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包裝系統(tǒng)課程設計計算說明書設計題目： 啤酒包裝系統(tǒng)設計 學 院： 輕工學院 專 業(yè)： 包裝工程 班 級： 一班 學生姓名： 劉明陽 2013年 11 月 20日包裝系統(tǒng)設計課程設計任務書設計題目：一、課程設計技術要求1. 生產(chǎn)綱領為5000t/年；2. 設計一個單體為 g、容積為355 ml的 罐 裝 啤酒 包裝工藝路線3. 設計一條年產(chǎn)量為5000t的包裝生產(chǎn)線，要求生產(chǎn)設備布局合理、設備之間配合合拍，生產(chǎn)順暢，可靠性高。二、課程設計基本要求1圖紙設計要求：（1）包裝工藝流程圖1張（2）包裝結(jié)構(gòu)圖1份（3）生產(chǎn)線布局圖1份（平面布局圖、立面布局圖）2設計計算說明書要求：設計說明書是設計的主要依據(jù)，內(nèi)容必須詳盡準確，必須使用工程術語，文字通順簡練，字跡公正，總字數(shù)不少于5000字。設計說明書具體內(nèi)容包括：（1）市場調(diào)研報告、被包裝產(chǎn)品的物性分析及流通環(huán)境分析，并提出防護要求（2）包裝系統(tǒng)總體方案確定（包裝材料選擇、包裝容器結(jié)構(gòu)確定、備選包裝方案設計計算、確定包裝系統(tǒng)）（3）包裝系統(tǒng)方案設計（包裝工藝路線、生產(chǎn)線設計、包裝設備選型及內(nèi)包裝、中包裝、外包裝包裝結(jié)構(gòu)設計）三、課程設計時間安排序號內(nèi)容總學時/（天）任務量1資料查詢課程設計開始前完成分析報告1份2包裝總體方案設計、提出備選包裝方案并進行計算評價1分析說明1份、計算說明1份3包裝方案設計1結(jié)構(gòu)平面圖1份、立體效果展示圖1份4包裝工藝設計1工藝流程圖1份5生產(chǎn)線設備選型、包裝生產(chǎn)線設計1生產(chǎn)線布局圖1份、（立體效果圖1份）6設計計算說明書0.5整理設計說明書7答辯0.5合 計5目錄包裝系統(tǒng)設計課程設計計算說明書設計計算內(nèi)容計算結(jié)果1市場調(diào)研1、1啤酒的特性分析啤酒是人類最古老的酒精飲料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的飲料。啤酒以大麥芽酒花水為主要原料，經(jīng)酵母發(fā)酵作用釀制而成的飽含二氧化碳的低酒精度酒。因此，啤酒的主要成分是高分子蛋白、多肽、-球蛋白、 -醇溶蛋白，還有其他的茶酸類化合物等。啤酒的品種很多，根據(jù)啤酒色澤可劃分為淡色啤酒、淡黃色啤酒、金黃色啤酒、棕黃色啤酒、濃色啤酒、黑啤；根據(jù)原麥汁濃度可劃分為低濃度啤酒、中濃度啤酒、高濃度啤酒；根據(jù)發(fā)酵性質(zhì)可劃分為頂部發(fā)酵和底部發(fā)酵；根據(jù)啤酒殺菌處理情況又可劃分為鮮啤酒、純生啤酒和熟啤酒。鮮啤酒是指啤酒經(jīng)過包裝后，不經(jīng)過巴氏滅菌而銷售的啤酒，這類啤酒一般就地銷售，保存時間不宜太長，在低溫下一般為一周；若不經(jīng)過巴氏滅菌，但經(jīng)過無菌過濾、無菌灌裝等處理的啤酒則稱為純生啤酒；熟啤酒，是指啤酒經(jīng)過包裝后，經(jīng)過低溫滅菌的啤酒，保存時間較長，可達三個月左右，本課程設計即為熟啤酒的罐裝工藝。2啤酒包裝系統(tǒng)總體方案確定啤酒的流通環(huán)境十分復雜，有海運、鐵路運輸、公路運輸?shù)冗h距離和短距離的運輸。由于天氣自然的影響，人為破壞和啤酒本身穩(wěn)定性方面的原因，設計時必須考慮一定的防護措施，以保護啤酒在流通環(huán)境中穩(wěn)妥、安全、有效的流通。.2、1 啤酒包裝保護的基本要求：啤酒在流通及使用過程中，影響啤酒質(zhì)量（損壞）的因素有：（1）在流通過程中受到劇烈碰撞，受到劇烈碰撞容易發(fā)生炸瓶現(xiàn)象。（2）受光照影響，長期在光的照射下會影響啤酒的口感甚至會使啤酒變質(zhì)。（3）密封情況，密封不良會導致瓶內(nèi)CO2逸出，影響啤酒的口感甚至會使啤酒變質(zhì)。（4）受溫度影響，在高溫的條件下易發(fā)生脹罐現(xiàn)象。2、2啤酒包裝的基本要求：（1）耐壓，能承受一定的壓力，由于啤酒內(nèi)含有大量的CO2，瓶內(nèi)的壓力要高于大氣壓，由GB4544-1996標準規(guī)定，合格的啤酒罐應承受1.2 MPa以上的壓力，一等品啤酒罐應承受1.4 MPa以上的壓力，優(yōu)質(zhì)啤酒罐應承受1.6 MPa以上的壓力。 （2）易密封且密封性能好，由于啤酒是大批量生產(chǎn)，且其對密封要求較高，因此對啤酒包裝的要求要易密封且密封性能好。（3）耐酸，由于啤酒內(nèi)含有大量CO2，啤酒偏酸性，因此啤酒瓶能耐一定的酸度且不能含有與啤酒發(fā)生反應的堿性物質(zhì)，以免影響啤酒的品質(zhì)。 （4）遮光性強，啤酒罐一般應具有較強的遮光性，避免光對啤酒質(zhì)量的影響，一般選擇鋁制金屬罐。（5）在搬運過程中要有一定的緩沖措施，以免使啤酒罐發(fā)生劇烈碰撞。3.啤酒罐包裝保護的結(jié)構(gòu)設計與設計計算3、1內(nèi)包裝容器的造型方案設計（1）、內(nèi)包裝材料選擇本設計中采用易拉罐的容積為355ml，其平均厚度為0.1mm，高為122mm，直徑為66mm。制造易拉罐的材料有兩種：鋁材和馬口鐵。啤酒的易拉罐一般采用鋁質(zhì)材料，這是因為它與其他金屬材料相比，具有以下優(yōu)點：表面性能優(yōu)異。鋁材料表面光澤效果好，光亮度高，不易生銹，具有良好的裝潢效果及較高的熱輻射反射能力，這是其他金屬無法比擬的。熱傳導率高。良好的熱傳導能力是金屬的主要的性能之一，鋁的熱傳導率僅次于金、錫、銅，非常適合啤酒的殺菌和冷藏。質(zhì)輕。鋁的相對密度僅為馬口鐵的1/3，運輸和貯存的費用會大大減少。 成型加工性好。鋁具有很好的延展性，因此，非常適合于各種冷熱加工，沖拔壓延成薄壁容器或薄片，并且具有二次加工性能和易開口性能。阻隔性好。鋁對氣體、水蒸氣、氣味物質(zhì)、光線等具有優(yōu)異阻隔性能，能很好地延長食品的保質(zhì)期。再循環(huán)性能好。鋁的包裝廢棄物可以有效地回收再循環(huán)，再加工能耗低，僅僅為原來的5%，并且可以同質(zhì)使用。易拉罐通常是兩片罐，兩片罐是以金屬薄板為材料經(jīng)沖壓、拉伸加工成型的罐型包裝制品,其罐身與罐底為一體,沒有罐身接縫,只有一道罐身與罐蓋的卷封線的包裝容器。其罐身制造有淺拉深、深拉深、變薄拉深三種方法,罐蓋為易開蓋。因為鋁材具有優(yōu)良的延展性，所以易拉罐的制造工藝一般為變薄拉伸法。（2）、內(nèi)包裝容器結(jié)構(gòu)的設計計算罐壁厚度的大小以及分布的均勻性是影響強度的重要因素。罐在消毒殺菌過程中，需經(jīng)受溫度的激烈變化，當張應力超過一定強度時，即發(fā)生破裂。 耐熱急變性能與罐壁厚度有關，罐壁越厚，越易破裂。啤酒罐在生產(chǎn)過程中，除了穩(wěn)定罐重和最薄處厚度外，還需注意厚薄分布均勻。理想的厚薄是罐身截面上厚度比不大于1倍，內(nèi)應力不超過3級。 355ml的啤酒罐尺寸為:罐高122ml,直徑66ml（3）、外包裝材料的選擇瓦楞紙板因無污染、再生、具有良好的緩沖性能等優(yōu)點，在運輸包裝中得到廣泛應用，本設計也采用此材料設計運輸包裝。按照GBT65441999標準規(guī)定，UV形瓦楞紙板分為A、C、B和E型四種。A楞型的紙箱承受平面壓力性能比B和C楞型差，但其承受垂直壓力性能較高，緩沖性能較好；B楞型的瓦楞低又密故耐垂直壓力性能較差，但平面耐壓性能較高；C楞型性能，介于A和B楞型之間既具有良好的緩沖保護性能，又具有一定的剛性E楞型的紙板具有重量輕、平面抗壓強度好等特點。綜合考慮，由于本設計對象罐裝啤酒本身就具有一定的堆碼性能，所以它對紙箱承受平面壓力性能的要求較低，而為了防止運輸過程中的沖擊導致易拉罐變性，以至影響銷售，因此，它對紙箱的緩沖性能的要求相對較多。所以綜合考慮選擇A單瓦楞紙板設計。因為啤酒為短途和廉價產(chǎn)品，所以采用第三類瓦楞紙板，.箱板紙分為A、B、C、D、E五個等級，其中：A、B制造出口包裝用瓦楞紙板；C適宜制造大型產(chǎn)品包裝用的瓦楞紙板；D適宜制造一般產(chǎn)品用的瓦楞紙板；E制造輕載瓦楞紙板。所以本設計中采用D等箱板紙。（4）瓦楞紙箱的尺寸設計（a）、內(nèi)尺寸計算已知=66mm,=66mm,=122mm,排列方式4b 3l 2h，求、解：查表取=5，=5，=4，d=1 代入公式得 =+5=401（mm） =+5=269（mm） =+4=248（mm）（b）、制造尺寸計算 已知：=401mm，=269mm，=248mm，求L、B、H、J、F 解：查表得=3，=3，=3，=1，=6，J=35, =1 =+=401+3=404（mm） =+=401+3=404（mm） =+=269+3=272（mm） =+=269+1=270（mm） H =+=248+6=254（mm） F=+=136(mm)J=35(mm) （c）、外尺寸計算 =+4=404+4=408(mm) =+4=272+4=276(mm) = H+4=254+4=258(mm)3 繪制運輸包裝容器結(jié)構(gòu)設計圖圖4-1 運輸包裝瓦楞紙箱結(jié)構(gòu)平面展開圖4 運輸包裝設計4.1 運輸包裝容器的結(jié)構(gòu)設計4.1.1 銷售包裝在瓦楞箱內(nèi)堆碼設計從包裝物的性能和各方面的考慮，決定用0201箱型為運輸包裝。其優(yōu)點有如下：1、0201箱型的機械操作簡單，可實現(xiàn)機械化的裝箱；2、結(jié)構(gòu)性能好，能抵抗較大的抗壓強度；3、紙箱的生產(chǎn)容易，節(jié)約成本。綜合考慮紙板用量、抗壓強度、堆碼狀態(tài)、美學因素等條件，0201型箱的理想尺寸比例為1.5:1:1。銷售包裝外尺寸：長度l=66mm，寬度b=l=66mm，高度h=122mm。設長度方向上放置N1個，寬度方向上放置N2個，高度方向上堆碼N3個，針對.運輸，.高度方向上只堆放二層，即N3=2。列表2-1具體分析。. 表2-1 堆碼尺寸表放置個數(shù)N1lN2bN3h1666612221321322443198198366426426448853303306106396396732綜合考慮紙板用量，抗壓強度，堆碼狀態(tài)，美學因素等條件，瓦楞紙箱的箱體比例以L:B:H=1.5:1:1為最佳。分析表中數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)6l4b1h比較符按合。641=24=2打，統(tǒng)計相對簡便。4.2.1 瓦楞紙箱抗壓強度計算凱里卡特瓦楞紙箱抗壓強度計算公式，是以原紙環(huán)壓強度值，結(jié)合瓦楞紙箱的外周長和瓦楞種類綜合計算出瓦楞紙箱的抗壓強度。其計算公式如下其中，瓦楞紙板的綜合環(huán)壓強度px的計算公式為： （式4）式中，p是瓦楞紙箱的抗壓強度；px是瓦楞紙板的綜合環(huán)壓強度；Z是瓦楞紙箱外周長；aXZ是楞型常數(shù)；J是瓦楞紙箱常數(shù)；其中，瓦楞紙板的綜合環(huán)壓強度px的計算公式為： （式5）式中，Rn是面紙環(huán)壓強度測試值；Rmn是瓦楞芯紙環(huán)壓強度測試值；L是測試試樣長度；C是瓦楞收縮率。瓦楞紙 （式6） 紙箱的外周長計算公式為： .B0是瓦楞紙箱外寬；L0是瓦楞紙箱的外長；Z是瓦楞紙箱的外周長；為了能夠滿足瓦楞紙箱堆碼的需要和對商品的保護性。本設計中將用面紙橫向環(huán)壓強度為450N/0.152cm,瓦楞芯紙橫向環(huán)壓強度為300N/0.152cm。查表可得參數(shù)aXZ=8.36，J=0.59，C=1.532 通過式7計算周長將px等參數(shù)代入式5因此瓦楞紙箱的抗壓強度為3051N。 （式7） 式中，ps是瓦楞紙箱堆碼中承受的最大負荷；kp是瓦楞紙箱抗壓強度安全系數(shù)；G是瓦楞紙箱所裝物品的質(zhì)量；H是瓦楞紙箱堆碼高度，設計堆碼層數(shù)為8層，考慮到間隙和托盤等因素這里堆碼高度H取300cm；H0是瓦楞紙箱的高度。由于產(chǎn)品銷往國內(nèi)，物流貯存期平均在小于30天，kp=1.60，G=24kg，H0=35cm。代入式7計算得通過以上可知，,故瓦楞紙箱滿足載荷要求。.計算結(jié)果5 啤酒包裝工藝設計1包裝工藝路線的擬定 空罐檢驗清洗干燥殺菌 啤酒 殺菌罐裝 . 罐蓋 殺菌 壓蓋 封箱裝箱整理計數(shù)檢驗噴碼打印檢驗啤酒灌裝的方法分加壓灌裝法、抽真空充CO2灌裝法、二次抽真空灌裝、充CO2等壓灌裝法、熱灌裝法、無菌灌裝法等。最常用的是一次或二次抽真空、充CO2等壓灌裝法，預抽真空充CO2的灌裝方法可以減少溶解氧的含量，對產(chǎn)品的質(zhì)量影響較小。此次設計選用充CO2等壓灌裝法。 等壓裝罐法原理：等壓法灌裝，利用貯液箱上部氣室的壓縮CO2氣體，給啤酒罐充氣，使二者的壓力接近相等， 然后啤酒靠自重流入啤酒罐中。等壓灌裝法特點：1、可減少CO2損失，保持含氣飲料的風味和質(zhì)量；2、防止灌裝中過量起泡，保證包裝機計量準確。 3啤酒包裝工藝過程分析 檢驗：空罐要用人工或光學儀器逐個檢驗，不合格的剔除。 清洗：洗去罐內(nèi)外的殘留物，采用80攝氏度熱水沖洗。干燥;淋干殺菌：對空罐進行殺菌達到無菌。罐裝：采用二氧化碳等壓罐裝，灌裝時做到嚴格無菌，盡量減少酒業(yè)損失，避免酒液與空，氣接觸而氧化，吸氧量不能超過0.03mg/L，裝酒溫度在-1到3攝氏度，每罐裝量355ml8ml殺菌：對啤酒進行巴氏殺菌，殺菌溫度65-70，時間15-20min。噴碼：在產(chǎn)品表面噴印字符、圖標、規(guī)格、條碼、及防偽標志檢驗：檢驗罐裝完成的啤酒罐，不合格的剔除。裝箱：裝罐機進行裝箱，48聽/箱。檢驗：檢驗成品是否合格。2、生產(chǎn)設備流程擬定 沖罐機灌裝機檢驗臺噴印機 檢驗臺 打印機 裝箱機整理計數(shù)機4、設備的選用本設計中選用全自動易拉罐啤酒灌裝生產(chǎn)線。產(chǎn)品介紹： 該生產(chǎn)線適用于啤酒和飲料行業(yè)中的含汽易拉罐飲料的灌裝和封口，它是在消化吸收國內(nèi)外先進啤酒易拉罐灌裝、封口機的基礎上獨立開發(fā)的含汽易拉罐灌裝、封罐機組。灌裝和封罐為整體設計，灌裝系統(tǒng)動力由封罐系統(tǒng)提供，以保證二者的絕對同步和協(xié)調(diào)。.運用等壓灌灌裝原理，灌裝速度快，而且灌裝后液面穩(wěn)定物料損失少，封口質(zhì)量好、整機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、造型美觀大方、操作維修方便、生產(chǎn)速度變頻調(diào)速等特點。整線包括空罐卸垛機、輸罐系統(tǒng)、沖罐機、巴氏殺菌機、驗罐機、噴字碼機、紙箱包裝機等。主要技術參數(shù)：封口頭數(shù)：6灌裝頭數(shù)：36生產(chǎn)能力：300罐/分適用罐徑：65mm適用罐高：122160mm沖罐介質(zhì)：純凈水沖洗CO2壓力：0.51.0MpaCO2耗量：約10立方米/時灌裝溫度：45功 率：7.5Kw重 量：6000kg外形尺寸：390024001900mm裝箱機主要技術參數(shù)：型號：ZX-03Z功率：2.5KW適用紙箱：L200500W200400H150450mm裝箱速度：610箱/分鐘機械尺寸：150020002300mm機械重量：700kg封箱機主要技術參數(shù)：型號：FX-02功率：0.6KW適用紙箱：L200500W220420H150400mm臺面高度：最小650mm最大800mm封箱速度：1520箱/分鐘機械尺寸m使用氣源：67kg/cm3使用膠帶：48mm、60mm、72mm機重：180kg批酒年產(chǎn)量為5000t/年，技術要求如下： 工作時間210天/年，三班生產(chǎn)，22d/h。 每瓶重355ml； 每箱48瓶； 機器生產(chǎn)能力：1.11.5；計算：每小時生產(chǎn)能力：5000000kg（21022）=1080t/h1080kg/h 10801000g/h355g/瓶3042瓶/h灌裝機生產(chǎn)能力：3042瓶/h1.54563瓶/h裝箱機生產(chǎn)能：4503/h1.44867箱/h灌裝：由于批酒年產(chǎn)量為5000t/年，技術要求如下： 旺季：每年5月8月，每天三班生產(chǎn)，每班生產(chǎn)7小時；淡季：每年9月次年4月，每天三班生產(chǎn)，每班生產(chǎn)7小時； 每瓶重355ml； 每箱48瓶；機器生每小時生產(chǎn)能力：5000000kg（21022）=1080；產(chǎn)能力：1.11.5；灌裝機生產(chǎn)能力：1080瓶/h1.5=4563；灌裝過程中不能將灌不滿的酒瓶用人工充滿，嚴禁手接近罐口。 5.2.2 生產(chǎn)出來的啤酒包裝件的檢驗運輸包裝主要考慮以下幾個方面： 1、沖擊能量的吸收性能 2、振動能量的吸收性能3、耐壓性能4、機械搬運性能 檢測運輸包裝的合格與否，除了以上性能要求，還要有以下幾類進行判定包裝容器是否破裂：包括玻璃瓶的破裂、塑瓶的變形；內(nèi)容物是否溢出等。 檢測方法具體有以下幾種：（1） 重量測試 利用應變片重量傳感器的原理檢驗包裝件的重量。當重力作用于應變片上時，電阻相對變化率與重量成正比，把應變片接入電橋，電橋的輸出就反映出重量的大小。按照食品包裝工藝規(guī)范，實際充填量與理論充填量相差不得超過5%。（2） 堆碼壓力試驗 利用壓力試驗機測試。隨機選取包裝件樣品，檢測預定包裝件在堆碼時所承受的耐壓強度，及對內(nèi)裝物的保護性能。將樣品置于壓力試驗機兩平行板之間，壓板以一定的速度均勻施加壓力，直到試驗樣品發(fā)生變形、破裂或直到載荷或壓板到達預定值為止。然后檢查包裝件是否損壞，并作出評價。（3） 跌落試驗 利用跌落試驗機測試。隨機選取包裝件樣品，根據(jù)實際流通情況，按一個高度進行跌落試驗。試驗時提升裝置將樣品提升到預定高度，搖臂迅速釋放樣品，使其跌落，沖擊堅硬平整的底面。（4） 振動試驗利用振動試驗臺，對隨機選取的包裝件進行正弦定頻振動試驗和正弦掃頻振動試驗，模擬包裝件在流通過程中可能受到的振動影響，以檢測包裝是否起到阻震作用，評定包裝的保護能力。能夠通過以上試驗的包裝件即為合格產(chǎn)品，可以向經(jīng)銷商發(fā)貨。6 設計小結(jié)通過這次的啤酒包裝系統(tǒng)的課程設計，我明白了課本中的很多問題，理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。同時我也利用了很多課本里面的知識，可以說是對我學到東西的一個檢驗。比如說包裝的設計、尺寸的計算、紙箱強度的校核和設計的原理都在這次的設計中得到了很大的提高。此次包裝系統(tǒng)課程設計，我感慨頗多，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整三個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。這次課程設計設計是一次思維的擴展。很多東西在這次的設計中可以說是第一次遇到，但是經(jīng)過不懈的努力。終于弄出了此次的成果，或許在整個設計中還有點瑕疵，但我認為已經(jīng)做很好。很多想法是經(jīng)過了多次的修改，想問題也從原來的單調(diào)到現(xiàn)在多角度思考問題。思維也變的比以前活躍了。這次課程設計同時也豐富了我的課外知識。為了使整個設計更加的完善，我查閱了許多的資料。比如說消費者心理學，包裝的機械化操作，品牌價值的體現(xiàn)等等。在其過程中我收獲到了課堂里無法得到的東西，那就是我能力的提升。我在這次設計過程中發(fā)現(xiàn)還有很多東西都不懂，這就需要我花大量的時間去彌補。如果在平時的時候知道自己缺少什么，然后補足它，當你要用的時候就能隨心應手了。這要有一種不達目的勢不罷休的精神，或許說我設計出來的東西沒有別人的好，但是我努力了，我知足，我會不斷努力縮小我和他人的差距?？偠灾@門課程設計使我對包裝工程專業(yè)有進一步的了解和認識，在自己以后的學習和工作中做了一個很好的鋪墊。7 參