4第四章灌装机械

第四章灌装机械罐装机械基础掌握常用灌装方法及原理了解升瓶机构、灌装阀结构掌握灌装时间计算方法灌装机生产能力计算方法液态产品的包装在包装行业中占有很大比例,这是由于液体包装涉及的行业广泛、品种繁多,如饮料方面的汽水、果汁、牛奶、矿泉水、蒸馏水、啤酒、果酒等;调味品方面的酱油、醋、味精液、果酱等;药品方面的针剂、糖浆、气雾剂等;农药乳剂、化工产品的各种瓶装、化妆品等,要满足日益增长的液体产品的需要,就应大力发展液体产品的包装机械。第一节概述人类自从采用容器盛装液体以后,就产生了灌装方法。十九世纪末二十世纪初以前,通常使用水罐、水杓进行人工灌装或直接将容器浸入液料中进行灌装,大约在1980年美国Horix、Kiefer和U.S.BottLers等三家公司开始制造容器灌装的机械装置。第一台商业用灌装机是Kiefer公司制造;Horix公司于1920年首次制造了重力灌装机,用于灌装番茄酱,这家公司至今仍生产灌装机,二十年代初这几家公司着手生产回转式灌装机,其中U.S公司制造的是纯真空灌装机,二十世纪以来,灌装机械工业发展迅速,那时灌装的速度取决于人工将瓶子对准灌装阀,等待瓶子灌装完毕所需的时间。今天,回转式自动灌装机的生产能力己达每分钟2000瓶。我国在解放前几乎没有灌装机械,灌装生产绝大部分处于手工操作,非常落后。70年代初,上海、北京、广州、青岛、烟台等地引进三十多条灌装线,其中有西德Seitz厂产品、意大利Simonazi公司、美国Merer公司、日本三菱公司,另外还有许多罗马尼亚灌装线。随后,我国广东轻工机械厂、北京酿酒机械厂、上海化工机械厂等许多家仿制了不少灌装线,但灌装机械的发展与国际先进水平的差距仍很大。为此,我国应根据自己的国情,吸收国外的先进技术,设计和生产出具有先进水平的灌装机,其发展趋势向高效化、自动化、节能化发展。所谓灌装机就是将液体产品装入包装容器的机械。液体产品按其粘度可分为:流体:在自身重力作用下即可以按一定速度流过圆管的任何液体。流速主要是受流体粘度和压力影响,一般粘度范围规定为1-100厘泊,如酒类、果汁、牛奶、酱油等。半流体:在大于自身重力的压力作用下才能在圆管中流动的液体叫半流体,其粘度范围为100-1000厘泊,如番茄酱、肉糜等。粘滞流体:产品粘度超过1000厘泊的,不属于流体和半流体的范围。如浆糊之类的产品属于这一范畴。对于低粘度液料,根据液体中是否含有二氧化碳气体,可分为不含气和含气的两类;对于是否含有酒精成份又可分为软饮料(不含酒精)和硬饮料(含有酒精)。流体的流动特性还会受温度、粘度、固体粒子的含量、分解性、表面张力或起泡特性等因素的影响。包装容器目前按其材料分主要有玻璃瓶、金属罐、纸包容器、塑料瓶等,还可分为:硬质容器、半硬质容器、非硬质容器任何以轻量塑料(通常是吹塑成型或热成型)或是纸板及其复合纸材制成的,加封盖后不漏液体的容器叫半硬质容器。任何以塑料薄膜、金属箔、塑料复合薄膜或是由它们的复合物制成的容器都叫非硬质容器。例如大家熟知的袋,它一般要求灌装系统带有制袋装置。通常是以活塞定容,灌装系统将一定容量的液体灌装到由该装置生产的容器中。任何可以承受15磅的向下压力而不变形的用金属、玻璃、陶瓷或塑料制成的、加封盖后不漏液体的容器都称为硬质容器。二、灌装机的主要类型1.按灌装瓶的主要运动形式分类瓶子在灌装过程中展开示意图瓶子在灌装过程中的俯视图①旋转型灌装机待灌瓶由传送系统(一般经洗瓶机由输送带输入)或人工送入灌装机进瓶机构,瓶子由灌装机转盘带动绕主立轴旋转运动进行连续灌装,转动近一周时瓶子己灌满,然后由转盘送入压盖机进行压盖,如上图所示:这种灌装机在食品、饮料行业应用最广泛,如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装,此机主要由流体输送(即供料系统)、容器输送(即供瓶系统)、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成,其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。②直线型灌装机灌装瓶沿着平直的直线运动,进行成排灌装。见下图,凡送来一排空瓶由推瓶板向前推送一次,到送至灌液管的下方时,阀门打开进行灌装,间歇进行操作。直线灌装机工作原理图Ⅰ—定量灌装,Ⅱ—上盖,Ⅲ—将盖拧紧,Ⅳ—贴商标Ⅴ—待装盒装箱1-推瓶板,2-限位拨盘,3,11,13-传送带,4-传送盘,5-瓶子,6-上盖机构,7-料斗,8-拧紧机构,9-商标盒,10-浆糊盒,12-推料板,14-贮液箱,15-灌装管这种灌装机相对旋转灌装机来讲,结构比较简单,制造方便,但占地面积比较大,而且是间歇运动,生产能力的提高也受到一定限制,因此一般只用于无汽液料类的灌装,局限性较大。③自动化灌装机该类型可分为:单机自动机和联合自动机(可以包括连续进行洗瓶、灌装、压盖、贴标、装箱等工序)。自动灌装以采用机械传动控制为主的最普遍。此外,还有按灌装方法、关闭装置及定量装置等多种分类方法,具体的详细内容见表4.1:序号分类型式型式、技术特性、灌装方法1按自动化程度分手工灌装机半自动灌装机单元自动灌装机液体包装联合自动机2按机械结构分单排式多排式旋转式旋转式3按灌装方法分在液位高度不变的压力灌装变液位的压力下灌装真空灌装在压力下灌装4按关闭装置分旋塞式阀门式滑阀式气阀式5按定量装置分定量杯定量液位高度定量定量泵定量安瓶定量表4.1灌装机分类表一、定量方法准确的定量灌装不但与产品的成本有着直接的关系,同时也影响产品在消费者心中的信誉。包装物品的定量一般有重量定量和容积定量两种。重量定量由于要增添秤等计量装置,所以机器的结构比较复杂,适用于比重经常变化的固体物料,且往往要配置一套电路用以机电配合;容积定量机器的定量结构比较简单,一般不需电路配合。液体产品一般易采用容积式定量,常见的有如下三种方法:第二节定量、灌装的基本原理1.控制液位高度定量法这种方法是通过控制被灌容器中液位的高度以达到定量灌装的目的。因为每次灌装的液料容积等于一定高度的瓶子内腔容积,故习惯称它为“以瓶定量”。该法结构比较简单,不需要辅助设备,使用方便,但对于要求定量准确度高的产品不宜采用,因为瓶子的容积精度直接影响灌装量的精度。图3-1为消毒鲜牛奶、鲜果子汁等的灌装机构。随着液料的继续灌入,液面超过排气管嘴,瓶口部分的剩余气体只得被压缩,一旦压力平衡,液料就不再进入瓶内而沿排气管上升,根据连通器原理,一直升至与贮液箱内液位水平为止,然后瓶子下降,排气管内的液料也滴入瓶内,从而完成了一次定量灌装。动画对于这种定量方法,若改变每次的灌装量,则只需改变排气管嘴进入瓶中的位置。2.定量杯定量法这种方法是先将液体注入定量杯中进行定量,然后再将计量的液体注入待灌瓶中,因此,每次灌装的容积等于定量杯的容积。动画若改变灌装量,则只需调节管子在定量杯中的高度或者更换定量杯。此法不适于灌装装气液体，因为定量杯在储液箱内上下运动，易产生气泡，影响灌装精度。3.定量泵定量法这是一种采用压力法灌装的定量方法,一般由动力控制活塞往复运动,将物料从贮料缸吸入活塞缸,然后再压入灌装容器中,由此每次灌装物料的容积用活塞往复运动的行程来控制。图3-3是利用定量泵进行定量灌装番茄酱的原理图。对于这种定量方法,若要改变每次的灌装量,则只需设法调节活塞的行程。动画定量泵结构简图l-料斗2-泵体3-锥形阀4-活塞体5-活塞托架6-挡圈7-食品出口8-活塞杆比较上述三种定量方法,从定量精度来看,第一种方法由于直接受到瓶子容积精度以及瓶口密封程度的影响,其定量精度不及后二种方法高,若从机械结构看,第一种显然最为简单,因此,它自然得到广泛应用。定量方法的正确选择,主要应考虑产品所需要的定量精度,如我国对640毫升啤酒部颁标准为±10毫升,国外为±3毫升。对瓶装酒类等按高度定量的产品,最好不超过1.5毫米,容积误差最好控制在±0.4％,越是名贵的产品,显然其误差应越小。定量方法的正确选择,还应考虑到液料本身的工艺性,例如对含气饮料灌装若采用定量杯定量法,则贮液箱内的泡沫反倒可能降低定量精度。二、灌装的基本原理各种液体产品的物理性质和化学性质均不相同,在灌装过程中,为了使产品的特性保持不变,必须采用不同的灌装方法。一般灌装机常采用下列几种灌装方法:1.常压法罐装常压法也称纯重力法,即在常压下,液料依靠自重流进包装容器内。大部分能自由流动的不含气液料都可用此法灌装,例如白酒、果酒、牛奶、酱油、醋、矿泉水等。常压法灌装法是在常压下灌装的,因此,灌装系统较为简单。液体产品由高位槽或泵经输液管送进灌装机的贮液箱,贮液箱内液面一般由浮子式控制器保持基本恒定,贮液箱内的流体产品再经过灌装阀的开关进入待灌容器中。罐装阀灌装阀是自动灌装机执行机构的主体部件,它的功能在于根据灌装工艺要求,以最快的速度沟通或切断贮液箱、气室和灌装容器之间流体流动的通道,保证灌装工艺过程的顺利进行。不同类型的液料其物理化学性质各不相同,因此对灌装工艺要求存在差异形成了对阀的不同要求,不同的灌装方法有不同的灌装工艺过程。采用常压法灌装的工艺过程是:1.进液回气;2.停止进液;3.排除余液动画2.等压法罐装等压法也称压力重力式灌装法,即在高于大气压的条件下,首先对包装容器充气,使之形成与贮液箱内相等的气压,然后再依靠被灌液料的自重流进包装容器内。这种方法普遍用于含气饮料,如啤酒、汽水、汽酒等的灌装。采用此种方法灌装,可以减少这类产品中所含二氧化碳的损失,并能防止灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。等压法灌装的液料供料机构图3-17为此法供料原理图。等压灌装原理：①充气等压②进液回气③排气泄压④排除余液动画3.负压式罐装（真空法）负压式罐装是在低于大气压的条件下进行的灌装。此类灌装系统结构较复杂,形式较多,但根据其采用灌装方式不同,大体可分两种类型:一种方式是在待灌瓶和贮液箱中都建立真空,而液体是靠自重产生流动而灌装的;另一种方式是在瓶中建立真空,靠压差完成灌装。真空法灌装机的供料系统可有单室、双室、多室、三室等多种形式,单室属于前一种真空法灌装,其余属于后一种方法。①单室真空室与贮液箱合为一室的供料系统。②双室只有一个贮液箱与一个真空室的供料系统。③多室这种结构不仅使贮液箱与真空室分开,而且另设一个液位控制箱,真空箱也不只一个。①重力真空式贮液箱内处于真空,包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空,随后液料依靠自重流进包装容器内,因结构较复杂,国内较少用。真空法灌装应用面较广,它即适用于灌装粘度稍大的液体物料,如油类、糖浆等,也适用于蔬菜汁、果子汁等,瓶内真空意味着减少了液料与空气的接触,延长产品的保质期,还适用于灌装有毒的物料,如农药等,减少毒性气体的外溢。②压差真空式即贮液箱内处于常压,只对包装容器抽气使之形成真空,液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装,国内此种方法较常用。4.压力法罐装机利用机械压力或气压,将被灌物料挤入包装容器内,这种方法主要用于灌装粘度较大的稠性物料,例如灌装番茄酱、肉糜、牙膏、香脂等,有时也可用于汽水一类软饮料的灌装,这时靠汽水本身的气压直接灌入末经充气等压的瓶内,从而提高了灌装速度,形成的泡沫因汽水中无胶体尚易消失,对灌装质量有一定影响,但不算太大。压力法灌装的液料供送机构下图为此法灌装供料简图,它由稳压装置,旋塞阀,推料活塞和充填器四个主要部分组成。物料由人工或泵送入贮液箱内,在灌装时因来料压力不稳,会产生定量误差,因此常采用如图所示的稳压装置来稳定供料压力,提高灌装精度。演示5.虹吸法利用虹吸原理完成的灌装方法。此种方法出现最早,人们最容易接受,原理比较简单,现在很少使用。上述几种灌装方法的正确选择,除考虑液体本身的工艺性能如粘度、重度、含气性、挥发性外,还必须考虑产品的工艺要求、灌装机的机械结构等综合因素。对于一般不含气的食用液料如瓶装牛奶、瓶装酒类等,可以采用常压法,亦可采用真空法,为了减少灌装时液料中的含氧气量,以便延长产品的保质期,采用较大的真空度的真空法更有利。另外,采用真空法其灌装阀的结构较简单,液漏损失小。但是,真空度越大,酒的香味越易损失,而且真空法较之常压法尚需增加设备成本。2.5应当指