Chapter7 灌装与充填工艺 7-1 概述 7-2 液体灌装工 艺 7-3 固体充填工艺 1 通用包装工艺 LQW 7-1 概 述 将固将固液产装装容操作体或液体产品装入包装容器的操作—充填 有两类：液体物料充填（又称为罐装）与固体物料充填 1、充填方法 按物物状态理状态可分: 颗粒、粉末、块状、液体········ 按包装容器分：装瓶、装罐、装袋、装盒、装箱······· 按计量方法分： 容积充填法、称重充填法、计数充填法 2 通用包装工艺 LQW 2、充填精度 指装入包装容器内物料的实际数值与要求数值的误差范围。 实际数值 要求数值 精度低：充填不足（损害消费者的利益） 充填过量（成本上升，效益↓） 适宜的精度：贵重物品有严格要求 如：药品→精度应高一 些 价值较低的物品：精度可低一些 3 通用包装工艺 LQW 3、充填工艺选用 对工艺方法的要求: 计量准确、不损坏内装物和包装容器； 充填食品、药品应清洁卫生； 充填危险品应安全保护。 充填方法选择要求： 考虑产品的物理状态、性质、价值、包装容器种类、 包装成本、充填精度、生产效率与设备和操作成本。 4 通用包装工艺 LQW 7-2 液体罐装工艺 灌装就就将是将液体产产装品装入瓶、灌、桶等包 装容器 内的 操作。 ?与固体物料比较：液体物料有流动性好，密度稳定等优点。 ?液体物料涉及面广、种类很多，物理与化学性质差异很大， 因此对灌装的要求也各不相同。 ?影响灌装的重要的因素是液体粘度，其次是液体内是否溶有 气体。 5 通用包装工艺 LQW ?液体???粘度可分为三类： 粘度小： 流动性好的稀薄液体物料—如酒、牛奶、 药水··· 粘度中等：流动性比较差的粘稠液体物料，提高其流速应加外力。 如：稀奶油、番茄酱··· 粘度大： 流动性差的粘糊状液体物料，要借助于外 力才能流 动如：果酱、牙膏、浆糊··· ?液体饮料有两种： 含气饮料与不含气的饮料。 6 通用包装工艺 LQW 含气饮料 不含气饮料 粘度小 中等粘度 粘度大7 通用包装工艺 LQW 一、液体罐装的力学基础 1、液体罐装 是将液体从储存的液缸中取出，经管道按一定 流速和流量进入包装容器的过程。 液体流动靠压力差实现→流入端P1 流出端P2。 2、液体的流动状态 流动状态 特 征 稳定流动状态 任一管路截面上流速、压强不随时间变化 不稳定流动状态 任一管路截面上流速、压强随时间变化 8 通用包装工艺 LQW 分类 特 征 判断准则 层流 质点沿管轴作有规则的平行运动，互 雷诺数 不干涉、互不混合的流动。 Re2000 紊流 质点作不规则的杂乱运动，互相干涉、 雷诺数 互相混合，产生大大小小的旋涡。 Re2000 ! 液体在灌装过程中，这两种状态均有可能存在。 9 通用包装工艺 LQW 3、假设流过圆形管道截面积的液体是稳定均 匀层流，则根据伯肖（Poiseulle)公式，得到： ?P?d 4 流量: Q ? 128?L 式中：Q是容积流量（m3/S）；ΔP是压力差（pa）； d是管内径（m）；L是管长（m）；μ是动力粘性系数 （pa·S）。 Q ?4Q ?Pd 2 断面平均流速: V ? ? ? A d 2 32?L 10 通用包装工艺 LQW 结论： ?P?d 4 流量: Q ? 128?L 1、对于同一种液体，当L和d不变时，ΔP成倍↑，则 容积流量Q成倍↑，流速V成倍↑。 Q ?4Q ?Pd 2 断面平均流速: V ? ? ? A d 2 32?L 2、同一种液体，当d不变时，L↑，ΔP↑（同倍↑）， 则容积流量Q不变，流速V不变。 ! 以上两点结论是设计最佳灌装系统的依据。 11 通用包装工艺 LQW 二、液体罐装方法 常压灌装 压力不同 真空灌装 压力灌装 定液位灌装 计量方式 容积灌装 12 通用包装工艺 LQW 具体类型： ?常压灌装（G型）--------☆☆☆ ?真空灌装（V型）--------☆☆☆ ?等压灌装（PG型） --------☆☆☆ ?压力灌装（P型）--------☆☆☆ ?液位传感式灌装（LS） ?隔膜容积式灌装（DV） ?虹吸法灌装（S） ?定时灌装 ?称重灌装（WF） 13 通用包装工艺 LQW 1、常压灌装（G型） 常压灌装又称为重力灌装，在常压下利用液体自 P1 身的重力将其灌入包装容器内。 适用场合： 储液缸 不含气体又不怕接触大气的低粘度液体。 如：白酒、酱油、牛奶、药水等。 P2 罐装方法： 包装容器 ①由升降机构托住容器上升，容器的口部与灌装阀接触， 顶起灌装阀，灌装开始。（图7-1） ②灌装阀下移与容器接触，灌装阀被顶起，灌装开始； 灌装结束时，容器与灌装阀脱开。 14 通用包装工艺 LQW 罐装过程 容器升起，与罐装 阀下部接触。 开启罐装阀，液体靠自重 流入容器内，气体排出。 液面封住排气管口后，液 体略微压缩，瓶内液面保 持在规定的液面高度。 液料沿排气管上升与贮液 (a)正在灌装 (b)完成灌装 缸液面等高，包装容器降 下，罐装阀自动关闭，罐 图7-1 常压灌装(G) 1-贮液缸 2-排气管 3-灌装阀 4-弹簧 装结束。 5-密封装置 6-灌装头 7-包装容器 8-升降机构 15 通用包装工艺 LQW 2、真空罐装（V型） 真空灌装也称为负压罐装，是先将被包装容器抽 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能够尽可能的防止灌装有裂纹或缺口的容器。 适用场合： 不含气体、且怕接触空气而氧化变质的粘度稍大的液体， 以及有毒的液体物料。如：果汁、糖浆、农药等。 16 通用包装工艺 LQW 两种方法： ①真空压差罐装（纯真空罐装） 真空度:包装容器贮液缸(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7-2) 。 ②真空等压灌装（重力真空罐装） 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7-3) 17 通用包装工艺 LQW 罐装过程 容器升起，与罐装 阀下部接触。 开启真空泵，对容器内抽 线kPa），液体随 着吸液管流入容器。 液面沿着真空管上升，容 器内液面保持不变。过量 物料形成溢流和回流。 图7-2 纯真空灌装(V) 包装容器降下，罐装阀自 1-供液管 2-供液阀 3-浮子 4-贮液缸 5-吸液管 动关闭，罐装结束。 6-密封装置 7-灌装阀 8-线 通用包装工艺 LQW 重力真空罐装 罐装过程 容器升起，与罐装 阀下部接触。 开启罐装阀，排气管与线kPa）相通， 液体靠自重流入容器内。 液面沿排气口上升，并达 到压力平衡，停止灌装。 (a)正在灌装 (b)完成灌装 包装容器降下，罐装阀自 图7-3 重力真空灌装(GV) 动关闭，罐装结束。排气 1-供液管 2-浮子 3-贮液缸 4-线-升降机构 管内余液进入贮液缸。 19 通用包装工艺 LQW 3、等压灌装（PG型） 等压灌装又称为压力重力灌装、气体压力灌装。 向包装容器内充气，使容器内压力与储液缸内压力 相等,再将储液缸内的液体物料灌入包装容器内。 适用场合： 适用于含气饮料如啤酒、汽水、 香槟、矿泉水的灌装。能减小 CO2的损失，保证含气饮料的风味 和质量，并能防止灌装过程过量泛 泡，保证计量准确。 20 通用包装工艺 LQW 罐装过程 往气室通入压缩气体， （010.1-0. 9MPa）。 瓶上升与罐装阀接触, 进 气管与容器接通，气体进 入容器，“建立背压”。 当气压与容器压力相等时， 罐装阀接通进液管和排气管， 液体靠自重流入容器，气体 沿排气管排至气室中。 (a)充气 (b)灌装 液体沿排气管上升到缸中 图7-4 等压灌装（PG) 液面时停止上升；罐装阀 1-贮液缸 2-进液管 3-排气管 关闭，罐装结束。 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 21 通用包装工艺 LQW 4、压力罐装(P) 压力灌装是借助于外界压力(机械压力、气压和液压)， 将液体物料压入包装容器中。 适用场合： 一般适用于粘度较大、流动性较差的粘稠物料 的灌装，对于低粘度的液体物料，虽然流动性好， 但是受到物料本身的特性或包装容器材料及结构限 制，也可以用此方法。 两种方法： ①定液位式压力罐装 P（纯压 力罐装） ②容积式压力灌装PV （机械压力罐装） 22 通用包装工艺 LQW 两种方法： ①定液位式压力罐装（纯压力罐装P） 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7-5)。 ②容积式压力灌装 （机械压力罐装PV） 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7-6) 23 通用包装工艺 LQW 罐装过程 包装容器上升，与罐 装阀接触并开启。 物料泵抽取液体通过灌 装阀进入容器。 容器内空气沿溢流管排出， 进入储液缸，液面上升。 液面到达溢流管口时，停 图7-5 定液位式压力灌装(P) 止上升，罐装结束。 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 24 通用包装工艺 LQW (a)结构 (b)灌装 (c)进料 图7-6 活塞容积式灌装(PV) 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 25 通用包装工艺 LQW 5、液位传感式罐装（LS） 利用传感方法,如极低的空气流传感装置、电子传 感装置, 检测容器是不是到位, 以及灌装液面的高度, 并发出适当的信号启闭灌装阀(图7-7)。 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. 适用场合： 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, 非常适合于狭颈塑料瓶和玻璃瓶的高速 灌装, 也能够适用于难于清洗的液体物料的灌装. 26 通用包装工艺 LQW P 控制器 界面阀 图7-7 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 27 通用包装工艺 LQW 6、隔膜容积式罐装（DV） 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7-8) 。 特点： ①能够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。 适用场合： 适用于灌装较贵重的液体物料， 非常适合于各种静脉注射液和针剂的灌装， 可以灌装狭颈瓶。 28 通用包装工艺 LQW (()a)物料压入计量室 (()b)向容器灌装 图7-8 隔膜容积式灌装（DV) 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 29 通用包装工艺 LQW 7、虹吸法罐装（S） 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7-9) 。 特点： 结构相对比较简单，但灌装速度较低。 适用场合： 适用于灌装低粘度不含气的液体物料。 图7-9 虹吸法灌装（S） 1-进液阀 2-贮液缸 3-贮液杯 4- 浮子 虹吸管 灌装阀 灌装头 包装容器 5- 6- 7- 8- 30 通用包装工艺 LQW 8、定时罐装 在流速和流量保持一定的情况下，经过控制时间来确定罐装容量。 容量的调整，通过调整时间来实现，或调整流量实现。 罐装精度，取决于液体流动的均匀性与机构的精度 两种方法： ⑴恒容积流量定时罐装（TF） ⑵可控压差定时罐装（TP） 31 通用包装工艺 LQW ⑴恒容积流量定时罐装（TF） 常用的有回转定量盘式（图7-10）、回转泵式，螺杆式三种； 调节灌装容量：改变回??盘的回转速度或灌装孔的 尺寸、 位置, 能调节灌装容量。 特点： ①方法简单； ②设备便宜； ③没有“无容器不灌装”装置 。 适用场合： 适用于中高粘度的液料，不适合罐装低粘度物料， 原因是盘间泻漏很难控制。 32 通用包装工艺 LQW 回转盘 图7-10 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 33 通用包装工艺 LQW ⑵可控压差定时罐装（TP） 罐装容量依靠精确地控制液流时间来实现的。罐装精度由罐装 管处压差的稳定性及液流时间控制的精确性来决定（图7-11） 特点： ①灌装精度极高； ②易于进行清理洗涤或蒸气消毒，实现无菌灌装； ③很容易转换灌装物料。 适用场合： 适用于灌装流动性比较好且不含气体的液体物料， 非常适合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。 34 通用包装工艺 LQW 方法： 采用加压储液缸或使物料溢流过 一个隔板形成的固定液 为---准确的压差。 P 图7-11 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 35 通用包装工艺 LQW 9、称重罐装（WF） 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。 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。 适用场合： 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 36 通用包装工艺 LQW 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。 37 通用包装工艺 LQW 直线 通用包装工艺 LQW DXGF系列冲洗、灌装、封盖生产线 通用包装工艺 LQW 易拉罐灌装机 40 通用包装工艺 LQW GFP系列灌装机 41 通用包装工艺 LQW 饮料灌装机 42 通用包装工艺 LQW 饮料灌装机 43 通用包装工艺 LQW 三、各种液体罐工艺的比较与选用 各种灌装方法及代号 序号 灌装方法 代号 序号 灌装方法 代号 1 常压灌装 G 7 虹吸法灌装 S 2 纯线 机械压力灌装 PV 3 重力线 隔膜容积式灌装 DV 4 纯压力灌装 P 10 恒容积流量定时灌装 TF 5 等压灌装 PG 11 可控压差定时灌装 TP 6 液位传感式灌装 LS 12 称重灌装 WF 44 通用包装工艺 LQW 选用原则： 根据方法、设备、物料粘度、包装容器特点做综合 分析比较，来进行设计。 1、液体粘度（用cP表示） 流体物料(1～1000cP): 任何方法灌装； 半流体(103～104cP): LS、TF、TP、PV、DV或WF 粘滞体(104cP): TF、PV两种方法灌装。 45 通用包装工艺 LQW 2、包装容器的材料与刚性 ①刚性容器： 玻璃、金属、陶瓷或复合材料制成······· 任何灌装方法 ②半刚性容器: 用吹塑成型或热成型塑料制成 G、PG、LS、TF、TP、DV和WF ③软性容器: 用塑料薄膜、塑料和金属箔复合材料制成 LS、TF、TP、DV或WF 46 通用包装工艺 LQW 3、包装容器的形状和容量 窄领瓶(瓶口径＜38mm) 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。 47 通用包装工艺 LQW 4．灌装速度与灌装系统及容器的关系 气密罐 高速灌装(350～2000瓶/min), 一般会用可使用G或PV灌装法 如灌装含CO2的饮料, 则使用PG灌装法(800～1500瓶/min)。 窄颈塑料容器 速度不超过400瓶/min 常使用LS和WF灌装法, 刚性窄颈容器 速度不超过400瓶/min。 常使用V或DV灌装法 48 通用包装工艺 LQW 7-3 固体充填工艺 固体充填指将固体物料装入包装容器的操作的流程。 决定充填方法的根本原因:固体物料的形态、粘性 及密度的稳定性。 按物理状态分：粉末状物料、颗粒状物料、块状物料。 按粘度分：非粘性、半粘性、粘性物料。 非粘性 流动性好、无粘附性、倾倒于水平面上， 咖啡、沙糖 物料 可自然堆成圆锥形。最易罐装。 半粘性 流动性较差，有一定粘附性，充填时易搭 面粉、奶粉、 物料 桥或起拱，充填很难。 洗衣 粉、······· 粘性 粘附性大，流动性差，易粘结成团，并易 如：红糖粉 物料 于粘附在充填设备上，充填极困难。 49 通用包装工艺 LQW 固体物料的充填工艺： 容积式充填法 称重充填法 计数充填法 选用法则： 形状规则、颗粒物料： 常用计数充填法。 不规则的、松散粉粒状物料：常用容积充填法和称重充填法。 50 通用包装工艺 LQW 一、容积充填工艺 将物料按预定容量充填到包装容器内。 特点： 设备结构相对比较简单、速度快、生产率高、成本低， 但计量精度低。 适用于密度较稳定的粉末状与小颗粒状物料； 或体积比质量 更重 要的物料 。 1、量杯充填 采用定量的量杯量取物料，并将其充填到包装容器内。 量杯的结构有三种： 转盘式、转鼓式、插管式。 51 通用包装工艺 LQW ⑴转盘式量杯充填 有的量杯充填系统 带有反馈系统或称重检 测系统，对充填量进行 检测，纠正因密度变化 引起的误差。 非常适合于流动性好 的颗粒状物品的充填， 可实现高速充填。 图7-12 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 52 通用包装工艺 LQW ⑵鼓轮式定容积充填（定量泵式定容积充填） 计量腔有：定容积式与可调节式两种。 适用于视密度较为稳定的粉末状物料的充填 ⑶插管式容器充填 计量范围：400~1000mg，误差7%。适用充填带有 粘附性的粉末状物料。 53 通用包装工艺 LQW 插管式充填装置 1-插管 2-顶杆 3-容器 4-储料槽 54 通用包装工艺 LQW 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 55 通用包装工艺 LQW D-240系列三边封、四边 封自动包装机 本机是立式、三边封、 四边封、间歇式包装机.可 自动完成制袋、计量、填充、 封合、打印批号、切断、计 数等全过程。 计量方法: 颗粒－－容杯计量 粉末－－螺杆计量 液体－－柱塞泵计量 56 通用包装工艺 LQW 2、螺杆充填 控制螺杆旋转圈数或时间量取物料，并将其充填到包装容器中。 特点：充填速度快、飞扬小、 充填精度较高。 适用于：流动性好的粉末状、 细颗粒状物料；不适用于易 碎片状、块状物料和视密度 变化大的物料。 图7-13 螺杆充填 1-贮料斗 2-螺杆 3-搅拌器 4-包装容器 5-传送带 57 通用包装工艺 LQW DF200粉末自动包装机 本机为粉状物料而设 计， 适用于食品、 医 药、化工行业的粉状物 料袋包装。 计量方法:螺旋计量。 58 通用包装工艺 LQW DC240背封自动包装机 本机是立式、枕形袋、 间歇式包装机。可自动完成 制袋、计量、填充、

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