Фасовочное оборудование для жидких и гелеобразных продуктов

Фасовка жидкостей и гелей: где точность измеряется в миллилитрах, а прибыль — в отсутствии капель

Фасовка жидкостей — это кажущаяся простота, которая обманчива. Капля масла, оставшаяся на горлышке бутылки, — это брак. Пена в бутылке с молоком — это недовес и жалобы. Неполный слив вязкого геля из танка — это прямые потери в тоннах за год. Работа с жидкостями и гелями — это физика, гидродинамика и материаловедение в чистом виде. Давайте разберем, как заставить масло, соус, шампунь или мед точно попадать в тару, а не на оборудование и пол.

Главный вызов: не дозировать, а контролировать поток

Основная задача — не просто отмерить объем, а сделать это чисто, без капель, без пены и без потерь. Ключевые враги:

• Капель (дриппинг): Самая частая проблема. Жидкость после отсечки тянется за клапаном, пачкает горловину, приводит к нарушению герметичности укупорки.

• Пенообразование: При падении струи или агрессивном перемешивании (например, в насосе) жидкость насыщается воздухом. В бутылке — пена, которая оседает, и потребитель получает недовес.

• Вязкость и тиксотропия: Мед течет иначе, чем вода. Майонез или сметана могут менять вязкость при механическом воздействии (тиксотропия). Кетчуп — иметь прочное напряжение сдвига (не течет, пока его не «толкнешь»).

Ключевые типы оборудования: принцип работы определяет применение

1. Плунжерные (поршневые) дозаторы.

• Принцип: Аналог медицинского шприца. Поршень в мерном цилиндре забирает точный объем продукта, а затем выталкивает его в тару.

• Идеально для: Высоковязких, пастообразных, содержащих включения продуктов (сметана, творожные массы, майонез, мясные/овощные паштеты, соусы с кусочками). Абсолютная точность, не зависит от вязкости и обратного давления.

• Главный нюанс: Уязвимое место — уплотнения плунжера (манжеты). Они должны быть совместимы с продуктом (жировой, кислотной средой) и регулярно меняться. Скорость ниже, чем у проточных систем. Для разных объемов требуется замена цилиндра/плунжера.

2. Проточные дозаторы с электромагнитными клапанами и датчиком уровня/веса.

• Принцип: Жидкость подается в тару под давлением (самотеком или насосом). Дозирование прекращается по сигналу датчика (емкостного, ультразвукового — для уровня; тензометрического — для веса).

• Идеально для: Низко- и средневязких, не пенообразующих жидкостей (вода, молоко, растительное масло, соки, жидкое мыло).

• Главный нюанс: Точность страдает от пены (датчик уровня срабатывает на пену, а не на жидкость) и изменения параметров потока (вязкости, давления в магистрали). Критически важна настройка клапана — он должен быть либо быстродействующий, либо двухседельный, чтобы отсечь поток мгновенно и без капели.

3. Вакуумные дозаторы (Volumetric Vacuum Fillers).

• Принцип: Создается вакуум в мерной камере, куда под атмосферным давлением затекает продукт. Затем он перепускается в тару.

• Идеально для: Легкопенищихся, летучих, ароматных или агрессивных жидкостей (шампуни, средства для мытья стекол, алкоголь, некоторые кислоты). Нет падения струи — нет пены. Закрытая система — нет потерь летучих компонентов и запахов в цеху.

• Главный нюанс: Сложнее в обслуживании, требует надежной вакуумной системы. Чувствителен к вязкости — слишком густой продукт не успеет заполнить камеру за такт.

4. Насосные дозаторы (перистальтические, шестеренные, роторные).

• Принцип: Объем определяется количеством оборотов насоса точного вытеснения.

• Идеально для: Агрессивных, стерильных или очень вязких продуктов. Перистальтический насос (с трубкой) хорош тем, что продукт контактирует только с гигиеничной сменной трубкой, что идеально для фармацевтики или смены продукта.

• Главный нюанс: Шестеренные насосы могут срезать включения. Роторные (лопастные) чувствительны к абразивам. Износ рабочих элементов влияет на точность, требуется калибровка.

Критичные узлы и материалы: детали решают все

1. Клапаны наливных головок. Это сердце чистой фасовки.

   • Поплавковые клапаны для простых задач.

   • Двухседельные тарельчатые клапаны — для чистой отсечки вязких продуктов.

   • Игольчатые клапаны — для высокой точности и минимизации капели.

   • «Нос гуся» (Gooseneck) — изогнутая трубка, направляющая струю по стенке тары для подавления пены у жидкостей.

2. Материалы контакта (СIP-совместимость). Нержавеющая сталь AISI 316L — стандарт для пищевых и химических продуктов. Для агрессивных сред — сплавы Hastelloy, покрытия. Все уплотнения — EPDM, Viton, PTFE (тефлон) в зависимости от среды.

3. Система возврата паров (для летучих жидкостей). При фасовке спиртов, ацетона и т.д. необходима герметичная система с конденсацией или улавливанием паров, иначе потери и взрывоопасная атмосфера.

Практические советы из опыта наладки

• Тест на капель: Всегда тестируйте оборудование на «сухой» таре. После 100 циклов наливов горловина должна оставаться чистой. Если есть капли — проблема в клапане, его температуре (вязкий продукт может остывать и забивать его) или времени закрытия.

• Борьба с пеной: Помимо вакуумного дозирования, помогает:

  • Направление струи по стенке («нос гуся»).

  • Дозирование под уровень (затопленная струя).

  • Предварительное деаэрирование продукта перед фасовкой.

  • Использование дозаторов с плавным регулированием скорости потока.

• Для гелей и кетчупов: Часто требуется предварительное «подталкивание» продукта. Используется плунжерный дозатор или система с промежуточным прессовым бункером, который создает давление для начала течения.

Тренд: Гибридные и «умные» системы

Современные линии все чаще комбинируют типы дозаторов. Например, грубое дозирование потоком + точное доведение до веса микро-дозой (дроп-вейтер). Интеграция систем CIP (Clean-in-Place) — мойка без разбора — уже не опция, а необходимость для снижения простоев. Датчики контроля наличия этикетки, уровня, контроля веса каждой единицы в реальном времени и автоматическая отбраковка — стандарт для крупных производств.

Заключение инженера

Выбор оборудования для жидкостей — это выбор по вязкостно-прочностным характеристикам продукта. Начните с реограммы (графика зависимости вязкости от скорости сдвига), если продукт нетривиален. Всегда проводите живые испытания на реальном продукте, оценивая не только точность, но и чистоту процесса, простоту последующей мойки и скорость переналадки.

Правильно выбранный и тонко настроенный жидкий фасовщик — это не только точные литры, но и безупречный внешний вид упаковки, отсутствие потерь и спокойствие за качество. В этом деле мелочей не бывает: каждая капля, каждый пузырек и каждый грамм — на счету.