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包装系统课程设计计算说明书设计题目： 啤酒包装系统设计 学 院： 轻工学院 专 业： 包装工程 班 级： 一班 学生姓名： 刘明阳 2013年 11 月 20日包装系统设计课程设计任务书设计题目：一、课程设计技术要求1. 生产纲领为5000t/年；2. 设计一个单体为 g、容积为355 ml的 罐 装 啤酒 包装工艺路线3. 设计一条年产量为5000t的包装生产线，要求生产设备布局合理、设备之间配合合拍，生产顺畅，可靠性高。二、课程设计基本要求1图纸设计要求：（1）包装工艺流程图1张（2）包装结构图1份（3）生产线布局图1份（平面布局图、立面布局图）2设计计算说明书要求：设计说明书是设计的主要依据，内容必须详尽准确，必须使用工程术语，文字通顺简练，字迹公正，总字数不少于5000字。设计说明书具体内容包括：（1）市场调研报告、被包装产品的物性分析及流通环境分析，并提出防护要求（2）包装系统总体方案确定（包装材料选择、包装容器结构确定、备选包装方案设计计算、确定包装系统）（3）包装系统方案设计（包装工艺路线、生产线设计、包装设备选型及内包装、中包装、外包装包装结构设计）三、课程设计时间安排序号内容总学时/（天）任务量1资料查询课程设计开始前完成分析报告1份2包装总体方案设计、提出备选包装方案并进行计算评价1分析说明1份、计算说明1份3包装方案设计1结构平面图1份、立体效果展示图1份4包装工艺设计1工艺流程图1份5生产线设备选型、包装生产线设计1生产线布局图1份、（立体效果图1份）6设计计算说明书0.5整理设计说明书7答辩0.5合 计5目录包装系统设计课程设计计算说明书设计计算内容计算结果1市场调研1、1啤酒的特性分析啤酒是人类最古老的酒精饮料，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒以大麦芽酒花水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱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，还有其他的茶酸类化合物等。啤酒的品种很多，根据啤酒色泽可划分为淡色啤酒、淡黄色啤酒、金黄色啤酒、棕黄色啤酒、浓色啤酒、黑啤；根据原麦汁浓度可划分为低浓度啤酒、中浓度啤酒、高浓度啤酒；根据发酵性质可划分为顶部发酵和底部发酵；根据啤酒杀菌处理情况又可划分为鲜啤酒、纯生啤酒和熟啤酒。鲜啤酒是指啤酒经过包装后，不经过巴氏灭菌而销售的啤酒，这类啤酒一般就地销售，保存时间不宜太长，在低温下一般为一周；若不经过巴氏灭菌，但经过无菌过滤、无菌灌装等处理的啤酒则称为纯生啤酒；熟啤酒，是指啤酒经过包装后，经过低温灭菌的啤酒，保存时间较长，可达三个月左右，本课程设计即为熟啤酒的罐装工艺。2啤酒包装系统总体方案确定啤酒的流通环境十分复杂，有海运、铁路运输、公路运输等远距离和短距离的运输。由于天气自然的影响，人为破坏和啤酒本身稳定性方面的原因，设计时必须考虑一定的防护措施，以保护啤酒在流通环境中稳妥、安全、有效的流通。.2、1 啤酒包装保护的基本要求：啤酒在流通及使用过程中，影响啤酒质量（损坏）的因素有：（1）在流通过程中受到剧烈碰撞，受到剧烈碰撞容易发生炸瓶现象。（2）受光照影响，长期在光的照射下会影响啤酒的口感甚至会使啤酒变质。（3）密封情况，密封不良会导致瓶内CO2逸出，影响啤酒的口感甚至会使啤酒变质。（4）受温度影响，在高温的条件下易发生胀罐现象。2、2啤酒包装的基本要求：（1）耐压，能承受一定的压力，由于啤酒内含有大量的CO2，瓶内的压力要高于大气压，由GB4544-1996标准规定，合格的啤酒罐应承受1.2 MPa以上的压力，一等品啤酒罐应承受1.4 MPa以上的压力，优质啤酒罐应承受1.6 MPa以上的压力。 （2）易密封且密封性能好，由于啤酒是大批量生产，且其对密封要求较高，因此对啤酒包装的要求要易密封且密封性能好。（3）耐酸，由于啤酒内含有大量CO2，啤酒偏酸性，因此啤酒瓶能耐一定的酸度且不能含有与啤酒发生反应的碱性物质，以免影响啤酒的品质。 （4）遮光性强，啤酒罐一般应具有较强的遮光性，避免光对啤酒质量的影响，一般选择铝制金属罐。（5）在搬运过程中要有一定的缓冲措施，以免使啤酒罐发生剧烈碰撞。3.啤酒罐包装保护的结构设计与设计计算3、1内包装容器的造型方案设计（1）、内包装材料选择本设计中采用易拉罐的容积为355ml，其平均厚度为0.1mm，高为122mm，直径为66mm。制造易拉罐的材料有两种：铝材和马口铁。啤酒的易拉罐一般采用铝质材料，这是因为它与其他金属材料相比，具有以下优点：表面性能优异。铝材料表面光泽效果好，光亮度高，不易生锈，具有良好的装潢效果及较高的热辐射反射能力，这是其他金属无法比拟的。热传导率高。良好的热传导能力是金属的主要的性能之一，铝的热传导率仅次于金、锡、铜，非常适合啤酒的杀菌和冷藏。质轻。铝的相对密度仅为马口铁的1/3，运输和贮存的费用会大大减少。 成型加工性好。铝具有很好的延展性，因此，非常适合于各种冷热加工，冲拔压延成薄壁容器或薄片，并且具有二次加工性能和易开口性能。阻隔性好。铝对气体、水蒸气、气味物质、光线等具有优异阻隔性能，能很好地延长食品的保质期。再循环性能好。铝的包装废弃物可以有效地回收再循环，再加工能耗低，仅仅为原来的5%，并且可以同质使用。易拉罐通常是两片罐，两片罐是以金属薄板为材料经冲压、拉伸加工成型的罐型包装制品,其罐身与罐底为一体,没有罐身接缝,只有一道罐身与罐盖的卷封线的包装容器。其罐身制造有浅拉深、深拉深、变薄拉深三种方法,罐盖为易开盖。因为铝材具有优良的延展性，所以易拉罐的制造工艺一般为变薄拉伸法。（2）、内包装容器结构的设计计算罐壁厚度的大小以及分布的均匀性是影响强度的重要因素。罐在消毒杀菌过程中，需经受温度的激烈变化，当张应力超过一定强度时，即发生破裂。 耐热急变性能与罐壁厚度有关，罐壁越厚，越易破裂。啤酒罐在生产过程中，除了稳定罐重和最薄处厚度外，还需注意厚薄分布均匀。理想的厚薄是罐身截面上厚度比不大于1倍，内应力不超过3级。 355ml的啤酒罐尺寸为:罐高122ml,直径66ml（3）、外包装材料的选择瓦楞纸板因无污染、再生、具有良好的缓冲性能等优点，在运输包装中得到广泛应用，本设计也采用此材料设计运输包装。按照GBT65441999标准规定，UV形瓦楞纸板分为A、C、B和E型四种。A楞型的纸箱承受平面压力性能比B和C楞型差，但其承受垂直压力性能较高，缓冲性能较好；B楞型的瓦楞低又密故耐垂直压力性能较差，但平面耐压性能较高；C楞型性能，介于A和B楞型之间既具有良好的缓冲保护性能，又具有一定的刚性E楞型的纸板具有重量轻、平面抗压强度好等特点。综合考虑，由于本设计对象罐装啤酒本身就具有一定的堆码性能，所以它对纸箱承受平面压力性能的要求较低，而为了防止运输过程中的冲击导致易拉罐变性，以至影响销售，因此，它对纸箱的缓冲性能的要求相对较多。所以综合考虑选择A单瓦楞纸板设计。因为啤酒为短途和廉价产品，所以采用第三类瓦楞纸板，.箱板纸分为A、B、C、D、E五个等级，其中：A、B制造出口包装用瓦楞纸板；C适宜制造大型产品包装用的瓦楞纸板；D适宜制造一般产品用的瓦楞纸板；E制造轻载瓦楞纸板。所以本设计中采用D等箱板纸。（4）瓦楞纸箱的尺寸设计（a）、内尺寸计算已知=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）、制造尺寸计算 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）、外尺寸计算 =+4=404+4=408(mm) =+4=272+4=276(mm) = H+4=254+4=258(mm)3 绘制运输包装容器结构设计图图4-1 运输包装瓦楞纸箱结构平面展开图4 运输包装设计4.1 运输包装容器的结构设计4.1.1 销售包装在瓦楞箱内堆码设计从包装物的性能和各方面的考虑，决定用0201箱型为运输包装。其优点有如下：1、0201箱型的机械操作简单，可实现机械化的装箱；2、结构性能好，能抵抗较大的抗压强度；3、纸箱的生产容易，节约成本。综合考虑纸板用量、抗压强度、堆码状态、美学因素等条件，0201型箱的理想尺寸比例为1.5:1:1。销售包装外尺寸：长度l=66mm，宽度b=l=66mm，高度h=122mm。设长度方向上放置N1个，宽度方向上放置N2个，高度方向上堆码N3个，针对.运输，.高度方向上只堆放二层，即N3=2。列表2-1具体分析。. 表2-1 堆码尺寸表放置个数N1lN2bN3h1666612221321322443198198366426426448853303306106396396732综合考虑纸板用量，抗压强度，堆码状态，美学因素等条件，瓦楞纸箱的箱体比例以L:B:H=1.5:1:1为最佳。分析表中数据，发现6l4b1h比较符按合。641=24=2打，统计相对简便。4.2.1 瓦楞纸箱抗压强度计算凯里卡特瓦楞纸箱抗压强度计算公式，是以原纸环压强度值，结合瓦楞纸箱的外周长和瓦楞种类综合计算出瓦楞纸箱的抗压强度。其计算公式如下其中，瓦楞纸板的综合环压强度px的计算公式为： （式4）式中，p是瓦楞纸箱的抗压强度；px是瓦楞纸板的综合环压强度；Z是瓦楞纸箱外周长；aXZ是楞型常数；J是瓦楞纸箱常数；其中，瓦楞纸板的综合环压强度px的计算公式为： （式5）式中，Rn是面纸环压强度测试值；Rmn是瓦楞芯纸环压强度测试值；L是测试试样长度；C是瓦楞收缩率。瓦楞纸 （式6） 纸箱的外周长计算公式为： .B0是瓦楞纸箱外宽；L0是瓦楞纸箱的外长；Z是瓦楞纸箱的外周长；为了能够满足瓦楞纸箱堆码的需要和对商品的保护性。本设计中将用面纸横向环压强度为450N/0.152cm,瓦楞芯纸横向环压强度为300N/0.152cm。查表可得参数aXZ=8.36，J=0.59，C=1.532 通过式7计算周长将px等参数代入式5因此瓦楞纸箱的抗压强度为3051N。 （式7） 式中，ps是瓦楞纸箱堆码中承受的最大负荷；kp是瓦楞纸箱抗压强度安全系数；G是瓦楞纸箱所装物品的质量；H是瓦楞纸箱堆码高度，设计堆码层数为8层，考虑到间隙和托盘等因素这里堆码高度H取300cm；H0是瓦楞纸箱的高度。由于产品销往国内，物流贮存期平均在小于30天，kp=1.60，G=24kg，H0=35cm。代入式7计算得通过以上可知，,故瓦楞纸箱满足载荷要求。.计算结果5 啤酒包装工艺设计1包装工艺路线的拟定 空罐检验清洗干燥杀菌 啤酒 杀菌罐装 . 罐盖 杀菌 压盖 封箱装箱整理计数检验喷码打印检验啤酒灌装的方法分加压灌装法、抽真空充CO2灌装法、二次抽真空灌装、充CO2等压灌装法、热灌装法、无菌灌装法等。最常用的是一次或二次抽真空、充CO2等压灌装法，预抽真空充CO2的灌装方法可以减少溶解氧的含量，对产品的质量影响较小。此次设计选用充CO2等压灌装法。 等压装罐法原理：等压法灌装，利用贮液箱上部气室的压缩CO2气体，给啤酒罐充气，使二者的压力接近相等， 然后啤酒靠自重流入啤酒罐中。等压灌装法特点：1、可减少CO2损失，保持含气饮料的风味和质量；2、防止灌装中过量起泡，保证包装机计量准确。 3啤酒包装工艺过程分析 检验：空罐要用人工或光学仪器逐个检验，不合格的剔除。 清洗：洗去罐内外的残留物，采用80摄氏度热水冲洗。干燥;淋干杀菌：对空罐进行杀菌达到无菌。罐装：采用二氧化碳等压罐装，灌装时做到严格无菌，尽量减少酒业损失，避免酒液与空，气接触而氧化，吸氧量不能超过0.03mg/L，装酒温度在-1到3摄氏度，每罐装量355ml8ml杀菌：对啤酒进行巴氏杀菌，杀菌温度65-70，时间15-20min。喷码：在产品表面喷印字符、图标、规格、条码、及防伪标志检验：检验罐装完成的啤酒罐，不合格的剔除。装箱：装罐机进行装箱，48听/箱。检验：检验成品是否合格。2、生产设备流程拟定 冲罐机灌装机检验台喷印机 检验台 打印机 装箱机整理计数机4、设备的选用本设计中选用全自动易拉罐啤酒灌装生产线。产品介绍： 该生产线适用于啤酒和饮料行业中的含汽易拉罐饮料的灌装和封口，它是在消化吸收国内外先进啤酒易拉罐灌装、封口机的基础上独立开发的含汽易拉罐灌装、封罐机组。灌装和封罐为整体设计，灌装系统动力由封罐系统提供，以保证二者的绝对同步和协调。.运用等压灌灌装原理，灌装速度快，而且灌装后液面稳定物料损失少，封口质量好、整机运转平稳、造型美观大方、操作维修方便、生产速度变频调速等特点。整线包括空罐卸垛机、输罐系统、冲罐机、巴氏杀菌机、验罐机、喷字码机、纸箱包装机等。主要技术参数：封口头数：6灌装头数：36生产能力：300罐/分适用罐径：65mm适用罐高：122160mm冲罐介质：纯净水冲洗CO2压力：0.51.0MpaCO2耗量：约10立方米/时灌装温度：45功 率：7.5Kw重 量：6000kg外形尺寸：390024001900mm装箱机主要技术参数：型号：ZX-03Z功率：2.5KW适用纸箱：L200500W200400H150450mm装箱速度：610箱/分钟机械尺寸：150020002300mm机械重量：700kg封箱机主要技术参数：型号：FX-02功率：0.6KW适用纸箱：L200500W220420H150400mm台面高度：最小650mm最大800mm封箱速度：1520箱/分钟机械尺寸m使用气源：67kg/cm3使用胶带：48mm、60mm、72mm机重：180kg批酒年产量为5000t/年，技术要求如下： 工作时间210天/年，三班生产，22d/h。 每瓶重355ml； 每箱48瓶； 机器生产能力：1.11.5；计算：每小时生产能力：5000000kg（21022）=1080t/h1080kg/h 10801000g/h355g/瓶3042瓶/h灌装机生产能力：3042瓶/h1.54563瓶/h装箱机生产能：4503/h1.44867箱/h灌装：由于批酒年产量为5000t/年，技术要求如下： 旺季：每年5月8月，每天三班生产，每班生产7小时；淡季：每年9月次年4月，每天三班生产，每班生产7小时； 每瓶重355ml； 每箱48瓶；机器生每小时生产能力：5000000kg（21022）=1080；产能力：1.11.5；灌装机生产能力：1080瓶/h1.5=4563；灌装过程中不能将灌不满的酒瓶用人工充满，严禁手接近罐口。 5.2.2 生产出来的啤酒包装件的检验运输包装主要考虑以下几个方面： 1、冲击能量的吸收性能 2、振动能量的吸收性能3、耐压性能4、机械搬运性能 检测运输包装的合格与否，除了以上性能要求，还要有以下几类进行判定包装容器是否破裂：包括玻璃瓶的破裂、塑瓶的变形；内容物是否溢出等。 检测方法具体有以下几种：（1） 重量测试 利用应变片重量传感器的原理检验包装件的重量。当重力作用于应变片上时，电阻相对变化率与重量成正比，把应变片接入电桥，电桥的输出就反映出重量的大小。按照食品包装工艺规范，实际充填量与理论充填量相差不得超过5%。（2） 堆码压力试验 利用压力试验机测试。随机选取包装件样品，检测预定包装件在堆码时所承受的耐压强度，及对内装物的保护性能。将样品置于压力试验机两平行板之间，压板以一定的速度均匀施加压力，直到试验样品发生变形、破裂或直到载荷或压板到达预定值为止。然后检查包装件是否损坏，并作出评价。（3） 跌落试验 利用跌落试验机测试。随机选取包装件样品，根据实际流通情况，按一个高度进行跌落试验。试验时提升装置将样品提升到预定高度，摇臂迅速释放样品，使其跌落，冲击坚硬平整的底面。（4） 振动试验利用振动试验台，对随机选取的包装件进行正弦定频振动试验和正弦扫频振动试验，模拟包装件在流通过程中可能受到的振动影响，以检测包装是否起到阻震作用，评定包装的保护能力。能够通过以上试验的包装件即为合格产品，可以向经销商发货。6 设计小结通过这次的啤酒包装系统的课程设计，我明白了课本中的很多问题，理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时我也利用了很多课本里面的知识，可以说是对我学到东西的一个检验。比如说包装的设计、尺寸的计算、纸箱强度的校核和设计的原理都在这次的设计中得到了很大的提高。此次包装系统课程设计，我感慨颇多，从选题到定稿，从理论到实践，在整整三个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。这次课程设计设计是一次思维的扩展。很多东西在这次的设计中可以说是第一次遇到，但是经过不懈的努力。终于弄出了此次的成果，或许在整个设计中还有点瑕疵，但我认为已经做很好。很多想法是经过了多次的修改，想问题也从原来的单调到现在多角度思考问题。思维也变的比以前活跃了。这次课程设计同时也丰富了我的课外知识。为了使整个设计更加的完善，我查阅了许多的资料。比如说消费者心理学，包装的机械化操作，品牌价值的体现等等。在其过程中我收获到了课堂里无法得到的东西，那就是我能力的提升。我在这次设计过程中发现还有很多东西都不懂，这就需要我花大量的时间去弥补。如果在平时的时候知道自己缺少什么，然后补足它，当你要用的时候就能随心应手了。这要有一种不达目的势不罢休的精神，或许说我设计出来的东西没有别人的好，但是我努力了，我知足，我会不断努力缩小我和他人的差距。总而言之，这门课程设计使我对包装工程专业有进一步的了解和认识，在自己以后的学习和工作中做了一个很好的铺垫。7 参