7.2 Зарубежный опыт
За границей переработка картона осуществляется уже давно. В Финляндии, например, более 20 лет осуществляется селективная сортировка бытовых упаковочных отходов, причем в последние годы их утилизируется около 80 %. В этой стране действует первый в мире завод, перерабатывающий картонные пакеты из-под молока и фруктовых соков, выпускающий из этих отходов бумагу и картон, а также алюминиевый порошок, и использующий отходящее тепло для производства электроэнергии. Финляндская фирма Corenso инвестировала 34 млн евро в производственную линию на заводе в городе Варкаус, на которой фольга, используемая при производстве упаковочных пакетов, перерабатывается в алюминиевый порошок. Завод перерабатывает 60 тыс. т упаковки в год и получает несколько десятков тысяч тонн бумаги и картона и 3 тыс. т алюминиевого порошка, который поставляется металлургическим фирмам Германии. Кроме того, получаемое при переработке отходов тепло обеспечивает производство 25 млн кВт/ч электроэнергии, которая используется на самом предприятии в Варкаусе и поставляется еще шести предприятиям. По мнению экспертов, новая технология переработки упаковки почти безотходна. Реализация такой технологии в России, несомненно, была бы перспективной как в экономическом, так и в экологическом смысле.
Проблемы утилизации отходов упаковки заботят всю Европу. В июле 2003 г. органы ЕС пересмотрели директиву об утилизации бытовой упаковки, которая действовала с 1994 г. Директива обязывает все страны —члены ЕС создать систему сбора, сортировки и утилизации упаковочных отходов; она установила более жесткие нормативы утилизации. Например, во Франции масса упаковочных отходов составляет 120 тыс. т в год, а перерабатывается лишь 20 тыс. т. Согласно директиве ЕС повышены в два раза нормативы минимальной утилизации, которые составляют для бумаги, картона, стекла 60 %, металлов — 50 %, пластмассы — 22,5 %, дерева — 15 %. Новые нормативы вступят в силу в 2006 году. Для привлечения инвесторов в эту сферу в Европе создана система льготных кредитов, в ряде стран накладываются ограничения на потребление продукции, изготовляемой без использования отходов и так далее. Европейский парламент принял рассчитанную на пять лет программу улучшения использования вторичных ресурсов. [13]
7.3 Проблемы переработки макулатуры
Предприятия по производству картона и бумаги, а также мягких кровельных материалов являются многотоннажными, и все они применяют мокрую технологию производства. Такие предприятия потребляют основную часть макулатуры (до 90 %). Утилизированный гофрокартон обычно применяется для производства тарного картона (до 80 % от всего объема потребления), из оставшихся 20 % половина идет на выпуск коробочных картонов и половина на изготовление прочих материалов. Макулатура является заменителем таких видов первичного сырья и полуфабрикатов, как целлюлоза, древесная масса, бумажная масса.
Переработка макулатуры для использования в производстве бумаги и картона осуществляется по мокрой технологии и включает следующие операции:
1) роспуск макулатуры;
2) очистку макулатурной массы от посторонних примесей;
3) дороспуск макулатурной массы;
4) тонкую очистку макулатурной массы.
Роспуск макулатуры на волокна осуществляется в воде в гидроразбивателях при концентрации 4–6 %. Под воздействием потоков воды происходит процесс измельчения макулатуры на кусочки и разделение на волокна. Гидроразбиватели оснащены ситом с отверстиями (10–12 мм). Получившаяся суспензия макулатурной массы проходит через отверстия сита и поступает на следующую операцию. Кроме того, в гидроразбивателях происходит и отделение грубых включений из макулатуры — тяжелые удаляются из специального грязесборника, а легкие — в виде текстиля и полимерных пленок — удаляются либо в виде жгута постоянно, либо периодически. Макулатурная масса после гидроразбивателя содержит как волокна, так и нераспустившиеся кусочки макулатуры.
Далее по технологическому процессу макулатурная масса очищается от тяжелых и легких примесей. Очистка от тяжелых примесей — песка, стекла, скрепок и т. д. осуществляется в очистителях макулатуры (циклон). Тяжелые примеси осаждаются в грязесборнике и периодически удаляются.
Легкие примеси в виде полимерных пленок и кусочков макулатуры удаляются на вибросортировках с отверстием щелевого типа. Прошедшая сито макулатурная масса направляется на дальнейшую перегруппировку.
Очищенная макулатурная масса, содержащая как растительные волокна, так и пучки волокон и кусочки макулатуры, проходит стадию дороспуска на специальном оборудовании — энтиштиперах различной конструкции (типа конических или дисковых мельниц). Условием, необходимым для нормальной работы энтиштиперов, является тщательная предварительная очистка массы от тяжелых и легких примесей. Статор и ротор энтиштипера оснащены специальной размалывающей гарнитурой, зазор между которыми составляет 0,5–2 мм. В результате пульсации и трения массы внутри турбулентного потока происходит разделение кусочков макулатуры и пучков волокон на отдельные волокна. Дороспуск макулатурной массы осуществляется на различного вида центробежных сортировках, сортировках давления с круглыми или щелевыми отверстиями. Особенностями конструкции центробежных сортировок является неподвижно расположенное в корпусе цилиндрическое сито, внутри которого вращается лопастной ротор. Несортированная масса макулатурного сырья подается в центральную часть сортировки, где она подхватывается лопастями ротора и отбрасывается на внутреннюю поверхность сита. Прошедшие через сито волокна направляются на дальнейшую переработку. Неразволокненные пучки волокон и примеси продвигаются вперед и отводятся через патрубок для удаления отходов. Для снижения потерь макулатурной массы во всех типах очистительного оборудования, как правило, подается вода.
Сортировки в зависимости от конструкции и назначения работают как при низкой (0,2 до 1,5 %), так и при средней (до 2–3 %) и высокой (4–5 %) концентрации массы.
Для окончательной очистки макулатурной массы от узелков и мелких точечных вкраплений широко применяются вихревые конические очистители, которые обычно устанавливаются в три ступени. Оптимальная концентрация массы для эффективной очистки составляет 0,5 %.
Кроме этого, одним из способов сортирования макулатурной массы с целью ее более рационального использования является фракционирование. Целью его является отделение длинноволокнистой фракции макулатурной массы. Как правило, длинноволокнистая фракция обогащена волокнами хвойной целлюлозы, имеющими большую длину, чем волокна древесной массы.
Многие виды картона (как и бумаги) имеют сложный состав, включающий битум, воск, парафин, клей и другие вещества. Указанные вещества при переработке загрязняют оборудование, забивают сетки и сукна бумагоделательных и картоноделательных машин, налипают на поверхность сушильных цилиндров и т. д. Такие картоны подвергаются термомеханической обработке, которая осуществляется после очистки макулатурной массы при концентрации 25–35 %. Целью термомеханической обработки является диспергирование примесей до размеров, при которых их отрицательное действие на процесс дальнейшей переработки не сказывается. Применяется два способа термомеханической обработки — холодный и горячий. При холодном способе диспергирование проводится при атмосферном давлении и температуре до 95° С, а при горячем — при повышенном давлении до 0,3–0,5 МПа и температуре 130–150° С.
В зависимости от качества макулатуры и вида производимой картонно-бумажной продукции некоторые из указанных операций на практике могут быть исключены. В заключение заметим, что мокрая технология переработки макулатуры характеризуется высокой энергоемкостью производства и высоким удельным расходом воды (до нескольких десятков метров кубических на тонну продукции), а также большим объемом сточных вод, что является ее отрицательной стороной. Мощность указанных предприятий со-ставляет от нескольких десятков тысяч тонн до 200 тыс. т в год.
Одним из решающих условий улучшения качества готовой продукции является улучшение качества сырья: сортирование макулатуры по маркам и ее очистка от различных загрязнений. Возрастающая степень загрязненности вторичного сырья отрицательно влияет на качество продукции. Для повышения эффективности использования макулатуры необходимо соответствие ее качества виду выпускаемой продукции. Так, тарный картон, бумага для гофрирования должны вырабатываться с применением макулатуры преимущественно марок МС-4А, МС-5Б и МС-6Б по ГОСТ 10700, обеспечивающих достижение высоких показателей продукции. Создаваемый при этом резерв прочности обуславливает возможность дальнейшего увеличения содержания макулатуры в композиции при обеспечении физико-механических показателей на требуемом уровне.
Применение вторичного волокна взамен свежих древесных полуфабрикатов связано с определенными трудностями вследствие нестабильности состава макулатурной массы. Вторичная масса и составляющие ее фракции различаются между собой, в основном, средней длиной волокна и способностью образовывать связи между волокнами в бумаге.
В этой связи следует отметить одну негативную тенденцию в области переработки макулатуры — это медленное понижение ее качества. Как отмечают все эксперты, данный процесс будет продолжаться и впредь. Систематический многократный возврат макулатурного волокна в производство делает этот процесс практически неизбежным, ведь макулатурные волокна по своим физико-химическим и морфологическим свойствам значительно отличаются от первичных целлюлозных волокон. Наряду с целыми волокнами имеются разорванные, раздавленные с поперечными трещинами, присутствует волокнистая мелочь. В ряде случаев при переработке происходит расщепление волокон вдоль оси. Вторичные волокна проходят как минимум один цикл переработки, включающий процессы измельчения и сушки. Химическая и физическая структура волокон претерпевает необратимые изменения: большая часть пор и капилляров разрушается, поверхность волокна сжимается и ороговевает, что препятствует прониканию воды внутрь волокна и его последующему набуханию. Процессы ороговения приводят к уменьшению удельной поверхности волокна, а это сопровождается частичной потерей способности к образованию химических связей, что является основной причиной ухудшения физических качеств волокон из макулатуры.
Другая негативная сторона процесса роспуска и размола — разрушение волокнистой структуры. Подвергшиеся сушке волокна макулатурной массы из-за ороговения во время этих процессов оказываются по сравнению с первичными полуфабрикатами значительно измельченными и слабо фибриллированными, а получаемая бумага — менее прочной, более рыхлой, мягкой и непрозрачной. Следовательно, наличие мелких волокон и их обрывков, так называемого мельштофа — одна из основных отрицательных характеристик макулатурной массы. Присутствие мелкой фракции обуславливает не только увеличение степени помола и ухудшение обезвоживания бумажной массы на сетке бумагоделательной машины, но и не позволяет нормализировать процесс размола для максимального восстановления бумагообразующих свойств вторичных волокон. Кроме того, мелкие обрывки имеют слабую способность к образованию межмолекулярных связей, при формировании листа бумаги уменьшают механическое сцепление волокон, что в целом приводит к снижению прочностных характеристик готовой продукции. Вообще же, по своему составу макулатурная масса представляет собой полидисперсную систему с повышенным содержанием мелких волокон, и именно поэтому роспуск волокон должен осуществляться бережно, с сохранением целостности волокон при минимальном размельчении загрязнений.
Кроме макулатурного картона, из использованной картонной упаковки изготавливают бугорчатые прокладки (используются, например, для упаковки яиц) и плиты (используются в строительстве). Процесс производства бугорчатых прокладок заключается в роспуске макулатуры в воде (концентрация — до 4 %), разбавлении массы водой до концентрации 1–2 %, формовании прокладок на вакуумформующем устройстве и сушке прокладок. Операции загрузки макулатуры и удаления сырых изделий выполняют вручную. На аналогичных установках сырые изделия помещают на поддоны или полки-этажерки, которые затем подают в сушильную камеру. Производство бугорчатых прокладок часто применяется как санитарное производство при птицефабрике (или группы птицефабрик) для переработки собственного брака прокладок, картонной тары и макулатуры.
Технология производства плитного материала из макулатуры заключается в роспуске макулатуры в воде на волокна при концентрации около 4 %, отливе ковра, прессовании и сушке. Оборотная вода при отливе ковра заново используется в производстве. Плитный материал из макулатуры применяется для внутренней облицовки производственных и жилых помещений. При его изготовлении не используются вредные вещества. Производство волокнистых плит можно рекомендовать к внедрению на предприятиях, имеющих собственные отходы бумаги и картона и обладающих дешевыми источниками тепла.
Относительно новой является технология, разработанная Научно-исследовательским центром по проблемам ресурсосбережения и отходам (НИЦПУРО). Она позволяет перерабатывать отходы ламинированной и других видов влагопрочной бумаги (картона) в материал строительного назначения. Такой картон обычно очень трудно поддается переработке в силу своих физико-химических свойств. Новизна технологии в том, что плиту изготавливают из смеси отходов влагопрочной бумаги и картона (ламинированной бумаги или отходов парафинированной бумаги), и отходов термопластичных полимеров. В качестве последних наибольшее распространение имеет полиэтилен, хотя могут быть использованы и другие термопласты, например, полистирол, полипропилен, поливинилхлорид, пластик АВС, одноразовые шприцы, отходы оплетки кабеля, полимеросодержащие отходы переработки макулатуры (легкие отходы гидроразбивателя, отходы вибросортировок) и другие. Технология включает измельчение отходов, смешивание, прессование плит и их обрезку. Отходы обрезки и брак плит снова используют в производстве. Достоинством технологии является нечувствительность к загрязнениям отходов, возможность переработки смеси отходов полимеров. Полученные плиты используются для обшивки стен, потолков, перегородок жилых, производственных и складских помещений, дач, гаражей и т. п., изготовления деталей мебели и тары. [16]
Общие выводы
Все поставленные цели и задачи в данном проекте были выполнены. Так в первой главе теоретической части была проанализирована актуальность плоттерной резки в настоящее время, на примере предприятия «Растр-технология». Во второй главе были рассмотрены свойства картона, важные для макетов упаковки и был выбран картон, который применялся в исследованиях. Это одна из самых распространенных марок, которая используется в производстве упаковки, именно благодаря своим свойствам. В третьей главе, был проанализирован рынок плоттерного оборудования. Самыми распространенными моделями оказались плоттеры китайского и корейского производства, но по качеству они уступают машинам европейского производства, в частности швейцарского. Именно на плоттере этой страны производителе разрабатывалась технология резки высококачественных макетов. В четвертой главе были рассмотрены программы для работы с плоттерами. Самой удобной является программа MarbaCAD. Она не только поддерживает различные форматы из которых можно конвертировать файл, но она и сама является программой конструктивного дизайна. В ней можно не только проектировать упаковку, но также штанцформы и отделения для удаления облоя. Также с помощью этой программы удалось оптимизировать траекторию движения ножа, за счет чего он не совершал лишних движений и сократилось время резки.
В исследовательской части, была разработана технология изготовления высоко-качественных макетов на плоттере. Были установлены оптимальные скорости для картона разной толщины – для 0.3 мм - 7, 0.35 мм - 6, 0.45 мм – 5 , 0.5 мм – 4 , 0.6 мм – 4. При превышении этих скоростей у макета могут наблюдаться различные дефекты – ворсистость, разрезы, неровность края.
Было проанализировано влияние толщины картона на качество резки при постоянной скорости. И в том случае если заказчик не указывает толщину материала, её можно выбрать согласно проведенным исследованиям. Также была установлена оптимальная скорость, при которой картон, до 0.45 мм режется с высоким качеством.
Для подведения результатов были построены графики зависимости качества резки от скорости, для картона каждой толщины. Эти графики наглядно показали ухудшение качества с ростом скорости. На практике наблюдается ворсистость и неровность краев.
Были построены логарифмические аппроксимации, с помощью которых можно прогнозировать качество резки готового макета для картона этой марки - толщин, которых мы не рассматривали, и для каждой из скоростей. Также можно заметить, что с увеличением скорости ухудшается качество готовых макетов.
Аналогично, линия аппроксимации была построена для графика, демонстрирующего, как изменяется оптимальная скорость для картона каждой толщины. Значение показателя определенности R2, отражающего близость значений линии тренда к фактическим данным равна 0.9675. Поэтому можно говорить о том, что аппроксимирующая кривая описывает данные с достаточно высокой степенью достоверности. С помощью этой кривой можно прогнозировать оптимальную скорость для картона этой марки - толщин, которые не были рассмотрены.
Во второй части разработки с помощью изменения настроек программы MarbaCAD было уменьшено время резки для каждой скорости. В среднем время уменьшилось на 8.5%. Что позволяет сохранить качество при срочных заказах.
Были построены график, наглядно демонстрирующий уменьшение времени резки с помощью оптимизации в программе MarbaCAD.
Такая разработка и исследования проводились впервые. Все результаты будут применяться на практике на предприятии «Растр-технология».
И в экологической части была рассмотрена экологическая проблема утилизации упаковки в современном мире.
Список использованной литературы
1. Ефремов Н.Ф. Тара и её производство:Учебное пособие-М.:МГУП,2001-312с
2. Ефремов Н.Ф. Проектирование упаковочных производств. Часть1 :Упаковка из гофрокартона: Учебное пособие / Н.Ф. Ефремов, А.И. Васильев., Г.К. Хмелевский -М.:МГУП,2004.-319с.:ил.
3. Ефремов, Н.Ф. Конструирование и дизайн тары и упаковки: учебник для вузов /Н.Ф.Ефремов, Т.В.Лемешко, А.В.Чуркин; под ред. Н.Ф.Ефремова; М-во образования и науки РФ; Федеральное агентство по образованию, МГУП. – М.:МГУП, 2004. – 424 с.: ил.
4. Гротов А.С. - Автоматизация процесса разработки
5. Методы проектирования (черчения) в специализированных САПР на примере MarbaCAD, http://www.pakkograff.ru/reader/articles/business/practice/64.php
6. Технология плоттерной резки, http://www.sky-lab.ru/all_cutters.htm
7. Плоттерная резка, http://www.printcompany.ru/index.php?m1=4&m2=1
8. Плоттерное оборудование фирмы Zuend, www.zuend.ru
9. Планшетные плоттеры Aristomat, http://www.signart.ru
10. Российский ГОСТ на упаковочный картон, http://www.calculate.ru/book-karton-9.html
11. Режущие плоттеры. Краеугольные камни выбора, http://www.gmpspb.ru
12. An automatic media cutter for a drafting plotter, http://www.findarticles.com/p/articles/
13. Виктор Тетерин, "Проблемы утилизации макулатуры в России"- http://articles pakkermash.ru/
14. Штанцформы и оснастка для плоского штанцевания , http://www.r-tech.ru
15. ОктоПринт Сервис, www.oktoprint.ru
16. Оценка эффективности технологий переработки макулатуры, www.rospress.ru
0 комментариев