Оборудование для фасования жидких продуктов

Фасование жидких продуктов — процесс упаковывания отмеренной дозы продукта в тару, предварительно изготовленную в фасовочной машине или вне ее. Завершающей стадией процесса фасования являются укупоривание и герметизация тары, наполненной продуктом.

В зависимости от выбранных классификационных признаков оборудование для фасования жидких пищевых продуктов можно разделить на несколько больших групп — по виду обрабатываемого продукта, по типу дозирующего устройства, общей компоновке, по принципу работы и взаимному расположению основных механизмов и т. д.

Оборудование для фасования жидких продуктов обычно подразделяют на фасовочно-укупорочные машины и фасовочные автоматы. Фасовочно-укупорочные машины предназначены для розлива продуктов в бутылки различной вместимости с последующим укупориванием последних алюминиевыми колпачками. Автоматы позволяют фасовать жидкие продукты в пакеты из полимерных материалов или в картонную тару. Фасовочные автоматы могут работать как с готовой тарой, так и изготовлять ее в процессе своей работы.

Автоматы для фасования жидких пищевых продуктов в картонную тару делятся на две группы. В первой из них тара в виде тетраэдра или параллелепипеда формуется непосредственно в автомате путем термосварки материала, находящегося в виде рулона.

Автоматы второй группы упаковывают пищевые продукты в прямоугольные коробки, которые формуются в машине из специальных высечек. Высечки изготовляют на специальном оборудовании из картона, покрытого с двух сторон полиэтиленом.

Автоматы для фасования пищевых продуктов в пакеты из полимерных или комбинированных материалов классифицируют по следующим признакам:

по способу подачи упаковочного материала — вертикальная с одного или двух рулонов и горизонтальная;

по виду одновременно изготовляемых пакетов — одинарный, двойной или тройной, многоячеистая упаковка;

по способу дозирования — массовое и объемное;

по типу дозирующего устройства — поршневое, шнековое, тарельчатое, вибролоток;

по способу сварки — термоимпульсная, термоконтактная, ультразвуковая, высокочастотная.

Основной характеристикой фасовочно-упаковочных автоматов является производительность, которая зависит от массы и вида упаковываемого продукта, размеров и вместимости упаковки, типа и способа сварки пленок. Исходя из этого, автоматы делятся на малопроизводительные (до 180 упаковок в час), средней производительности (до 2400 упаковок в час) и высокопроизводительные (более 2400 упаковок в час).

Фасовочно-укупорочные машины для розлива молока и кисломолочных продуктов в стеклянные бутылки с последующей укупоркой алюминиевыми колпачками относятся к автоматам карусельного типа.

В состав машины (рис. 9.5) входят разливочная карусель, механизм изготовления алюминиевых колпачков, укупорочная карусель, пластинчатый транспортер и стол.

Разливочная карусель состоит из вращающегося транспортного стола и бака с разливочными патронами (их число зависит от марки и производительности машины).

Разливочные патроны дозируют порцию молока и заполняют этой порцией бутылки. В зависимости от марки фасовочно-укупорочной машины разливочные патроны могут быть оснащены одним из двух типов дозирующих устройств: по объему и по уровню жидкости в бутылке.

Дозирующее устройство первого типа работает следующим образом (рис. 9.6). Молоко из емкости для хранения поступает в бак разливочной карусели. Поплавковое устройство поддерживает постоянный уровень молока в баке. Когда под дозирующим устройством нет бутылки, оно опущено вниз, а расположенный в ее верхней части мерный стакан находится ниже уровня молока в баке и заполняется продуктом. Уплотняющая перегородка плотно прижата к-корпусу дозатора, и молоко из разливочного патрона не вытекает. При вращении транспортного стола пустая бутылка с конвейера звездочкой подводится под очередной разливочный патрон. Ролик плунжера по наклонной части копира начинает подниматься вверх, и плунжер поднимает бутылку. Последняя торцом горловины упирается в уплотнительный гри;

Рис. 9.5. Общий вид фасовочно-укупорочной машины:

/ — стол; 2—транспортер; 3—транспортный стол; 4 — разливочная карусель; 5 —укупорочная карусель; 6 — укупорочный патрон; 7— разливочный патрон; 8 — бак; 9— катушка с алюминиевой фольгой; 10— ролики; // — пресс; /2—катушка отходов фольги; 13 — капсулопровод; 14— отводящая звездочка; /5—подающая звездочка бок и перемещает трубку дозирующего устройства с мерным стаканом вверх.

Отверстия на трубке устройства, расположенные ниже уплотняющей перегородки, входят в корпус головки, и молоко из мерного стакана через верхние и нижние боковые отверстия в трубке попадает в бутылку. При подъеме трубки дозирующего устройства край мерного стакана оказывается выше уровня молока в баке и поэтому в мерный стакан молоко не поступает. Воздух из бутылки при поступлении в нее молока уходит через канавки в грибке. Горизонтальная часть копира выполнена таким образом, чтобы бутылка опускалась после того, как все молоко выльется из мерного стакана. По окончании заполнения бутылка опускается вниз и дозирующее устройство занимает исходное положение. Преимущество такого типа дозирующего устройства заключается в том, что доза молока не зависит от формы бутылки, т. е. от ее вместимости.

Рис. 9.6. Схема работы разливочного патрона с дозированием по объему:

а — дозирующее устройство закрыто; б— дозирующее устройство открыто; 1 — бак разливочной карусели; 2— мерный стакан; 3 — уплотняющая перегородка; 4 — уплотнительный грибок; S— нижние отверстия трубки; 6 — верхние отверстия трубки Схема устройства разливочного патрона с устройством, дозирующим по уровню, показана на рис. 9.7, а. Разливочные патроны установлены в днище закрытого вращающегося бака, из которого специальным устройством (эксгаустером) отсасывают воздух.

Разливочный патрон состоит из трубки для молока, в центре которой расположена воздушная трубка с венчиком. Простран;

Рис. 9.7 Схема работы разливочного патрона с дозированием по уровню:

а — дозирующее устройство закрыто: I— венчик; 2— воздушная трубка; 3— трубка для молока; 4— направляющая втулка; 5 — хвостовик; 6— центрирующая воронка; 7— резиновый клапан; б— дозирующее устройство открыто; в — отсос избытка молока ство между трубками в нижней части закрывается резиновым клапаном.

В рабочем положении молочная трубка всегда находится ниже, а воздушная — выше уровня молока в баке.

Кольцевое пространство между этими трубками заполнено молоком, а вытеканию его мешает закрытый резиновый клапан. Двигаясь по копиру-подъемнику, ролик хвостовика опускает разливочный патрон на горлышко бутылки (рис. 9.7, б). Клапан плотно закрывает бутылку, и из нее отсасывается воздух, так как в баке с помощью эксгаустера постоянно поддерживается разрежение. Горлышко бутылки приподнимает клапан над венчиком воздушной трубки, и молоко поступает в бутылку.

Как только бутылка заполняется молоком, разливочный патрон благодаря специальной форме копира-подъемника совершает первый подъем на высоту 3…5 мм. При этом клапан опускается на венчик, подача молока в бутылку прекращается, а в образовавшийся зазор между клапаном и горловиной поступает воздух.

Через воздушную трубку молоко отсасывается из бутылки в бак до тех пор, пока уровень в бутылке не достигнет конца трубки. Таким образом, уровень молока в каждой бутылке будет одинаковым (рис. 9.7, в). При дальнейшем вращении транспортного стола разливочный патрон поднимается копиром еще выше и бутылка освобождается от центрирующей воронки патрона и передвигается конвейерной цепью к механизму укупорки алюминиевым колпачком. Точность дозирования при данной системе розлива зависит от соблюдения геометрических размеров бутылок. Отводящая звездочка (см. рис. 9.5) снимает наполненную бутылку с вращающегося стола и передает ее под укупорочный патрон. В процессе движения бутылки блокировочное устройство включает в работу пресс, который выштамповывает один колпачок.

Механизм изготовления алюминиевых колпачков состоит из лентопротяжного устройства и пресса. Лентопротяжное устройство выполнено в виде двух катушек с алюминиевой фольгой и натяжных роликов. Пресс состоит из неподвижной матрицы, закрепленной в плите, и пуансона, совершающего возвратно-поступательное движение. Пресс вырубает колпачок и выдавливает выпуклые буквы и цифры этикетки.

Пневмоцилиндр, приводимый в движение от штока пресса, создает воздушную струю, сдувающую колпачок в капсулопровод, по которому он попадает на край бутылки и при дальнейшем движении последней накрывает ее горлышко. Затем бутылка подходит под карусель с укупорочными головками, на концах которых расположены укупорочные обжимные патроны. Число этих патронов зависит от марки и производительности машины и, как правило, меньше числа разливочных патронов. Например, в фасовочно-укупорочной машине БЗ-ОР2-У-6 число разливочных и укупорочных патронов соответственно 24 и 8. Бутылка укупоривается с помощью резиновой втулки, которая обжимает буртик алюминиевого колпачка по канавке на горловине бутылки. Укупоренная бутылка транспортером подается к автомату для укладки в ящики.

Фасовочно-укупорочные автоматы обычно работают в составе автоматизированных линий розлива и упаковки молока, в которые кроме них входят следующие машины: автомат для извлечения пустых бутылок из транспортной тары (корзин из проволоки или литых ящиков из полимерных материалов); бутылкомоечная машина; устройство контроля за чистотой и дефектами бутылок; автомат для укладки бутылок с молоком в корзины; транспортеры для передачи бутылок вдоль технологической линии, транспортеры пустых корзин и машина для мойки корзин или ящиков.

На небольших молочных заводах целесообразно применять полуавтоматические фасовочно-укупорочные машины небольшой производительности (до 500… 1000 бутылок в час) и относительно невысокой стоимости. Так же, как и автоматы, полуавтоматические фасовочно-укупорочные машины снабжены механизмом для настройки необходимой высоты разливочной и укупорочной каруселей при переходе на бутылки другой вместимости.

Автомат, формующий пакеты вместимостью 0,5 и 0,25 дм³ в форме тетраэдра, состоит из следующих основных узлов (рис. 9.8): рулонодержателя со столиком для сваривания концов рулонов, устройства образования бумажной трубы с наполнительной системой, механизмов образования и отрезки пакетов, подъемного ковшового транспортера и устройства для укладки пакетов в корзины. Кроме этого, он имеет регулятор уровня, стабилизатор прижима, печатающее устройство и шкаф управления.

Рулонодержатель представляет собой ось, на которой с помощью двух конусов и гайки укреплен рулон.

Устройство образования бумажной трубы включает в себя направляющие для свертывания кромок бумаги, нижний и верхний формующие кольца и прижимной ролик. Для стерилизации поверхности бумаги, которая впоследствии становится внутренней стороной пакета, в верхней части устройства установлена бактерицидная лампа.

Наполнительная система состоит из трубы, подключенной через трехходовой кран к молокопроводу цеха, и регулятора уровня. На нижней ее части установлен клапан, который управляет этим регулятором и обеспечивает постоянство уровня молока в бумажном рукаве. При остановке автомата клапан перекрывает поступление молока в рукав.

Механизм образования пакетов представляет собой четыре транспортера-носителя, ветви которых образуют квадратную шахту. При перемещении бумажного рукава в шахте зажимы с нагревателями сваривают поперечные швы. На каждом из транспортеров размещено по восемь зажимов.

Рис. 9.8. Общий вид автомата фирмы «Тетра Пак» для розлива молока в картонные.

пакеты:

/— шкаф управления; 2— сварочный стол; 3— рулонодержатель; печатающее устройство; 5—регулятор уровня; 6 — бактерицидная лампа; 7—устройство образования трубы и подачи молока; 8— лестница; 9 — механизм образования пакета; 10— стабилизатор прижима; 11 — укладчик пакетов в корзины; 12— поворотный стол для корзин; 13— клеммная коробка;

14 — привод автомата Устройство для разрезания полученной гирлянды пакетов представляет собой две пары крестовин. Одна из крестовин каждой пары оснащена ножами, другая — упругими подкладками.

Подъемный ковшовый конвейер предназначен для перемещения отрезанных пакетов от ловителя к механизму распределения. Последний выполнен в виде желоба с толкателями, совершающими возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости.

Толкатель подает выпадающие из ковшей конвейера пакеты к краям желоба, где расположены заслонки. При их открытии пакеты попадают в корзины. Для обеспечения плотной укладки пакетов в корзину второй их ряд подают с ковшей, минуя желоб.

Пакеты укладывают в специальные корзины шестигранной формы тремя рядами по шесть пакетов в каждом ряду. Корзины располагаются под механизмом распределения, который укладывает пакеты по трем корзинам: в первой корзине — первый ряд, во второй — второй, в третьей — третий. После того как механизм распределения разместит по одному пакету в корзины, они поворачиваются дисками на 60°. За полный оборот дисков в корзины укладываются шесть пакетов. После этого поворотный стол поворачивается на 90°. За три позиции поворотного стола в каждой корзине оказывается три ряда пакетов, в четвертой наполненную корзину снимают и устанавливают порожнюю.

Схема образования пакетов на автоматах типа «Тетра Пак» показана на рис. 9.9.

Упаковочная бумага с рулона через ролик подается в формообразователь, где сворачивается в незамкнутую по образующей трубу. С помощью нагревателя и прижимного ролика на бумажной трубе делается продольный сварной шов. При дальнейшем протягивании бумажная труба пережимается зажимами в двух диаметрально противоположных направлениях и сваривается поперечным швом.

После образования шва внутрь трубы поступает молоко, уровень которого поддерживается на 80…120 мм выше второй пары зажимов. Вместимость пакета определяется расстоянием между двумя соседними парами зажимов. Специальное устройство разрезает полученную заготовку на отдельные пакеты, подает их на ловитель и далее на укладку в корзины. Точность дозирования автоматов данного типа 3%.

По аналогичному принципу работают автоматы системы «Тетра Брик Асептик» (США), которые образуют прямоугольные упаковки (16 вариантов) вместимостью 125…1000 мл. В качестве упаковочного материала в этих автоматах применяют ламинат, формуемый термосваркой в виде параллелепипеда. Перед поступлением на формование поверхность упаковочного материала обрабатывается 15%-ным раствором пероксида водорода при 70 °C. Затем он сушится горячим стерильным воздухом и в сухом виде подается в зону формования и розлива. Пакеты завариваются ниже уровня поступающей жидкости, что позволяет полностью использовать их объем, а содержимое упаковки защитить от окисления.

Фасовочно-упаковочный автомат, работающий на специальных заготовках-высечках.

(рис. 9.10) состоит из станины, ротора для формирования и сварки коробок, разли;

Рис. 9.9. Схема образования пакетов с молоком на автоматах типа «Тетра Пак»:

1 — трубопровод для подачи молока; 2— верхний направляющий ролик; 3 — рулон ленты упаковочной бумаги; 4— пакет с молоком; 5— устройство для резки; 6 — устройство для сварки поперечных швов; 7— устройство для сварки продольного шва; 8— устройство для образования трубы из упаковочного материала.

Рис. 9.10. Фасовочно-упаковочный автомат системы «Пюр Пак»:

/—конвейер; 2— станина; 3— блок предварительной гибки верхних кромок; -/—маркировочный узел; 5 — сваренная коробка; 6— узел питателя и формирования коробки из высечки; 7— кассеты с высечкой; 8— нагреватель дна коробки; 9— пульт управления; 10— ротор формирования и сварки коробок; // — охладитель дна коробки; 12— разливочный бак; 13—дозатор продукта; 14 — нагреватель верха наполненной коробки; 15— устройство для сварки верхнего шва коробки вочного бака с дозаторами молока и устройства для сварки верхнего шва коробок. Заготовки-высечки расположены в двойной кассете, вмещающей две пачки высечек по 400 шт. в каждой. Кассета рассчитана на 6,5 мин работы автомата.

Механизм питателя вынимает высечку из кассеты, складывает ее в коробку и надевает затем на стержень ротора. Полиэтиленовый слой дна коробки подплавляется горячим воздухом, и основание коробки сваривается. Вращаясь, ротор подает коробки к конвейеру. Коробки, сброшенные пневмоустройством на конвейер, подаются к охладителю, где их дно и боковой шов остывают и прочно скрепляются. Далее коробка проходит печатающее устройство и направляется в блок предварительной гибки верхних кромок крышки. Система заполнения, к которой конвейер подает коробки, включает в себя бак вместимостью 120 л и поршневой дозатор. Заполненная продуктом упаковка подается к нагревателю верха коробки и сварочному устройству. Верхние кромки коробки сжимаются зажимами и охлаждаются. Застывший слой полиэтилена обеспечивает герметичную упаковку коробки с продуктом.

Для стерилизации тары в большинстве автоматов внутренняя поверхность образовавшейся коробки обрабатывается раствором пероксида водорода, а затем сушится горячим стерильным воздухом.

Производительность разливочно-укупорочных автоматов такого типа в зависимости от вида фасуемого продукта составляет.

5000…8000 упаковок в час. Их применяют на крупных перерабатывающих предприятиях.

На перерабатывающих предприятиях России для фасования жидких продуктов в пакеты из полимерных или комбинированных материалов применяют фасовочно-упаковочный автомат М6-ОРЗ и его модификации, а также автоматы итальянской фирмы «АКМА».

Автомат М6-ОРЗ-Е (рис. 9.11) состоит из разливочно-формовочного блока с механизмами сварки пакетов и устройства для укладки пакетов в транспортные ящики. Его рабочие органы, кроме конвейера подачи и отвода ящиков для пакетов, снабжены пневмоприводом, работой которого управляет командоаппарат. Конвейер укомплектован электромеханическим приводом.

Разливочно-формовочный блок (рис. 9.12) состоит из рулонодержателя, на котором находится рулон пленки, устройства для выравнивания и натяжения ленты пленки, печатающего устройства, рукавообразователя, механизма продольной сварки, поршневого дозатора с дозировочной трубой, механизма поперечной сварки и обрезки пакета. Поверхность пленки стерилизуется бактерицидной лампой.

Автомат осуществляет следующие операции: разматывает пленку с рулона, наносит на пленку дату и код перерабатывающего предприятия, проводит бактерицидную обработку пленки, формует из нее рукав, сваривает продольный и поперечный швы, наполняет пакет продуктом, отсасывает из пакета воздух, сваривает второй поперечный шов, одновременно отрезает пакет и отводит его на конвейер, который через бункер подает пакеты в ящик.

Рис. 9.11. Фасовочно-упаковочный автомат М6-ОРЗ-Е:

/—поршневой дозатор; 2—молочный бак; 3— лестница; 4 — рулонодержатель; 5 —формовочная трубка; б — рукавообразователь; 7— механизм сварки продольного шва; 8, 10— шкафы элеютхюборудования; 9— механизм сварки поперечного шва; //—конвейер пакетов; 12— фотоэлемент счетного устройства; 13— бункер; 14 — конвейер ящиков с пакетами.

Рис. 9.12. Технологическая схема автомата М6-ОРЗ-Е:

/—рулон полиэтиленовой пленки; 2—направляющие валики; 3 — печатающий механизм; 4 — бактерицидная лампа; 5— поршневой дозатор; б— трубка отсоса воздуха; 7 — рукавообразователь; 8— механизм продольной сварки; 9 — дозировочная труба; 10— механизм поперечной сварки и отрезки пакета; //—готовый пакет; 12 — фотоэлемент счетного устройства; 13 — бункер; 14 — ящик для пакетов; 15 — конвейер отвода ящиков с пакетами Автомат работает с пленкой толщиной 0,1 мм и шириной 320 мм. Размеры формируемых пакетов зависят от объема фасуемого продукта и для объемов 0,25; 0,5 и 1л составляют соответственно 110×150; 172×150 и 255×150 мм.

Опорой при сварке продольного шва служит формовочная труба, к которой пленка прижимается сваривающей головкой с нагревательным элементом. В нижней ее части размещены пружинящие распорки, придающие рукаву удобную для поперечной сварки форму и предотвращающие образование складок на поперечном шве.

К верхней части формовочной трубы подведена трубка от вакуумного устройства для отсасывания из пакета воздуха.

Молоко дозируется поршневым дозатором со всасывающим и нагнетающим клапанами. Порция молока из дозатора по дозировочной трубе подается в пакет. Дозировочная труба помешена в формовочную. Объем дозы регулируется и составляет 0,25; 0,5 или 1 л. При этом точность дозирования зависит от объема фасуемого продукта и составляет в среднем 3%.

Механизм сварки поперечного шва имеет две губы — сваривающую и прижимную, сжатие которых обеспечивается пневмоцилиндром. К сваривающей губе прикреплен электронагревательный элемент, к нажимной — резиновая прокладка. Во время работы к сваривающей и прижимной губам подается вода для охлаждения. Механизм сварки поперечного шва, кроме того, протягивает полиэтиленовый рукав на длину одного пакета.

Рис. 9.13. Технологическая схема фасовочно-упаковочного автомата АКМА 772:

/ — определитель наличия продукта; 2—дозатор; 3 — определитель открытых пакетов; 4— устройство для пневматического раскрытия пакетов; 5—запасной рулон с пленкой; б—основной рулон с пленкой; 7—натяжное устройство; формующий шаблон; 9— механизм продольной сварки; 10— механизм поперечной сварки; // — фотоэлемент; /2—протягивающие валки; 13 — режущее устройство; 14 — устройство для отвода готовой продукции; 15— механизм сварки верха пакетов; 16 — устройство для удаления воздуха из пакетов; /7 — механизм закрытия пакета Привод конвейера пакетов — пневматический с храповым механизмом, конвейера ящиков с готовой продукцией — от электродвигателя через редуктор.

Расход воздуха на пневмопривод 48 м³/ч при давлении в системе 0,62 МПа, производительность автомата до 1500 пакетов в час, мощность привода 22 кВт, габаритные размеры 3240×2400 х х 2580 мм, масса (без компрессора) 745 кг.

Фирма «АКМА» — одна из ведущих в мире в области производства фасовочно-упаковочного оборудования — выпускает автоматы производительностью 50…400 пакетов в минуту для упаковки различной продукции. Схема работы автоматов, предназначенных для фасования и упаковки жидких, пастообразных, а также сыпучих продуктов, представлена на рис. 9.13.

Фасовочно-упаковочный автомат АКМА 772 работает следующим образом. Упаковочный материал, подаваемый с рулона, перегибается пополам с помощью шаблона и сваривается снизу для создания нижней кромки пакета. Термосваривающие щеки образуют поперечные швы, и готовое полотно разрезается на отдельные пакеты, которые поступают в ротационный узел с держателями. Там пакеты раскрываются, наполняются продуктом и свариваются горизонтальными термосваривающими колодками. Упакованный продукт отводится за пределы автомата конвейером.

В зависимости от вида фасуемого продукта автоматы фирмы комплектуют поршневым, винтовым или каким-либо другим дозатором.