一、前言

    當(dāng)前飲料市場上飲料種類繁多，同時(shí)隨著人們生活水平的不斷提高，保健意識日益增強(qiáng)，各種果汁、茶類及功能性保健飲料應(yīng)運(yùn)而生，消費(fèi)逐年增長。在飲料品種迅速發(fā)展和包裝技術(shù)日益提高的同時(shí)，飲料灌裝技術(shù)也得到了*的提高，如無菌冷灌裝和熱灌裝技術(shù)。雖然無菌冷灌裝是一項(xiàng)新型的包裝技術(shù)，包裝材料的費(fèi)用相對低一些，但對工藝性、生產(chǎn)過程中的衛(wèi)生環(huán)境、設(shè)備管理以及員工的要求都較高，設(shè)備投入大，并且飲品的質(zhì)量難以控制。而目前熱灌裝技術(shù)較為成熟，所需資金和設(shè)備投入相對較少，甚至還可利用企業(yè)已有的資源，只需增加部分關(guān)鍵設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)；更重要的是飲料的品質(zhì)易于控制，貨架壽命長、經(jīng)濟(jì)效益好。因此，熱灌裝技術(shù)已被廣泛采用，深受市場歡迎。

本文介紹南京輕機(jī)廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的CGN50RA熱灌裝機(jī)相關(guān)部分的設(shè)計(jì)

二、熱灌裝機(jī)的組成

    PET瓶熱灌裝機(jī)是熱灌裝生產(chǎn)線中主要設(shè)備之一。CGN50RA是由沖瓶、灌裝、擰蓋三位一體機(jī)組成，同時(shí)還配有物料回流罐和循環(huán)系統(tǒng)，該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，占地面積??；沖瓶與灌裝部分無需輸送帶連接，星輪傳送。該機(jī)全自動(dòng)控制，操作簡單方便，易于灌裝間設(shè)備布置以及衛(wèi)生環(huán)境的控制和生產(chǎn)管理。

三、熱灌裝原理

     PET瓶熱灌裝的物料與普通水或含氣飲料物料的成分差異較大，灌裝方式以及灌裝流程也不同。因此，熱灌裝機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通的灌裝機(jī)在灌裝缸、灌裝閥以及管理系統(tǒng)等方面的結(jié)構(gòu)大不相同。

1. 由于熱灌裝物料的成分如果汁、茶類，咖啡奶以及功能性保健飲料的成分各不相同，有的含糖量較高，有的甚至含有果膠、*，有的介質(zhì)粘度大，有的在灌裝時(shí)容易起泡。為了保證飲品有較長的貨架壽命和穩(wěn)定的品質(zhì)，因此要求高溫灌裝，溫度通常在88℃左右。同時(shí)還要求灌裝缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)光滑，易于清洗，無CIP清洗死角，與物料接觸的零件材料均為0Cr19Ni9不銹鋼，內(nèi)外表面光滑，要求粗糙度Ra≤0.8。

2. CGN50RA熱灌裝機(jī)采用的是重力灌裝、負(fù)壓回流的灌裝方式，物料經(jīng)UHT超高溫殺菌后，通過輸送泵送到灌裝機(jī)的上缸與待灌裝的PET瓶口保持一定的水頭落差，物料經(jīng)灌裝閥上部的管路及灌裝閥注入PET瓶內(nèi)。同時(shí)在工作臺內(nèi)配有抽風(fēng)機(jī)，其吸入口與緩沖罐相連，灌裝時(shí)抽風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，通過緩沖罐、下缸和灌裝閥的回流管將PET瓶內(nèi)的空氣快速吸走并形成一定的負(fù)壓，加快灌裝速度，并在瓶內(nèi)高液位時(shí)將瓶口泡沫吸走并快速補(bǔ)進(jìn)物料形成PET瓶的高液位或滿瓶灌裝。

    這種通過重力灌裝、負(fù)壓回流的灌裝方式一是可以避免高位罐（罐的高度4m～5m）或壓力灌裝時(shí)產(chǎn)生的瓶身鼓脹，引起PET瓶在出灌裝機(jī)時(shí)瓶口產(chǎn)生物料外溢現(xiàn)象。二是在相同灌裝閥數(shù)的情況下能增加灌裝機(jī)的灌裝能力。

3. 對灌裝后PET瓶內(nèi)高液位的要求

    熱灌裝要求PET瓶灌裝后有較高的液位或滿瓶，以減少瓶口空隙殘存空氣中的氧成分對飲料品質(zhì)產(chǎn)生影響。同時(shí)，瓶口物料的熱氣也可將空氣置換出來一些，這樣有利于后道工序的倒瓶對瓶口和瓶蓋內(nèi)側(cè)頂面進(jìn)行殺菌，進(jìn)一步確保飲料品質(zhì)。

四、灌裝機(jī)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1. 熱灌裝機(jī)必須配有物料回流的控制系統(tǒng)，控制物料的回流。

2. 灌裝缸分上缸和下缸兩部分，兩缸均與設(shè)備同步回轉(zhuǎn)。上、下缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)光滑，無清洗死角，易于清洗。在上缸配有液位控制檢測元件，控制上缸液位。

3. 灌裝閥

    有瓶時(shí)，外操縱桿旋轉(zhuǎn)，開啟灌裝閥進(jìn)行灌裝；無瓶時(shí)，灌裝閥為關(guān)閉狀態(tài)，僅少量的物料經(jīng)閥內(nèi)通路進(jìn)入下缸，而不至于使閥內(nèi)物料溫度降低，也減少了物料的回流量，在一定程度上減少了物料反復(fù)加熱引起飲品口味改變的可能性。

    閥內(nèi)無彈簧、無清洗死角、閥套與中心管的密封無O形圈，易于CIP清洗，也不會出現(xiàn)O形圈掉入瓶內(nèi)而影響飲料品質(zhì)的現(xiàn)象。與灌裝閥連接的進(jìn)液管和回流管均采用不銹鋼管，避免了用金屬護(hù)套軟管連接出現(xiàn)的“水袋”而導(dǎo)致在CIP清洗時(shí)出現(xiàn)清洗液的殘留，影響CIP清洗效果的現(xiàn)象，也不需要經(jīng)常更換由于高溫造成老化的軟管。

4. 由于熱灌裝是高液位或滿瓶灌裝，在瓶的輸送方式上與普通的玻璃瓶和含氣PET瓶輸送不同，采用卡瓶口輸送技術(shù)，避免了傳統(tǒng)的星輪撥瓶身而對PET瓶身擠壓導(dǎo)致瓶內(nèi)物料外溢的現(xiàn)象。

5. PET瓶清洗消毒系統(tǒng)

（1）在進(jìn)瓶螺桿前裝有沖瓶消毒裝置，用消毒水沖洗瓶身。
（2）沖瓶機(jī)沖洗瓶內(nèi)壁，用消毒水或無菌水沖洗消毒。
（3）在進(jìn)沖瓶機(jī)的星輪和進(jìn)擰蓋機(jī)的星輪上分別裝有瓶口沖洗裝置，一是對瓶口螺紋部分消毒，二是可以將瓶口螺紋部分的物料沖洗干凈，避免旋蓋后一段時(shí)間內(nèi)瓶口螺紋部分出現(xiàn)霉斑而影響飲品的質(zhì)量。

6. 各控制閥門均用衛(wèi)生型的氣動(dòng)閥，管道均用0Cr19Ni9內(nèi)外拋光的不銹鋼衛(wèi)生管，管道內(nèi)外表面光滑，粗糙度Ra≤0.8。管道配管應(yīng)*、無“水袋”，設(shè)置必要的排放口或取樣口，zui大限度地減少物料在管道和閥門內(nèi)的殘留，以利于CIP清洗。

7. 二次灌裝技術(shù)

    當(dāng)PET瓶進(jìn)入灌裝機(jī)的對中裝置后，隨著凸輪的上升， PET瓶口與灌裝閥密封墊接觸，并頂開閥套，同時(shí)開閥氣缸動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)閥上部的外操縱桿開啟灌裝閥，開始*次灌裝；當(dāng)物料到達(dá)閥套管下端時(shí)，灌裝閥和PET瓶隨著灌裝機(jī)旋轉(zhuǎn)至某個(gè)位置時(shí)，PET瓶和對中裝置下降一定高度，灌裝閥開始第二次灌裝，以補(bǔ)充中心管在瓶內(nèi)占據(jù)的容積，達(dá)到高液位灌裝的要求。

8. 密封件的結(jié)構(gòu)及材料的選用

    由于是高溫灌裝，要求管道，閥門及灌裝閥中的密封件材料不僅要符合食品衛(wèi)生要求，還需要耐腐蝕，耐高溫，耐磨擦。建議在不與物料接觸的地方可采用丁腈橡膠，與物料接觸的地方可用硅橡膠，三元乙丙，PTFE等;而像灌裝閥內(nèi)有相對運(yùn)動(dòng)的地方則需要特殊設(shè)計(jì)的密封圈，既密封又耐磨，能有效地提高灌裝閥的使用壽命。

9. 緩沖罐是熱灌裝機(jī)的重要部分，它與灌裝機(jī)的下缸、回流泵、抽風(fēng)機(jī)相連接，罐上方裝有液位傳感器，控制回流泵的開和停。

    緩沖罐必須具備有一定的容積空間，可供灌裝過程中回收的泡沫存積后除泡，在物料送回UHT的平衡罐和CIP清洗過程中起到平衡緩沖的作用。

五、回流技術(shù)和回流量的控制

    根據(jù)熱灌裝物料的特性，要求高溫?zé)峁鄼C(jī)在灌裝過程中必須具備有回流功能，同時(shí)還必須能有效地控制回流量。如CGN50RA三位一體的熱灌裝機(jī)就具有三種回流功能。

1. 設(shè)備外部的回流

    當(dāng)物料經(jīng)UHT殺菌后送到灌裝機(jī)前，如果物料的溫度低于設(shè)定值T時(shí)，物料從閥門V4外管道返回到UHT重新加熱殺菌，有效地控制了灌裝溫度，這一過程稱之為外部回流。

2. 灌裝過程中的回流

    在熱灌裝過程中，不同的物料灌裝狀態(tài)和穩(wěn)定性各不相同，既影響灌裝速度，又容易產(chǎn)生半瓶現(xiàn)象。CGN50RA灌裝機(jī)則是通過抽風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定的負(fù)壓，在灌裝過程中迅速將瓶內(nèi)的空氣和泡沫吸走，既提高了灌裝速度，又解決了半瓶現(xiàn)象，同時(shí)還有效地避免了其它灌裝方式所產(chǎn)生的瓶身鼓脹和物料外溢現(xiàn)象。

3. 無瓶狀態(tài)下的灌裝閥內(nèi)回流

    在灌裝過程中因各種原因而停機(jī)，可能會引起上缸和閥內(nèi)物料溫度的降低。此時(shí)通過灌裝閥內(nèi)部的回流通路物料仍能以一定的流量按灌裝過程流動(dòng)，使上缸和灌裝閥內(nèi)有新的物料補(bǔ)充，以使上缸和灌裝閥內(nèi)物料的溫度保持在所要求的范圍內(nèi)，達(dá)到真正熱灌裝的要求。

4. 回流量的控制

    回流量的控制是熱灌裝機(jī)的一個(gè)非常重要和關(guān)鍵的技術(shù)，*?；亓髁刻髸斐晌锪戏磸?fù)加熱殺菌引起飲品的口感和風(fēng)味的改變，甚至?xí)绊戯嬈返膬?nèi)在質(zhì)量。

    在CGN50RA灌裝機(jī)中，通過灌裝閥上的外操開閥氣缸，閉閥凸輪、抽風(fēng)機(jī)和電氣控制系統(tǒng)來控制回流量。當(dāng)有瓶時(shí)開閥氣缸動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)外操縱桿開啟灌裝閥，在瓶內(nèi)物料達(dá)到所需液位要求后，閉閥凸輪關(guān)閉灌裝閥，停止灌裝；無瓶時(shí)氣缸不動(dòng)作，灌裝閥不灌裝。而且閉閥凸輪還可根據(jù)物料特性和灌裝狀態(tài)調(diào)整閉閥位置，真正有效地控制灌裝過程中的回流量。

六、結(jié)束語

    上述介紹的僅為南京輕機(jī)廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的能力為1.8～2萬瓶/時(shí)的CGN50RA三位一體的熱灌裝機(jī)，目前該機(jī)型已在多家用戶使用。隨著灌裝技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，各種形式和能力的PET瓶熱灌裝機(jī)將會不斷問世。                      m.dhgjyz.top