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1、包装工艺与设备05 第5章 灌装章及充填工艺与设备教学课件第五章 灌装和充填工艺与设备2351 概 述 一、定义1、灌装：将有一定流动性的液体装入包装容器。2、充填：将固体产品装入包装容器的操作。按产品物理状态分:固体充填：颗粒充填、粉末充填、块状充填 液体灌装：普通液体、含气液体、发泡、黏稠液体等 按计量方法分为:容积法、称重法和计数法 按包装容器分:装瓶、装罐、装袋、装盒、装箱等 二、精度要求精度：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。贵重物料、计量要求严格的物料，精度可达 0.1；价格低廉物品包装，精度要求可略低。精度要求应与被包装物形态相结合，不能要求过高。三、工艺
2、选用要求 根据被包装物和容器确定工艺，要求：1、操作方便、计量准确；2、不损坏内装物和包装容器;3、清洁卫生;4、不影响环境；5、充填危险品应注意安全防护。52 液体灌装工艺与设备 将液体产品装入瓶、罐、桶等包装容器内的操作，称为灌装，完成灌装工艺的机器通称为灌装设备（灌装机）。一般液体按黏度可分为三类：第一类流体，流动性好的稀薄液体物料。水、酒、酱、醋、原奶等。第二类半流体，流动性比较差的粘稠液体物料，为 了提高其流速需要施加外力。油、番茄酱、稀奶油等。第三类粘滞流体，流动性差的粘糊状液体物料，需 要借助外力才能流动。液体饮料，根据其是否溶有二氧化碳气体，分为含 气（汽）饮料和不含气饮料。安
3、瓿瓶灌装工艺一、液体灌装的力学基础 层流：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。紊流(湍流）：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。当雷诺数Re2000时为层流；Re2000时为紊流。假设流过圆形管道截面的液体为稳定均匀层流，根据伯肖(Poiseulle)公式：Pd4Q=8L式中：Q-容积流量，m3/s；P-压力差，Pa；d-管道内径，m；L-管道长度，m；-动力粘性系数，Pa s。8一、液体灌装的力学基础 断面平均流速为：=Q/A=4Q/(d2)流量与压力差、管径、管长有关。流体力学实验可得出结论：同一种液体，当管长L与管径d不变时，如果压力差 P
4、成倍增加，容积流量Q也成倍增加，平均流速同样成倍增加。同一种液体，当管径d不变时，如果管长L与压力差P均成倍增加，则容积流量Q不变，平均流速也不变。液体流动状态：稳定与不稳定，层流和紊（wen）流。二、液体灌装方法 9、称重灌装1、常压灌装2、真空灌装3、等压灌装4、压力灌装5、液位传感式灌装6、隔膜容积式灌装7、虹吸法灌装8、定时灌装10 灌装方法两种：一种是由升降机构托着容器上升进行灌装；另一种是灌装阀向下移动进行灌装。1、常压灌装 G；原理：在常压下，利用液体自身的重力将其灌入包装容器内。适用于不含气、不散发不良气味、不怕接触大气的低黏度液体物料.定量方式：A 液位定量，条件：瓶口与灌装
5、阀形成密封B 容积定量，条件：有定量杯11(a)正在灌装(b)完成灌装 常压灌装1-贮液缸 2-排气管 3-灌装阀 4-弹簧 5-密封装置 6-灌装头 7-包装容器 8-升降机构液位定量，特点：美观，与瓶子形状无关。1213量杯定量。灌装阀结构简单，定量准确，灌后液位有高低不平现象。141加仑=？L加仑，是英美制中重要的体积单位之一，符号：gal.1加仑(美制干货)=4.40488377086升(L)1加仑(美制湿货)=3.785411784升(L)1加仑(英制)=4.54609升(L)液体定量：体积15 特点：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
6、存期;3）能限制毒性液体的逸散;4）可以避免灌装有裂纹或缺口的容器；5）可消除液体的滴漏现象；6）要求容器有一定刚度，不变形。适用于不含气体，怕接触空气而氧化变质的粘度稍大的液体物料，以及有毒的液体物料。如：果汁、香水、药水及有起泡的液体等。2、真空灌装 V/GV；原理：将包装容器抽真空后（抽空气），瓶内压力低于1个大气压，再将液体物料灌入包装容器内。16真空度的概念：常压是一个大气压（1巴 bar，0.1MPa=100KPa）低于一个大气压叫做真空（或者负压），真空的大小叫真空度，用绝对压力来表示，也可用相对压力表示1个大气=多少厘米水银柱高度的压力？相对压力负压：-20KPa17 1）重力
7、真空灌装(真空等压灌装 GV)：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。可将液体流动时产生的液泡抽回贮液缸消泡，加速灌装。工艺：进瓶密封进液并排气到达定量停止进液瓶阀分离余液回流 完成灌装。真空灌装（分为：重力真空，纯真空）(a)正在灌装(b)完成灌装 重力真空灌装1-供液管 2-浮子 3-贮液缸 4-真空室 5-排气管 6-灌装阀 7-密封装置 8-容器 9-升降机构重力真空灌装：要求物料缸密封，直接对物料缸抽气，容器内压力与料缸相同，灌装方法与常压等液位法基本相同。真空度为1016KPa重力真空灌装机基本组成（低真空）20 2）纯真空灌装(真空压差
8、灌装 V)：贮液缸（箱）内部处于常压状态(只对包装容器抽真空),液体在不等压状态下进行灌装。真空度：根据贮液缸与包装容器的相对位置，真空度较大，要提高灌装速度可提高真空度实现。工艺：瓶内抽真空进液停止进液余液回流适用：低黏度、中等黏度液体，及不宜于暴露于空气中的液体。21纯真空灌装 1-供液管 2-供液阀 3-浮子 4-贮液缸 5-吸液管 6-密封装置 7-灌装阀 8-真空管 9-真空室 10-真空泵 11-供液泵 12-包装容器 13-升降机构22纯真空灌装机示意图23基本工艺过程：3、等压灌装 原理：在灌装时先对包装容器内（抽气）充气，使容器内压力与贮液缸内压力相同（等压），再将贮液缸的液
9、体物料灌入包装容器内（液体在重力作用下流出）。适用于含气液体物料，啤酒、汽水（香槟）、苏打水。特点：可以减少CO2的损失,保持含气饮料的风味和质量;能防止灌装中过量泛泡,保证包装计量准确。抽气/充气等压 进液回气 停止进液 释放压力 封盖 242526(a)充气(b)灌装 等压灌装 1-贮液缸 2-进液管 3-排气管 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274、压力灌装 原理：借助外界压力(机械压力、气压、液压等)将液体物料压入包装容器。适用于粘度较大,流动性较差的粘稠物料的灌装,可以提高灌装速度。对一些低粘度的液体物料,由于物料本身的特性或包装容器材料及结构
10、限制,也可采用压力灌装。28 2）容积式压力灌装(机械压力灌装)：由各种定量泵(活塞泵、刮板泵、齿轮泵等)进行灌装计量,灌装压力由机械装置施加,以提高灌装速度。1）定液位式压力灌装(纯压力灌装)：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，这种方法结构较繁琐，比较少用。压力灌装方式：29定液位式压力灌装 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30(a)结构(b)灌装(c)进料 活塞容积式灌装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31
11、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。特点：容器在整个工作过程中不与灌装阀接触,也不要求密封;最大优点在于精确度极高。5、称重灌装；原理：旋转工作台的每个工位都是一个有应变载荷元件的精密称盘,当容器进入旋转工作台的工位上,称盘先扣除容器的毛重,然后精确控制液料流入容器;在灌装过程中计算机一直监控着液料的流动速度和灌装量,使其均匀落入容器,并不断调节其流速,使灌装精度达到最高,且实际误差接近于零。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,特别适用于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。特点：包装容器在灌装过程中不需要密封;灌装速度
12、比常压灌装和真空灌装快;灌装液位非常精确.6、液位传感式灌装 原理：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,并发出适当的信号启闭灌装阀。33 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-包装容器界面阀控制器34 特点：可以保证液体物料的清洁卫生；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。7、隔膜容积式灌装；原理：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
13、容器中(图7-8)。35(a)物料压入计量室(b)向容器灌装 隔膜容积式灌装 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36 原理：利用虹吸原理，使贮液缸中的液体物料经虹吸管吸入容器。8、虹吸法灌装特点：结构简单，但灌装速度较低。适用于灌装低粘度不含气的液体物料。37 虹吸法灌装 1-进液阀 2-贮液缸 3-贮液杯 4-浮子 5-虹吸管 6-灌装阀 7-灌装头 8-包装容器 特点：方法简单；设备便宜；没有“无容器不灌装”装置。恒容积流量定时灌装：常用回转定量盘式(图8-10)回转泵式和螺杆式定时调节机构。调节灌装容量：改变回转盘的回转速度或灌装孔的尺
14、寸、位置,可以调节灌装容量。9、定时灌装；原理：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。适用于灌装中高粘度的液体物料。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-包装容器回转盘40 适用于灌装流动性比较好且不含气体的液体物料，尤其适用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。特点：灌装精度极高；易于进行清洗或蒸气消毒，实现无菌灌装；很容易转换灌装物料。定时灌装；可控压差定时灌装：灌装容量依靠精确地控制液流时间来实现。灌装精度由灌装管口处压差的稳定性及液流时间控制的精确性来决定(图8-11)。41 可
15、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P 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。43DXGF系列冲洗、灌装、封盖生产线44易拉罐灌装机45GFP系列灌装机46饮料灌装机47三、各种液体灌装工艺的比较与选用 1、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S2纯真空灌装V 8机械压力灌装PV3重力真空灌装GV 9隔膜容积式灌装DV4纯压力
16、灌装P 10恒容积流量定时灌装TF5等压灌装PG 11可控压差定时灌装TP6液位传感式灌装LS 12称重灌装WF482、确定液体灌装工艺的因素 1）液料的特性 黏度、气味、含气性、温度等液体的黏度：指在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力，单位是Pas/m2，常用厘泊（cP）表示，1Pas/m2=1000 cP 液体物料(粘度11000cP)可用任何方法灌装；半流体(粘度为 1000 10000cP)可用 LS、TF、TP、PV、DV或WF等方法灌装；粘滞体(粘度大于10000cP)可用TF、PV两种方法灌装。49w（1）液体在外力作用下流动时,分子内聚力的存在使其流动受到牵制,从而沿
17、其界 面产生内摩擦力,这一特性称为液体的粘性.w（2）度量粘性大小的物理量称为粘度,常用的粘度有三种,即动力粘度、运动粘度、相对粘度.w（3）动力粘度：液体在以单位速度梯度流动时,单位面积上的内摩擦力.w（4）运动粘度：液体动力粘度与其密度之比成为运动粘度.w（5）相对粘度：依据特定测试条件而制定的粘度,故称为条件粘度.2）包装容器的材料和刚性。刚性容器用玻璃、金属、陶瓷或复合材料制成，适用于任何灌装方法；半刚性容器多用吹塑成型或热成型塑料制成，也可用纸板或复合材料制成，适用G、PG、LS、TF、TP、DV和WF等灌装方法；软性容器用塑料薄膜、塑料和金属箔复合材料制成，可用LS、TF、TP、D
18、V或WF等灌装方法。51 3）包装容器的形状和容量 小口瓶可以用任何方法灌装,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。广口瓶及气密金属罐,使用G、PG、TF或PV等灌装方法。4）灌装速度与灌装系统及容器的关系 气密罐通常采用高速灌装(3502000瓶/min),可使用G或PV灌装法。如果灌装含CO2的饮料,则需使用PG灌装法(8001500瓶/min)。窄颈塑料容器常使用LS和WF灌装法,速度不超过400瓶/min。刚性窄颈容器常使用V或DV灌装法,速度不超过400瓶/min。*参考表5-1 选用*52 53 固体充填工艺 固体物料按物理状态可分为粉末
19、状物料、颗粒状物料、块状物料；按其黏度可分为非黏性物料、半黏性物料和黏性物料。固体物料的充填工艺有容积充填法、称重充填法和计数充填法。一、容积充填工艺 量杯充填；螺杆充填；真空充填；定时充填；倾注式充填。53 插管式容积充填，适用于充填带有粘附性的粉末状物料。转鼓式定容充填,适用于视密度比较稳定的粉末状物料的充填。特点：可采用固定式量杯或可调式量杯；充填精度较低（1.02.0）；可进行高速充填。量杯的结构有转盘式、转鼓式、插管式3种。转盘式量杯充填,特别适合于流动性好的颗粒状物料的充填。适用于充填流动性能良好的粉末状、颗粒状、碎片状物料。1、量杯充填 原理：采用定量杯量取物料,并将其充填到包装
20、容器内。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55DK200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。56D-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57 插管式充填装置 1-插管 2-顶杆 3-容器 4-储料槽58 适用于流动性较好的粉末状细颗粒状物料,特别是在出料口容易起桥而不易落
21、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。2、螺杆充填；原理:通过控制螺杆旋转的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。59 螺杆充填 1-贮料斗 2-螺杆 3-搅拌器 4-包装容器 5-传送带60DF200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。61 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、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62 特点：可获得比较高的充填精度;能减少包装容
22、器内氧气含量,延长物料的保存期;可以防止物料粉尘弥散。真空容器充填,把容器抽成真空,物料通过一个小孔流入容器。特点:物料充填到容器内相当均匀、紧密,充填精度比较高;充填精度要受容器容积的影响。真空量杯充填,利用真空吸粉原理量取定容积的物料,并用净化压缩空气将产品充填到包装容器内。特点：充填精度高;充填范围大。3、真空充填 原理:将包装容器或量杯抽真空,再充填物料。63 真空容器充填 1-料斗 2-抽气座 3-密封垫 4-包装容器 64真空量杯充填 1-料斗 2-充填轮 3-配气阀 4-包装容器 5-传送带65 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:
23、结构简单;价格便宜;充填精度较低.1)计时振动充填,适用于各种粉末、颗粒状物料。2)等流量充填。4、定时充填；66 计时振动充填 1-料斗 2-振动盘进料器 3-振动器 4-包装容器 5-定时器 6-传送带67 等流量充填 1-进料管 2-刮板 3-出料器 4-包装容器 68 原理:物料以瀑布式流入敞口容器中,容器在下落的物料流中随输送带移动,得到充填。5、倾注式充填69 净重充填先称出规定质量的物料,再将其充填到包装容器内。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。二、称重充填 称重充填是将物料按预定质量充填到包装容器。
24、称重充填适用范围广，特别适用于充填易吸潮、易结块、粒度不均匀、流动性能差、视密度变化大及价值高的物料。1、净重充填此方法是前称重，也有包装后称重踢除的，或多次称重组合式。毛重充填将物料与包装容器一起称量。适用于价格一般的流动性好的固体物料、流动性差的粘性物料，特别适用于充填易碎的物料。不适于包装容器质量变化较大，或物料质量占包装件质量比例很小的包装。2、毛重充填71 净重充填 1-贮料斗 2-进料器 3-秤 4-秤盘 5-落料斗 6-包装容器 7-传送带72振动给料普通电子秤1-料斗 2-闸门 3-粗给料振动器 4-细给料振动器 5-称重传感器 6-充填斗 7-秤斗 8-开斗门摆杆 9-开门传
25、动装置73 毛重充填 1-贮料斗 2-进料器 3-落料斗 4-包装容器 5-秤 6-传送带74 2、多件计数充填 利用辅助物理量或计数板等,确定产品的件数,并将其充填到包装容器内。三、计数充填 计数充填是将产品按预定数目装入包装容器。适用于充填块状、片状、颗粒状、条状、棒状、针状等形状规则的物品。也适用于包装件的二次包装。1、单件计数充填 采用机械、光学、电感应、电子扫描等方法或其它辅助方法逐件计算产品件数,并将其充填到包装容器中。75多件计数充填(1)有规则排列物品:利用辅助量如长度、面积等进行比较,以确定物品件数,并将其充填到包装容器内.长度计数充填；容积计数充填；堆积计数充填。(2)无规
26、则排列物品:利用计数板,从杂乱的物品中直接取出一定数目的物品,并将其充填到包装容器中.转盘计数充填；转鼓式计数充填；履带计数充填。76长度计数充填1-物品 2、3-挡板 4-触点开关 5-推板 6-传送带77 容积计数充填1-料斗 2-振动器 3-闸门 4-计量箱 5-底门78 堆积计数充填1-料斗 2-包装容器79转盘计数充填 1-计数盘 2-底板 3-防护罩 4-落料斗 5-包装容器80转盘计数充填机1-料斗 2-定量盘 3-卸料槽 4-底盘 5-卸料盘 6-支架 81转鼓式计数充填 1-料斗 2-拨轮 3-计数鼓轮 4-落料斗 5-包装容器82 履带计数充填 1-料斗 2-拨料毛刷 3-计数履带 4-探测器 5-径向推头 6-落料斗 7-包装容器 8-振动器 9-清屑毛刷83四、固体充填工艺的比较选用在选择固体物料的充填方法是主要根据:物料特性、形状、包装容器结构、产量等。要保证：1、充填精度准确；2、满足生产需要（生产速度）、自动化程度；3、适应性强，可方便更换物料品种。84作业 P117 3、4、5；习题 7 选择其中5种物料，确定其包装工艺方式。本章结束