Дипломная (вкр): Конструирование и дизайн упаковки

Конденсат 1.8, образующийся в процессе изготовления гофрокартона, через конденсатоотводчик отводится в специальные емкости и возвращается в цикл.

Далее трехслойный картон подается на сушильно-охлаждающий стол (поз.10)

Сушильно-охлаждающий стол (поз.10) предназначен для приклеивания гофрированного слоя с нанесенным клеем к плоскому слою и его высушивания для достижения прочного склеивания.

Нагрев сушильного стола проводится с помощью пара 2.0. Полученное полотно трехслойного гофрокартона подается в узел продольной резки (поз.11), где режется на листы заданной ширины и затем в узел поперечной резки (поз. 12), где режется на листы заданной длины. После чего листы укладываются на листоукладчик (поз.13). Далее листы с помощью электрокаров (поз. 2) поступают на флексографскую машину(поз.14), где на них наносится рисунок. После этого листы попадают на рилевочно резательный станок (поз.15), предназначенную для изготовления заготовок ящиков, далее на слоттер (поз.16), предназначенный для изготовления кроя ящиков, далее развертки коробок попадают на фальцевально-склеивающую машину( поз.17), где склеиваются по клапану.

Затем уже готовая продукция через отдел контроля (поз.19) и стол обвязки (поз. 20) попадает на склад готовой продукции (поз. 21).

Бумажные отходы со всех стадий производства поступают в пакетировочный пресс (поз.22), где происходит образование кип. Затем спрессованные кипы отправляются на склад макулатуры (поз.27), откуда в дальнейшем отходы отправляются на предприятия для их утилизации.

2.2 Расчет технологических параметров изготовления тары и упаковки

Расчет технологических параметров сводится к решению теплового баланса и времени нагрева стола до требуемой температуры.

Таблица 2.1- Исходные данные для теплового расчета

Расчет времени нагрева стола

Время нагрева стола до требуемой температуры определяется по формуле :

, ч (2.1)

где Q г.п._- теплота конденсации греющего пара, кДж;

F - площадь стола, м2;

ΔTср - средняя по времени разность температур между конечной температурой стола и температурой окружающей среды, К;

Kст - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2*К).

Площадь стола определяется по формуле:

F= (Lстола*Встола)*2+( Lстола*Нстола)*2+(Встола*Нстола)*2, (2.2)

где Lстола - длина стола, м;

Встола- ширина стола, м;

Нстола- высота стола, м.

F = (5*1,25)*2+(5*0,2)*2+(1,25*0,2)*2 = 15 м2.

Разность температур определяется таким образом: (2.3)

ΔTср=( (Тпара-Токр.ср.)+( Тпара-Тстола))/2,

где Тпара- температура пара, К;

Токр.ср - температура окружающей среды, К;

Тстола - температура стола, К.

Т ср =((463-293)+(463-453)/2=90 К.

Коэффициент теплопередачи находится по формуле :

кДж/(м2*К) (2.4)

где α1 - коэффициент теплоотдачи от греющего пара к поверхности стола.

Он определяется по такой формуле:

α1= 9,74+0,07(Тстола- Токр.ср), (2.5)

α1 = 9,74+0,07(453-293)=20,94 кДж/(м2*К) ;

α2 - коэффициент теплоотдачи от поверхности стола окружающему воздуху;

δстола- толщина стенки стола, м;

λстола- коэффициент теплопроводности стола, кДж/(кг*К).

Теплота конденсации греющего пара:

 г.п = Gстола * Сстали * (Тстола - Токр.ср.), (2.6)

где Gстола - масса стола, кг;

Сстали - теплоемкость стали, кДж/(кг*К).

Q г.п. = 1766,25 *0,5*(453-293) = 141300 кДж.

Масса стола:

стола = Vстола * pст, (2.7)

где Vстола - объем стола, м3;

pст = плотность стали, кг/м3;

Gстола= 0,225 *7850=1766,25 кг.

Объем стола определяется:

стола= F * δстола, (2.8)

где δстола- толщина стенки стола, м;

F- площадь стола, м2.

Vстола = 15*0,015=0,225 м3.

Полученные значения подставляются в формулу (2.1):

τ = 141300 = 45мин.

*23,21*90

Тепловой расчет при стационарном режиме

Тепловой поток при стационарном режиме включает в себя тепловой поток на нагрев материала W1, тепловой поток на выпаривание влаги из материала W2 и суммарные потери тепла с поверхности сушильного оборудования, т.е. W3:

W = W1+ W2 + W3, (2.9)

Определяем тепловую нагрузку на оборудование при сушке гофрированного картона определенной марки.

Тепловой поток, затрачиваемый на нагревание высушиваемого материала, можно рассчитать по формуле:

1 = Gг/к* Сг/к (t2изд - t1изд), (2.10)

где Gг/к - массовая производительность гофроагрегата, кг/ч;

Сг/к - теплоемкость гофрокартона, кДж / (кг*С);

t1изд - температура гофрокартона при входе в сушильный стол, 0С;

t2изд - температура гофрокартона при выходе из сушильный стол, 0С.

W1 = 2115*0,041* (450-333) = 10146 кДж.

Gг/к=w * B * mг/к, (2.11)

где w - скорость гофроагрегата;

В - ширина полотна в рулоне;

mг/к - масса 1 м2 гофрокартона.

Gг/к = 2400*1,25*0,705=2115кг/ч.

Теплоемкость гофрокартона Сг/к вычисляется по формуле:

Сг/к = Сбум * jбум + Скар jкар +Сгот.кл jгот.кл. + Св-ха*jв-ха, (2.12)

Сг/к = 0,357*0,227+0,357*0,7+0,91*0,086+0,24*0,01= 0,41

Для нахождения объемной доли j каждого компонента в листе гофрированного картона требуется найти объем этих компонентов в 1 м2.

Из характеристик сырья для дальнейших расчетов берем значения толщины картона и бумаги для гофрирования выбранных марок.

Объем 1 м2 гофрированного картона Vг/к, м3, вычисляется по формуле:

г/к =(H+2*dкар)*Lкарт*Вкар, (2.13)

где H - высота гофра для гофрокартона определенной марки, м;

dкар - толщина картона, м.

Lкарт - длина листа картона в 1м2, м.

Vг/к = (0,004+2*0,0046)*1*1=0,0132 м3.

Объем картона в 1м2 гофрированного картона Vкар, м3:

кар 2*dкар Lкарт*Вкар, (2.14)

кар = 2*0,0046*1*1=0,0092 м3.

Объем бумаги в 1м2 гофрированного картона Vбум, м3:

бум = jбум* Lбум*В, (2.15)

бум = 0,0002*1,497*1=0,002994 м3.

В 1м2 гофрированного картона Lбум =Кгоф * Lг/к = 1,497 м,

Lг/к - длина листа гофрокартона;

Кг/к - коэффициент гофрирования марки.

Объем клея в 1м2 гофрированного картона Vклея, м3 вычисляется по формуле:

клея=2*n*b*jклея*Вг/к, (2.16)

где n - количество гофров в 1 м2 гофрокартона;

b - ширина клеевого слоя, м;

jклея - толщина клеевого слоя;

В - ширина 1м2 гофрокартона;

Vклея = 2*143*0,002*0,002*1=0,001144 м3.

Для нахождения объема воздуха в 1м2 гофрированного картона Vв-ха, м3 следует воспользоваться формулой :

=Vг/к-Vкар-Vбум-Vклея; (2.17)

 = 0,000138 м3.

Объемное содержание компонента в 1м2 гофрокартона jх вычисляется следующим образом:

jх =Vх/Vг.к, (2.18)

где Vх - объемное содержание компонента;

Vг.к - объем в 1м2 гофрокартона.

jбум = Vбум/Vг.к= 0,227 (2.19)

jкар= Vкар/Vг.к= 0,7 (2.20)

jгот.кл = Vгот.кл/Vг.к= 0,086 (2.21)

jв-ха= Vв-ха/Vг.к = 0,01

Плотность сырого гофрокартона pс.г/к кг/м3, вычисляется по следующей формуле:

с.г/к =mс.г/к/Vг/к, (2.22)

где mс.г/к - масса сырого гофрокартона и она равна сумме массы сухого гофрокартона и массы воды, содержащейся в клее;

Рс г/к = 0,777/0,0132=59

Масса воды в клее находится при условии, что массовое соотношение клей:вода - 1:4:

воды = 4* mс.кл.= 0,072кг (2.23)

Расход сухого клея на 1 м2 трехслойного гофрокартона составляет 0,018 кг.

Определим время сушки

tсуш = Lстола/w, (2.24)

где Lстола - длина стола, м;

w - скорость гофроагрегата, м/ч;

tсуш = 5/2400=0,002 ч

Температура, до которой прогревается гофрокартон на сушильном столе, определяется по формуле:

Тпр = Тст - 10lg(Tст-Tнач)*7*tсуш/2.3*S*pг.к.*Cг.к., (2.25)

Где Т ст - температура стола, К;

Тнач - температура гофрокартона, поступающего на сушильный стол, К;

Tсуш - время прогрева, ч;

S - толщина гофрокартона, м;

pг.к - плотность гофрокартона, кг/м3;

Cг.к. - теплоемкость гофрокартона , кДж/(кг*к);

Т пр.= 453-10 lg((453-333)*7*0,002)/(2,3*4*59*0,0132)= 342 К

Тепловой поток, затрачиваемый на выпаривание влаги из 1м2 гофрокартона W2 , кДж//м2, вычисляется по формуле:

2 = r*mвып.влаги, (2.26)

Где r - теплота парообразования воды, кДж/кг;

mвып.влаги - масса воды, выпариваемой из 1м2 гофрокартона, кг/м2;

W2 = 2264*0,048=1085.

вып.влаги = S*ркл*dкл*n*d/s, (2.27)

- площадь поверхности, на которую наноситься клей, м2;

ркл - плотность клея, кг/м3;

dкл - толщина клеевого слоя, м;

d - количество влаги, выпариваемое на сушильном столе;

s - принятая площадь, с которой выпаривается влага, м2.

Mвып. влаги = 0,002*1420*0,002*143*0,59/1=0,048 кг/м2.

= а*в, (2.28)

где а - ширина полотна, м;

в - ширина клеевого слоя, м;

S = 1*0,002=0,002 м2.

Тепловой поток на выпаривание влаги из материала W2, кДж для гофроагрегата определенной производительности за 1 час рассчитывается по формуле:

2 = (W2 * 1000*а*w) / 3600, (2.29)

Где а - ширина полотна, м;

W - скорость гофроагрегата, м/ч;

W2 = (1085*1000*1*2400)/3600 = 723305.

Суммарные потери тепла с поверхности сушильного стола W3, кДж, вычисляется по формуле:

3 = a * Fпотерь* (Тстола - Токр.ср), (2.30)

где Fпотерь - площадь нагретой нерабочей поверхности стола, м2;

a - коэффициент теплоотдачи, кДж/(м2*К).

a = a1 - aл = 20,94-12,2=8,74 кДж/( м2*К), (2.31)

где a1 - коэффициент теплоотдачи лучеиспускания, кДж/( м2*К).

потерь = Lстола*Встола+2* Lстола Нстола бок, (2.32)

Fпотерь = 5*1,25+2*5*0,2=8,25. Таким образом, находим W3:

W3 = 8,74*8,25*(453-293)=11536 кДж

aл = 5,67 * eпр F(Тстола / 100)4 - (Токр.ср / 100)4) / ( Тстол - Токр.ср); (2.33)

aл =5,67*0,12*8,25*(453/100)4 - (293/100)4)/(453-293)=12,2

eпр = eизд*eстола, (2.34)

где eизд и eстола - степень черноты изделия и стола.

eпр = 0,8-0,68=0,12.

Найдем сумму всех тепловых потоков W, кДж:

W= W1+ W2+ W3=10146+723305+11536=744987 кДж

Коэффициент технологических тепловыделений h найдем по формуле:

h = Wп.и/ W, (2.35)

Wп.и= W- W3=744987-11536=733451.

h =733451/744987=0,98.

Расход греющего пара Д, кг/ч определим следующим образом:

Д = Wп.и/(h*(Iп-Iк), (2.36)

где Iп - энтальпия греющего пара;

Iк - энтальпия воды;

Д = 733451/0,98*(2792-415,2)=315 кг/ч

2.3 Материальный расчет производства тары и упаковки

Рисунок 1- Схема материальных потоков для производства трехслойного гофрокартона

m1 - сухой клей «Devacol»; m2 - вода; m3 - потери клея при приготовлении; m4 - готовый клей; m5 - рулон картона; m6 - потери картона при заправке; m7 - картон после раската; m8 - клей поступающий в гофропресс; m9 - потери клея при промывке; m10 - двухслойный гофрокартон; m11 - потеря влаги; m12 - бумага после раската; m13 - рулон бумаги; m14 - потери бумаги при заправке; m15 - рулон картона; m16 - потери картона при заправке; m17 - картон после раската; m18 - клей, поступающий в клеепромазочную машину; m19 - потери клея при промывке; m20 - потеря влаги; m21 - трехслойный гофрокартон; m22 - потеря влаги при окончательной сушке гофрокартона; m23 - гофрокартон, поступивший на продольную резку; m24 - отходы при продольной резке; m25 - гофрокартон, поступивший на поперечную резку; m26 - отходы при поперечной резке; m27 - готовая продукция.

Таблица 2.2- Данные для материального расчета трехслойного гофрокартона марки Т24

Масса бумаги в 1 м2 готового гофрокартона (mбум) составляет :

бум = mбум 1 * К, (2.37)

где К - коэффициент гофрирования;

mбум = 0.112*1.497=0.168 кг

Масса сухого клея в 1 м2 готового гофрокартона mсух. клея составляет:

сух.клея = mгот.г/к- mкарт.- mбум, (2.38)

где mгот.г/к - масса 1 м2 готового гофрокартона, кг;

Расчет проводим на 1000 кг готового гофрокартона, соответственно

m23=1000 кг

Найдем массу картона в 1000 кг готового гофрокартона:

mгот.г/к , кг - 2*mкарт.1, кг

, кг - х , кг

х = m7.

,6 - 0,4

- х

m7 = х =666,66

Найдем массу бумаги в 1000 кг готового гофрокартона:

mгот.г/к, кг - mбум, кг

кг - y, кг

у = m12.

,6 - 0,168

- у

m12 = у = 280

Содержание сухого клея в 1000 кг готового гофрокартона mсух.клея1 составит:

сух.клея 1 = m23 - m7 - m12 (2.39) mсух.клея 1 = 1000 - 666,66 - 280= 53,34 кг

Масса готового клея в 1000 кг готового гофрокартона mгот.клей 1, при условии содержания сухого остатка -20% составит:

mсух.клея 1, кг - 20%

µ, кг - 100 %

µ =mгот.клей 1 = 266,7 кг

Масса воды в 1000 кг готового гофрокартона mводы 1, при соотношении клей - вода 1:4 составит:

воды = 4 * mсух.клея 1 (2.40)

mводы = 213,36 кг

Потери влаги клеем на участке сушки составляют 50% от исходной массы воды, тогда m22:

22 = mводы 1 /2 =106,68 кг (2.41)

Потери воды клеем на участках гофропресса (m11) и в клеепромазочной

машине (m20) составляют 20 % от mводы 1:

11=m20= mводы 1*20/100 = 42,672 кг

Масса клея, поступающая в сушильную секцию, складывается из массы готового клея на участке после сушильной секции и потерь влаги клеем на участке сушильной секции mклея до сушки:

клея до сушки = mсух.клея 1+ m22 (2.42)

клея до сушки = 53,34 + 106,68 = 160,02 кг

Потери клея на участке клеепромазочной машины составляют 4%, тогда m19:

19 = mклея до сушки*4/100= 6,4 кг (2.43)

Масса клея, поступившая в клеепромазочную машину (m18), складывается из массы клея, поступившего в сушильную секцию, потерь воды клеем на участке клеепромазочной машины и потерь клея при промывке: