chpt8 充填工艺

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。
� 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、carbonated drinks、 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。
� 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。
一. 液体的分类
1.按粘度分类
� 粘度(＜100 c.p)小，流动性好的稀薄液体物 料，如alcohol、milk、sauce、liquid medicine等。 � 粘度(100～200 c.p)中等，流动性较差的粘稠 液体物料，如redeye、thin cream等 � 粘度(＞200 c.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。
常压灌装 压力灌装 真空灌装
二. 容器的分类
1. 玻璃瓶灌
� 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。
2. 金属罐容器
� 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。
� 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。
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。
3.塑料瓶容器
� 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。
8.2.1 液体灌装方法
一、常压灌装
� 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distilled spirit、wine、soy sauce、milk、liquid medicine等。
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 按计量方式分
定液位灌装 容积灌装
1. 常压灌装方法
� 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。
2. 常压灌装的计量
� 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。
� 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，2.5 kPa 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。
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。
1.百度文库容积流量定时灌装
� 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。
8.1.3 充填工艺选用
� 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。
8.2 液体灌装工艺
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。
� 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（0-103 kPa），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。
� 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。
� 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。
� 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。
8.1.2 充填精度
� 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。
� 纯真空灌装(真空压差灌装)，真空度一般为6-7 kPa，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10-16 kPa，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
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。
� 贮液缸的液面上方保持一定的压力（7-103 kPa），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。
4 进气管 5 灌装阀 6密封装置 7包装容器 8 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。
第8章 充填工艺
8.1 概述
� 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。
8.1.1 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。