Тенденции при пълначните машини за течности

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 2/2018 • 21.03.2018

Тенденции при пълначните машини за течности
Тенденции при пълначните машини за течности
Тенденции при пълначните машини за течности
Тенденции при пълначните машини за течности

Оборудване за пълнене на течности се използва широко в хранително-вкусовата промишленост, бутилирането на напитки, фармацевтичната и козметичната индустрия, както и в други промишлени приложения като пълнене на химически, нефтохимически продукти и горива. Производителите поставят все по-сериозен фокус върху подобряване на ефективността на пълначните машини чрез внедряване на редица технологични иновации.

Според пазарните анализатори сред факторите, водещи до ръст в приложенията на пълначно оборудване за течности, са: разработването на нови технологии за пълнене, развитието на индустриалната роботика и нарастващата степен на автоматизация в производството; увеличаването на търсенето на бутилирани и пакетирани изделия с по-малки размери/разфасовки; постоянното обновяване на сегмента течни продукти за различни браншове с разнообразни версии, модификации и варианти и др.

За да отговарят на изискванията на индустрията за максимална ефективност на производството, доставчиците на машини за пълнене на течности все повече залагат на високоефективно оборудване, което осигурява оптимална гъвкавост. Точността, минимизираните загуби и разхищението на продукти, намаляването на времетраенето на настройката и производствените цикли и опростяването на хигиенната поддръжка са основни цели при най-новите разработки в областта.

Развитие на пазара на пълначно оборудване
С динамичното развитие на технологиите за пълнене на течности няколко водещи тенденции очертават последните нововъведения в сегмента: абсолютна безопасност на продуктите чрез хигиенно проектиране; пълна оптимизация на ефективността; повишена устойчивост на системите и намалена консумация на материали и ресурси. Важно изискване към съвременното промишлено оборудване е и възможността да изпълнява множество функции.

Тези тенденции излизат на преден план в резултат на непрекъснатите подобрения във всички етапи на производствения цикъл на продуктите, например чрез увеличаване на степента на автоматизация на пълнещите клапани или чрез използване на интелигентни технологии за управление на процесите.

В модерните производствени цехове за течни продукти все по-често се внедряват блокови конфигурации от механично, електронно и програмно обединени в обособени единици машини, които извършват накуп цели последователности от операции, например пълнене, поставяне на капачки, етикетиране и т. н. Все по-популярно става и производството на пластмасови РЕТ контейнери и незабавното им пълнене на една и съща линия без междинно транспортиране, което допълнително оптимизира процесите.

Мултифункционални решения
Оборудването за пълнене на течности в много производства се налага да бъде мултифункционално и достатъчно гъвкаво, за да се справя с широка гама разнообразни продукти в номенклатурата на един и същи производител. В резултат на това някои съвременни пълначни машини могат да работят с течности с водниста консистенция, с вискозни и лепкави продукти, както и с такива с високо съдържание на твърдо вещество и големи частици, например в бутилирането на плодови сокове с пулпа.

Основна тенденция при проектирането е именно гъвкавостта. Някои модели пълначни автомати и линии например могат да настройват дозирането автоматично чрез използване на сонда при пълнене, която измерва обема на контейнера или регистрира други релевантни параметри. Много производители използват технология за пълнене на нето тегло, която контролира количеството продукт, подаван в контейнера. Тъй като аерирането, температурата и вискозитетът не влияят върху точността при пълненето с нетно тегло, пълначните линии за такива приложения могат да се използват за широка гама различни продукти с променливи характеристики.

Гъвкавостта към продуктите не е единственото предизвикателство за пълначните машини. Формите, размерите и материалите на контейнерите, които се пълнят, също варират в широки граници. Уточняването на вида на контейнера за даден продукт е важно както за доставчиците на опаковки, така и за операторите на пълначните цехове, тъй като от това зависи конфигурацията на множество машинни станции и транспортни линии.

Значение на вида на контейнера
По-големите контейнери изискват по-големи отвори на клапаните, по-дълги цикли на пълнене и по-голяма стъпка между пълначните точки. Не само размерът на контейнера е важен фактор, но и материалът, от който е изработен. Стъклото представлява предизвикателство за някои приложения, защото е много по-тежко от тънкия листов метал, използван за производството на кенове и консерви, както и от пластмасата и картона. Традиционната спирачка за контейнери от тип клин не е препоръчителна при работа със стъкло.

При такива машини обикновено се използва спирачка от ротационен тип, която не би счупила стъклото.
Все повече производители на бутилирани и пакетирани течни продукти преминават към по-леки опаковки, а фокусът е върху материали като PET (полиетилен терефталат). Конвенционални производствени линии могат да се адаптират за работа с PET контейнери с различни форми и големини, например бутилки, чрез инсталиране на универсални хващачи за гърла, които да придвижват бутилките по линията. Такива решения могат да увеличат производителността и да редуцират разходите, като намалят времето за пренастройка и поддръжка.

Тъй като диаметрите на гърлата на повечето контейнери имат стандартни размери, захващащите устройства могат да работят с различни модели контейнери, без да се подменя инструменталната екипировка. Повечето модерни линии за пълнене позволяват широк спектър от подобни контейнери с различни обеми от един и същ материал да се пълнят на една и съща машина. Контейнерите от различни материали, особено стъклените и металните, по правило се обработват отделно.

Едностепенно формоване и пълнене
Традиционно, раздувното формоване със сгъстен въздух на пластмасови контейнери за течности и пълненето са две отделни производствени стъпки. Наскоро разработени технологии обаче предлагат възможности за комбиниране на тези процеси в един етап. За целта, вместо сгъстен въздух, за формоването на твърд пластмасов контейнер се използва директно течността под налягане. Заготовката за контейнера се поставя в матрица и в нея под високо налягане се подава продуктът, който се бутилира. Заготовката се формова и се получава пълна бутилка.

Методът представлява значителна възможност за индустрията да повиши допълнително ефективността и гъвкавостта при пълненето на течности. Ползите от едностепенния метод включват намаляване на енергийната консумация чрез елиминиране на сгъстения въздух от процеса; оптимизиране на разходите чрез премахване на необходимостта от традиционно оборудване за раздувно формоване; спестяване на пространство в цеха посредством използване на една линия вместо две отделни. Технологията позволява работа с широка гама опаковъчни материали и продукти на една и съща линия, както и студено, нормално и горещо пълнене на контейнери.

Проектиране на линии за различни приложения
При проектирането на линии за пълнене на течни продукти характеристиките на продукта са сред най-важните съображения, които трябва да се вземат предвид. Тук се включват температурите на пълнене (околната и на продукта), наличието на твърди частици, разпръскването, образуването на пяна, нуждата от постоянно разбъркване и др.

Някои продукти изискват специално внимание при пълнене, за да се елиминират всякакви рискове от микробно и други типове замърсяване. Такива са хранителните продукти, напитките, млечните продукти, плодовите сокове, бебешките храни и т.н. За приложения с високи изисквания към хигиената и при работа с асептични продукти обикновено се прилага технология за горещо пълнене и/или се използват специални стерилни опаковки. В линиите за горещо пълнене материалът се нагрява до температури над 100°C и се пълни при температури от +80°C.

За да се избегне повреждането на плодовите парчета при пълненето на плодови продукти като сокове, нектари и компоти например, линиите са снабдени с прецизни обемни пълначни системи, които първо подават в контейнера парчетата плод с малко количество сок преди второ пълнене на друга машина да допълни контейнерите с чист сок.

При повечето свободно течащи продукти се използват времево-калибрирани машини за пълнене, при които точното количество течност се дозира в рамките на всеки времеви цикъл. Когато се работи с вискозни течности, по-добър вариант са системите за пълнене на течности с положително изместване.
При някои киселомлечни продукти като плодовите млека например, консистенцията се влошава (подобно на пресичане), когато се пълнят през твърде малки отвори.

Ето защо размерът на отворите на дюзите трябва да е съобразен с това. Пълначните системи за такива приложения е добре да разполагат и с механизми за леко разбъркване на продукта в бункера преди пълнене. Кратките, прави отсечки в потока на продукта са ключови за минимизирането на всякакви изменения в качеството или консистенцията. Възлите - допълнителни колена, тръби и помпи, могат да променят вискозитета на даден продукт, така че елиминирането им е препоръчително, където е възможно.

Продукти като маслени кремове, емулсии или дресинги, се дозират със специално проектирани дозиращи станции. Ротационното движение в стандартните машини за дозиране може да отдели маслото от основния продукт.
При бутилиране на течности като бира, които имат тенденция към разпенване, плавното пълнене е от първостепенно значение. Пивоварите обикновено се стремят максимално да ограничат количеството кислород, поеман от бирата, по време на процеса на пълнене, като същевременно се стараят да увеличат максимално производителността.

За тази цел много производители оборудват своите пълначни линии със сонди за ниво, които реагират на завихряне. Завихреният въздух внимателно насочва течността към стената на бутилката и навътре в нея. Освен това клапаните в повечето съвременни пълначни машини могат да работят с различни скорости на пълнене. Резултатът е плавен процес на пълнене с ниска турбулентност и по-малка склонност към разпенване.

Точност и ефективност
Правилното пълнене на контейнерите е ключово с цел гарантиране качеството на продукта. Недостатъчно напълнените бутилки могат да доведат до оплаквания от страна на потребителите. Препълването пък може да се окаже скъпо и разточително. Това означава, че пълначните системи не само трябва да работят с висока точност, но и да поддържат точността си по време на срока на експлоатация.

Точността е функция на много различни елементи на пълначната система. Тя зависи и от други фактори, като използваната технология и характеристиките на продукта. Ето защо една от стратегиите за подобряване на производителността в комбинация със запазване или подобряване и на точността е увеличаването на степента на автоматизация. Препоръчва се използването на програмируеми логически контролери (PLC), които управляват и последователно коригират параметрите на пълнене и потока от продукти. От решаващо значение за равномерното разпределение на нивото на продукта над всяко бутало е стабилното налягане на въздуха в бункера.

Ключово за увеличаване на точността по време на пълначните операции е и управлението на дебита. Някои съвременни модели пълначни и дозиращи системи могат да наблюдават и регулират скоростта на потока чрез сервомотор, който управлява отварянето и затварянето на клапаните, и стъпков механизъм за поддържане на постоянен дебит.

Новото поколение пълначно оборудване предлага повишени скорости на пълнене на базата на усъвършенствани алгоритми за мониторинг на цикъла на подаване на продукта с цел по-голяма точност. Новите технологии при пълначните клапани, включително сервомоторите, допълнително спомага за подобряване на ефективността и прецизността. Точността на пълнене спомага за елиминиране на загубите, като гарантира, че няма препълване или преливане на продукта. Това не само пести директно средства, но намалява и разходите за поддръжка, свързани с почистването на машината и зоната около нея.

Енергийната ефективност се е превърнала в еталон за производителите, които се опитват да оптимизират разходите си и да намалят екологичния си отпечатък. Много компании залагат на електрически двигатели и сервозадвижвания от ново поколение, които разполагат с възможности за автономно управление и настройка на работните параметри с цел постигане на максимално енергийноефективен режим на работа.
Станциите за спомагателни операции, като поставяне на капачки или етикети, също могат да бъдат оборудвани с такива интелигентни сервозадвижвания, които да подобрят цялостно гъвкавостта и ефективността на линиите.

Пропорционалните регулатори на дебита са друга технология, насочена към подобряване на ефективността. Тя позволява на операторите да управляват по електронен път скоростта на потока на течността в клапана за пълнене, без необходимост от пневматичен въздух.

Хигиеничен дизайн
За много производители, които непрекъснато разнообразяват продуктовата си гама, минимизирането на времето за почистване на пълначното оборудване и превключването между отделните пълначни цикли на различни продукти продължава да бъде основен фокус. Пълначните системи с възможности за автоматично почистване на място (clean-in-place, CIP) отдавна са се доказали в практиката като отлично решение за ускоряване на процесите на почистване.

Тази технология обаче е възможна само за бункери и клапани със самоотводна конструкция, която традиционните бутални пълначни машини обикновено нямат. Автоматичното измиване на машините и изплакването им с гореща вода е възможно, само ако продуктовите линии, бункерът и клапаните могат да бъдат напълно източени без демонтаж.

При съвременните решения с контейнерни помпи буталата и стволовете на дюзите се прибират в бункера по време на CIP процедурите. Това намалява времетраенето на почистването в пъти в сравнение с традиционните хоризонтални бутални пълначи. Тази конструкция елиминира и необходимостта от динамични О-пръстени за уплътнение, които могат да се счупят и да попаднат в бункера.

Повишаването на общите санитарни характеристики на пълначните системи също продължава да е основна област на подобрения. Новите хигиенични стратегии при този тип оборудване включват вдлъбнати повърхности за подобряване на дренирането и избягване използването на кухи тела, които могат да се запушат.

Улесняването на почистването на пълначните машини включва и подобряване видимостта на замърсяванията и на зоните, предполагащи натрупване на продуктови остатъци или мръсотия. Прозрачни предпазители на критичните машинни части и мощни светодиодни осветители могат значително да улеснят процеса на почистване.
Някои нови модели машини за пълнене са конструирани без традиционен резервоар за съхранение и с наклонени секции и капаци. Липсата на хоризонтални повърхности намалява вероятността от задържане на замърсявания.

Неръждаемата стомана продължава да е сред най-предпочитаните материали за оборудване в санитарно изпълнение, особено при асептичното пълнене. Правилно проектираните системи за ламинарни потоци, тръбите за продухване и струйните инсталации за почистване също спомагат за по-лесната поддръжка на пълначните машини за течности.

Операторски контрол
Въпреки че тенденцията към повишаване степента на автоматизация е водеща и при пълначното оборудване, производителите продължават да акцентират върху възможностите на машините за интуитивен операторски контрол. Все повече внимание се отделя на интерфейсите от типа “човек-машина” (HMI) и на т. нар. операторски панели, които са изключително удобни за използване и разчитане.

Бързата и лесна настройка на оборудването посредством HMI е от важно значение за ефективността на производството. Освен многоезичните менюта и командни интерфейси, които предлагат повечето модерни операторски терминали, в помощ на операторите във всички точки на света са и графичните интерфейси, както и визуалната информация под формата на изображения, таблици, графики и др. Сензорните екрани допълнително улесняват въвеждането на команди и работата с менютата.

Новият Специален брой: Машини, технологии, оборудване за Industry 4.0/2018

Специален брой: Машини, технологии, оборудване за Industry 4.0-2018

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top