤酒瓶的轻量化与节能减排

王均光

万博体育手机版客户端 研究员

山东省日用硅酸盐工业协会 秘书长

 

摘要:指出我国日用玻璃行业的现状及能源消耗结构,根据国内外常用轻量化瓶单重及普通啤酒瓶与轻量化瓶的对比分析,点明啤酒瓶轻量化与节能减排的关系,指出实现提高啤酒瓶的轻量化水平的生产方法。

    一、低碳经济时代已经来临

为减缓气候变迁及减少人为温室气体排放,京都议定书于2005年2月16日正式生效要求温室气体排放减量,已是全球趋势,一个对碳排放限制的低碳经济时代已经来临。低碳经济指的是,以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,其实质是通过能源高效利用、清洁能源开发、实现企业的绿色发展。这种经济模式不仅意味着企业要加快淘汰高能耗、高污染的落后生产能力,推进节能减排的科技创新。目前在世界范围内,许多知名企业已将“低碳经济”和“碳足迹”作为衡量企业的社会责任与实现企业新飞跃的发展方向。虽然在中国这些概念提出的时间并不长,但不少企业早已有与之相符合的思路和理念。

二、我国日用玻璃行业的现状

    中国是日用玻璃生产大国,玻璃产量居世界前列。2010年全国规模以上日用玻璃生产企业的日用玻璃制品及玻璃包装容器产量为1993.14万吨。

三、我国日用玻璃行业能源消耗结构

    我国目前在日用玻璃生产中消耗的能源主要有:重油、天然气、发生炉煤气、电等。重油、天然气、发生炉煤气等主要用于玻璃窑炉;电主要用于空气压缩机、风机、玻璃窑炉等设备。目前由于燃料价格的原因,大部分厂家采用发生炉煤气作为玻璃窑炉的主要能源。

我国日用玻璃行业的能源利用率与国外相比,差距较大,发达国家的能源利用率一般高达50%以上,而我国仅为35%左右。在日用玻璃工业中,能耗主要消耗在原料的熔化、成型、退火等工序,其中熔化工序的能耗约占产品综合能耗的60%~70%左右。

作为行业的主要耗能设备玻璃窑炉,国内窑炉普遍规模较小,燃料以发生炉煤气为主,大多数窑炉没有脱硫装置,窑炉材料质量差,控制技术落后,熔制玻璃能耗为300~500kgce/t产品,能耗较高;而国外的窑炉熔化面积较大,日出料量大,一般在每天150~300t以上,能耗低于200kgce/t产品,并对玻璃窑炉烟气进行脱硫除尘处理。

四、玻璃瓶的轻量化与节能减排

1、玻璃瓶轻量化的概念

在工业和信息化部发布的《日用玻璃行业准入条件》中,明确提出我国轻量化瓶是指:轻量化度不超过1.0玻璃瓶罐,轻量化度是按L=0.44×瓶重/满口容量(0.810计算;

国外轻量瓶的重容比一般在0.7~1间,其轻量化度是按:L=0.44×瓶重/满口容量(0.77计算的。据此得出常用系列轻量化玻璃瓶罐的容量、满口容量、瓶单重三者的数据见下表。

国内、外常用系列轻量化瓶单重计算表

容量ml

满口容量ml

单重g(国内)

单重g(国外)

10

11

15

14

50

53

56

48

100

105

99

82

200

210

173

140

300

315

240

191

330

347

259

205

400

420

303

238

500

525

363

283

600

630

421

325

640

672

443

342

750

788

504

386

注:满口容量与容量的比值取:1.05;轻量化度均以为1计算。

从上表中不难看出,在瓶罐产品系列中,啤酒瓶与一些异型瓶是很难达到轻量化瓶的要求。

2、啤酒瓶的单重与轻量化瓶的比较

就啤酒瓶来讲,目前我国330ml瓶的重量约280克左右、500ml瓶的重量约410克左右、600ml瓶的重量约480克左右、640ml瓶的重量约500克左右。国内普通啤酒瓶与轻量化瓶的比较见下表。

 

 

国内普通啤酒瓶与轻量化瓶的比较表

容量

普通瓶(国内)

轻量瓶(国内)

轻量瓶(国外)

 

ml

单重g

单重g

高出比例

单重g

高出比例

330

280

259

8.11 %

205

36.59 %

500

410

363

12.95 %

283

44.88 %

600

480

421

14.01 %

325

47.69 %

640

500

443

12.87 %

342

46.2 %

             

注:满口容量与容量的比值取:1.05;轻量化度均以为1计算。

    从上表的比较可以看出,生产同容量的瓶子,普通啤酒瓶所需重量要高出轻量瓶重量的8%到47%,水平差距较大;如果仅以成品单耗简单比较的话,其成品耗能要高出8%到47%(当然轻量化技术涉及面复杂,其成品能耗不仅与单重有关系)。

3、啤酒瓶能量消耗与减排

2010年全国规模以上日用玻璃生产企业的日用玻璃制品与玻璃包装容器产量1993万吨,如果按啤酒瓶所占比例35%左右估算,2010年我国啤酒瓶的产量为:700万吨左右。据《日用玻璃行业准入条件》中要求:燃煤气生产啤酒瓶的单位产品综合能耗小于:370kgce/t(产品)计算,2010年全国啤酒瓶生产耗标煤约260万吨/年。据此,如果都生产轻量瓶的话(假设),在总容量不变的情况下,则每年最小可节标煤10%左右,节约标煤26万吨,减少二氧化碳排放约67万吨,效果客观。在此,只是假设情况下对啤酒瓶的轻量化后的节能量进行了的初步估算,准确度与实际情况有些差距,其目的在于提醒人们啤酒瓶轻量化对节能减排的意义非常重大,也是下一步行业进一步探讨的重点。

五、轻量化生产技术的探讨

生产轻量瓶,必须从设计从生产全过程的各个环节入手,从原料组织、配料、熔制、成型、退火等环节都必须严格控制,在提高材料的物理机械强度的前提下,使玻璃容器薄壁化从而实现轻量化目的。

1、采用科学的玻璃配方。玻璃的内在强度一定程度上取决于玻璃的主要成分,包装用瓶罐玻璃主要成份是Na20—CaO—SiO2系玻璃。轻量化玻璃容器重点要考虑增加强度的成份,提高组成中网络形成物含量,使玻璃结构更趋紧密的材料。组成中引入的氧化物离子的电荷要高,离子半径要小。

2、采用合理的瓶型。研究合理的结构使玻璃容器壁厚减薄,玻璃容器的壁厚减小后,垂直荷重能力减小,但合理的结构可使其应力分布均匀、冷却均匀和增加容器的“弹性”,其耐内压强度和冲击强度反而有可能得以提高。因此,可采取如下措施以保证垂直荷重强度稍微降低或不被降低:其一, 玻璃瓶造型最好是高度不大,瓶型越接近球形越好,而瓶型的线条则越简单越好,无尖角或尖棱,各部分之间采用缓和过渡的光滑线型;其二,瓶身形状呈圆柱形;其三,瓶肩线的曲率半径越大的瓶肩结构;其四,瓶身与瓶底平缓过渡的构型较好。另外,瓶罐口部的加强环要尽量小,或取消加强环;小口瓶的瓶颈不要细而长。

3、采用自动化配料。配料的制备工作是实现轻量化生产的第一步,配方、原料成分、粒度、配合料均匀度、碎玻璃的质量等指标的稳定性对产品质量有较大的影响,要满足以上要求人工配料是很难达到的。自动化配料车间采用计算机控制可确保配合料的质量。

4、采用高效的玻璃窑炉。窑炉是配合料经加热熔化成玻璃的地方,玻璃液的质量将直接关系到轻量瓶的生产。在此需强调的是窑炉运行工艺指标的稳定性至关重要,尤其是熔化温度、液面、窑压要稳定,波动要小。窑炉最好实行全保温、鼓泡、电助熔、窑坎等技术,热工参数使用微机控制等一系列措施。

5、 采用合理的成型工艺与设备。有效的成型工艺是获得预期成型效果和均匀壁厚的保证,玻璃制品的成型和定型是连续进行的。成型过程中,需要控制玻璃的粘度、温度,以及通过模具向周围介质的热传递。通常一般用玻璃的3个特征温度值来控制成型操作,即软化温度、退火温度和应变点。不同产品,必须通过试验确定合理的参数。采用先进的制瓶机、供料道(机)及料道加热系统,配合先进的成型工艺是获得均匀壁厚,实现轻量化的根本保证,如小口压吹技术。

6、 实施有效退火。 玻璃瓶罐的退火是消除(或减小)玻璃中剩余应力的热处理过程。任何玻璃制品在加工过程中都存在着剩余热应力或永久应力。为了消除这些热应力,需将玻璃加热到退火点进行保温、均热,使玻璃内部的结构进行调整,应力释放。玻璃的退火工艺包括加热、保温、缓慢降温及快速降温4个阶段,要根据壁厚准确控制保温时间,缓慢降温阶段,要严格控制降温速度,以免产生新的应力,在快冷阶段,要根据壁厚,采用不同的降温速度,防止降温时产生的暂时应力超过玻璃的强度极限而引起破裂。

7、采用表面处理技术。玻璃的表面的状态、组成、结构和其内部的状态、组成、结构有很大差别。玻璃的表面性质对其主体性质有重大影响。玻璃的化学稳定性,实际上取决于其表面的化学稳定性,玻璃的机械强度、抗冲击性能也在相当大程度上决定于玻璃表面的形态与结构。因此,玻璃的表面处理是制造高强度轻量化玻璃容器的重要技术手段之一。玻璃容器表面处理的目的,是改变容器表面的化学稳定性和消除玻璃表面的损伤,从而达到增强的目的。主要方法有制瓶时添加涂层、物理强化、化学强化、表面酸处理、塑料涂层等方法。

1)热端喷涂。热热端涂在制瓶成型后及退火处理前之间进行。成型后的玻璃瓶在缓缓冷却至500-600℃时,将金属涂敷剂(如氧化锡、氧化钛、氯化锡等)喷涂在容器表面,形成一定厚度的保护膜,增强表面强度约30%,又可使瓶经得起长期的水冲、水洗。

2)冷端喷涂。冷涂是在玻璃瓶退火之后,将单硬脂酸盐、聚乙烯、油酸、硅烷、硅酮或其他聚合物乳液喷成雾状,附着在具有一定温度的玻璃瓶表面上(瓶温依喷涂材料而定,约为21-80℃),形成具有耐磨性和润滑性的保护层。

3)表面酸化。起霜是在玻璃瓶冷却过程中在退火炉中通人二氧化硫,二者均可在瓶的表面与碱性氧化物反应,使玻璃表面的钠离子析出而形成芒硝微粒(即浊白粉状的Na2S04),用水冲除后,由于碱性降低而使表面的化学稳定性增强。

4)强化钢化 。 对玻璃表面进行离子交换处理又称化学强化,常用方法有熔盐法和喷涂法。 熔盐法。以溶质中半径大的离子交换玻璃中半径小的离子或以溶质中半径小的离子置换玻璃中半径大的离子,使玻璃表面产生压应力,可使耐内压强度提高,经处理后制品的硬度高。耐磨损,制品的强度不会因长时间使用而降低。喷涂法。喷涂法化学钢化具有增强效果好、生产及使用安全、生产效率高和生产成本低等优点,从综合评价的角度上分析,不失为目前一种比较理想的增强工艺。

六、结束语

近年来,我国日用玻璃行业在玻璃窑炉,成型机速、包装形式等方面都有取得了较大的进步,但在轻量化方面仍没有较大的突破。目前,欧州及澳大利亚等国已在目些领域开始征收碳税,作为啤酒的包装容器—啤酒瓶,已成为影响我国啤酒出口的瓶颈(瓶子太重)。因此,本文只是在假设情况下,对目前我国啤酒瓶与轻量化瓶进行了简单的比较,其准确度与实际情况有些差距,其目的在于提醒人们啤酒瓶轻量化对节能减排的意义非常重大,也是下一步行业进一步探讨与发展的重点;对于轻量化的技术,近年来,国内外的技术进度很大,此仅是轻量技术的初步归纳与总结,不当之处请指正。

 

 

参考文献【1】 西北轻工业学院.玻璃工艺学【M】.北京:中国轻工业出版社,1982.

【2】 孙成绪等.玻璃窑炉热工计算及设计【M】.北京:中国建筑工业出版社,1983.、

The lightweight beer bottles on energy conservation and emission reduction

Wang Jun Guang;Li Gang

(ShanDong Light Industry Design Institute ;250014)

Abstract: it is pointed out that China's daily glass industry and the present situation of energy consumption structure, according to the domestic and foreign commonly used lightweight bottle single weight and ordinary beer bottles and lightweight bottle of comparative analysis, point out beer bottles lightweight energy conservation and emission reduction, and points out that the relationship to improve beer bottles of lightweight level of production methods. 

关键词: