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PET 塑料包装行业清洁生产审核实践 * 耿丽娟1王得蓉2于宏兵1王胜强1张时佳1艾丽娜1 1. 南开大学环境科学与工程学院， 天津 300071; 2. 天津港 集团 有限公司， 天津 300456 摘要 以某企业的清洁生产审核为例， 分析了 PET 塑料包装行业的生产特点及清洁生产潜力。针对该企业存在的问 题， 提出了可行的无/低费及中/高费清洁生产方案共 21 项， 初步探讨了清洁生产在 PET 塑料包装行业的具体实践， 对该行业清洁生产和节能减排工作的开展具有一定的借鉴意义。 关键词 PET;包装行业; 清洁生产; 节能减排 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201404033 PＲACTICE ON CLEANEＲ PＲODUCTION AUDIT OF PET PLASTICS PACKAGING INDUSTＲY Geng Lijuan1Wang Derong2Yu Hongbing1Wang Shengqiang1Zhang Shijia1Ai Lina1 1. School of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin300071，China; 2. Tianjin Port GroupCo． ， Ltd，Tianjin 300456，China AbstractIt was analyzed that production characteristics and potential of cleaner production of the PET plastics packaging industry by taking cleaner production audits of a PET plastics packaging enterprise for example． Twenty- one projects including no/low- cost projects and medium/high- cost projects were proposed against the existing problems in the enterprise． Practice on cleaner production of PET plastics packaging industry was preliminarily discussed and it could be used as reference for the PET plastics packaging industry to step up cleaner production and to save energy and reduce emission． KeywordsPET;packaging industry;cleaner production;energy saving and emission reduction *国家科技重大专项 2012ZX07501002- 001 。 收稿日期 2013 －07 －25 1PET 塑料包装行业开展清洁生产的意义 塑料的原料主要来源于石油， 石油是不可再生资 源， 降低塑料生产过程中的原料消耗、 电耗、 水耗， 加 强废弃塑料的回收再利用， 已成为塑料包装行业持续 发展要解决的关键问题。我国饮料行业年平均增长 近 20， PET 瓶在液态食品和其他的包装领域上占 据举足轻重的地位， 被广泛应用于承载各类饮料［1 ］。 因此， 在 PET 塑料包装行业积极推行清洁生产， 从产品的整个生命周期出发， 寻找清洁生产潜力， 针 对性地提出清洁生产方案并实施， 有助于塑料包装行 业更好地进行节能减排。 2PET 塑料包装行业清洁生产潜力分析 2. 1原辅材料和能源方面 2. 1. 1原材料消耗 PET 聚酯 聚对苯二甲酸乙二醇酯 是生产 PET 包装材料的主要原料。PET 机械性能好、 耐磨性强、 良好的化学稳定性， 用途十分广泛， 适用于饮料、 食用 油、 药品等液体的包装， 其中饮料瓶用量最大。 PET 分子具有一定的亲水性， 会吸收空气中的水 分使特性黏度降低， 影响容器的力学性能 ［ 2 ］。加工成 型前必须对 PET 料粒进行严格的干燥， 干燥温度一般 140 ～180 ℃， 干燥时间4 h， 含水率要求低于30 mg/kg。 2. 1. 2设备及能源消耗 生产 PET 包装材料的设备主要有注塑及吹塑设 备， 吹瓶生产线的结构主要包括 瓶坯整理机和输入 装置、 瓶坯加热炉、 吹瓶模具、 拉伸机构、 空气吹塑机 构、 冷却成型系统、 出瓶装置等。注塑吹塑设备配有 空压机、 冷却系统等， 这些设备消耗大量电力， 同时节 能潜力巨大。 2. 2技术工艺方面 瓶坯生产工艺中， PET 粒料经干燥、 除湿、 烘料后 进入加热塑化程序， 然后进入模具注塑， 冷却后开模， 441 环境工程 Environmental Engineering 取出瓶坯。 PET 瓶吹制成型的方法分为 一步法和两步法。 一步法是指在同一部机器上先射出瓶坯， 再于中空模 具内延伸吹起成型， 即瓶坯的成型与延伸吹起成型均 在同一机械中进行。两步法是指先射出瓶坯， 再将冷 却后的瓶坯以拉伸吹塑成型机加热， 并于中空模具内 延伸吹气成型 ［3 ］。 2. 3废弃物方面 PET 包装过程中产生的废气主要为吹瓶机将容 器吹塑成型后释放的有压气体。预吹是两步吹瓶法 中很重要的一个步骤 ［4 ］。在两步法的吹瓶工序中， 先对瓶坯进行预吹， 同时拉伸气缸对瓶坯进行有序引 导， 使原料分布均匀， 然后对预吹瓶进行高压吹气， 使 瓶子成型并在模具内定型。如果将吹塑的高压气回 收， 用于预吹制与拉伸， 能源成本将大大降低［1 ］。 固体废物主要为生产过程中产生的 PET 废瓶。 日本青木固研究所研究出一种“一步法” 注拉吹 PET 瓶塑机， 可以将废 PET 瓶粉碎的碎片直接回收， 生产 洗发香波和洗涤剂等非食品领域的日用包装瓶， 为理 想的 “瓶制瓶” 工艺 ［5 ］。 2. 4过程控制方面 国内使用的 PET 成型设备大多数来自国外， 如 国际上著名的法国 SIDEL 公司、 加拿大 HUSKY 公司 等， 研发的高效率 PET 瓶成型设备在我国有广阔的 市场， 国外一体机集成了 PET 瓶吹塑、 灌装和压盖等 单元， 可以自动完成瓶坯排序、 加温及瓶子的拉伸吹 制等工序 ［6 ］。 2. 5管理与员工素质方面 强化企业管理体系， 建立健全企业能源管理制 度， 加强企业员工培训， 对企业的持续健康发展起着 至关重要的作用。 3某 PET 塑料包装企业清洁生产审核实例 3. 1企业概况及存在的问题分析 某 PET 包装企业是专门生产注塑和吹塑产品的 企业， 主要产品有 PET 瓶坯与 PET 瓶， 年生产 PET 瓶 坯达 4 亿多只， PET 瓶 2 亿多只。 企业的生产工艺如图 1 和图 2 所示。 1 生产原料为 PET 聚酯 聚对苯二甲酸乙二醇 酯 ， 因其无毒无味、 机械强度好而被广泛用作的食 品包装材料。 2 主要的能源消耗为电力。主要耗能设备是空 压机、 瓶坯机和吹瓶机。主要资源消耗为水资源， 作 图 1瓶坯车间工艺流程 Fig．1The process flow diagram for bottle pre workshop 图 2吹瓶车间工艺流程 Fig．2The process flow diagram for bottle- blowing workshop 为生产过程中的冷却用水。 3 企业有3 台空压机用于瓶坯机和吹瓶机， 空压 机采用机内水循环加外部冷却塔降温， 冷却塔所能达 到的极限温度为环境温度。空压机产生的热量主要 被各种冷却器、 冷却水或排风带走， 并排放到周围环 境中。如果能将空压机余热利用， 可以大大降低能源 消耗， 取得很好的节能效果。 4 在企业的吹瓶工序中， 先对瓶坯进行预吹气 压力约 1 MPa ， 同时拉伸气缸对瓶坯进行有序引 导， 使原料分布均匀， 然后对预吹瓶进行高压吹气 压力约 3. 8 MPa ， 使瓶子成型并在模具内定型。该 部分高压气在完成高压定型后被直接排放， 如果能将 这部分高压气进行有效的回收， 并运用到低压系统， 可以达到节能降耗的目的。 5 虽然企业的产品成品率一般可达 99. 8， 但 每年产生的废品量仍然巨大， 这些不合格瓶坯被收集 做综合处理。尽管如此， 还应该加强生产管理， 减少 废品产生量。 6 企业管理制度较完善， 员工中大专以上学历 占企业总员工的 60 以上， 员工文化水平及素质在 同行业中较高， 能有效执行公司对操作岗位的规定。 3. 2清洁生产方案的产生 经现场调研， 通过与包装行业清洁生产评价指 标体系 试行 的对比， 在单位产品电耗方面还有提 升空间， 设定为本轮清洁生产的审核重点， 依此设定 的本轮清洁生产目标见表 1。 541 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction 表 1清洁生产目标 Table 1The goal of cleaner production 项目 电力消耗/ kW h 万只 －1 现状近期目标远期目标 瓶坯车间1 010980900 吹瓶车间348338315 3. 2. 1无/低费方案的产生 通过清洁生产预评估， 结合现场考察， 并从公司 员工中收集合理化建议， 最后汇总出无/低费方案共 19 项， 主要针对设备维护与安全性改进、 加强操作规 范、 完善计量仪表、 减少因调试设备而产生的废 PET 瓶等方面。 3. 2. 2中/高费方案的产生 瓶坯车间物料平衡见图 3。由图 3 可以看出 每 年有 25. 57 t 的原材料被不合格瓶坯带走， 约占总原 料的 0. 2。大量的废瓶不仅造成了经济损失， 更是 对能源、 资源的浪费。因此， 要提高操作人员的操作 技能， 统一生产标准， 减少设备调试、 模具更换时期产 生的废品量。 图 3瓶坯车间物料平衡 Fig．3Material balance for bottle pre workshop 通过对企业生产用电设备的耗电情况分析 表2 ， 结合现场考察可以看出， 耗电量较大的设备有 瓶坯 机、 空压机和冷冻机。5 台瓶坯机耗电占 29， 3 台 空压机耗电占 24， 6 台冷冻机耗电占 12。其中， 1 台 550 kW 的 WH50 空压机已装变频调节系统， 节 能潜力较小。 表 2生产用电设备耗电情况 Table 2The power consumption of electrical equipments 设备名称耗电百分比/ 瓶坯机29 空压机24 吹瓶机8 干燥机8 冷冻机12 结晶机5 水循环系统10 其他4 通过对审核重点的分析测算， 分析了用电量大的 设备和环节， 在广泛收集国内外同行业先进技术的基 础上， 进行专家咨询， 结合本企业实际， 提出了在环 境、 经济和技术上可行的中高费方案 2 项， 见表 3。 表 3中/高费方案一览表 Table 3List of medium/high- cost projects 编号方案简述效益 HF01高 压气回收 将企业吹瓶工序中， 对预吹瓶进行高压 定型的高压气 压力约 3. 8 MPa 进行回 收， 供瓶坯的预吹 压力约 1. 0 MPa ， 拉 伸气缸对瓶坯的拉伸以及其他设备使 用， 以达到节气节能的目的。 年节电 762 300 kWh， 折合标煤86.06 t HF02空 压机余热 回收 在空压机将机械能转换为内能的过程 中， 空气受到强烈的高压压缩， 温度骤 升， 同时压缩机的高速旋转也会摩擦发 热， 这些高温热量由空压机润滑油混合 成的油气、 蒸汽携带排出机体。这部分 高温油气流的热量相当于空压机输入电 功率 的 3/4， 它 的 温 度 通 常 在 80 ～ 100 ℃， 如果热量不及时排出， 会对设备 造成严重的损坏， 并影响产气效率。安 装换热器可以回收这部分热量同时可以 改善空压机的工作性能。 年节电 115167 kWh， 折合标煤 13 t 减少蒸发水量 损失3 000 m3/a HF01 高压气回收在吹瓶机处安装一组回收 阀， 在高压气排掉之前， 将其输送到再生气路的低压 管道。再生气路设有多个出口端及其支路， 各出口端 分别与吹瓶机的预吹机构、 拉伸气缸及吹嘴气缸连 接， 且各支路由减压阀控制单元控制， 将回收的气体 作为低压气， 供预吹、 拉伸和其他设备使用。 预吹气、 拉伸气缸及吹嘴气缸等低压气， 在设备 用气中占比 40， 因此， 理论节能应为 40。经实际 检测， 空压机的节电为 35。一台功率 550 kW 的空 压机， 负荷 50， 按每天运行 24 h， 年运行 11 个月计 算， 则年节电量为 762 300 kW h， 折合标煤 86. 06 t。 HF02 空压机余热回收在空压机内部水路循环 中串入一个机外板式换热器， 内部循环水先与来自外 部的冷水进行换热，然后再进入冷却塔。这样既降 低了内部水温度， 又提高了外部水温度。被加热的外 部水可以在蓄热水箱存储， 然后用于公司浴室、 车间 卫生等各个需要热水的方面， 而且热量被吸收后可大 大降低冷却水塔的负荷。 对一台 110 kW 的空压机进行改造， 空压机能耗 有 80转化为热能， 负荷 70， 按每天运行 24 h， 年 运行 11 个月， 热回收效率 80， 则年回收热量 1. 4 109kJ， 即可提供 60 ℃的热水 6 666 m3， 满足浴 641 环境工程 Environmental Engineering 室、 食堂及其他热水使用。 原来厂区所需热水均为电热水器加热， 热水器年 耗电 115 167 kWh， 该部分电力消耗节约， 约折合 标煤 13 t。 3. 3效益分析 本轮清洁生产审核中产生的 19 个无/低费方案 已全部实施， 共投入资金 1. 55 万元， 方案实施后带来 的直接经济效益约 14. 48 万元; 2 个中/高费方案全 部实施， 共投入资金 60 万元， 方案实施后带来的年经 济效益约 108 万元。 21 个方案全部实施后， 企业可节电887 467 kW h/ a， 折合标煤 100. 19 t/a; 节水 3 500 t/a。节约原料 3. 45 t/a， 减少废品约 6. 8 t/a， 同时降低了车间噪音， 改善了工人作业环境。 通过本轮清洁生产审核， 企业审核前后的指标对比 见表4， 由表4 可以看出达到审核初期设定的清洁生产 目标。 表 4审核前后指标对比 Table 4Contrast of indicators before and after cleaner production audits 项目 电力消耗/ kW h 万只 －1 现状近期目标方案实施后 瓶坯车间1 010980950 吹瓶车间348338330 4结语 PET 包装行业虽然不是高耗能、 高污染的行业， 然而 PET 包装企业节能降耗大有潜力。清洁生产的 主旨思想是 “没有最好， 只有更好” ， 无论企业当前的 清洁生产水平如何， 积极推行清洁生产， 从原辅材料 和能源、 技术工艺、 设备、 过程控制、 管理、 员工、 产品、 废物这 8 个方面， 分析污染产生的原因， 提出预防或 减少污染产生的方案， 将促进企业进行技术改造与升 级， 有助于企业从源头控制污染， 实现节能减排。 参考文献 ［1］孙膑． PET 吹瓶技术的创新［J］． 塑料包装， 2009， 19 1 20- 23. ［2］杨震， 胡芳． 热灌装食品包装 PET 瓶生产技术与应用［J］． 塑料 包装， 2008， 18 3 30- 33. ［3］张英华． 浅谈 PET 包装技术［J］． 天津科技， 2009 3 76- 79. ［4］王备战， 黄超． PET 瓶吹塑工艺分析［J］． 工程塑料应用， 2002， 30 1 17- 18. ［5］张友根． 我国 PET 瓶成型设备现状及科学发展 上 ［J］． 塑料 包装， 2010， 20 5 20- 27. ［6］张友根． 关于我国 PET 瓶成型设备科学发展的探讨［J］． 橡塑 技术与装备， 2011， 37 1 12- 28. 第一作者 耿丽娟 1990 － ， 女， 硕士， 主要从事清洁生产、 节能技术与 设备的研究。lijuangeng0728163． com 通讯作者 于宏兵 1958 － ， 男， 博士， 教授， 主要从事清洁生产、 节能 技术与设备的研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 hongbingyu1130 sina． com 上接第 134 页 4结论 1 通过数学公式推导分析棒状电极电荷感应空 间灵敏度 电极长度 l 200 mm， 半径 r 5 mm ， 证 明了电极表面感应的电荷量与带电颗粒的径向位置 有关， 与轴向位置无关， 为棒状电极静电传感器的设 计提供了参考。 2 单个带电颗粒经过电极附近时， 与电极相连 的电荷放大器将输出单个交变信号; 电极处在含有带 电颗粒的两相流中， 电荷放大器将输出连续不断的波 动信号， 其信号的波动性与颗粒浓度呈正相关关系， 此为交流耦合式电荷感应法粉尘浓度检测技术的成 功实施提供了理论与实验支撑。 参考文献 ［1］我国 20052011 年职业病发病情况统计 ［EB/OL］． http / / www． zywsw． com/. ［2］李卫东， 王连富， 刘道文， 等． 我国煤炭行业粉尘浓度监测技术 的现状及发展趋势［ J］ ． 矿业安全与环保， 2005 S1 66- 67. ［3］田冬梅，蒋仲安，姚建，等． 中外粉尘监测技术的比较［J］． 金属矿山， 2008 7 116- 119. ［4］赵恩彪，隋金君，王自亮，等． 基于外环状电荷感应原理的粉 尘浓度测量［J］． 仪表技术与传感器， 2010 6 15- 16. ［5］Y Y，J M． Design and uation of electrostatic sensor for the measurement of velocity oof pneumatically conveyed solids［ J］ ． Flow Measurement and Instrumentation， 2000， 11 3 195- 204. ［6］Murnane S N， Barnes Ｒ N， Woodhead S Ｒ．Electrostatic modelling and measurement of sirborne particle concentration［J］． IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement，1996， 45 2 488- 492. ［7］戚淑芬，王国栋． 基于电荷感应原理的粉尘含量在线检测仪设 计［ J］ ． 青岛科技大学学报． 自然科学版， 2011 5 526- 530. ［8］许传龙，王式民，孔明，等． 静电传感器空间灵敏度特性研究 ［J］． 计量学报， 2006 4 335- 338. ［9］Krabicka J， Yan Y．Finite- element modeling of electrostatic sensors for the flow measurement of particles in pneumatic pipelines ［J］． Instrumentation and Measurement，IEEE Transactions on， 2009， 58 8 2730- 2736. ［ 10］郭硕鸿． 电动力学［M］． 3 版． 北京 高等教育出版社， 2008． 第一作者 陈建阁 1987 － ， 男， 硕士， 主要从事煤岩瓦斯灾害防治。 geyu_520163． com 741 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction