Создание линии гранулирования изделий из пищевого ПЭТ с использованием рецикльованных фракций бутылок
Линия гранулирования пищевого класса для переработанных частиц бутылок является самой сложной конфигурацией в пластиковом переработке, поскольку конечный продукт должен снова входить в прямые контакты с пищевыми продуктами, не нанося вреда здоровью человека. Австрийская технология стала мировым эталоном для этого применения, поскольку она отделяет деконтаминирование от процесса плавки. Вместо того, чтобы просить двомашковый вентиляционный экструдер выполнять всю работу по очистке, австрийская концепция располагает реактором для бактериологической деконтаминировки вакуумом перед экструдером с одним валом и с низким торможением, добавляет тонкое фильтрование плавки, контролирует показатель внутренней вязкости в режиме реального времени и завершает процесс поликонденсацией твердого тела для восстановления молекулярной массы. В результате получают переработанный гранулированный полиэтилентерефталат, который часто называют rPET, и который может применяться для производства бутылок и листов для пищевого упаковки.
В этой статье объясняется, как на каждом этапе от входящего рулона PET бутылок, оставшихся после потребления, до однородной сумки гранулированного пищевого сырья, проектируется такая линия. Мы рассматриваем техническое значение австрийского маршрута и сравниваем его с более традиционным методом раскрывания двойных винтов плюс башня твердо фазной поликонденсации, детально рассматриваем каждый технологический этап с использованием температуры, давления, времени пребывания и ключевых контрольных точек, перечисляем спецификации качества, разделяющие сырье пищевого класса и непищевого класса, а также документируем систему соблюдения, построенную на основе директив ЕС 2022/1616, ЕС 10/2011, EFSA, FDA 21 CFR и Китая GB 4806.17. Мы также приводим данные по пропускной способности и потреблению энергии, таблицу поиска неполадок и структуру относительных расходов, где используются только качественные уровни, а не абсолютные цифры.
Будет ли у вас установлена новая завод по переработке отходов, модернизирована существующая линия стирки или создан отчет для получения разрешения на использование продукции в контакте с пищевыми продуктами? Ниже представлена логика процесса, которую ожидают регулирующие органы и владельцы торговых марок. Компания Polyretec, принадлежащая заводу Wanplas, создает такие системы, объединяя австрийский опыт в области технологий с масштабным производством в Китае, и описанные здесь технические принципы применяются в рамках диапазона производительности от 500 до 3000 кг/ч, обсуждаемого в дальнейшем.
Что определяет австрийскую технологию линии переработки PET-продуктов пищевой категории
Фраза «австрийская технология» в случае переработанного ПЭТ относится к философии процесса, ставшей известной в Центральной Европе для вторично используемого переработки бутылок. Ее определяющей идеей является то, что загрязнения удаляются преимущественно в твердом состоянии под вакуумом, прежде чем полимер растворяют. Это предохраняет полимер от термического и механического разрушения, а шаг дезактивации имеет длительный контролируемый срок действия. На линии гранулирования пищевого ПЭТ, построенной основанно на этой философии, пять элементов работают совместно как система.
Первым элементом является предварительная обработка в реакторе под вакуумом, бак, в котором очищенные и просушенные пеллеты находятся под низким абсолютным давлением, обычно от 1 до 3 миллибар, и при температуре от 200 до 215 градусов по Цельсию в течение 30-90 минут. Волатильные загрязнения, такие как растворители, масла и запаховые соединения, диффундируют из твёрдых пеллет и выпаряются под действием вакуума. Это единственный наиболее важный этап для получения заключения о неприкаянности, поскольку в контрольных тестах за данными нормами регламент установляет точное удаление загрязнителей именно в этих условиях процесса.
Второй элемент — низкошаровая экструзия с одним шнеком. После реактора гранулы уже обеззаражены, поэтому экструдеру нужно только плавлять, гомогенизировать и формировать нить или гранули. Низкошаровой шнек с отношением длины к диаметру от 30 до 36 минимизирует разрушение молекулярных цепей и поддерживает стабильный интрузисный вязкость. Это в отличие от двухшнековой экструдера с отдувкой, который должен одновременно обеззараживать и плавлять материал в одной машине и поэтому подвергает его более высокому перекрестному сопротивлению и более изменяемому времени пребывания.
Третьим фактором является фильтрация расплава. Лазерно перфорированная сетка с отверстиями размером от 40 до 80 микрометров, установленная в непрерывном автополирующемся фильтре, удаляет гели, окисленные частички и твердые загрязнения из расплава, прежде чем он достигнет матрицы. Фильтр контролируется по давлению, чтобы сетка автоматически очищалась без остановки производства.
Четвертый фактор – это мониторинг интрузисной вязкости и вязкости расплава. Поскольку пищевой рПЕТ жив или мертв благодаря своему молекулярному весу, линейка непрерывно измеряет вязкость расплава, используя капиллярную реологию или электронный сенсор для давления в засовке. Любое отклонение вызывает сигнал тревоги и регулировку процесса, что защищает стадию поликонденсации в твердом состоянии и конечного потребителя.
Пятым компонентом является твердофазное поликонденсация или SSP. После гранулирования гранулы хранятся при температуре от 200 до 215 градусов Цельсия под азотом или вакуумом в течение от 6 до 14 часов. Это восстанавливает внутреннюю вязкость с 0,70-0,80 до 0,85 дл/г и обеспечивает окончательный запас санитарной безопасности. В общей сложности эти пять этапов образуют технологический маршрут, который надежен, поддается аудиту и признан органами регулирования в области пищевой безопасности при условии его надлежащего документирования.
Австрийский маршрут в сравнении с традиционным двойным винтовым вакуумным системой плюс традиционным одиночным винтовым вакуумным система
Большинство линий высокой пищевой ценности в мире основаны на одной из двух архитектур. Австрийская схема, описана выше, обеспечивает очистку на первой ступени в специальном вакуумном реакторе и использует мягкий однонаправленный экструдер. В традиционной схеме очистку проводят на эвентрированном экструдере с кочесыванием, затем пеллеты направляют в непрерывную башню твердотопливной поликонденсации. Оба метода могут обеспечивать пищевую безопасность продукта, но они отличаются допустимыми значениями нагрузок, чувствительностью и капитальными затратами.
Двушнековая сегрегаторная линия объединяет обеззараживание, плавление, девольатилизацию и отвод в одном устройстве. Ее преимущество заключается в более компактных габаритах и в одном непрерывном этапе плавления. Недостатком является то, что обеззараживание во многом зависит от консистенции сырья и от производительности вакуумного извержения во время экструзии, при которой время прохождения невелико, а напряжение большой. Одношнековая низконапряженная экструдер, в свою очередь, работает при меньших нагрузках и сохраняет удельную вязкость, но не может обеззараживать сам по себе, и именно поэтому австрийская линия должна включать дополнительный реактор.
В таблице ниже подробно описаны основные различия, которые владелец заводов должен учитывать при выборе конструкции. Сопоставление выполнено с учетом инженерных показателей, а не под конкретные торговые марки, поскольку ценность австрийской концепции заключается в логике процесса, а не в какой-либо из отдельных производителей.
| Размерный контроль | Австрийский маршрут: реактор плюс низкообработка одиночным винтом | Традиционный вариант: двойной винтовый отвод и башня SSP |
|---|---|---|
| Основная стадия дезактивации | Реактор вакуумной обработки, 1-3 мбар, 200-215°C, 30-90 мин | Двойной винтовый экструдер для сбраживания изотопов с зоной деволатилизации, коротким периодом пребывания |
| Тип и разрывки экструдера | Экструдер с низким крутящим моментом, коэффициент L/D от 30 до 36, мягко воздействует на IV компоненты | Совместно вращающиеся двухвинтовые экструдеры, с более высоким сжимом, с более высокими дисперсионными свойствами. |
| Кontrol внутренней вязкости | IV сохраняется при экструзии, после восстановления в SSS. | IV может уменьшаться в зоне вентиляции, после восстановления в SSS. |
| Чувствительность к колебаниям подачи | Понижение — реактор обеспечивает длительный контролируемый буфер | Более высокая, отдушивание зависит от постоянной подачи и вакуума. |
| Базальт против непрерывного процесса. | Реактор работает в batch-режиме, экструзия и ССБ – в непрерывном режиме. | Прессование и башня SSP функционируют непрерывно. |
| Отпечаток | Более крупный, поскольку используется реактор и буферные silo-цистерны. | Более компактная сечение расплава. |
| Ясность отчитывания для проверки | Очень простая стадия обеззараживания, которую можно в точности смоделировать | Распределение дезинфекции между экструдером и башней |
| Относительные капитальные затраты | Высокий до очень высокий | Высокий до очень высокий |
Ни одна из перечисленных выше методик не является единственно лучшей. Австрийская реакторная технология превосходит по ясности контроля и стабильности V, поэтому часто применяется для производств, работающих на основе файлов «от бутылки к бутылке». Технология двойного винтового проветривания превосходит по компактности и непрерывному потоку. Правильно спроектированная линия гранулирования пищевого полиэтилена должна выбираться на основании качества сировины, целевого рынка и доступной площади помещения, и в конечном итоге многие предприятия объединяют элементы обеих технологий.
Полная цепь процесса от бала до пищевых гран для удобства
Инвестиции в передовые сортировочные технологии обычно окупаются за 7—11 месяцев благодаря повышению цен на фрагменты, снижению удельного количества отходов и доступу на рыночные сегменты высокой ценности.
| Свернутая кривая: небольшое количество грубой пыли в зерновых. | Этап | Ключевой параметр | Ключевое точка контроля |
|---|---|---|---|
| 1 | Открытие и предварительная сортировка тюков. | Ручной плюс НИР, обнаружение металла, диффузионная камера. | Снимите не-PET, ПВХ, металл на уровне скипа. |
| 2 | Влажная дробление | Зазор между ножами 0,2-0,5 мм, решетка 10-14 мм | Равномерность размеров зерен, низкое содержание примесей. |
| 3 | Горячий каустик очистка | NaOH 1-3 процента, 80-90 °C, 10-20 мин | Снимите клей, масло, этикетки из ПВХ. |
| 4 | Трибочная мойка и удаление ярлыков с высокой скоростью | Высокая скорость вращения и мойка по встречному потоку | Удаление этикеток и остатков на поверхности |
| 5 | Разделение растворимого и всплывающего | ПЭТ 1,38 г/см3 тонет, ПЕ/ПП 0,90–0,96 плавает, >99% | Эффективность разделения полиолефинов |
| 6 | Промывка и обезвоживание центрифуги | Влажность до 1–3% | Оставшаяся каустическая соль, перелив воды |
| 7 | Сушка горячим воздухом. | 150−170° по Цельсию. | Влажность ниже 50 частей на миллион до экструзии |
| 8 | Сортировка по цвету комков | CCD-камеры плюс NIR | Удалить нежелательные шлифовальные отходы, металл, ПВХ. |
| 9 | Кристаллизация | От 170 до 185 °C, взвешенная струя, кристалличность >40% | Предотвращение сцепления, достижение перехода из аморфного в кристаллическое состояние. |
| 10 | Реактор для вакуумной дезактивации | от 1 до 3 мбар, от 200 до 215 градусов Цельсия, от 30 до 90 минут | Основная дезинфекция изделий пищевой категории |
| 11 | Экструзия с низким крутящим моментом | Коэффициент L/D 30–36; температура расплава 265–285 градусов Цельсия; вакуумирование | IV устойчив, без снижения качества. |
| 12 | Очистка плавильного материала. | Лазерный экран с размером от 40 до 80 микрометров, с обратной форсункой, регулировка давления | Чёрные точки, удаление геля |
| 13 | Мониторинг интрузисной вязкости и вязкости расплава в режиме онлайн | Капиллярная реологическая или метод на основе давления расплава | Непрерывная проверка IV |
| 14 | Подводное гранулирование и обезвоживание | Водяное кольцо или подводная резка, сушка центробежным способом, скрининг. | Форма гранул, без агломерации |
| 15 | Диффузный переход твердого состояния в воздух для удаления | 200–215°C, N2 или вакуум, 6–14 ч, IV 0,70–0,80–0,85 | Процесс окончательной дезинфекции и очистки. |
| 16 | Гомогенизация, отделение металла, упаковка. | Смесительный бункер, металлоискатель, автоматическая загрузка в мешки | Унификация партии и отслеживаемость партии. |
Остальные разделы рассматривают каждый подкластер этапов подробнее. Условия очистки влияют на то, видит ли реактор и экструдер загрязнение; условия реакции и кристаллизации определяют безопасность продуктов питания; условия экструзии и фильтрации влияют на чистоту гранулята; а условия гранулирования и поликонденсации твердого состояния определяют конечные показатели.
Стадии чистки и предварительной обработки
Отдел чистки – это место, где решается большинство проблем с пищевой продукцией. Реактор для дезактивации не в состоянии удалить клей, бумагу или этикетки из ПВХ, поэтому они должны быть удалены выше по течению. Австрийская технология предполагает использование высококачественной моченной спирали, а восемь этапов очистки, представленных ниже, являются минимальным составом, обеспечивающим ее доставку.
Отключение снопов и предварительная сортировка.
ПЭТ после употребления поступает в виде сжатых балок. Избавитель балок распускает пакет, и подвижная лента перемещает бутылки к ручным сортировщикам, которые удаляют целое не-ПЭТ, многослойные пакеты и очевидные загрязнения. Затем берет на себя автоматизированная сортировка: сортировщик ближнего инфракрасного диапазона (НИР) определяет тип полимера по его спектру поглощения и выталкивает не-ПЕТ фракции; металлодетектор и отделитель по токовому эффекту удаляют размерные фракции из хромистой, нехромистой и нержавеющей стали. Предварительная сортировка в этот момент предохраняет каждое последующее устройство от повреждения и выводит из потока избыток ПВХ, который имеет плотность близкую к ПЭТ, прежде чем станет поздно.
Мокрая дробление
Бутылки измельчаются в мокром состоянии, при этом вода заливается в камеру резания. Влажное измельчение препятствует образованию пыли, охлаждает ножи и запускает процесс смягчения этикеток. Расстояние между ножами задается узким, в пределах 0,2–0,5 мм, а дифференцирующий экран составляет 10–14 мм, поэтому в результате получаются относительно однородные частицы, а не смесь пыли и кусочков. Тight-контроль расстояния между ножами является важным показателем качества: слишком широкое расстояние приводит к образованию грубых частиц, которые трудно отмывать, а слишком узкое — к увеличению количества тонкоизмельченной фракции, что вызывает увеличение нагрузки на обработку воды и снижение выхода.
Горячая каустическая мойка
Крупинки попадают в горячую щелочную ванну с гидроксидом натрия в концентрации от 1 до 3 процентов, при температуре 80-90 градусов по Цельсию в течение 10-20 минут. Этот этап гидролизует клеи, которые держат этикетку на бутылке, нарегулирует масла и остатки пищи и помогает отделить ПВХ-шнуры. Температура и концентрация должны быть сбалансированы: слишком слабая и этикетки остаются на месте; слишком активная, и поверхность ПЭТ погладется, повысится уровень ацетальдегида и снизится цветовое значение L-star. Смывательная вода непрерывно фильтруется, а щелочь пополняется, чтобы поддерживать в ней необходимую концентрацию.
Мышечный дождевой душ и быстрая очистка этикеток
После обкатки в летучую краску механическим методом каустическая пропарка позволяет удалить этикетки, тонкие волокна бумаги и загрязнения с каждой фракции. Здесь можно вставить высокоскоростный вертикальный детектор этикеток для удаления упорного сырого материала. Чистота отхода, измеренная через мутность растворителя, является хорошим показанием того, насколько чисты фрагменты, перед их разделением.
Разделение спуска и всплыва.
PET имеет плотность около 1,38 г/см3, в то время как полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен, всплывают с плотностью от 0,90 до 0,96 г/см3. В резервуаре, заполненном водой, PET опускается на дно, а полиолефины поднимаются к поверхности, где скимеры удаляют их. При правильной настройке стадии «поточная – всплывающая» достигается эффективность разделения более 99%, что имеет значение, поскольку загрязнение полиолефинами выше 10 ppm может затуманить пленку и ослаблять переработанный гранулат. Разделение по плотности – это самый дешевый и надежный способ отбраковки большинства летучих субстанций.
Промывка и обезвоживание центрифуги
Осмотреть стены очищаемого помещения, скосны бельевого бункера и сетчатого оборудования. После окончания процесса необходимо очистить помещение, бункер и сетку.
Сушка горячим воздухом
Сушилка на горячем воздухе отводит влагу с уровня 1-3% на поверхности хлопка до уровня ниже 50 г/л, прежде чем он попадает в кристаллизатор. Температура воздуха составляет 150-170°С. Сушка ниже 50 г/л необходима, так как вода в реакторе гидролизует цепи ПЭТ и снижает внутреннюю вязкость; диаграмма распределения влаги является частью протокола испытаний по определению пригодности.
Сортировка фракций по цвету
Итоговый портал очистки является оптическим. Цветовой сортер CCD с инфракрасным подтверждением сканирует каждый порошок с высокой скоростью и отбрасывает нецветные порошки, любые оставшиеся металлические частицы и любые пропущенные ПВХ. Цветовая сортировка повышает значение L-звезды и устраняет желтизну, поэтому пищевая рПЭТ может достичь значения L-звезды более 78-х и b-звезды ниже 4-х. В комбинации с вышестоящими стадиями этот вариант обеспечивает очищенность порошков, достаточную для вакуумного реактора.
Кристаллизация и реактор вакуумной деконтаминации
Аморфные фрагменты ПЭТ при температуре около 70-80 градусов Цельсия мягкие и прилипают друг к другу, что значительно ниже температуры, необходимой для дезактивации. Поэтому их необходимо кристаллизовать перед любым высокотемпературным процессом. Кристаллизация проводится в нагретой, аккуратно перемещаемой ванне при температуре 170-185 градусов Цельсия, чтобы фрагменты оставались в движении и не могли слипаться. По мере повышения кристалличности материал приобретает более высокий точку плавления и может переносить температуру реактора без блокировки оборудования.
Реактор вакуумной дезактивации является основным элементом австрийской системы дезактивации пищевого сырья. Чистые, сухие, кристаллизованные частицы загружаются в емкость для партионного погружения, которая вакуумируется до абсолютного давления от 1 до 3 мбар, а температура повышается до 200-215 °C на период обработки от 30 до 90 минут. При таких условиях летучие загрязнения диффузируют из внутренней части полимера к поверхности и удаляются вакуумным потоком. Поскольку частицы являются твердыми, происходит почти никакого трения, а гидролиз практически отсутствует, поэтому сохраняется внутренняя вязкость, а загрязнения отходят.
Данный стадий реактора представляет собой контрольное испытание модели. Когда в документе описано снижение содержания загрязнителей, условия моделированного процесса должны соответствовать реальному реактору, поэтому завод фиксирует давление, температуру и время пребывания для каждой партии. Письмо об отсутствии возражений от EFSA или FDA фактически является подтверждением того, что эта стадия обеззараживания, подтвержденная контрольным испытанием, удаляет загрязнители до безопасного уровня. Операторы относятся к реактору как к проверенному агрегату: любой отказ в давлении или температуре вызывает процедуру остановки и проведения проверки, а не тихого продолжения работы.
Низкое трение при однозарядной экструзии и фильтрации расплава.
После реактора пласты деконтаминируются, но остаются твердыми. Признаком работы экструдера является плавление, мягкое смешивание и формирование чистого расплава. Используется односкоростной экструдер с отношением длины барабана к его диаметру, равным 30-36, при температуре расплава 265-285 градусов Цельсия и вакуумной вентиляции для удаления последних следов влаги и летучих веществ. Нежная конструкция шнека предотвращает раздвоение цепочки, которое приводит к ухудшению калории расплава, и сохраняет стабильную внутреннюю вязкость в стадии растворения.
Сметационная фильтрация размещается между экструдером и пресс-форми. Строится лазерно перфорированный экран с отверстиями размером от 40 до 80 микрометров, помещенный в непрерывный фильтр с рекуперацией отходов. Когда диафрагмальный разница давлений вблизи экрана увеличивается, небольшое количество расплава направляется назад через экран, что позволяет удалить выпавшие твердые вещества в резервуар для отходов, не вызывая при этом остановки линии. Это защищает пресс-форму, стабилизирует качество гранул и позволяет ограничивать количество черных включений до 3 г/кг. Фильтр является одним из наиболее сложных в обслуживании элементов линии. Интервал рекуперации отходов является прямым показателем того, насколько чистыми являются пищевые гранули.
Мониторинг интрузисной вязкости и вязкости расплава в режиме онлайн замыкает цикл. Капиллярный реометр или метод инервации давления расплава непрерывно измеряют вязкость и преобразовывают ее в интрузисную вязкость. Поскольку процесс СШП позже повышает интрузисную вязкость, целевая цель экструзионного процесса состоит в том, чтобы оставить запас мощности; монитор просто гарантирует, что расплав находится в правильном интервале и что никакое тепловое событие не ухудшает свойства полимера. Поток данных от этого монитора записывается и становится частью банка данных о безопасности продуктов (фуд-рейк) для каждого лоту.
Подводная грануляция и твердофазная поликонденсация
Процеженная расплавная смесь проходит через патрон и разрезается на гранулы. В системе подводного или водосливенного гранулирования волокна разрезаются на поверхности патрона вращающимися ножами, а гранулы охлаждаются водой, затем отделяются центрофугирующим сушилкой и классифицируются на вибрационном ситом. Разрезы должны быть чистыми: если расстояние между ножами и патроном или температура воды неправильно выбранны, гранулы вытягиваются или слипаются в комки. Устойчивость размеров гранул имеет значение на этапе ССО, поскольку одинаковые частицы качественно скрепляются и нагреваются равномерно.
Солидная поликонденсация – это заключительный этап наращивания молекулярной массы. Пельтеты держатся при температуре от 200 до 215 градусов Цельсия под азотной завесой или в вакууме в течение 6–14 часов. В твердом состоянии концовые звенья цепи реагируют, обеспечивая наращивание полимера и повышение внутренней вязкости с 0,70 до 0,80 до 0,85 дл/г. ССП также обеспечивает последнюю меру деконтаминирования, поскольку высокие температуры и инертная или вакуумная атмосфера выводят остаточные леткие вещества. Время пребывания и атмосферные условия точно контролируются, и исходная внутренняя вязкость измеряется, прежде чем материал переходит на гомogenization. ССП является причиной, по которой линия может выпускать пеллет лекарственного класса, даже если исходные фракции начинают с внутренней вязкости 0,68–0,76 дл/г.
Гомогенизация, отделение металла и упаковка.
Бадья реакторов и партии SSP помещаются в смесительный резервуар для получения конечного продукта с постоянной вязкостью, цветом и уровнем загрязнений в пределах всей партии. Металлический сепаратор сканирует перемещаемые гранулы, чтобы обнаружить все фрагменты железа или других металлов, которые могли попасть в нее при износе, а автоматический станция для упаковки в баги или большие мешки помещает продукт с кодировкой партии. Отслеживаемость — это требование к продукции пищевой промышленности: в каждом пакете возможно отследить источник партии, бадью реактора и партию SSP. Именно в этом сфере проявляется дисциплина стандартов ISO 22000 и HACCP на заводе.
Основные спецификации качества: гранулы из кормов vs полученные гранулы
Отличия между гранулами из пищевого сырья и обычными переработанными гранулами определяются строгими спецификациями. В таблице ниже приведены типичные задачи, которые покупатель или регулятор могут поставить, сравнивая поступающий очищенный шлак с исходящей гранулами. Эти цифры будут соответствующими для коммерческих гранул из пищевого рПЕТ и должны быть подтверждены в контексте конкретного досье и заявки.
| Параметр | Корм в виде гранул | Гранулы | Отметить наличие существующих проблем: скачки напряжения, высокий ток, недостаточный вакуум, протечки уплотнений, необычные шумы. |
|---|---|---|---|
| Внутренняя вязкость (ИВ) | 0,68-0,76 дл/г | 0,76-0,85 дл/г | Возросло благодаря SSP |
| Влажность перед экструдированием | Ниже 50 пг/мл | Конечный продукт менее чем 0,2 %, | Защищает IV. |
| Ацетальдегид (AA) | Минимализируется при помощи процесса. | Не более 1 части на миллион | Требование к сырьевой массе бутылок |
| Цвет L star | Регулируется сортировкой | Выше 78 | Яркость. |
| Цвет b star (жёлтизна) | Регулируется сортировкой | Ниже 4 | Низкая желтизна |
| Черные комки | Снимите с помощью фильтрации. | Ниже 3 г/кг (от 0,1 до 0,4 мм) | Управление содержанием геля и содержанием углерода |
| Содержание ПВХ | Ниже 50 пг/мл | Ниже 50 пг/мл | Критический загрязнитель |
| Содержание полиолефинов | Меньше 10 ppm | Меньше 10 ppm | От бассейна, переходящего в плавник |
| Содержание клея. | Ниже 30 ppm | Ниже 30 ppm | Из струйного моечного оборудования. |
| Содержание металла. | Ниже 5 ppm | Ниже 5 ppm | От разделения |
| Точка плавления | 245–255 градусов Цельсия | 245–255 градусов Цельсия | Измеренное значение DSC |
| Кристаллизация (DSC) | ДАННЫЕ ПРИОБРЕТЕНЫ ОРГАНИЗАЦИЕЙДСК | ДАННЫЕ ПРИОБРЕТЕНЫ ОРГАНИЗАЦИЕЙДСК | Проверка согласованности |
Эти ограничения не являются произвольными. Ацетальдегид ниже 1 ppm сохраняет гранулы подходящими для водяных и газированных напитков, где потребители отвергают нежеланный привкус. Пределы нахождения черных потёков и ПВХ защищают ясность пленки и стабильность процесса. Цельовые значения цвета позволяют использовать рПЭТ без корректировки базового материала. Линия гранулирования пищевой рПЭТ конструирована таким образом, что каждый из этих параметров соответствует в каждом лоте.
Рамка соответствия пищевой безопасности
Рециклируемый полиэтилентерефталат пищевого качества — это регулируемый материал, и линия должна быть способна поддерживать досье по соответствию на всех рынках, которые она обслуживает. Схема распространяется на Европу, Соединенные Штаты и Китай и укрепилась стандартами управления, охватывающими весь завод.
Европейский союз: Регламент ЕС 2022/1616, регламент ЕС 10/2011 и EFSA.
В Европейском союзе вторичное пластик, предназначенный для контакта с пищевыми продуктами, регулируется положением 2022/1616, нормативным актом, который заменил более старое постановление ЕС 282/2008 и устанавливает правила для вторичных пластмассовых материалов и изделий. Основой для регулирования контакта пищевых продуктов с пластиком является Регламент ЕС 10/2011, в котором определяется положительный список разрешенных веществ и предельные концентрации мигрирующих веществ. Европейская организация по безопасности пищевых продуктов (EFSA) оценивает процессы утилизации с помощью испытания на выносливость: она изучает, какие загрязняющие вещества должны быть удалены в процессе переработки, и в какой степени это должно быть сделано. Затем EFSA составляет научное заключение, и в случае положительного результата национальный орган может предоставлять разрешения на использование переработанных материалов. Австралийская линия, по которой осуществляется утилизация, построена таким образом, чтобы условия в реакторе соответствовали модели, разрабатываемой EFSA.
США: FDA 21 CFR и письмо о беззаявительном согласии
В Соединенных Штатах использование ПЭТ в контакте с пищевыми продуктами регулируется положениями FDA 21 CFR, которые разрешают полиэтилентерефталат для многократного использования в контакте с пищевыми продуктами. Что касается переработанного ПЭТ, то Управление по контролю за продуктами и лекарствами выдает письмо без возражений после рассмотрения химического заявления, в котором показано, что процесс переработки удаляет загрязнители до уровня, не вызывающего опасений. Общие сведения о химии для переработанных пластмасс Управления по контролю за продуктами и лекарствами описывают, как проектировать и отображать испытательный период. Австрийский ректорный путь соответствует этому пути, поскольку его этап деконтаминирования изысканных партий легко квалифицировать и валидировать.
Китай: GB 4806.7 и GB/T 40006.1
В Китае, материалы и изделия, приходящие в контакт с пищевыми продуктами, регулируются по стандарту GB 4806.7, который устанавливает требования безопасности к пластиковым материалам и изделиям в контакте с пищевыми продуктами. Рециклируемые пластики, включая рециклированный ПЭТ, рассматриваются в национальном стандарте серии GB/T 40006.1, в котором определяется терминология, классификация и требования к переработанному полиэтилентерефталату. Линия, экспортирующая или работающая в Китае, должна подготовить документы по процессам в соответствии с указанными стандартами.
Стандарты управления: ISO 22000, HACCP, BRCGS
Помимо официальных требований, предприятия пищевой промышленности используют системы управления безопасностью пищевых продуктов. Стандарты ISO 22000 и HACCP позволяют проводить анализ опасностей и контролировать ключевые стадии производства, благодаря чему записи о давлении и температуре в реакторе трансформируются в управляемую систему обеспечения пищевой безопасности. Сертификация BRCGS для упаковочных материалов предоставляет признанную сертификацию, которой все чаще требуют производители брендированных ПЭТ-изделий. Отслеживание партии, контроль качества и документирование отклонений – это практический результат применения этих стандартов на производственной площадке.
Стандарты, представленные ниже, сохраняются в явном виде в данной статье, поскольку они являются отсылками, а не щелкающимися ресурсами. Они образуют основу соответствия, которую линия гранулирования пищевого ПЭТ должна быть в состоянии демонстрировать.
| Рынок | Основной стандарт | Что оно охватывает? | Роль линии |
|---|---|---|---|
| Европейский союз. | EU 2022/1616 и EU 10/2011 | Разрешение на использование переработанного пластика и ограничения контакта с пищевыми продуктами | Предоставьте условия проведения испытаний EFSA. |
| Соединенные Штаты | FDA 21 CFR | ПЭТ для контакта с пищевыми продуктами и путь NOL из переработанного ПЭТ | Поддержка химического досье в соответствии с требованиями FDA. |
| Китай (завод Wanplas) | GB 4806.7 и GB/T 40006.1 | Безопасность пластмас для контакта с пищевыми продуктами и спецификации переработанного ПЭТ | Отвечает национальным требованиям к переработанному PET. |
| Глобальное управление | ISO 22000 и ХАССП | Система управления безопасностью пищевых продуктов | Документируйте ССС и прослеживаемость. |
| Прием бренда. | Упаковка BRCGS | Сертификация упаковочного материала. | Сдала независимые аудиторские проверки |
Методология эксперимента с суррогатом.
Вызова-вымерка в качестве эксперимента с замещением целиком строится на научных основаниях в каждом досье, относящемся к пищевым товарам. Так как реальные пищевые загрязнители слишком разнообразны, чтобы проводить их непосредственные тесты, регулирующие органы используют набор модельных соединений, называемых заместителями, поведение которых в процессе переработки соответствует поведению самого опасного вида загрязнителей. Очищенные отходы вводятся примесью замещающих соединений, проводится процесс переработки, а уровень остаточного материала измеряется в готовом пеллете. Уровень эффективного удаления должен превышать установленный предел, чтобы этот процесс был принят.
Было установлено, что типовая смесь имитаторов состоит из шести классов: толуена, хлорбензена, фенилциклогексана, бензофенона, метилового салицилати и солей меди. Толуен и хлорбензен представляют собой портативные низкомолекулярные примеси; фенилциклогексан представляет собой неорганический, неполярный имитатор, который трудно удалить; бензофенон и метиловой салицилат представляют соединения с средней полярностью; а солевые примеси имитируют неорганические, непортативные примеси. Порошки, в которых вводят имитаторы, предварительно обрабатывают, например, на 40 °C в течение 14 дней, чтобы имитаторы могли пропитать полимер и имитировать реальные примеси, залежавшиеся в бутылке.
В приведенной ниже таблице представлены образцовые показатели заместительной среды, условия моющего раствора и обычно требуемая эффективность удаления загрязнений. Эти значения иллюстрируют стандартные схемы испытаний и должны быть подтверждены в соответствии с индивидуальными протоколами EFSA или FDA, применяемыми в данном случае.
| Заменитель. | Представленный класс | Осушаем. | Необходимая эффективность удаления |
|---|---|---|---|
| Толуен | Легковосстановимые, неполярные. | 40 градусов по Цельсию, 14 дней. | Более 99 процентов |
| Хлоробензол | Восстанавливаемые, с хлорированными соединениями | 40 градусов по Цельсию, 14 дней. | Более 99 процентов |
| Фенилциклогептан | Невоспламеняемые, неполярные | 40 градусов по Цельсию, 14 дней. | Более 99 процентов |
| Бензофенон. | Промежуточный полярность | 40 градусов по Цельсию, 14 дней. | Более 99 процентов |
| Метилсалицилат | Промежуточный полярность, эстер | 40 градусов по Цельсию, 14 дней. | Более 99 процентов |
| Медный соль. | Неорганические, невоспламеняющиеся вещества | 40 градусов по Цельсию, 14 дней. | Более 90 процентов |
Основной причиной, по которой в сборниках используются данные об австрийском реакторе, является то, что единственный хорошо изученный вакуумный этап занимает большую часть процесса удаления, что делает математическую модель прикладного испытания простой и обоснованной. 40-градусная температура и 14-дневное выдержание гарантируют равномерное распределение суррогатов по слою, а измеренное остаточное количество после процесса сравнивается с консервативным уровнем поглощения, принятым при расчетах безопасности.
Производственная мощность и потребление энергии
Линия гранулирования пищевого PET предлагается в нескольких уровнях пропускной способности. Наиболее распространенные — 500, 1000, 1500, 2000 и 3000 кг / ч ввода в форме гранул жестяных пляшок. Более крупные линии обеспечивают экономию за счет масштаба, а меньшие линии подходят для региональных скупщиков и пробной продукции. В таблице ниже приведены представительные значения установленной мощности и потребления энергии на единицу продукции для каждого уровня; цифры являются типичными и должны быть подтверждены в окончательном списке оборудования.
| Тип мощности (кг/час). | Обычная установленная мощность (кВт) | Специфическая энергия (кВтч/кг) | Коэффициент повторного использования воды |
|---|---|---|---|
| 500 | Около 380-450. | 0,40−0,45 | Выше 90 процентов |
| 1000 | Около 620-720. | 0,34–0,40; | Выше 90 процентов |
| 1500 | Около 880-1000. | 0,32–0,38 | Выше 90 процентов |
| 2000 | Около 1150–1300 | от 0,30 до 0,35 | Выше 90 процентов |
| 3000 | Около 1600–1850 | 0,28–0,33 ккал/кг | Выше 90 процентов |
Вода является основной проблемой при эксплуатации. Система очистки воды с замкнутым циклом собирает воду для мойки и ополаскивания, удаляет взвешенные твёрдые частицы и каустик и возвращает более 90% ее в линию, при этом достаточно лишь небольшого количества добавленной воды для восстановления жидкости. Отработанная фракция обрабатывается по показателю химического потребления кислорода (КПК) и по взвешенным твёрдым частицам (ВТЧ) перед выгрузкой с объекта, обычно посредством комбинации нейтрализации, флокуляции, биологической очистки и фильтрации. Поскольку в данной статье акцентируется внимание на процессе прессования с помощью «пиалув», а не на контроле пыли в зале дробления, водная система описана здесь только на том уровне, который необходим для показа того, что линия полностью самообслуживаема.
Израсходованная энергия в основном приходится на кристаллизатор, нагреватели вакуумного реактора, привод экструдера и печи SSP. Уровень энергоемкости составляет от 0,28 до 0,45 кВт·ч/кг. Этот показатель относят к среднему или высокому диапазону за счет передового очистки и точного контроля четвертого класса, однако можно улучшить этот показатель за счет рециркуляции тепла из охладительной системы SSP и выхлопа сушильного оборудования.
Руководство по устранению неисправностей
Даже хорошо спроектированная линия при генеральной профилактической проверке выявляет неисправности. Приведенная ниже таблица взаимосвязывает наиболее распространенные дефекты пищевого сорта по причине, которая их вызывала, и корректирующие меры, которые должен принять оператор. Это технические диагнозы; каждый из них следует подтвердить путем сопоставления с руководством по эксплуатации оборудования и проверенных интервалами процесса, прежде чем вносить изменения.
| Симптом. | Вероятная коренная причина. | Меры корректировки |
|---|---|---|
| IV Скоротечное изменение качества. | Влажность выше 50 ppm или температура в бочке. | Проверяйте сушилку, понижайте температуру расплава, проверяйте атмосферу PSS. |
| Пеллеты желтого цвета. | Остаточная каустическая сода, слишком длительное время пребывания в реакторе, тепловая история | Усовершенствуйте промывку, сократите время действия реактора, проверьте цветовой сортер. |
| Чёрные точки превышают установленные лимиты | Фильтровая сетка слишком груба или режим задней промывки не эффективно. | Натяжение до 40–80 микрометров, инспекция обратной промывки, пересмотр подачи. |
| Слишком высокий уровень ацетальдегида. | Избыточный тепловой воздействие в экструзии или SSP. | Уменьшить температуру плавления, сократить срок сжигания, проверить охлаждение; |
| Агломераты кристаллизованного материала | Недостаточное перемешивание слоя, превышение температуры | Увеличение скорости смешивания, снижение заданного значения, проверка степени задержки |
| Фильтр часто забивается. | Вкратце грязное сито, образование геля. | Усиление мойки подготовительного типа и сортировки по цвету, увеличение степени рециркуляции |
| Прядь расплетается на матрице. | Зазор между ножом и питателем, температура воды, изменение вязкости расплава. | Настраивать нож, температуру охлаждающей воды, повторно проверять индикатор смены чистого сорта. |
| Подводные гранулы агломерируются | Плохое обезвоживание, затуманивание сита | Отновление центрифуги, очистка фильтра, проверка уровня воды. |
Причина большинства этих неисправностей заключается в качестве питательной смеси. Чистые, сухие и хорошо сортированные частицы редко вызывают пр заботы с экструзией или фильтрацией; реактор и кристализатор ломаются только тогда, когда линия промывки пропускает загрязнения. Вот почему австрийский способ обработки предварительной линии промывки и линии гранулирования рассматривает их как единую интегрированную систему, а не две отдельные машины.
Структура затрат в относительных значениях.
Покупатели часто просят показать стоимость, но абсолютные цифры зависят от места расположения, цены на коммунальные услуги, транспортных издержек и объема работ, поэтому в настоящей статье стоимость показана только на относительном уровне. Указанные уровни — низкий, средний, высокий, очень высокий и премиум — предназначены для сравнения между отдельными участками, а не как проформа.
| Строительный элемент | Относительный уровень | Комментарии. |
|---|---|---|
| Открытие и предварительная сортировка тюков. | Середний | Ручной плюс НИР сортировка. |
| Мойка и разделение | Средний до высокий | Кислотный, обработка воды, центрифуги. |
| Кристализатор и вакуумный реактор. | Высокий до очень высокий | Основное инвестирование в изделия пищевой категории |
| Экструдер с низким крутящим моментом | Высокая | мягкий, предназначенный для этого барабан |
| Лазерный фильтр для плавления | Высокая | Самосмывающаяся сетка для тонкого просеивания. |
| Монитор интрузисной вязкости в режиме онлайн | Средний до высокий | Капиллярная реологическая или метод на основе давления |
| Диффузный переход твердого состояния в воздух для удаления | Очень высокое качество. | Длинные печи, азота или вакуума. |
| Документация о соответствии | Середина до премиальная. | Поддержка испытательного задания и досье |
| Целая линия, под ключ | Premium | Сертификация средствами производства пищевой категории по состоянию дел. |
В абсолютном выражении, вакуумный реактор и печь твердотопливной поликонденсации являются двумя наиболее капиталоемкими технологическими стадиями, а досье по соблюдению требований является наименее требовательным к знаниям. Хотя линия промывки не является самой дорогой, она имеет наибольшее влияние на то, будет ли действительно достигнут результат престижного пищевого качества, поскольку каждая последующая стадия предполагает чистое зернистое сырье.
Почему завод Wanplas оснащен заводом Polyretec
Polyretec – завод Wanplas, специализирующийся на оборудовании для переработки пластика, корни которого уходят в 2010 год и марки, созданной в 2017 году. Технологический подход компании сочетает австрийский опыт в области процессов с китайским производственным масштабом – именно такая комбинация необходима для создания линии грануляции пищевого ПЭТ по доступной цене. Промывочные линии компании работают на скорости от 500 кг/час до 6000 кг/час, а оборудование для грануляции предназначено для прямой интеграции с отработанным продуктом.
Как часть бренда Wanplas, Polyretec пользуется сетью специализированных заводов. Для последующего смешивания рПЭТ завод Wanplas Kerke поставляет двойные экструдеры для смешивания, которые могут добавлять мастера-башню или функциональные добавки к переработанному пеллету. Для преобразования рПЭТ обратно в упаковку завод Wanplas YuDa строит машины для горячего литья для бутылок из ПЭТ, а завод Wanplas Aibim – машин для всестороннего литья. Это значит, что заказчик может получать последовательное решение от «бутылка к бутылке» или от «листа к листу» от одной группы, с общими инженерными принципами и общными гарантиями на послепродажное обслуживание.
Заявленная миссия компании Polyretec «превратить отходы в сокровища» соответствует целям переработки материалов пищевого качества, направленным на то, чтобы сохранить ПЭТ в замкнутом цикле, а не отправлять его на свалку или использовать для низкокачественных применений. Благодаря опыту в реализации проектов в разных странах и технической поддержке при монтаже и пуске в эксплуатацию, завод позиционирует себя как партнера для заводов, которые должны соответствовать требованиям директивы ЕС 2022/1616, FDA и стандарту GB 4806.7, а не просто выступать в роли поставщика оборудования.
Частые вопросы
Чем происходит прилипание отходов пластика в линии для мытья?
Австрийская технология предполагает использование реактора с вакуумным дезактивацией партии для удаления загрязняющих веществ перед экструдированием, а затем низкошароемую одновитковую экструзию, тонкое фильтрование расплава, контроль IV в режиме онлайн и стадию поликонденсации в твердом теле. Стандартная линия обычно основана на экструзии с двухвинтовым вакуумным продуванием и башне SSP для дезактивации, которая более чувствительна к колебаниям заряда и деградации на трибунках.
Почему реактор вакуумной дезактивации является основным шагом для сертификации контакта с пищевыми продуктами?
При абсолютном давлении от 1 до 3 мбар и температуре от 200 до 215 градусов Цельсия в течение 30–90 минут летучие загрязняющие вещества диффундируют из полимера и удаляются под вакуумом. Этот этап реактора является стадией процесса, на который направлены проверочные испытания, и именно поэтому правительство Евровиазии (EFSA) и FDA выдали разрешение.
Какую степень натуральной вязкости может обеспечить линия для гранул из пищевого р-ПП?
Пеллеты в зернах обычно имеют интрузисную вязкость в диапазоне от 0,68 до 0,76 дл/г. После экструзии и твердофазовой поликонденсации выходные пеллеты достигают 0,76–0,85 дл/г, а процесс SSP повышает ИВ от 0,70 до 0,80 до 0,85 дл/г с характерной иной вискозитетностью при длительности цикла 6–14 ч.
Насколько строги ограничения по загрязнению для фрагментов и гранул ПЭТ рециклинга пищевого качества?
Типичные целевые показатели марок пищевого качества: содержание ПВХ в очищенных пластин ниже 50 частей на миллион, полиолефинов — ниже 10 частей на миллион, клея — ниже 30 частей на миллион и металлических включений — ниже 5 частей на миллион, в то время как в готовых гранулах концентрация ацетальдегида должна быть ниже 1 части на миллион, черных следов — ниже 3 на килограмм, а индекс желтизны b — ниже
Какие требования действуют для пищевого рециркулированного полиэтилена, производимого на этой линии?
Линия предназначена для поддержки регуляторных требований EU 2022/1616 и EU 10/2011 в Европе, FDA 21 CFR с обходом процедур отрицания в Соединенных Штатах и GB 4806.7 вместе с GB/T 40006.1 в Китае, а также стандартов упаковки ISO 22000, HACCP и BRCGS.
Какие уровни мощности доступны, и какова обычная потребляемая энергия?
Стандартный этап функционирует на мощностях 500, 1000, 1500, 2000 и 3000 кг/ч. Удельное энергопотребление обычно колеблется в пределах от 0,28 до 0,45 кВт·ч на 1 кг гранул; с помощью системы для переработки воды в замкнутом цикле более 90 % пройденной через линию воды возвращается в процесс.
Как фильтруется расплав во время гранулирования?
Лазерно перфорированная сетка с отверстиями от 40 до 80 микрометров используется в непрерывном пескоструйном самопочищающемся плавлокомпрессоре для очистки. Разность давлений по обе стороны сетки контролируется, и цикл отдушивания запускается автоматически, что обеспечивает защиту формы и стабилизацию качества гранул.
Можно ли интегрировать линию с другими заводами Wanplas?
Да. Компания Polyretec, завод Wanplas, поставляет линии для промывки и гранулирования, в то время как завод Wanplas «Керке» поставляет двойные экструдеры, предназначенные для дополнительной обработки, а заводы Wanplas «Юда» и «Аибим» поставляют машины для blow-мolding, которые могут обрабатывать рPET-бракеты.
Что будет, если фракции исходного сырья не чистые?
Если ПВХ, клей или полиолефины просачиваются через мойку, то они концентрируются на фильтре для расплава и в гранулах, что увеличивает число черных вкраплений и снижает колорит. Реактор не может удалять твердые примеси, поэтому нарушения качества сырья обычно проявляются в виде затупления фильтра, появления желтизны или нарушения лимитов содержания примесей, а не как проблема реактора.
Необходимо ли твёрдое фазовое поликонденсацию для гранул РПЕТ пищевого качества?
В большинстве применений тройного сброса давления (ССД) да. ССД восстанавливает внутреннюю вязкость после теплового воздействия при моек и экструзии и добавляет заданный уровень дезинфекции. В некоторых тонкостенных или сердечковых конструкциях допускается более низкая внутренняя вязкость, но для удаления микробов в стандартных бутылках из пищевого контакта внутренняя вязкость должна достигать 0,80-0,85 дл/г.
Как линия справляется с отслеживаемостью для проверок безопасности продуктов питания?
Каждый мешок связан с кодом партии, который выводит к производственной партии в данном реакторе, партии луча и скалу источника. Давление, температура и время пребывания в реакторе записываются в виде единой строки для каждой партии, а отклонения от нормы вызывают процедуру блокировки, что обеспечивает соблюдение требований к хранению данных, предъявляемых в рамках проверок систем измерения рисков в сфере безопасности пищевых продуктов (HACCP), а также в соответствии с требованиями стандартов ISO 22000 и BRCGS.
Заключение
Стройяя линия по гранулированию выпускного пластика из пищевого полиэтилена, она определяется не какими-либо отдельными машинами, а скорее дисциплиной ее технологической цепочки. Концепция, разработанная на основе австрийской технологии, заслужила и свою репутацию благодаря принципу «первый входящий клейдит первый выходящий»: дезактивация с использованием вакуумного реактора, валидированного в соответствии с установленными требованиями; защита молекулярной массы с помощью низкооборотистого однороторного экструдера; гарантия чистоты с помощью фильтрации плавленного материала лазером и встроенного излучателя инфракрасного спектра, а также завершающий этап поликонденсации с получением твердого тела, что позволяет достичь показателей интрузисной вязкости, соответствующих требованиям для бутылок. Шестнадцатиступенчатая цепочка от плетения сырья до упаковки не оставляет места для случайностей: каждая из стадий характеризуется температурой, давлением, временем пребывания материала в реакторе и контрольным моментом, которые можно подкрепить с помощью документа о соответствии.
Для предприятий, предназначенных для контакта с продуктами питания, выгода заключается в доступе на рынки бутылка-бутылки и листа-листа на основании положений директивы ЕС 2022/1616, положений FDA 21 CFR и GB 4806.7 при условии наличия испытательного метода и системы управления. Стоимость этой процедуры реальна и находится на высоком уровне относительной масштабности, сконцентрированной в реакторе, печи SSP и документах, но линия мойки остается настоящим гарантом качества.
«Polyretec», завод Wanplas, строит эти линии, сочетая австрийскую технологию очистки с китайской производственной мощностью, и интегрируется с компаниями Kerke, YuDa и Aibim в рамках сети Wanplas, чтобы обеспечить полный цикл переработки рPET. Если вы занимаетесь проектированием линии гранулирования пищевого ПЭТ, начинайте с реактора и линии промывки, поскольку все, что последует за ними, зависит от того, как вы выстроите эти два этапа.
