Системи за дозиране при опаковане на хранителни продукти и напитки

МашиниСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1, 2014

Системи за дозиране при опаковане на хранителни продукти и напиткиСистеми за дозиране при опаковане на хранителни продукти и напиткиСистеми за дозиране при опаковане на хранителни продукти и напитки

Дозирането по своята същност е спомагателна технологична операция, присъща на редица технологични процеси в хранително-вкусовата и биотехнологичната промишленост. Анализът на производствения цикъл на какъвто и да е продукт показва, че на различни негови етапи, под различна форма, е необходимо подаването на определено количество суровина, продукт и други съставки с определена точност и ритмичност, изисквана за правилното протичане на производствения и спомагателния технологични процеси.

Това определя дозирането като една от най-често срещаните операции в цялостния производствен процес. По своята същност то е транспортна операция, тъй като характеризира преместването на обекта (без значение на това какви свойства притежава) от зоната за съхранение към зоната за извършване на някакво конкретно технологично въздействие или някоя друга спомагателна или основна операция.

Съществената разлика, която отличава двете операции, е точността и ритмичността, с която те се извършват. На двете схематично изобразени операции на фиг. 1 могат да се видят разликите. Това води до определянето на дозирането като технологична операция, осигуряваща зададено количество продукт по маса (обем) или поддържането на зададен разход с определена точност.

По структурата на работния цикъл дозирането бива дискретно и непрекъснато. Дискретно дозиране на суровини, продукти и готови изделия се прилага в случаите на опаковане и при технологични процеси, при които техническите средства, които ги осъществяват, са с периодично (дискретно) действие.

Непрекъснато дозиране се използва предимно при дозиране на суровини и продукти, с които се захранват машини, апарати и съоръжения, имащи непрекъснат цикъл на работа и работещи в непрекъснат технологичен процес.

Функции на дозирането
Функциите, които има едно дискретно дозиращо устройство, могат да се обобщят накратко като подаване на продукта в системата за технологично въздействие в точно определено време, в точно определено съобразно изискванията количество (дозираща функция) и с необходимата скорост.

Дозирането може да се разгледа като процес или операция, изпълнявана на няколко етапа от съответните системи. В първия етап продуктът, подлежащ на дозиране, се подава с помощта на система за преместване от зоната за съхранение към системата за измерване. Вторият етап е неговото измерване от съответната система. На третия етап, с помощта на система за преместване, измерената доза се изнася от зоната, където е станало измерването и се подава по-нататък по технологичната схема. При опаковъчните процеси дозата се подава в опаковката.

За да се извърши качествено операцията дозиране и трите нейни етапа трябва да протекат с достатъчна прецизност. Правилното и точно измерване на масата или обема до голяма степен зависи от подаването на продукта и от неговото извеждане от системата за измерване.

В практиката е прието техническите средства, осъществяващи операцията дозиране, да се наричат дозиращи устройства или за по-кратко дозатори. Голямото им многообразие по отношение на конструкцията е довело в редица случаи до техните конкретни наименования като например: дозираща машина, дозираща глава, пълначна машина, пълначна глава, дозиращ или пълначен агрегат, дозираща помпа и др.

По отношение на структурата на операцията – може да има елементи, които да изпълняват комбинирани действия (например преместването и отмерването на дозата да се комбинира в известна степен). Като пример в това отношение може да се посочи шнековият дозатор (фиг. 3). Основен работен орган при него е шнекът.

В случая той се използва както за транспортиране на продукта от зоната за съхранение (обикновено бункер) към зоната за опаковане, така и за определяне на количеството продукт чрез ъгъла му на завъртане. По този начин шнекът се явява и като основен изпълнителен елемент на измервателната система на дозиращото устройство.

Разгледаната на фиг. 2 структура на процеса дозиране дава възможност да се направи класификация по отношение: системата, използвана за съхранение на продукта, подлежащ на дозиране; системата за преместване до позицията за измерване на дозата продукт (входяща система); системата за измерване на дозата; системата за извеждане на измерената вече доза от системата за измерване и преместването й до зоната за технологично въздействие (смесване, опаковане), изходяща система.

По отношение на системата за съхранение на продукта преди неговото дозиране и последващо опаковане съществува разнообразие, което е свързано с характеристиките му и неговото поведение по време на дозирането. Обикновено продуктите за дозиране и опаковане се съхраняват в бункери (при насипни продукти), резервоари (при течни продукти) и в магазинни захранващи устройства (при дискретни изделия). Могат да са съоръжени с разбъркващи устройства при насипните и течните, което да даде възможност за правилно протичане на дозирането.

В зависимост от технологичните условия, създавани при преместване на обекта за дозиране, входящата и изходящата системи могат да бъдат без принудително преместване на обекта за дозиране (на продукта) и с принудително преместване.

Системи без принудително преместване се прилагат в случаите, когато свойствата на продукта позволяват неговото свободно изтичане през отвор без възникването на проблеми по отношение на постигане на изискваната скорост и свързаната с това производителност. Като правило, създаващи проблеми при изтичането са течни продукти с по-висок вискозитет и плътност. При тях се прилагат системи с принудително преместване.

Дозиране на течни продукти
При дозирането на течни продукти за преместването им се прилагат барометричен, свръхбарометричен и вакуумен метод. В първия случай движението на течността от резервоара към опаковката става под действието на гравитационните сили при нормално налягане. При тези условия се дозират течни продукти, несъдържащи летливи компоненти. Известно е още като гравитационно или изобарометрично.

Свръхбарометричното дозиране също се характеризира с изтичането на течностите под действие на гравитацията, но при надналягане в резервоара и в опаковката. Среща се в литературата и като изосвръхбарометрично. Дозирането под вакуум има два варианта: ако разреждането се създава само в опаковката, то изтичането на продукта е вследствие разликата в наляганията; ако разреждането се създава в опаковката и в резервоара, то изтичането е вследствие на гравитацията.

По аналогия с гореспоменатите варианти дозирането в този случай се нарича изовакуумно. Създаването на споменатите условия е възможно както при дозирането по ниво, така и при дозирането по доза.

Прилагането на конкретна система за преместване зависи от редица фактори, но най-вече от свойствата на продукта за дозиране (на обекта) и опаковката, в която се дозира.
Голямо разнообразие съществува при системите за измерването на дозата. Съществуват различни класификации, даващи възможност да се направи паралел между тях, въз основа на който по-правилно впоследствие да се извърши изборът им за конкретен продукт и условия.

Съществен критерий, по който може да се направи една тяхна класификация, е елементът, спрямо който се прави дискредитизацията на дозирания продукт. Това могат да са: масата на продукта в дозата; обемът на продукта в дозата; нивото на продукта, попаднал вече в опаковката; времето, за което продуктът се дозира; броят на дискретните изделия, които ще се поставят в една опаковка.

Във връзка с конкретните свойства на течните продукти последният не е приложим за тях. Останалите методи се основават на два основни принципа на дозирането - тегловния и обемния. Методите на дозиране “по доза”, “по ниво” и “по време” се основават на обемния принцип на дозиране, тъй като фактически използват система за измерване на обема на течността, поместен в дадено пространство (“по доза” и “по ниво”) или преминала за определен период от време с определена скорост през дадено сечение.

Експлоатационни показатели на дозиращите устройства
Като най-важни показатели, свързани с експлоатацията на дозиращите устройства и имащи количествена оценка, могат да се посочат производителността и точността на работа.
Прието е производителността на дискретните дозиращи устройства да се измерва в брой отработени дози за време например брой/минута.

Свързано е с естеството на работа им - те са устройства с циклично действие. Използването на дименсията количество течен продукт по обем за време не дава реална представа за протичащите динамични процеси при дискретното дозиране. Като косвена мярка, определяща производителността на дозиращото устройство, е времето за пълнене на опаковката.

Голямото разнообразие от дозиращи устройства за течни продукти не позволява разработването на единна методика за определяне на производителността им.
Съществуват методики за определянето на производителността на пълначи устройства за течни хранителни продукти с нисък вискозитет.

По данни в литературата вискозитетът на продуктите, дозирани с помощта на пълначните устройства, може да достигне до 9 сР. С нарастването на вискозитета им загубите на производителност на този тип дозиращи устройства се увеличават, което ги прави икономически неефективни.

Определящ при установяване на продължителността на пълнене на опаковките е коефициентът на разход m, стойността, на който се колебае в широки граници. Известни са някои опитни данни, установяващи влиянието на размера, формата и разположението на отворите и накрайниците, а също налягането, вискозитета и температурата върху стойността на коефициента на разход.

Факторите, влияещи на производителността на дозиращите устройства, са: вискозитет на течните продукти, склонност към пенообразуване и прокапване, гранулометричен състав, плътност и др.

Точността на работа на дискретните дозиращи устройства е най-важният показател, влияещ на приложимостта им в конкретен опаковъчен процес. В подкрепа на твърдението е наличието на установени норми за отклоненията от номиналните количества опакован продукт.

Съгласно Наредбата за предварително опаковани хранителни продукти отклоненията се дават в проценти от номиналното количество продукт или в абсолютни стойности. В много случаи покриването на посочените изисквания не е достатъчно процесът на дозиране и опаковане да е икономически ефективен, което води до стремеж за намаляване от страна на производителите на отклоненията.

Въпреки стремежа процеса на дозиране да се държи на постоянно ниво, количеството на продукта в опаковките има различни стойности. Това разсейване на стойностите на масата може да се раздели на две категории: отстраними и неизбежни.

За повишаване на точността на дозиране се работи в няколко направления: усъвършенстване на конструкциите на дозиращите устройства; оптимизиране на режимите им на работа, водещо до подобряване на повторяемостта на отработваните от тях дози; въвеждане на допълнителни елементи за контрол и управление на дозирането.

Гъвкавостта на дозиращите устройства е качествен показател и отразява способността им да дозират различни продукти, да пълнят разнообразни опаковки с обеми, вариращи в широки граници и реализиращи различни режими на работа в съответствие с изискванията на опаковъчния процес.

Анализът на източниците сочи, че това е най-експлоатираното направление в момента от водещите фирми в областта на дозирането. Този факт се дължи на възможността на гъвкавите дозиращи устройства да решават широк кръг от задачи при дозирането, без необходимостта от допълнителни капиталовложения.

Решение на проблема с гъвкавостта на дозиращите устройства е прилагането на съвременни задвижвания и управления. Възможността за промяна на някои от основните характеристики на дозиращите устройства е намерила решения и при по-стари конструкции бутални дозатори с безстепенно регулиране на хода на буталото. Недостатък обаче е, че това става по механичен път и с намесата на оператор.

Съвременни решения на дозатори с висока гъвкавост включват нетрадиционни решения с линейни двигатели, при които освен гъвкавост се постига и висока скорост на движение на работния орган.

Хигиенен дизайн
Хигиенният дизайн е важен показател за всички машини, апарати и съоръжения, използвани при производството и опаковането на храни и напитки. Дозиращите устройства, като елемент от тази система, е необходимо да са проектирани и изработени така, че да не позволяват в процеса на тяхната експлоатация да създават риск за здравето на потребителите на храни и напитки, дозирани от тях.

Необходимо е материалите, от които са изработени, да отговарят на изискванията за контакт с хранителни продукти, да не създават условия за задържане на хранителни вещества, даващи възможност в последствие да се развие микрофлора и т.н.

При дозиращите устройства за хранителни продукти от значение е предлагането на възможността за почистване. Съществуващите в момента In-Line-Reinigung системи са от типа CIP (Cleaning-in-place), FIP (Flushing-in-place) и SIP (Sterilization-in-place).

При съвременните производства от съществено значение е възможността за работа на оборудването в система. Това изискване важи и за дозиращите устройства, които в състава на опаковъчното оборудване трябва постоянно и с необходимата точност да реагират на промените в производителността му.

Във връзка с това все повече на пазара се появяват елементи, удовлетворяващи тези изисквания. Това са например пневматични цилиндри с възможност за точно позициониране в рамките на определени граници, задоволяващи изискваната за дозирането точност.

Проф. д-р инж. Стефан Стефанов, Университет по хранителни технологии, Национална академия по опаковане

ЕКСКЛУЗИВНО

Top