《包装设计制作工艺与检测技术标准实用手册》

第六篇 包装机械

第三章　灌装机械

第一节　概　述

液体灌装是包装的重要组成部分，主要包括在食品领域中对啤酒、饮料、乳品、白酒、葡萄酒、植物油和调味品的包装，还包括洗涤类日化、矿物油和农药等化工类液体产品的包装。液体灌装机构有相当一大部分用于食品行业，尤其是饮料制造业。

一、国内外饮料灌装机械的发展概况

饮料灌装机械是伴随饮料工业的产生而产生，并追随饮料工业的发展而进步的。1890年美国研制出玻璃瓶灌装机；1902年市场上出现灌装蕃茄酱的压力灌装机；1912年发明了皇冠盖封口机；不久集灌装和封口于一体的灌装压盖机问世；在20世纪末，啤酒酿造业发达的德国制造出手动啤酒灌装和压盖机。

含气饮料的灌装工艺难度大，灌装设备的发展大约经历了三个阶段。第一阶段是1952～1957年间，完成了含气饮料灌装机由差压灌装向等压灌装的过渡，采用的是机械阀。第二阶段是1957～1979年，这期间首先是德国H＆K公司，之后是法国的前苏联，发明研制了等压弹簧阀。弹簧阀在等压状态下，借助弹簧力将充液阀打开，破瓶后充液阀可自动关闭，这样不仅使灌装机的控制机构简化，而且延长了灌装阀的有效工作时间，为灌装机的高速化创造了条件。弹簧阀的出现是液体等压灌装发展史上的一个重要阶段，至今等压灌装机仍普遍采用弹簧阀，只是功能更完善，结构更加合理。第二阶段是以德国SEN公司发明的电动阀为标志，电动阀中气阀和水阀的开启和关闭由可编程控制器控制，对灌装时间、灌装速度进行严格和可靠地界定。

我国饮料灌装机构制造业起步晚，20世纪60年代前基本上是空白，当时国内啤酒厂和汽水厂都是使用美国和日本20世纪30～40年代的设备，工艺落后，机械陈旧，严重影响了我国啤酒和饮料工业的发展，1967年我国才开始研究和生产灌装机械。进入20世纪70年代，我国先后引进了一些国外灌装生产线，在装备一些饮料生产企业的同时，也促进了我国包装机械行业进入了一个新的发展时期。机械、轻工、军工等领域的一些企业开始在仿制和消化吸收国外技术的基础上，开发了各种中小型的灌装机械，提供给国内一大批饮料厂，促进了我国饮料业的发展。进入20世纪80年代，我国采用技术贸易结构的方式，引进德国SEN公司20000瓶／h的啤酒灌装线和日本三菱公司18000瓶／h的含气饮料灌装线的制造技术，到1991年又引进了德国KHS公司36000瓶／h的啤酒灌装线及生产技术。这样，我国不仅能够生产中小型的灌装机，而且开始生产大型灌装机，技术水平上了一个台阶，将我国液体灌装设备制造业的整体水平提高到一个新的水平。

二、液体灌装设备的分类

日常生产中，需要商品化包装的液体涉及到很多领域，范围很广。包装容器各式各样，包装容量从几十毫升到上百升。下面仅就食品行业（包括部分化工行业）常见的、灌装容量在150～2000ml的各式灌装设备进行简单的分类，见表6－3－1。

表6－3－1液体灌装机械的分类

在我国，玻璃瓶包装饮料占饮料总产量的24．3％（1997年），达260万吨；在啤酒行业，主流的包装容器（尤其是高档的出口啤酒）也是玻璃瓶。玻璃瓶虽有运输成本高、易破碎等缺点，但其气密性好，理化指标稳定，没有影响饮料品质的不良气味，目前仍是液体包装的主要容器品种。铝质二片易拉罐用于啤酒和碳酸饮料的包装，马口铁三片易拉罐用于果菜汁、植物蛋白饮料及一些流体食品的包装。由于近年来易拉罐的包装成本大幅度下降，罐装饮品的产量逐年上升。聚酯（PET）饮料包装瓶出现于八十年代，以后便以不可阻挡的势头持续增加这种包装产品在市场中的销售份额。国际权威包装设计专家预测21世纪末食品包装趋势共有十个方面，其中之一即强调用塑料瓶容器取代玻璃制品。1997年我国PET瓶（桶）包装的饮料为400万吨，占当年总产量的37．4％。PET瓶与其他包装容器相比具有明显的市场优势：重量轻，运输成本低；韧性好，不易破损；内容物直观性强；覆盖使用而不会对瓶口造成污染；材料为瓶子的设计者提供了广阔的设计空间，能极大地吸引众多的消费者。PET瓶可包装含气或不含气饮料。近几年，国内外正在研制一种高性能的聚酯材料PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）。PEN与PET性质相近，但在PET阻隔性能和耐热性能达不到要求的应用领域，PEN则显示出卓越的性能特点。PEN对O2和CO2的阻隔性能高出PET4倍，耐热性好，强度约为PET的1．5倍。PEN瓶可回收重复使用，可热灌装或高温杀菌，今后大有取代玻璃瓶之势。由于PEN价格较高，因此可行的方法是15％PEN与85％PET共混，价格比较便宜，且耐热及耐划伤效果也很好。

液体灌装机械主要是为以上三大类包装容器而设计的。复合纸软包装的灌装机是用于果汁及牛奶的利乐包装设备，为无菌灌装，灌装容量为0．25～2L，有砖形、屋形和三角形。这些包装设备大多为国外进口设备。

现代液体灌装设备多为“罐装－封口”、“容器清洗－灌装－封口”一体机。由于客户包装容器、罐装的液体、封口的形式不同，灌装设备多为模块化设计，有时可按需要任意组合，这样就形成了各种不同系列的灌装封口机，这也是液体灌装设备多为专用机械的一个特点。

除上述列举的几类灌装机械外，制造商还能够生产按照客户特殊需要、特殊包装容器、特殊产品（如高粘度产品，灌装起泡沫的产品）而设计的灌装机。许多情况下，一种液体的包装，可以有几种灌装机械供选用。

三、国内外液体灌装机械制造业的现状及发展趋势

灌装机械制造水平的发展体现在灌装阀核心技术的发展上：从重力灌装到先进的抽

真空等压灌装；从平面阀密封结构到锥形阀密封结构；从凸轮的机械接触控制到PLC全时间程序控制；从传统机械弹簧阀到现代电控气动电子阀。这些都体现了技术的进步和发展。我国的灌装机械制造业，经历了仿制、引进技术、消化吸收、创新、自主开发的过程，技术进步及创新的速度更快，而且在不断缩小与国外先进技术之间的差距。

灌装机械向大型化发展。为适应食品饮料工业的大生产，以获取规模经济利益，灌装机械向高速度、高生产能力产品发展。国外640ml玻璃瓶啤酒灌装机的生产能力为1000瓶／min，355ml易拉罐的生产能力为2000罐／min。国内灌装机械产品目前也达到600瓶／min（640ml玻璃瓶）、600罐／min（355ml易拉罐）、250瓶／min（1．25L聚酯瓶）生产能力的设计和制造水平。

灌装机械结构趋势于简单合理。国内外灌装机械制造商都在致力于产品结构的简单化，零部件数量在减少，设备可靠性在提高，成本降低，操作维修更加方便。德国KRONES公司贴标机的转换部件大大减少，贴标的功能及数量反而增加。我国廊坊生产的“冲－灌－封”一体机全部采用瓶颈夹持输送装置，省去了输瓶导板、导轨、底板等转换部件，不论PET瓶容积大小如何，均不需要调整灌装机和封口机的高度，在各种生产时速和各种灌装方式中都能够高速、平稳地输送包装容器。

设备在向多功能化发展。能够适应用户改变包装容器、改变灌装液体的需要。更换部件也能够适应封口形式的变化，产品的适应性更广，市场的竞争力更强。

灌装机械的光、机、电一体化。PLC可编程控制器普遍应用于灌装机的控制系统中，大型设备更是采用计算机控制，人机界面显示，故障自我诊断，实现了设备运行的智能化。

现代灌装技术的目标是精确、高效、自动化。精确的灌装量，灌装过程的高速、可靠，尽量小的液损，整条生产线的最代化控制，都由于电子技术的实际应用而成为可能。电子灌装阀灌装技术迅速发展是大势所趋。目前国外灌装机使用的电子阀有三种形式：探针式（液位传感器）电子阀、配置电磁流量计的电子阀、配置定量筒的电子阀。我国一些灌装设备制造厂也在开始研制适合中国国情的电子阀灌装机，但电子阀罐装机在我国的推广使用受到国产包装容器几何形状精度不高和电子元器件水平的制约。

综上所述，我国灌装机械制造业虽然起步晚，基础薄弱，但经过了二十多年技术的不断引进、工艺装备的技术改造、CAD计算机辅助设计的普遍应用，整体的产品质量提高很快。但是，与国外先进技术的差距尚且存在，主要表现在研究开发的滞后，试验手段（如灌装阀工作原理的定量分析）欠缺。国内饮料制造业的优胜劣汰和集约化发展，也将造成灌装机械制造业的优胜劣汰，必将促进具有技术实力企业的进步和发展。

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