充填工艺

1-隔膜 2-计量室 3-灌装阀门 4-贮液缸 5-液缸阀门 6-进液管 7-包装容器
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图8-9 虹吸法灌装
1-进液阀 2-贮液缸 3-贮液杯 4- 浮子 5-虹吸管 6-灌装阀 7-灌装头 8-包装容器
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定时灌装；
原理：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。 恒容积流量定时灌装：常用回转定量盘式(图8-10) 回转泵式和螺杆式定时调节机构。
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三、各种液体灌装工艺的比较与选用
3．包装容器的形状和容量。 窄领瓶(瓶口径＜38mm)可以用任何方法灌装, 常 用G、GV、P、V、PG、LS或DV等灌装方法, 灌装速 度一般为400瓶/min 。 广口瓶(瓶口径＞38mm) 、 气密金属罐, 使用G 、 PG、TF或PV等灌装方法。 4．灌装速度与灌装系统及容器的关系。 气密罐通常采用高速灌装(350～2000瓶/min), 可 使用G或PV灌装法。如果灌装含CO2的饮料, 则需 使用PG灌装法(800～1500瓶/min)。 窄颈塑料容器常使用LS和WF灌装法, 速度不超 过400瓶/min。 刚性窄颈容器常使用V或DV灌装法, 速度不超过 400瓶/min。
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真空灌装；
纯真空灌装(真空压差灌装)：包装容器的真空度 大于贮液缸的真空度(只对包装容器抽真空),液体在 真空不等压状态下进行灌装(图8-2) 。 重力真空灌装(真空等压灌装)：贮液缸与包装容 器(同时抽真空)具有相等的真空度，液体是处在真 空等压状态下进行灌装(图8-3)。
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图8-2 纯真空灌装
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二、液体灌装方法
常压灌装；
真空灌装； 等压灌装； 压力灌装； 液位传感式灌装； 隔膜容积式灌装； 虹吸法灌装； 定时灌装；
称重灌装。
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常压灌装；
原理：在常压下，利用液体自身的重力将其灌 入包装容器内。 适用于不含气、不怕接触大气的低粘度液体物料. 灌装方法有两种：一种是由升降机构托着容器 上升进行灌装(图8-1)；另一种是灌装阀向下移动进 行灌装。
适用于灌装较贵重的液体物料，特别适用于各种 静脉注射液和针剂的灌装，可以灌装狭颈瓶。
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虹吸法灌装；
原理：利用虹吸原理，使贮液缸中的液体物料经 虹吸管吸入容器 (图8-9) 。 特点：结构简单，但灌装速度较低。 适用于灌装低粘度不含气的液体物料。
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(a)物料压入计量室
(b)向容器灌装
图8-8 隔膜容积式灌装
可控压差定时灌装：灌装容量依靠精确地控制 液流时间来实现。灌装精度由灌装管口处压差的稳 定性及液流时间控制的精确性来决定(图8-11) 。 特点：①灌装精度极高；②易于进行清洗或蒸气 消毒，实现无菌灌装；③很容易转换灌装物料。
适用于灌装流动性比较好且不含气体的液体物 料，尤其适用于灌装精度要求比较高的贵重物料或 药品，以及有剧毒或强腐蚀性的物料。
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图8-5 定液位式压力灌装
1-供液缸 2-供液阀 3-浮子 4-溢流管 5-灌装阀 6-密封装置 7-包装容器 8-物料泵 9-贮液缸
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(a)结构
(b)灌装
(c)进料
图8-6 活塞容积式灌装
1-料斗 2-旋塞阀 3-活塞 4-计量室 5-下料管 6-释放环 7-包装容器
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液位传感式灌装；
特点： ①容器在工作过程中不与灌装阀接触, 也不要求密封; ②精确度极高。
适用于对塑料、玻璃或金属容器进行低粘度或 中等粘度液料的灌装。
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DJ200液体、半流体 自动包装机
本机为包装半流体物料 而设计， 适用于化妆品 ( 洗发液、雪花膏等 )、 油、果酱、蜂蜜等。 计量方法:柱塞泵计量。
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直线式灌装机

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P
控 制 器
界面阀
图8-7 液位传感式灌装示意图
1-供液缸 2-供液管 3-浮子 4-控制器 5-界面阀 6-进液管 7-灌装阀 8-空气传感管 9-包装容器
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隔膜容积式灌装；
原理：用一个挠性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, 再注入到包装容器中 (图8-8) 。 特点：①可以保证液体物料的清洁卫生；②灌装 精度高；③物料损失少；④灌装速度快。
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§5～2 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。 一般液体按粘度可分为三类： 第一类粘度小，流动性好的稀薄液体物料。 第二类粘度中等，流动性比较差的粘稠液体物料， 为了提高其流速需要施加外力。 第三类粘度大，流动性差的粘糊状液体物料，需要 借助外力才能流动。 液体饮料，根据其是否溶有CO2 气体，分为含气饮 料和不含气饮料。
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等压灌装；
原理：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灌入包装容 器内(图8-4) 。 适用于含气饮料 。 特点：①可以减少CO2的损失, 保持含气饮料的 风味和质量; ②能防止灌装中过量泛泡, 保证包装 计量准确。
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(a)充气
(b)灌装
图8-4 等压灌装
第八章 充填工艺
本章重点：
1.液体灌装方法、特点及适用产品； 2.常用的固体充填方法及适用产品。
1
第五章 充填工艺
§5～1 概 述
1. 充填方法。 按物品物理状态分: 颗粒、粉末、块状充填、液体灌 装等； 按包装容器分: 装瓶、装罐、装袋、装盒、装箱等; 按计量方法分为: 容积充填、称重充填和计数充法。 2. 充填精度。指装入包装容器内物料的实际数量值 与要求数量值的误差范围。 3. 充填工艺选用。 一般要求计量准确, 不损坏内装 物和包装容器; 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。
升降机构 托瓶 密封瓶口 灌装 托瓶下降 排气 开启灌装阀 停止灌装 灌装结束

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灌装阀关闭
(a)正在灌装
(b)完成灌装
图8-1 常压灌装
1-贮液缸 2-排气管 3-灌装阀 4-弹簧 5-密封装置 6-灌装头 7-包装容器 8-升降机构
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真空灌装；
原理：将包装容器抽真空后，再将液体物料灌 入包装容器内。 优点：①能提高灌装速度; ②能减少包装容器内 残存的空气, 防止液体氧化变质, 延长产品的保存期; ③能限制毒性液体的逸散; ④可以避免灌装有裂纹 或缺口的容器。 适用于不含气体，怕接触空气而氧化变质的粘度 稍大的液体物料，以及有毒的液体物料。
1-供液管 2-供液阀 3-浮子 4-贮液缸 5-吸液管 6-密封装置 7-灌装阀 8-真空管 9-真空室 10-真空泵 11-供液泵 12-包装容器 13-升降机构
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(a)正在灌装
(b)完成灌装
图8-3 重力真空灌装
1-供液管 2-浮子 3-贮液缸 4-真空室 5-排气管 6-灌装阀 7-密封装置 8-容器 9-升降机构
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一、液体灌装的力学基础
断面平均流速为： Q 4Q υ= ——— = ————
A
πd2
可得出结论： ①同一种液体，当管长L与管径d不变时，如果压力 差∆P成倍增加，容积流量Q也成倍增加，平均流速υ同 样成倍增加。 ②同一种液体，当管径d不变时，如果管长L与压力 差∆P均成倍增加，则容积流量Q不变，平均流速υ也不 变。
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P
图8-11 可控压差定时灌装
1-加压贮液缸 2-供液阀 3-供压阀 4-压力控制器 5-压力传感器 6-多路供液管 7-微处理器 8-可控输液阀 9-灌装管 10-包装容器
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称重灌装；
原理：旋转工作台的每个工位都是拥有应变载 荷元件的精密称盘, 当容器进入工位, 称盘先扣除容 器毛重, 然后精确控制液料流入容器; 灌装过程计算 机监控液料的流动速度和灌装量, 并不断调节流速, 使灌装精度达到最高。
原理：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, 并发出适当的信号启闭灌装阀(图8-7)。 特点：①包装容器在灌装过程中不需要密封;②灌 装速度比常压灌装和真空灌装快;③灌装液位非常精确. 适用于那些由于压力或真空作用, 会出现鼓胀或 凹陷的塑料容器, 特别适用于狭颈塑料瓶和玻璃瓶的 高速灌装, 也可以用于难于清洗的液体物料的灌装。
1-贮液缸 2-进液管 3-排气管 4-进气管 5-旋塞式灌装阀 6-密封装置 7-包装容器 8-升降机构
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压力灌装；
原理：借助外界压力(机械压力、气压、液压等) 将液体物料压入包装容器。 适用于粘度较大, 流动性较差的粘稠物料的灌装, 可以提高灌装速度。对一些低粘度的液体物料, 由于 物料本身的特性或包装容器材料及结构限制,也可采用 压力灌装。
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压力灌装；
定液位式压力灌装(纯压力灌装)： 将压力施加在 物料上, 通过在贮液缸上部空间加压的方法实现灌装, 或者直接把产品泵送到灌装阀实现灌装(图8-5)。 容积式压力灌装(机械压力灌装)：由各种定量泵 (活塞泵、刮板泵、齿轮泵等)进行灌装计量, 灌装压力 由泵施力, 以提高灌装速度(图8-6)。
灌装方法
虹吸法灌装 机械压力灌装 隔膜容积式灌装
代号
S PV DV
恒容积流量定时灌装 TF 可控压差定时灌装 称重灌装 TP WF
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三、各种液体灌装工艺的比较与选用
1．液料的粘度。 流体物料(粘度1～1000cP)可用任何方法灌装；半 流体(粘度为1000～10000cP)可用LS、TF、TP、PV、 DV或WF等方法灌装；粘滞体(粘度大于10000cP) 可 用TF、PV两种方法灌装。 2．包装容器的材料和刚性。 刚性容器用玻璃 、 金属 、 陶瓷或复合材料制成 ， 适用于任何灌装方法 ；半刚性容器多用吹塑成型或 热成型塑料制成 ， 也可用纸板或复合材料制成 ， 适 用 G 、 PG 、 LS 、 TF 、 TP 、 DV和 WF等灌 装方法 ； 软性容器用塑料薄膜 、塑料和金属箔复合材料制成 ， 可用LS、TF、TP、DV或WF等灌装方法。
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图8-12 量杯充填
1-料斗 2-刮板 3-料盘 4-上料杯 5-下量杯 6-底门 7-卸料槽 8-包装容器 9-手轮 10-凸轮
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DK200颗粒自动包装机 本机为包装粒状物料 而设计， 适用于汤料、 茶叶、冲剂、 干燥剂、 味精、糖等颗粒状物料 的袋包装。 计量方法:容杯计量。
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一、液体灌装的力学基础
层流：流体质点沿管轴做有规则的平行运动，各质 点互不碰撞，互不混合。 紊流：流体质点作不规则的杂乱运动，并互相碰撞， 产生大大小小的旋涡。 当雷诺数Re＜2000时为层流；Re＞2000时为紊流。 假设流过圆形管道截面的液体为稳定均匀层流，根 据伯肖(Poiseulle)公式： ∆Pπd4 Q = ——————— 128μL 式中： Q-容积流量，m3/s； ∆P-压力差，Pa； d-管道内径，m； L-管道长度，m； μ-动力粘性系数，Pa·s。
31
DXGF系列冲洗、灌装、封盖生产线
32
易拉罐灌装机
33
GFP系列灌装机
34
饮料灌装机
35
饮料灌装机
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三、各种液体灌装工艺的比较与选用
各种灌装方法及代号
序号
1 2 3 4 5 6
灌装方法
常压灌装 纯真空灌装 重力真空灌装 纯压力灌装 等压灌装 液位传感式灌装
代号 序号
G V GV P PG LS 7 8 9 10 11 12
调节灌装容量：改变回转盘的回转速度或灌装孔 的尺寸、位置, 可以调节灌装容量。 特点：①方法简单；②设备便宜；③没有“无容 器不灌装”装置 。 适用于灌装中高粘度的液体物料。
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回转盘
图8-10 恒容积流量定时灌装
1-供液管 2-上固定盘 3-下固定盘 4-回转盘 5-排料管 6-包装容器
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定时灌装；
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§5～3 固体充填工艺
固体物料按物理状态可分为粉末状物料、颗粒状
物料、块状物料；按其粘度可分为非粘性物料、半 粘性物料和粘性物料。 固体物料的充填工艺有容积充填法、称重充填法 和计数充填法。
一、容积充填工艺
量杯充填；
螺杆充填； 真空充填； 定时充填； 倾注式充填。
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量杯充填；
原理：采用定量杯量取物料, 并将其充填到包装 容器内。 适用于充填流动性能良好的粉末状、颗粒状、碎 片状物料。 特点：①可采用固定式量杯或可调式量杯；②充 填精度较低；③可进行高速充填。 量杯的结构有转盘式、转鼓式、插管式3种。 转盘式量杯充填(图8-12), 特别适合于流动性好的 颗粒状物料的充填。 转鼓式定容充填, 适用于视密度比较稳定的粉末 状物料的充填。 插管式容积充填，适用于充填带有粘附性的粉 末状物料(参见附图)。