灌装机

自上世纪80年代开始，在消化吸收国外先进制造技术的基础上，我们在国内首先开发出了具有自己特色的啤酒灌装机液气控制系统，发展至今己经过了近二十年，现己发展到第四代，与国际上灌装机液气控制技术的发展基本上同步。在此过程中，通过对啤酒灌装物理过程的研究、与国内外装备制造商的交流和讨论，发现有些问题需要澄清，有些问题需要说明，另一些问题值得进一步研究和探讨。在讨论具体问题之前，首先对啤酒灌装的内涵，给予科学的分析。

啤酒是通过生化反应酿造而制成的液态食品，它的基体是水，应遵循流体力学的基本定理，如能量守恒、流体连续和力平衡等。它的主体是微生物和生化反应的代谢物以及某些无机物。其中微生物和代谢物中的二氧化碳和蛋白质，是啤酒灌装过程中必须正视的主要因素，这也是啤酒灌装区别于其它液态食品灌装的难度所在。如尽量减少增氧量以减少微生物的生存空间；遵循物理化学中气体溶解量的亨利定理，根据二氧化碳含量和灌装温度确定背压高低；蛋白质在二氧化碳气体作用下易起泡，且持泡时间较长等。

灌装指的是商品灌装，是要在市场上进行交易的商品，因此必须要计量容积、质量或一定容器下的液位高度。

任何食品包装都不可能提高其品质，而且必然会有所影响，包装工艺的原则是将不利影响减至最小。

—、啤酒灌装技术的核心是灌装阀

在我国的媒体和专业会议上，经常可以看到和听到一些说法，将灌装阀数量的增加当作技术进步来宣传，制造厂家也以此来做广告，似乎灌装头越多灌装技术越先进，灌装流速越快。实际上无论阀的数量多少，就每一个灌装阀而言，工作状态和过程都是一样的，阀数量增多仅仅是酒缸直径大了，所需的动力和传动有些变化，灌装技术无进步可言。所谓高速灌装的高速，指的是进出瓶的切线速度增快，单位时间内灌装的瓶数增多。而灌装机转动的角速度却是一样的，即灌装每—瓶啤酒所需的时间无任何变化，对每个灌装阀而言，仍然是转—圈完成灌装流程。真正变化的是输送系统，高速无压力输送和无阻塞输送系统才是高速灌装的核心技术。只要灌装阀的功能和结构相同，其灌装的技术性能也就相同，对每—个灌装阀而言，排除机械加工和装配误差，在理论上应完全相同。决定灌装质量和技术水平的是灌装阀本身，而不是阀的数量多少。如德国的KHS和KRONES公司，都是以灌装阀的功能和结构来分类并形成各自的产品系列；而国内的企业，多数在头数上做文章，还未形成以阀为核心技术的产品系列。目前在国内，据我所知仅有南轻的外置式机械灌装阀，其性能优于现有的其他机械阀，是唯一具有自己知识产权的灌装核心技术。为此，两年前本人曾在有关报刊上撰文宣传这一创新成果。

在2000年中国国际啤酒、饮料制造技术及设备展览会后，本人对国外和国内参展品的差异，曾发表过评论，国外参展商主要展示的是技术，而国内参展商主要展示的是加工能力和制造水平。说明我国的企业尚未真正成为技术开发和创新的主体。

啤酒灌装技术的核心是灌装阀，有阀才有机；机随阀而分。灌装技术的进步主要体现在阀的技术性能上，而不是阀的数量多少。开展灌装阀单阀技术的研究，才是提高灌装技术水平的关键。

二、啤酒平稳灌装的关键是灌装阀等压开阀

上世纪80年代，我国从德国引进两种类型的机械阀灌装机的制造技术，一种是SEN公司的外置式长管机，另一种是H&K公司的内置式短管机，由于种种原因，主要是我国的玻璃瓶制造很不规范，在我国的啤酒厂中绝大部分都采用短管机，这里就以短管机为例来讨论啤酒平稳灌装。

啤酒泡沫是啤酒风味的特色，是评价啤酒品质的主要指标之一，喝啤酒应喝带泡沫的啤酒。但啤酒的这一特色给灌装带来很大的麻烦，在啤酒厂的灌装现场经常能看到反泡现象。引起啤酒反泡的原因可能有以下几方面：瓶子定位对中不到位、瓶口缺损密封不严和密封圈老化而形成非等压灌装；二氧化碳含量过高或背压过低使二氧化碳从酒液中大量溢出；流动速度过快或未形成沿瓶内壁面的流动引起对啤酒的扰动过大等。泡沫一旦形成则需一定时间才能消失，浮在啤酒液面上的泡沫一旦到回气管的底口，将影响正常的回气速度，造成液位参差不齐。

机械阀是在弹簧力的作用力下开阀，理论上应当在瓶内充气压力等于酒缸内背压时开阀，弹簧力的大小仅用以克服酒缸内液面至阀口间静压差，而实际上还需要克服阀门开启时的摩擦力，且必需留有余地，即实际上是在充气压力低于背压时阀门就开启。因此，所有由弹簧开阀的灌装，在开阀时推动流体流动的作用力多了一个背压与瓶内压力的差压，是差压开阀。阀门开启后，由于回气管与缸内背压连通，开阀时附加作用力消失，形成等压灌装。但是，差压开阀时作用力较大所产生的泡沫却不会消失，它将影响整个灌装流程，加上弹簧力大小不一致，附加的作用力不相等所造成的扰动强度不一样，液位的高低不齐是其必然结果。这就是国产机械阀短管机灌装液位一致性较差的主要原因，这与弹簧的材质和工艺以及灌装阀的制造工艺水平和质量管理有关。经观察就会发现：德国KHS和KRONES公司的机械阀灌装机，在正常运转情况下，若打开灌装机的后挡板观察其灌装过程，就见到形成一条斜线的高低液面，浮在液面上的泡沫数量相差不多，灌装后液位高度的一致性也较好。深究其原因，一是阀门开度的一致性较好，二是开阀的弹簧作用力和阀开启所需克服的静摩擦力一致性较好。

解决问题的途径是提高阀的制造工艺，达到KHS和KRONES的水平，但这还是没有消除开阀时的附加作用力。另一种方法是干脆不用弹簧开阀，像电子灌装阀那样在等压时主动开阀，从源头上消除开阀时的附加作用力，实现等压开阀灌装，这就是南京轻机外置式灌装阀的核心原理。其实它的道理很简单，即在啤酒灌装时的灌装速度应遵循慢--快--慢规律。开始慢是为了防止产生大量泡沫，终结慢是为了降低流动惯性使液位准确。而中间的快也不是越快越好，应以不起泡为界限，何况流量受回气管外径和瓶口内径的制约。在传统的机械阀中，由于采用弹簧开阀是差压开阀而未能实现开始慢，啤酒在开阀时起泡就不可避免，因此液位就不可能很准确。另外，弹簧差压开阀在第一次抽空后充气时，充气时间必须调短些以避免酒阀误开，这无形中损害了抽空的效果。于是就出现了能克服这一缺陷的电子灌装阀，南京轻机的外置式机械灌装阀同样也可以达到这一目的。

综上所述，啤酒平稳灌装的关键是灌装阀等压开阀，或者说关键是开阀时尽量避免啤酒起泡。

三、关于啤酒灌装机的超速运转

目前啤酒灌装基本上按以下的工艺流程：

进瓶→抽真空→充二氧化碳→抽真空→充二氧化碳→灌装→静置→泄压→出瓶

机械阀和电子阀，在工艺流程上是一样的。在时间分配上，机械阀一般以旋转角的形式进行分配，因为控制抽真空、充气、开闭酒阀(传统机械阀仅有闭阀)和泄压等动作的滑块或拨杆，均按旋转角的大小安置在控制环上，而实际上这些旋转角的大小是由时间来确定的，是在正常运行转速下示出的相应转角，厂家给出的技术数据仍然是时间。当转速低于正常运行转速时，整个流程完成的时间就增长，反之超速运转时时间就缩短。因此用机械阀灌装啤酒超速运转可能影响灌装质量，如增氧量增大和液位不齐，甚至出现反泡现象。因为在超速运作时，所有阀的控制均由控制环上滑块或拨杆来完成，酒阀通过滑块或拨杆间的时间必然减少，将影响整个灌装流程的灌装质量。