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啤酒包裝是啤酒生產(chǎn)全程的zui后一道工序,就啤酒包裝線的核心功能探討裝備技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制是很有意義的。
包裝是從產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為商品的zui后一道生產(chǎn)工序。完成了包裝工序的產(chǎn)品就可以下線出廠進(jìn)入商品流通領(lǐng)域——進(jìn)入商店、賣場或上網(wǎng)供顧客選購。
啤酒包裝作為液體食品的包裝工序正是啤酒產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)制造全程的zui后一道生產(chǎn)工序,包裝生產(chǎn)線是啤酒產(chǎn)業(yè)資金和技術(shù)相對密集度zui高的設(shè)備投資項目,本文就啤酒包裝生產(chǎn)線的基本核心功能探討裝備供應(yīng)商的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制。
三種不同的灌裝形式
液體食品包裝工序的基本核心功能,一是灌裝(液體食品由料缸向包裝物轉(zhuǎn)移),二是定量(按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)計量)。
按照灌裝和定量基本功能實施的不同原理,液體食品可以有以下三類不同包裝形式:一是先灌裝后定量。目前大量在用的液體灌裝閥就是在灌裝的zui后階段通過定液位(液位傳感器或排氣管)間接計量定量,此種灌裝常用于含氣飲料包裝(等壓灌裝)。
二是先定量后灌裝。容積式灌裝閥,就是每一個灌裝閥都配有一個量筒(定量筒),由液位傳感器(浮子式或探針式)控制其定量,液體先由料缸轉(zhuǎn)移到定量筒計量,然后再灌注到包裝物。此種灌裝多用于不含氣飲料和PET包裝。
三是邊定量邊灌裝。這是一種配置電磁感應(yīng)流量計的電子閥灌裝機(jī),是一種動態(tài)計量定量形式,電磁流量計用于流經(jīng)該閥的液體的動態(tài)計量。
根據(jù)法拉第的電磁感應(yīng)原理,即導(dǎo)體穿過磁場時會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,流動的液體介質(zhì)代表運動導(dǎo)體,感應(yīng)電流與流動速度成正比,經(jīng)一對電極輸入計量放大器,通過對流體的截面積和流速的計算,就能準(zhǔn)確得出其流量,其定量精度達(dá)到1/1000。
對于含氣飲料如啤酒的包裝還存在一個重要的前提條件,就是啤酒的二氧化碳含量與溫度和壓力有關(guān),即亨利定律所規(guī)定的:“在溫度不變的情況下,壓力增加,溶解度則隨之增加”;“在壓力不變的情況下,溫度降低,溶解度則隨之增加”。
*,啤酒的二氧化碳含量是啤酒的一項重要品質(zhì)指標(biāo)。灌裝過程中啤酒所處的壓力不應(yīng)降低,否則將導(dǎo)致二氧化碳逸出,而且難以恢復(fù)。
對于啤酒這一種特定的含氣液體食品的包裝還有一個重要的質(zhì)量指標(biāo),就是灌裝過程中必須盡可能使啤酒與空氣隔絕,即使很微量的增氧量也足以大大影響啤酒的品質(zhì)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),灌裝過程中增氧量不應(yīng)超過0.02-0.04mg/l。
綜上所述,啤酒包裝的基本原則在于:灌裝定量、低溫保壓、隔絕空氣。
啤酒包裝的zui高宗旨,則是使啤酒完成包裝工序后,其內(nèi)在品質(zhì)的損失降低到zui小程度。不言而喻,通過啤酒包裝提高其內(nèi)在品質(zhì)的任何企圖都是不可能的。至此,我們定義了啤酒包裝的技術(shù)底線。
目前國內(nèi)啤酒灌裝技術(shù)
國內(nèi)現(xiàn)有的啤酒灌裝技術(shù)大多數(shù)沿用上世紀(jì)八十年代中期,在實施“啤酒一條龍”專項時引進(jìn)的KHS-H·K公司的DELTA系列,當(dāng)時引進(jìn)生產(chǎn)許可證,技術(shù)轉(zhuǎn)讓時公稱能力為20000bph(640m1)60頭灌裝機(jī),九十年代初期在國家支持下,又引進(jìn)36000bph(640m1)100頭灌裝機(jī)48000bph(350m1)80頭灌裝機(jī),后者是KHS-SEN公司的COMBI系列。
南京輕機(jī)在上世紀(jì)九十年代中期將COMBI系列灌裝技術(shù)延伸開發(fā),生產(chǎn)和銷售了80多臺套啤酒灌裝生產(chǎn)線,從24000bph(80頭)、36000bph(112頭)到40000bph(126頭)——其生產(chǎn)能力均為640ml容量計,贏得了市場,而DELTA系列由于其結(jié)構(gòu)上的先天不足,我們從一開始技術(shù)選型時就排除了。這種連桿式的對中裝置結(jié)構(gòu)由于水平支軸長期承受垂直軸向載荷,早期磨損嚴(yán)重,且無預(yù)罩功能,德國公司自身就列入淘汰技術(shù)之列。
進(jìn)入上世紀(jì)九十年代后期,消費趨向追求天然,回歸自然,純生啤酒大行其道。無菌灌裝的興起引進(jìn)了一批計算機(jī)控制的電子閥灌裝設(shè)’備,這種裝備應(yīng)用數(shù)字技術(shù),全時間脈沖程序控制,一改彈簧機(jī)械閥在充二氧化碳達(dá)到與料缸背壓平衡條件下,依靠彈簧開閥的作用開始等壓灌裝。這種機(jī)械條件下,由于彈簧的疲勞和機(jī)械磨損等諸多因素的影響,其等壓條件是相對的。當(dāng)包裝物內(nèi)建立的壓力偏低于料缸背壓時,灌裝就會冒泡(二氧化碳逸出)嚴(yán)重影響液位精度。電子閥灌裝應(yīng)用數(shù)字技術(shù)全時間程序脈沖計數(shù)控制,將全部灌裝功能角度(如一次抽真空-充二氧化碳-二次抽真空-充二氧化碳-開閥慢灌-快灌-慢灌閉閥-穩(wěn)定-排氣-卸荷??)全程主動控制。其等壓灌裝條件是保證的。由此,確保了啤酒灌裝質(zhì)量和灌裝精度,同時提高了設(shè)備運行可靠性。
電子閥灌裝機(jī)技術(shù)引進(jìn)后,國內(nèi)各廠也都進(jìn)行了開發(fā)研制,但效果沒有盡善盡美的。究其原因在于:機(jī)電配套水平不高;計算機(jī)軟件技術(shù)尚未過關(guān);運行條件高,尚不適應(yīng)。
2001年,南京輕機(jī)正式推出外置式機(jī)械閥。其全新結(jié)構(gòu)吸收了電子閥灌裝機(jī)全時間程序控制的特點,全部主動控制保證等壓條件下實施含氣飲料的穩(wěn)定灌裝。同時的衛(wèi)生設(shè)計保證了無菌冷灌裝條件下zui小的微生物風(fēng)險。
新結(jié)構(gòu)取消了主閥開閥彈簧,而采用差動氣缸平衡原理,同時在穩(wěn)定勻速圓周運動的條件下,灌裝全過程各項功能角度設(shè)計分配全部由外環(huán)凸輪主動控制執(zhí)行。
具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型灌裝單元技術(shù)的開發(fā),至今已形成從24000bph-48000bph的完整系列。在各大啤酒集團(tuán)已有50多臺套生產(chǎn)線投入生產(chǎn),其灌裝質(zhì)量和精度,尤其是運行可靠性令人耳目一新。在完成這種新型灌裝單元技術(shù)的系列開發(fā)之后,已不僅廣泛用于啤酒等含氣液體食品的高速自動灌裝,同時還可以用于不含氣的白酒、黃酒的灌裝,稍加變更還可延伸開發(fā)出一種長管灌裝閥,適用于聚酯瓶包裝啤酒。
啤酒灌裝設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新的目標(biāo)
近十年來,中國啤酒產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了由“做大做強”到“做強做大”,不斷發(fā)展壯大的歷程,產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高,企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,資本源源涌入,在中國經(jīng)濟(jì)不斷走向化時代的今天,目前面臨制訂產(chǎn)業(yè)發(fā)展,“十一五”規(guī)劃時,為更好地適應(yīng)啤酒產(chǎn)業(yè)不斷“做強做大”的大趨勢,國產(chǎn)啤酒技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)就要不斷“做精做優(yōu)”,這是我們的戰(zhàn)略定位,也是參與國內(nèi)外市場競爭的需要。
根據(jù)裝備產(chǎn)業(yè)“做精做優(yōu)”的戰(zhàn)略定位,企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展目標(biāo)可以確定為:
1.經(jīng)高溫瞬時殺菌(UHT)后,無菌(低溫、常溫、中溫、高溫)包裝技術(shù)成為啤酒飲料包裝主流,隧道式殺菌溫瓶逐步淘汰。
2.一次性和可回收聚酯瓶成為啤酒飲料大眾快速消費品的主力包裝,玻璃瓶在產(chǎn)品沿用。吹制聚酯瓶延伸成為包裝生產(chǎn)線前端組成普遍定型。
3.電磁流量計單元灌裝技術(shù)普遍應(yīng)用,成熟可靠、計量、高速自動和數(shù)字化控制的優(yōu)勢滿足、、低耗和集約化設(shè)計制造的基本要求。
4.緊湊型洗瓶機(jī)代替槽式洗瓶機(jī),洗凈率更高,消耗更低。
5.計算機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)在包裝生產(chǎn)線上全面推廣,用戶全程跟蹤——網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程診斷服務(wù)成為售后服務(wù)的主要手段和模式。
6.機(jī)器人技術(shù)在二次包裝技術(shù)裝備中開始應(yīng)用,同時與物流直接接口;在網(wǎng)絡(luò)銷售系統(tǒng)支持下,實現(xiàn)生產(chǎn)線到貨架的直接對接,制造廠成品庫存降至zui小甚至為零。
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