《包装设计制作工艺与检测技术标准实用手册》

第二篇 包装技术与工艺

第八章　充填技术

第二节　液体物料的充填

液体物料的充填，国内习惯称为灌装。需要灌装的液体物料甚多，几乎可以包括生活有关的一切液体，此外还有一些工农业用液体。液体物料的化学物理性质各不相同，故灌装方法也不同。液体物料中影响灌装的主要是粘度，其次是是否溶有气体，以及起泡性和微小固体物含量等。因此，在选用灌装方法和灌装设备时，首先要考虑液体物料的粘度。根据灌装的需要，一般将液体物料按粘度分为三类：流体、半流体和粘滞流体。

（1）流体：是指靠重力作用下可按一定速度在管道内自由流动，粘度范围在0．001～0．1Pa．s的液体，如牛奶、清凉饮料、酒、香水、眼药水、纯净水等。

（2）半流体：除靠重力外，还需加上外力才能在管道内流动，粘度范围在0．1～10Pa．s的液体，如炼乳、蕃茄酱、发乳等。

（3）粘滞流体：靠自身重力不能流动，必须借助挤压等外力才能流动，粘度在10Pa．s以上的物料，如洗发膏、牙膏、浆糊、花生酱、果酱等。

一、液体物料灌装的力学基础

液体物料灌装一般是将液体从贮液缸取出，使之通过管道流入容器。液体物料在管道中流动的条件是，流入端与流出端之间必需有压力差，也称压头，流入端的压力必须高于流出端的压力。假设流过圆形截面管道的液体物料为层流，则流速可根据伯萧叶（Poiseuille）公式计算

V＝πPr4/8ηL

式中：V———每秒流动的液体物料体积；

　　P———压力差；

　　r———管道内径；

　　L———管道长度（指铅垂距离）；

　　η———液体粘滞系数。

从上式中可以看出，流速V与压力差P成正比，与管径r的四次方成正比，与管道长度成反比。因此，可以得出以下结论：

（1）同一种液体，当管长与管径相同时，如果压力差成倍增加，流速也成倍增加。

（2）同一种液体物料，当管径相同时，如果管长与压力差均成倍增加，则流速不变。

上述两条结论，是设计最佳灌装系统的依据。

当灌装系统中，贮液缸和容器均为大气压力时，液体物料靠重力产生流动。利用这种原理进行灌装的方法称为重力灌装；如果贮液缸是封闭的，则缸内压力高于大气压力时，流速将增大，因为总压力差是重力压力差与贮液缸内外加压力之和。利用这种原理进行灌装的方法称为压力灌装。如果，贮液缸顶部是通向大气的，而管子与容器连接是密封的，容器中的压力低于大气压力，同样流速也会增大。利用这种原理进行灌装的方法称为真空灌装。

二、液体物料灌装的具体方法

按灌装原理，灌装方法可分为重力灌装、压力灌装和真空灌装三大类。

按计量方式，灌装方法可分为定液位灌装法和容积灌装法。

常用的灌装方法有10种：

（一）纯重力灌装法

这种方法像物理学中讲的虹吸现象一样，是最古老的灌装方法之一，而且现在仍然是最准确最简单的灌装方法。大部分自由流动的液体物料都可以用此法灌装。纯重力灌装法属于定液位灌装，灌入容器中液体物料的容积决定于容器本身的容积。圆形气密罐或塑料的壁厚比玻璃瓶均匀，因而，它们的容积比玻璃瓶准确。

如图2－8－1所示，贮液槽1位于最上部，液体物料从贮液槽流经带弹簧的灌装阀4进入容器。灌装时升降机构将容器向上托起（也可以将灌装管下降），首先是容器的口部和灌装阀下部的密封盖5接触并压紧，将容器密封，然后容器再上升，顶开弹簧，开启灌装阀，液体物料靠重力自由流下，灌入容器中。同时，容器内的空气经设在灌装管端部的空气出口2通到贮液槽液面上部的排气管3排出。当液体上升至排气口上部时，即停止流动，液位达到规定高度并保持不变。灌装完成后，升降机构将容器下降，灌装阀失去压力，由弹簧自动关闭。

图2－8－1　纯重力灌装法

1—贮液槽；2—空气出口；3—排气管；4—灌装阀；5—密封材料

　　这种方法主要用于低粘度、非起泡性的液体物料，如牛奶、白酒、酱油、药水等。使用的设备构造简单，操作方便，易于保养，是很早就出现的灌装方法，至今仍被广泛使用。

（二）纯真空灌装法

这种方法是在低于大气压力的条件下进行的灌装方法，是一种差压真空式，即让贮液箱内部处于常压状态，只对包装容器内部抽气，使其形成一定的真空度，液体物料依靠两容器内的压力差，流入包装容器并完成灌装。这种方法属于定液位灌装，是目前国内常用的真空法灌装的形式。通常限于灌装狭颈玻璃瓶。如图2－8－2所示，贮液槽4与灌装阀10分开放置，供料管1由供料阀2控制，液位由浮子3保持。另设有真空泵7和真空室6以建立真空。溢流至真空室的液体物料由供液泵5送回贮液槽。应用此法灌装时，瓶子上升或灌装阀下降，首先将瓶口密封，并在瓶内建立高真空（860～930Pa），然后克服灌装阀的弹簧压力，开启此阀。阀中套管内有一个真空管，与真空室相连。真空室用真空泵保持真空。当阀封住瓶口并开启后，真空口也同时开启，瓶内的真空度就与真空室中的一样。液体物料靠作用在贮液槽液面的大气压力和瓶中的高真空之间形成的压力差，从贮液槽流入瓶内。当液体物料上升到灌装阀中真空管口时即停止流动，液位保持不变。如果瓶子不离开阀口，液体物料会继续缓缓地流出，因为抽真空时会将液体物料从瓶内吸出，形成溢流和回流。溢出的液体物料流到真空室，用供液泵送回至贮液槽。

图2－8－2　纯真空灌装法

1—供料管；2—供料阀；3—浮子；4—贮液槽；5—供液泵；6—真空室；7—真空泵；8—真空管；9—液体；10—灌装阀；11—密封材料；12—灌装液位

　　这种方法适用于灌装粘度低的液体物料（如油类、糖浆等），含维生素的液体物料（如蔬菜汁、果子汁等）。此法不但能提高灌装速度，而且能减少液体物料与容器内残存空气的接触和作用，故有利于延长某些产品的保存期，此外真空灌装可避免给有裂缝或有缺口的瓶子灌装，并可消除液体物料滴漏现象，但耗能较多，对灌装含有芳香性气体的酒类是不适宜的，因为会增加酒香的损失。

返回目录页