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1第八章充填工艺2第一节概述将液体或固体产品装入包装容器的操作，称为充填．充填工艺可分为两类：液体物料充填和固体物料充填，液体物料充填又称为“灌装”．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作．如成型、清洗、消毒、干燥或排列等．在它之后是密封、封口、贴标、打印等辅助工序．可充填的物品范围很广，种类繁多，按物品的物理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，可分为瓶装、装罐、装袋、装盒、装箱等．由于被充填的物品的种类，形态，流动性及价值等各不相同，所以计量方法分有容积充填法，称重充填法和计数充填法．32.充填精度充填精度是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．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．充填不足将损害消费者的利益，也影响企业的信誉；充填过量将会增大成本，影响企业的经济效益．但充填精度过高，所需要的设备价格就越高．包装成本高，势必造成产品销售价格过高，影响产品的销售．43.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，应该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等。5第二节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。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，密度比较稳定等特点.影响灌装的主要因素是液体的黏度，其次是液体内是否溶有气体等。一般液体按黏度可分为三类。①第一类黏度小，流动性好的稀薄液体物料、如酒、牛奶、酱油、药水等。②第二类是黏度中等，流动性比较差的黏稠液体物料，为了提高其流速需要施加外力.如番茄酱、稀奶油等。③第三类是黏度大，流动性差的黏糊状液体物料，需要借助外力才能流动.如果酱、牙膏、浆糊等。6一、液体灌装的力学基础液体灌装是将液体从贮液缸中取出，经过管道，按一定的流速或流量流入包装容器的过程。管道中流体的运动是依靠流入端与流出端压力差，即流入端压力必须高与流出端压力。根据流体力学，流体在流动过程中由于其所具有的基本条件不同，会出现两种不同的流动状态----稳定流动状态和不稳定流动状态。7液体在管道中流动时有两种完全不同的流动状态，即层流和紊流。若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，为层流，若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，为紊流.紊流质点的速度和压强都是脉动的，是一种不稳定流动。其判断准则是：雷诺数Re2000时为层流；Re2000时为紊流。8•一般管道截面为圆形，假设流过圆形管道截面的液体为稳定均匀层流，根据伯肖公式：•式中，Q为容积流量，m3/s;•△P为压力差，Pa;•d为管道内径，m；•L为管道长度，m；•μ为动力黏性系数，Pa·s.9•断面平均流速为：•从式中看出，容积流量与压力差成正比，•与管的内径的四次方成正比，•与管长成反比，•平均流速与流量成正比。10•可得出结论：•①同一种液体，当管长与管径不变时，如果压力差成倍增加，容积流量也成倍增加，平均流速同样成倍增加。•②同一种液体，当管径不变时，如果管长与压力差均成倍增加，则容积流量不变，平均流速也不变。•这个结论，是设计最佳灌装系统的依据。影视资料1影视资料2影视资料3影视资料4影视资料5影视资料6影视资料7影视资料811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器灌装隔膜容积式灌装虹吸法灌装定时灌装称重灌装12二.液体灌装方法由于液体物料性能不同，有的靠自重即可灌入包装容器，有的需要施加压力才能灌入包装容器，所以，灌装方法也多种多样.根据灌装压力的不同可分为常压灌装,压力灌装和真空灌装等.按计量方式不同，可分为定液位灌装和容积灌装.1.常压灌装。常压灌装，又称重力灌装，即在常压下，利用液体自身的重力将其灌入包装容器内。该灌装方法是最古老的灌装方法，至今仍是自由流动的液体物料最精确，最简单的灌装方法。适用于不含气又不怕接触大气的低黏度的液体物料，如白酒、果酒、酱油、牛奶、药水等.13常压灌装，贮液缸位于容器的上方，物料从贮液缸中通过灌装阀，靠自重流入包装容器.其方法有两种，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，顶起灌装阀，灌装开始；另一种方法是灌装阀向下移动，与容器口接触，顶起灌装阀，灌装结束时，装阀脱离接触，弹簧力上灌装阀关闭。灌装方法如图所示。14常压灌装的工艺过程为:升降机构托起容器容器密封开启灌装阀物料流入空气排到上部压力平衡升降机降下灌装阀关闭灌装结束15常压灌装方法的计量是采用定液位灌装，容器中的液面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，可以使每个容器的灌装高度保持一致，也可以采用定时装置，控制阀门开启关闭时间，来调节流量，但要在灌装液面处装置过流管，以取代排气管，这种灌装系统不许要在容器和灌装头之间保持密封.162.真空灌装真空灌装是先将包装容器抽真空后，再将液体物料灌入包装容器内。这种灌装方法不但能提高灌装速度，而且能减少包装容器内残存的空气，防止液体物料氧化变质，可延长产品的保存期。此外，还能限制毒性液体的逸散，并可以避免灌装有裂纹或缺口的容器，减少浪费，适用于不含气体，且怕接触空气而氧化变质的黏度稍大的液体物料，以及有毒的液体物料.如果汁、果酱、糖浆、农药等.17真空灌装是在低于大气压力的条件下进行灌装，也称“负压灌装”.灌装时开动真空泵，通过真空室将包装容器内的空气抽走，然后，液体物料的自重或贮液缸与包装容器间的压差进行灌装.前者贮液缸与包装容器具有相等的真空度，液体是处在真空等压力状态下进行灌装。为真空等压灌装；后者包装容器的真空度大于贮液缸的真空度，液体是在真空不等压状态下进行灌装的，为真空压差灌装。（1）纯真空灌装.纯真空灌装即真空压差灌装.如下图所示.1819纯真空灌装的工艺过程为:容器上升或灌装阀下降气密密封打开阀门对容器抽真空液体加入液位保持不变灌装结束纯真空灌装速度高，但有溢流和回流，使液体物料往复循环，且能耗较多，灌装结构复杂管路清理困难.20（2）重力真空灌装.重力灌装即真空等压灌装，是低真空下的重力灌装，其灌装方法基本与重力灌装相同，但比重力灌装速度快，可以避免灌装有裂纹或有缺口的容器，还可以防止液体的滴漏.重力真空灌装消除了纯真空灌装产生的溢流和回流现象，特别适用于蒸馏酒精、白酒、葡萄酒的灌装。灌装工艺如图所示，21重力真空灌装的工艺过程为:升降机将容器升起容器密封打开阀门容器形成的真空物料灌入压力平衡停止灌装223.等压灌装等压灌装，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灌入包装容器内.等压灌装又称压力重力灌装、气体压力灌装。这种灌装方法只适用于含气饮料，如啤酒、汽水、香槟、矿泉水等。该方法可以减少二氧化碳的损失，保持含气饮料的风味和质量，并能防止灌装中过量泛泡，保证包装计量准确.灌装装置如图所示23在灌装过程中，与物料接触的气体主要来自瓶内及贮液缸内留存的空气，为了减少物料中氧气的含量，延长保存期，可将贮液缸做成三个腔室：贮液室，背压气室，回气室。贮液室内充满物料，与空气脱离接触，容器内排除的空气引入回气室。这样不但可以提高排气和灌装的速度，而且减少了物料与空气接触的时间。244.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，外界压力有机械压力、气压、液压等。压力灌装主要适用于黏度较大，流动性较差的黏稠物料的灌装，可以提高灌装速度。压力灌装，由于采用的外界压力不同，计量方式不同，而有多种类型，下面根据计量方法不同，介绍两种压力灌装方法，一种是定液位式灌装，另一种是容积式灌装。25（1）定液位式压力灌装。定液位式压力灌装又称为纯压力灌装。与前面介绍的灌装方法不同之处，是将压力施加在物料上。可以通过在贮液缸上部空间加压力的方法实现灌装。对于那些不能抽真空的物料，该方法是比较理想的。这种灌装方法通常用于灌装含较少二氧化碳的液体物料，如一些果酒、可在压力下保持较低的二氧化碳含量。也可以用于将不同黏度的物料装入同一包装容器。2627（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，灌装压力由泵施力，以提高灌装速度.主要适用于黏度较大，流动性较差的黏稠状液体物料，如果酱、牙膏、鞋油、浆糊、美术颜料等。也适用于一些不适于其它方法灌装的低黏度液体物料。如用安瓿包装的针剂注射液，其灌装嘴截面积细小；输液用的无毒塑料软包装袋，其灌装管道比较细，这类容器，若采用常压灌装，灌装速度慢，生产能力低，采用真空灌装其结构不允许，所以采用容积式压力灌装是最佳方法，可以提高包装的生产能力。28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.活塞容积式灌装方法，其定量泵为活塞泵，如图所示。这种活塞容积式灌装方法计量准确，灌装容量调节方便，适于灌装个中高黏度的物料，可以灌装瓶、罐、软管等.29305.液位传感式灌装液位传感式灌装方法，是利用传感方法，如极低的空气流传感器装置、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。采用这种方法，包装容器在灌装过程中不需要密封，灌装速度比常压灌装和真空灌装快，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，特别使用与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，如油漆等.3132液位传感式灌装过程如上页图所示。贮液缸1是封闭的，液体物料由供料管2进入，液面高度由浮子3控制。液面保持一定的压力，液料经进液管6和灌装阀7流入容器9中，由于容器为密封，液料灌入式容器中的空器从瓶口缝隙排出。这种灌装方法比重力法和真空法的灌装速度高，而且液面精确度非常高，没有容器时不灌装是高速灌装塑料容器的良好工艺。在此装置中进液管要根据不同的物料和容器进行设计，要求能准确地控制流入容器的液体流量，并且能使液体沿容器内壁流动，以保证非紊流状态，尽量减少液体与空气的接触。若在进液管内装上筛网，则可以灌装高泡沫的液体物料.336.隔膜容积式灌装隔膜容积式灌装，是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，再注入到包装容器中。隔膜容积式灌装与活塞容积式灌装都是采用容积式计量法，即由计量室计量容量，再灌装到容器中，但隔膜容积式灌装是靠隔膜来实现完全密封。34而采用隔膜容积式灌装方法，可以保证液体物料的清洁卫生，且灌装精度高，物料损失少，灌装速度快，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。隔膜容积式灌装过程如下图所示.357.虹吸法灌装虹吸法灌装势力用虹吸原理，是贮液缸中的液体物料经虹吸管吸入容器。这种灌装系统结构简单，但灌装速度较低，适用于灌装低黏度不含气的液体物料，如果酒等。虹吸法灌装属于定液位灌装，容器液面高度由贮液缸液面控制。利用浮子4来控制进液阀1的流量，以保证贮液缸液位的稳定是确保虹吸法灌装精度的关键。368.定时灌装定时灌装是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.灌装容量的调整，可以通过改变液体流动时间或调节进料管的流量来实现.其灌装精度，取决于液体流动的均匀性和机构的精确性.（1）恒容积流量定时灌装。恒容积流量定时灌装方法的定时调节机构有很多种形式，常用的有回转定量盘式，回转泵式和螺杆式3种。下面以回转定量盘式为例来介绍恒容积流量定时灌装方法.灌装过程如下图所示.3738这种灌装方法很简单，设备便宜，适于灌装中高黏度的液体物料，如花生酱等，不适于灌装低黏度的液体物料，因为盘与盘之间的泄露很难控制。（2）可控压差定时灌装.可控压差定时灌装的灌装容量是依靠精确地控制液流时间