第二章充填工艺技术

1.掌握基本的计量方法；2.掌握容积式、称重式、计数式等典型计量装置的结构及工作原理。科学的灵感，决不是坐等可以等来的。如果说，科学上的发现有什么偶然的机遇的话，那么这种“偶然的机遇”只能给那些学有素养的人，给那些善于独立思考的人，给那些具有锲而不舍的精神的人，而不会给懒汉。---华罗庚（中国）第一节概述填充机：将固体产品按预定量填充到包装容器内；一、计数法是指包装物料按个数进行计量和包装的方法。常用计数方法有如下几种类型。1.单件计数通常用于块状物料，可使物料单列定向排列并依次通过光电计数装置，光电计数器发出电信号输入计数电路进行计数，并由数码管加以显示。当计数达到给定量时，控制信号即控制输送物料闸门，从而完成一次计数循环。2.多件计数由计量腔一次装入多件物料进行计量3.转盘计数主要适用于药片,钢珠等规则颗粒物料，它是在转盘上平均分布的扇区面内均布一定数量的小孔，形成若干组均分的间隔孔区，改变每一扇形区的孔数即改变计数值。4.履带计数多适用于片状和球形等规则物料计数，主要由具有若干匀布凹槽的履带带动物料依次通过传感器进行计数。二.定容法定容法广泛用于密度稳定的粉状、颗粒状、膏状物料的计量。常见的有以下几种方法。1.量杯式利用量杯的容积进行计量。2.螺杆式利用螺杆的螺旋槽在单位转速中的总旋容积进行计量。3.真空充填4.定时充填5.倾注式充填三.称重法主要应用于受潮易结块，颗粒大小不均匀，密度的变化幅度较大的物料的计量。1.毛重式充填2.净重式充填第二节容积式充填定义：将产品按预定容量填充到包装容器内分类：（根据物料容积计量方式不同）量杯式、可调容量式、气流式、柱塞式、螺杆式、计量泵式、插管式、料位式、定时式；适用范围：对于密度较稳定的粉末，细颗粒，膏状物料较合适。特点：结构简单、计量速度快、造价低、但精度低。1、螺杆式充填通过控制螺杆旋转的转数或时间来量取产品。构成：螺杆计量装置、物料进给机构、传动系统、控制系统、机架。传动过程：1启动电机，带动小带轮及大带轮，使大带轮绕着螺杆轴空转。2当计量开始时，给电磁离合器一个信号，于是与主轴连在一起的离合器和大带轮吸合，主轴转动，固定在主轴上的光电码盘同时转动，计量螺杆也同步转动。3计量螺杆转过预定圈数实现计量时，光电码盘也转过同样的圈数，使电气控制系统发出信号，离合器与大带轮脱开，计量过程结束。螺杆式充填机传动系统示意图利用螺杆螺旋槽的容腔来计量物料每次充填物料的重量：G=V.r.n0式中：V－圈螺旋的容积（cm^2)，V=F.LF:螺旋截面积（cm^2），F=st/2L:每圈螺旋周长（cm），L=Dm/cosr－物料的比重（kg/cm^3)n0－充填一次螺杆的转数。充填精度的计算方法：（1）计量螺杆一般垂直安装，在导管内的螺距数≥5；（2）螺杆采用精密加工的矩形截面螺纹，其一圈计量容积V为V=F·L=t(s-b)·πDm/cosα(cm3)螺杆每次计量的理论重量W为W=V·γ·m(kg)螺杆计量的平均生产率Q为Q=W·n/m=V·γ·n=t(s-b)·πDm/cosα·γ·n(kg/min)（3）螺杆与导管间的间隙：一般取0.2mm左右。过大会影响计量精度；过小回使螺杆与导管相摩擦而产生金属屑，污染物料。（4）特点：A、计量精度较高，误差≤5%；B、计量和装量范围较大（0.12~1.4g），且可调（调螺杆转数→微调，更换螺杆→粗调）；C、应用范围较广，尤其适用于流动性好的重体物料的计量分装；D、螺杆加工和安装要求较高。（5）计量精度主要影响因素：A、物料的流动性、比重等物理性能；B、螺杆与导管间的间隙；C、螺杆的转数与转速；D、螺杆的加工精度。2、量杯式充填机量杯式充填机适合于小粒状、碎片状及粉末状等流动性能良好的物料充填。生产中根据物料的比重稳定性的好与差,量杯分为固定式和可调式两种。过程：物料经料斗1靠重力落到计量杯内。主轴11带动圆盘旋转时，粉料刮板9将量杯3上面多余的物料刮去。当量杯转到卸粉工位时，开启圆销7推开定量杯底部活门4，于是量杯中的物料在自重作用下充填到下方的容器中。如果容积的大小不同、则还可以更换量杯。3、可调容量式充填机采用可随产品容量变化而自动调节容积的量杯量取产品。量杯由上下两部分组成。通过调节机构可以改变上下量杯的相对位置，实现容积微调。量杯定量的包装速度可达300～600次／分。若与真空充填装置相配合，既可以防止粉尘飞扬，又可以加快落料速度，提高包装速度．还应注意使下料斗的物流道尽可能地短些，以使物料落入容器的时间减到最小，减少粉尘的飞扬。4、气流式填充机为了进一步提高计量精度或减少物料的氧化,可采用真空或气流式充填机构充填。充填物料时，先将容器抽真空，继而使物料充填到容器中去。由于容器处于真空状态下，故物料充填到容器内时相当均匀，且空隙极小,因而计量精度较高。显然这种型式的充填机械的缺点则是充填物料的计量精度受着容器容积变化的影响。例如,玻璃瓶壁厚不相等或不匀称等,就会出现不同的容积。如果容器为非刚性瓶，则应在容器外套一个真空密封装置，以保证容器在抽真空或充填物料时不发生容器塌陷、变形等现象,以达到符合要求的充填精度过程：充填轮2作匀速间歇转动，当轮中量杯口与料斗接合时，恰好配气阀也接通了真空管，物料就被吸入量杯。当量杯转位到包装容器的上方时，量杯中的物料就被经过配气阀输送过来的压缩空气吹到容器中。这种充填装置克服了上述真空式充填装置计量不精确的缺点,它在很大范围内应用都能达到土1％的精确度。量杯的高度一般为150mm。实际生产中,量杯的横截面形状可以是圆形、椭圆形、方形、矩形,也可以是其它任意形状。（5）计量精度主要影响因素：A、物料的流动性、比重等物理性能；B、过滤片堵塞或损坏→吸粉不足和吹粉不净(→设吹净工位)；C、真空度(吸粉，应≥0.08MPa)和压缩空气压力(吹粉及吹净)；D、料斗中的物料量与搅拌。5、柱塞式充填机采用调节柱塞行程而改变产品容量的柱塞筒量取产品，并将其充填到容器中。过程：当柱塞推杆7向上移动时，由于物料自重，使进料活门5向下压缩弹簧6，于是物料从活门5与柱塞顶盘3的环隙进入柱塞下部缸体2的内腔中。当柱塞4向下移动时，活门5在弹簧的作用下关闭环隙，柱塞4下部的物料就被柱塞压出并充填到容器中。利用柱塞两极限位置间形成的一定空间的容腔来计量物料。6、计量泵式充填机转鼓式充填机利用计量泵中齿轮的一定转数量取产品。转阀2转一圈，充填两次，每次的容量可用螺钉3调节，充填速度与转阀转速有关。转鼓是由充填机的传动系统带动回转的，物料靠自重由上料口装入计量容腔，且边转动边上料。物料在容腔中随转鼓转到出料口而自由落入包装容器——袋或盒中。转鼓的转速视包装物料及计量容腔的结构不同，可在0.025—1m/s范围内变化。如果转速过快，会使计量不够准确。7、插管式充填机过程：将内径较小的插管插入具有一定粉层高度的储料槽中，由于粉末之间及粉末与管壁间都有附着力，当插管被提起时也不致于使粉末脱落下去。当插管转到卸粉工位时，由顶杆将插管中的粉末推入容器3中。多用于小容量的药粉胶囊充填。这种装置的计量范围一般为40～100mg,误差约为7％,充填速度为30次／分,每次一般装5～6件。计量精度主要影响因素：A、药物的流动性、比重等物理性能；B、粉斗中的药物量、松实度及搅拌；C、冲杆与插管间的间隙；D、冲杆与插管的加工精度。计量的调节：调整粉盒内粉层厚度、插管内径、插管与粉盒底的间隙。◆在插管式计量机构中：（1）为保证计量准确，冲杆与插管间的间隙很小（0.1mm）。（2）插管下行到最低位应与粉盒底保证有0.1mm左右间隙（既要压实药粉柱，又要保护插管）。（3）刮板与耙料器控制粉盒内药物的松实程度，对粘性大、流动性差、易结晶结块、架桥形成空穴的药物，须耙松、翻匀、刮实；对粘性小、流动性好的药物，只须刮板将粉层刮平。（4）插粉后压实药粉时，冲杆相对插管的行程决定于驱动打杆和花键轴的两凸轮曲线相对位置。（5）冲杆相对插管的行程应根据药物性能调节粘性小→相对行程大→以防压得不实，在转位时松散掉落；粘性大→相对行程小→以防压得过实而粘附在冲杆或插管内壁上（为消除粘附现象，有时在冲杆上装一销钉使其沿插管壁上的螺旋槽有一旋转动作）。（6）对比重较小且粘性较大的粉剂（如青霉素、土霉素等），插粉计量时，冲杆与插管间可无需相对行程形。总结：1量杯充填量杯的结构有转盘式，转鼓式，插管式3种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。适用于充填流动性能良好的粉末状，颗粒状，碎片状物料。总结：2螺杆充填特点：充填速度快，飞扬小，充填精度较高。适用于充填流动性能较好的粉末状细颗粒状物料，特别是在出料口容易起翘而不易落下的物料，不适用于易碎的片状，块状物料和视密度变化较大的物料。。总结：3真空充填特点：①可获得较高的充填精度；②能减少包装容器内氧气含量，延长物料的保存期；③可防止物料粉尘弥散。真空容器充填，特点：①物料充填到容器内相当均匀，紧密，充填精度比较高；②充填精度要受容器容积的影响。真空量杯充填，特点：①充填精度高；②充填范围大总结：4定时充填原理：通过控制物料流动时间或调节进料管流量来量取产品，并将其充填到包装容器中。特点：①结构简单；②价格便宜；③充填精度较低。计时振动充填，适用于各种粉末，颗粒状物料。等流量充填，充填精度受容器容积的影响，充填精度高，充填范围大。第三节称重式充填有许多物料常容易受潮而结块，使颗粒大小不均，密度变化幅度较大，此类产品适合采用称重法计量，以保证精度。分类1：毛重式充填、净重式充填；毛重式充填装置在充填过程中，产品连同包装容器一起称重的机器。通常用于产品在称重料斗中因有粘连现象而损害称重系统精确度的场合。包装容器本身的重量直接影响充填物料的规定重量。不适用于包装容器质量变化较大，或物料重量占整个重量百分比很小的场合。净重式充填机先称出预定质量的产品，并将其充填到包装容器内。称量精度高，广泛用于要求充填精度高及贵重的流动性好的固体物料，还用于充填酥脆易碎的物料，特别适用于质量大且变化较大的包装容器。分类2：按称重的方式，分为间歇式充填机、连续式充填机；间歇式称重装置1、单台秤采用单台秤称重，生产效率较低，且称重速度加快时精度就降低。2、多台秤采用多台秤计量可大幅提高生产率。它尤其适合于粗粒和块状物料的高精度计量。振动给料机械电子称：双杠杆称重原理Gx.Le=Gc1.Lc1+Gc2.Lc2式中：Gx=G主x＋G副x；G主x是主秤杆所称重量，G主x＝Gc1.Lc1;G副x是副秤杆所称重量，G副x＝Gc2.Lc2;当称量值在500～1000g时，误差可控制在0.4％以内,所以称量精度还算较高。机械电子秤：双杠杆阻尼秤称量过程：A副秤杆17被电磁铁20吸住，一旦主副通道同时给计量料斗8供料时，主秤杆18逐渐抬起，B当达到主秤杆的给定量值时，吊架19的下限位板恰好吊住副秤杆，开关22发出信号，电磁铁4关闭主通道的阀门6，主通道停止供料，电磁铁20将副秤杆释放。C副通道继续供料，当计量料斗8中的物料达到重的称量定值时，开关23发出信号，电磁铁5关闭副通道阀门7，副通道供料立即停止。D电磁铁9将门钩10拉开，计量料斗底板自行落下，物料经漏斗11落入包装容器中。高精度计量组合秤。一般可配备多达9～14个秤斗，呈水平辐射状排列，物料从中央料斗再进入分料斗和各秤斗，每一秤斗都配有重量传感器，可分别同时精确测出各斗中物料重量。然后根据选定的组合数目，借助电子计算机作快速计量，从至少511种物料组合中挑选出等于或略大于标重的最佳秤斗组合，作为包装物料重量。误差一般不超过±1%，每分钟称重60～120次。连续式称重充填机间歇式称量装置只能用于低速称量充填中，故它的生产效率也相当低。在现代化的生产中，高速称量充填机多采用连续称量装置，它可以大大提高生产率。实质是定时计重，即通过控制物料的稳定流量及其流动时间间隔来进行计量。电