chpt8充填工艺

第8章充填工艺�将液体或固体产品装入包装容器的操作。称为充填。�充填工艺分为固体物料充填和液体物料充填。液体物料的充填称为灌装。8.18.18.18.1概述8.1.1充填方法�充填是产品包装中最常用的一种装料方法，是包装过程的中间工序。在充填之前，是物料的供送和容器的准备工序，如成型、清洗、消毒、干燥、排列等；在它之后是密封、封口、贴标、打印等辅助工序。�可充填的物品很多，种类繁多，按物品的物料状态可分为颗粒充填、粉末充填、块状充填、液体灌装等。按包装容器不同，可分为装瓶、装罐、装袋、装盒、装箱等。�由于被充填的物品种类、形态、流动性及价值各不相同，所以计量方法也不相同。按计量方法，可分为容积充填法、称重充填法、计数充填法。�由于被充填的物品及其包装容器的多样化，导致充填技术的复杂性和应用的广泛性，同时，也促进了充填技术和充填机械的不断发展。�充填精度是指装入包装容器内的物料的实际数量值与要求的数量值的误差范围。充填精度低，允许的误差范围大，容易产生充填不足或充填过量。充填精度高，则所需要的设备成本高。因此，应根据产品的种类、价值、应用场合及生产的实际情况，确定合适的充填精度。�一般贵重物品和对重量要求高的物品，充填精度应高一些；而价值低的物品，充填精度可低一些。8.1.2充填精度�充填的工艺方法很多，一般要求计量准确，不损坏内装物品和包装容器；充填食品和药品应注意清洁卫生；充填危险品应注意安全防护。�在选择充填方法时，应综合考虑产品的物理状态、性质、价值、包装容器的种类、充填精度、包装成本、生产效率、全部设备及操作成本。8.1.3充填工艺选用8.2液体灌装工艺�将液体产品装入瓶、罐、桶等包装容器内的操作。称为灌装。液体灌装是充填工艺的一种，只是由于液体物料与固体物料相比，具有流动性好、密度稳定等特点。�粘度(＜100c.p)小，流动性好的稀薄液体物料，如alcohol、milk、sauce、liquidmedicine等。�粘度(100～200c.p)中等，流动性较差的粘稠液体物料，如redeye、thincream等�粘度(＞200c.p)较大，流动性很差的液体物料，需借助外力才能流动。如toothpaste、paste等。一.液体的分类1.1.1.1.按粘度分类2.按是否溶有CO2气体分类根据液体是否溶有CO2气体分为含气饮料和不含气饮料。含气饮料又称碳酸饮料。含气饮料中不含酒情成分者称为软饮料。如汽水、矿泉水和可乐饮料等。含有酒精成分的称为硬饮料,如啤酒、汽酒和香滨酒等。3.根据液体灌装方法分类按灌装压力分常压灌装压力灌装真空灌装按计量方式分定液位灌装容积灌装�玻璃瓶灌原料来源丰富，化学性能稳定，卫生无毒，易于清洗，并可重复多次使用，价格较低、经济耐用。但主要缺点体积过重，易破碎，产品保存期较短。如蛋白饮料杏仁乳用玻璃板装保存期仅6个月。二.容器的分类1.1.1.1.玻璃瓶灌�用金属罐或纸塑软包装容器灌装饮料,如铝质深拔罐灌装啤酒,并用铝质方便罐盖进行卷封。又如用双层纸、塑胶铝箔沮成为复合薄膜装鲜牛奶,山植汁等。成品的形状为砖率或塔形。�铝质易拉罐和液料的软包装虽然都较好地克服玻璃瓶的缺点,但是它们的制造工艺较复杂,成本也较高。2.金属罐容器�无毒塑料瓶容器,此产品成本较低,制造方便。但聚乙烯的阻气性较差,不宜灌装含气液料及易氧化变质的液料。�目前广泛使用PET料瓶装充气饮料。3.塑料瓶容器一、常压灌装8.2.1液体灌装方法�又称重力灌装，在常压下利用液体自重将其罐入包装容器内。古老，适用于不含气又不怕接触大气的低粘度的液体物料。如distilledspirit、wine、soysauce、milk、liquidmedicine等。�常压灌装时，储液缸位于容器上方，物料从储液缸中通过罐装阀，靠自重流入包装容器。方法有两种，一种是由升降机构托着容器上升，容器的口部与灌装阀接触，顶起罐装阀，灌装开始；另一种方法是罐装阀向下移动，与容器口接触，顶起罐装阀，灌装结束时，容器与罐装阀脱离接触，弹簧力使罐装阀关闭。1.常压灌装方法�常压灌装时的计量方法有三种，定液位灌装、定时灌装和容积灌装。�定液位灌装：容器中液面的高度由排气管口在容器中的位置确定，并由此来计量包装容器的充填量。这种计量方法可使每个容器的灌装高度保持一致。�定时灌装：通过控制阀门开启关闭时间，调节流量。在灌装液面处装过流管，以取代排气管。�容积灌装：利用定量杯量取液体物料，再将其灌装到包装容器中。此方法灌装精度高，但速度慢。2.常压灌装的计量二、真空灌装�又称负压灌装,分纯真空灌装和重力真空灌装两种.纯真空灌装又称真空压差灌装.重力真空灌装又称真空等压灌装.�是将包装容器抽真空后，再将液体物料罐入包装容器中。可提高灌装速度，减少包装内残存的空气，防止液体物料氧化变质，延长保质期。适用于不含气体，且怕接触空气而氧化变质的粘度稍大的液体物料以及有毒液体物料。如syrup、oil、pesticide等。1.工作原理�灌装时，起动真空泵，对包装容器抽真空，然后，靠液体物料的自重或储液缸与包装容器间的压差进行灌装。前者储液缸与包装容器具有相等的真空度，液体是在真空等压状态下进行灌装，为真空等压灌装；后者，包装容器的真空度大于储液缸的真空度，液体是在真空不等压状态下进行灌装的，为真空压差灌装。�纯真空灌装(真空压差灌装)，真空度一般为6-7kPa，速度高，但有溢流和回流现象，液体物料往复循环，能耗较多，灌装结构复杂，管路清洗困难。�重力真空灌装真空度为10-16kPa，比重力灌装速度快，便于把瓶口有缺陷的坏瓶剔除。�无溢流和回流，适于蒸馏酒精、白酒和葡萄酒。三、等压灌装�又称压力重力灌装，气体压力灌装。即先向包装容器内充气，使容器内压力与贮液缸内压力相等，再将贮液缸的液体物料罐入包装容器内。适用于含气饮料，如beer、carbonateddrinks、champagne、mineral等，可减少CO2损失。�在往贮液缸输送液体物料之前,先往贮液缸内通入压缩空气,使贮液缸保持一定的压力。该气体压力必须等于或稍高于液体物料中CO2溶解量的饱和压力。4444进气管5555灌装阀6666密封装置7777包装容器8888升降机构4444进气管5555灌装阀6666密封装置7777包装容器8888升降机构四、压力灌装�压力灌装是借助外界压力将液体物料压入包装容器。�分定液位压力灌装和机械压力灌装两种。�外界压力有机械压力、气压、液压等。主要用于粘度较大，流动性较差的粘稠物料的灌装，可提高灌装速度。对于一些低粘度的液体物料由于本身的特性或包装容器材料和结构的限制,不能采用其它灌装方法的也可采用压力灌装。�如酒精饮料采用真空包装会降低酒精的含量。�对热物料抽真空会引起液体急剧蒸发；�医药用葡萄糖等液体采用塑料袋也不能用真空灌装。1.定液位压力灌装�定液位压力灌装又称为纯压力灌装，是将压力施加在液体物料上，可以通过在贮液缸上部空间加压力的方法实现灌装。对于不能抽真空的物料比较好，用于含较少CO2的液体物料。�储液缸中的液体物料由物料泵抽出，经罐装阀进入包装容器中，当容器与罐装阀接触并密封时，罐装阀开启，进行灌装。同时，容器内的空气由溢流管排到储液缸，容器灌装的液位高度，由溢流管管口在容器颈部的位置确定。当液面上升到溢流管管口时，容器内液面不再上升，保持规定的高度，灌装结束，过量的液体物料经溢流管送回到储液缸。直到容器脱离密封装置，罐装阀关闭灌装口和溢流口，物料停止流动。2.容积式压力灌装�容积式压力灌装又称为机械压力灌装，由各种定量泵进行灌装计量，灌装压力由泵施加，以提高灌装速度。�主要用于粘度较大，流动性较差的粘稠物料的灌装，如牙膏、鞋油、果酱、浆糊、美术颜料等。可提高灌装速度。对于一些低粘度的液体物料由于本身的特性或包装容器材料和结构的限制，不能采用其它灌装方法的也可采用压力灌装。如安瓿包装的针剂。输液用的无毒塑料软包装袋。�定量泵的种类很多，有活塞泵、刮板泵、齿轮泵等，其中采用活塞泵的活塞容积式灌装方法应用最广泛。�活塞容积式灌装，其定量泵为活塞泵。在旋转阀上开有两个孔，一个是进料孔，另一个是出料孔。旋转阀做往复摆动。当旋转阀的进料孔与料斗的料口相通时，出料孔与下料管隔断，此时活塞向左移动，将物料吸入活塞筒的计量室。当旋转阀转动，其出料孔与下料管相通时，进料孔与料斗隔断，此时活塞向右移动，物料在活塞的推动下，经下料管流入包装容器。�灌装容量即为计量室的体积，容量大小由活塞的冲程决定，通过调节活塞的冲程，可调节灌装容量。�只有当包装容器顶起下料管上的释放环时，活塞才能向右移动，进行灌装。如果下料管下面无容器，释放环不动，则活塞不运动，物料不会外流。五、液体传感式灌装（LS）�利用传感方法，如极低的空气流传感装置、电子传感装置，检测容器是否到位，以及灌装液面的高度，并发出的信号启闭灌装阀。比常压和真空灌装灌装速度快，液位很精确。�适用于那些由于压力或真空鼓胀或凹陷的塑料容器，狭颈塑料瓶和玻璃瓶的高速灌装和难于清洗的液体物料的灌装，如油漆。�无容器不灌装。若在进液管内装上筛网，则可以灌装高泡沫的液体物料。�储液缸是封闭的，液体物料由供料管进入，液面高度由浮子控制。液面保持一定压力（0-103kPa），液体物料经进液管和罐装阀进入容器中，由于容器未密封，液体灌入时容器中的空气从瓶口缝隙排出。�液体的流动由气动控制器控制，气动控制器检测容器的液面是否到位，然后通过界面阀的信号开启或关闭罐装阀。�当容器到位后，控制器启动，开始灌装；在进液管中有一个空气传感器，在灌装过程中，2.5kPa的低压空气通过空气传感器吹入容器；当液面上升到与传感器管口平齐时，传感气流停止，由于空气流传感装置的作用，使控制器通过界面阀关闭罐装阀，灌装停止。�无容器时，不灌装。6、隔膜容积式灌装�用一个挠性的起伏隔膜在压力气体的作用下，将液体物料从贮液缸抽到灌装室，再注入到包装容器。�采用容积式计量法，避免活塞容积式灌装中出现的摩擦而引起细微粉粒掺入物料中。保持物料清洁，精度高，速度快，适用于灌装较贵重的液体物料，特别是各种静脉注射液针剂的灌装。�无容器不灌装。�贮液缸的液面上方保持一定的压力（7-103kPa），液缸阀门打开时，在气压作用下，液体物料流入计量室，当计量室充满液体时，通往储液缸的液缸阀门关闭。然后，通往包装容器的灌装阀门开启，同时进气，空气压力将隔膜压下，迫使物料流入包装容器。计量室内的物料全部压入容器后，加在隔膜上的气压释放，阀门换向，计量室再从储液缸吸液。七、虹吸法灌装�利用虹吸原理，使贮液缸中的液体物料经虹吸管吸入容器，结构简单，灌装速度较低，适用于灌装低粘度不含气的液体物料，如wine、vinegar等。为定液位灌装。�当虹吸管下降时，灌装头压紧容器口，灌装阀打开，储液缸内的液体物料经虹吸管吸入容器，当容器内液面的高度与储液缸液面高度相同时，不再进液，灌装停止，液面保持在规定的高度。然后虹吸管上升，灌装头与容器脱离，切断虹吸通路，灌装阀自动关闭。�容器内液面的高度由储液缸液面控制。利用浮子控制进液阀的流量，以保证储液缸液位的稳定。八、定时灌装�在流量和流速保持一定的情况下，通过控制液体流动的时间来确定灌装容量。�分恒容积流量定时灌装和可控压差定时灌装。1.恒容积流量定时灌装�恒容积流量定时灌装的定时调节机构有回转定量盘式、回转泵式和螺杆式3种。�灌装头由两块固定盘和一块回转盘组成，称为回转定量盘。供料泵将液体物料将进液管输入开有进液槽的固定盘，使两个固定盘的通道内充满液体物料，回转盘开有若干个灌装孔，并与容器以一定转速转动，当回转盘内灌装孔与固定盘的进液槽相通时，液体物料由灌装孔经排料管罐入容器。当回转盘转到其灌装孔被固定盘堵住时，不再进液，灌装停止。�灌装容量由灌装孔在进液槽下的停留时间决定，时间由回转盘的回转速度决定。改变回转盘的回转速度或灌装孔的尺寸、位置，可以改变灌装容量。�恒容积流量定时灌装设备简单，价格便宜。适于中高粘度的液体物料，如花生酱等。可控压差定时灌装的灌装容量是依靠