Модернизация фасовочного аппарата

Наполнительные устройства являются сложными по конструкции системами с различными усовершенствованиями, которые следует рассмотреть отдельно. К ним относятся следующие механизмы:

• центрирующие колокольчики;
• наливные клапаны с трубками;
• наливные клапаны без трубок;
• системы управления клапанами;
• системы наполнения по объему.

Центрирующий  колокольчик

Для соединения бутылки с наполнительным устройством имеются, по существу, две возможности:

• либо поднять бутылку и прижать ее к клапану, либо

• прижать клапан к бутылке.

Рисунок 3 – Центрирующий колокольчик  с направляющей

Вторая возможность реализуется при розливе в банки. При наполнении бутылок всегда поднимают бутылку, однако чтобы добиться правильного центрирования бутылок по отношению к наполнительному устройству, используется центрирующий колокольчик, который поднимается вместе с бутылкой. Колокольчик устанавливает ее по центру наполнительного устройства и прижимает к нему.

Наливные  клапаны с трубкой

При использовании наливных клапанов с трубкой вино наливается через наливную трубку, конец которой располагается непосредственно над дном бутылки. Тем самым бутылка наполняется медленно снизу вверх без отекания наливаемого вина по стенкам бутылки, и поэтому поглощение кислорода в этом случае находится на очень низком уровне.

В наливной трубке имеется  отверстие для выхода газа на высоте заданного уровня наполнения бутылки, которое связано с каналом  возврата газа.

Внутренний диаметр наливной трубки ограничивается:

• горлышком бутылки (17 мм):
• наружным диаметром трубки (14 мм):
• внутренним диаметром трубки (10-12 мм).

В связи с этим всегда стараются ускорить скорость течения  жидкости при помощи перепада давления.

В ходе процесса наполнения создающий противодавление диоксид  углерода возвращается через возвратную воздушную трубку обратно в возвратный газовый канал. Поэтому бутылка будет наполнена лишь до входного отверстия трубки возвратного газового канала, так как газ, находящийся выше этой точки, уйти уже не может. После закрытия наливного клапана наливная трубка еще находится в бутылке, и остатки продукта в ней могут стечь. Естественно, этот объем учитывается при определении высоты отверстия в трубке возврата газа.

Чтобы повысить скорость наполнения в начальной фазе, можно открыть  еще один клапан на канале возврата газа в атмосферу, установив тем самым перепад давлений, что ускорит скорость течения жидкости (быстрое наполнение). Близко к концу процесса наполнения этот дополнительный клапан закрывается, и наполнение продолжается с «нормальной» скоростью. При этом получаются три фазы наполнения:

1. Короткая начальная фаза замедленного наполнения:
2. Более продолжительная фаза быстро го наполнения:
3. Короткая фаза замедленного наполнения.

2.1 Процесс наполнения с использованием клапанов с наливной трубкой

Фаза 1: Исходное положение. Бутылка захватывается центрирующим колокольчиком и поднимается надеваясь горлышком на наливную трубку.

Фаза 2: Создание противодавления при помощи СО₂. После прижатия бутылки в нее поступает С0₂, вытесняя содержащийся в бутылке воздух снизу вверх.

Фаза 3: Начальная фаза наполнения — отверстие  форсунка 1 открыто. Клапан для жидкости открывается, вино по наливной трубке течет вниз и вытесняет СО₂ вверх. Скорость течения определяется небольшим поперечным сечением отверстия 1 в канале возврата газа. Благодаря малому перепаду давления вино течет медленно и не пенится. Эта фаза длится лишь несколько секунд, пока вино не поднимется примерно на 10-20 мм по наливной трубке.

Рисунок 4 – Наполнение бутылок  через наливную трубку

Синим цветом обозначено создание противодавления, зеленый – возвратный газ, желтым – вино, розовым – программа  CIP

Фаза 4: Фаза быстрого налива — отверстия 1 и 2 открыты. Путем подключения отверстия с большим поперечным сечением 2 увеличивается перепад давления и тем самым повышается скорость течения; эта фаза длится большую часть времени налива.

Фаза 5: Фаза замедления — отверстие 1 открыто. Вследствие закрытия отверстия 2 вино продолжает медленно течь, поднимаясь к горлышку бутылки. Таким образом, предотвращается нежелательный перелив бутылки.

Фаза 6: Закрытие клапана для жидкости. Как только вино достигнет заданного уровня наполнения бутылки, жидкостный клапан закроется. Давление в бутылке сразу же падает до уровня давления в трубопроводе возврата газа, и таким образом происходит первый сброс давления.

Рисунок 4 (продолжение) – Наполнение бутылок через наливную трубку

 

Фаза 7: Сброс давления до атмосферного давления. Второй ступенью сброса давления является сброс его до атмосферного давления.

Фаза  8: Опорожнение наливной трубки. После установления связи между трубопроводом СО₂ и наливной трубкой, оставшееся в ней вино стекает в бутылку, благодаря чему достигается предусмотренное количество наполнения. Затем бутылка опускается и направляется в автомат для укупоривания.

Фаза CIP (9): Все трубопроводы соединены между собой, и моющий раствор, а в последствии вода подаются в режиме циркуляции, чтобы обработать все участки, подверженные инфицированию микроорганизмами.

Рисунок 4 (продолжение) – Наполнение бутылок через наливную трубку

2.2 Процесс налива  с использованием клапанов без наливных трубок

Узкое горлышко бутылки предопределяет пределы допустимого диаметра наливных трубок.

В настоящее время стремятся  ускорить процесс наполнения путем использования клапанов без наливных трубок. При этом вино приходится направлять по стенкам бутылки, что неизбежно увеличивает опасность поглощения вином кислорода воздуха.

Такие устройства зачастую называют «наливными устройствами с короткой трубкой» — в отличие от систем с длинными наливными трубками. Однако такое обозначение неправильно, так как видимая короткая трубка является трубкой возвратного газа, а разливаемое вино поступает по внутренним стенкам бутылки. Включение в систему короткой трубки неизбежно привело бы к вспениванию вина и очень высокому поглощению кислорода.

Предпринимаются попытки сначала удалить воздух при помощи вакуума и заменить его на СО₂, однако в этом случае при наполнении бутылки удаленный из нее воздух вместе с СО₂ будет возвращен в кольцевой коллектор и, как следствие, повысится содержание кислорода в кольцевом распределительном резервуаре. Во избежание нежелательных последствий СО₂ приходится постоянно обновлять, а это означает относительно высокий расход СО₂ (около 320— 350 г СО₂ на гл вина).

Содержание кислорода  в разлитом вине благодаря двойному вакуумированию (имеется в виду следующая последовательность операций: вакуумирование — создание противодавления СО₂ — вакуумирование — создание противодавления) снизится до минимума, а стойкость вина повысится. Такой способ розлива без трубок в настоящее время широко распространен и его применение хорошо себя зарекомендовало.

Наливные клапаны без  трубок имеют сравнительно высокую производительность, так как для впуска напитка они могут использовать практически всю входную площадь горлышка бутылки, которая уменьшается только на площадь сечения трубки возвратного газа. «Захлебывание» (как, например, при шприцевании бутылок) здесь исключено.

Рисунок 5 – Система наполнения бутылки без наливной трубки

1 – кольцевой резервуар разливочной  машины; 2 – вино; 3 – СО₂; 4 – бутылка; 5 – центрирующий колокольчик; 6 – трубка возврата газа; 7 – отводной конус; 8 – вакуумная вытяжка; 9 – клапан вакуумного трубопровода (в положении «открыто»); под ним – клапан разрежения; 10 – неподвижный упор для управления вакуумным клапаном; 11 – клапан для подачи СО₂ (закрыт); 12 – клапан для отвода СО₂; 13 – роликовый рычаг для клапана С0₂; 14– клапанный рычаг для открытия и закрытия клапана С0₂ (15) и наливного клапана (16) с клапанным уплотнением (17) в резервуаре; 18 – отвод С0₂; 19 – неподвижная гильза; 20 – пружины для открытия и закрытия наливного клапана; 21 – канал разряжения; 22 – вакуумный предохранительный клапан

Фаза 1: Первая вакуумирование

Бутылка прижимается центрирующим колокольчиком (5) вплотную (герметично) к наполнительному устройству, и при помощи неподвижного упора (10) открывается вакуумный клапан (9); 90%-ное вакуумирование происходит очень быстро. Поднимаемый центрирующим колокольчиком вакуумный предохранительный клапан (22) препятствует прерыванию вакуума, если бутылка не была своевременно поднята.

Фаза 2: Дополнительная СО₂ — промывка

С помощью роликового подъемника (14) на короткое время открывается  газовый клапан (15), и СО₂ из кольцевого резервуара (3) поступает в бутылку и промывает ее. Этот процесс очень непродолжительный и заканчивается возвращением подъемника в исходное положение. Давление в бутылке повышается примерно до уровня атмосферного.

Рисунок 6 – Последовательность протекания процесса наполнения без наливных трубок с двойным вакуумированием

Фаза 3: Второе вакуумирование

Повторяется процесс фазы 1 и заново создается примерно 90%-ный вакуум. При таком вакууме еще оставшийся в бутылке воздух будет удален при помощи СО₂ и таким образом содержание воздуха в бутылке уменьшится еще примерно на 1%.

 

 

Фаза 4: Создание противодавления

Повторяется процесс фазы 2, но он занимает более продолжительное  время. Входящий поток СО₂ после двойного вакуумирования устанавливает в бутылке очень высокую концентрацию CО₂; одновременно в бутылке устанавливается давление такое же, как в кольцевом резервуаре. Фазы 3 и 4 на рисунках не представлены.

Фаза 5: Наполнение

После уравнивания давления между бутылкой и в кольцевым резервуаром разливочного автомата наружная пружина (20) открывает уплотнение клапана (17). Вино может течь только вниз и оно посредством отводящего конуса (9) направляется против стенок бутылки, по которым оно стекает тонким потоком. СО₂ отводится через трубу возврата (6) обратно в резервуар.

Фаза 6: Окончание процесса наполнения

Как только вино дойдет до нижнего края трубки возврата газа оно по закону сообщающихся сосудов поднимается по трубке вверх, тогда как газ, оставшийся в бутылке над поверхностью вина, выйти уже не может. Насколько высоко поднимется в трубке вино, зависит от различных факторов, таких как скорость наполнения, давление и др. На этой фазе наблюдается небольшой перелив в бутылке, который в дальнейшем должен быть скорректирован.

Точная высота наполнения является важнейшим критерием для качества бутылочного вина: недолив обманывает потребителя и налоговые органы, перелив снижает прибыль.

Рисунок 6 (продолжение) – Последовательность протекания процесса наполнения без наливных трубок с двойным вакуумированием

Фаза 7: Стадия корректировки

Если бы вино из трубки могло свободно вылиться обратно в бутылку, то содержимое бутылки бесконтрольно увеличилось бы, что было бы недопустимо. Чтобы добиться точного уровня наполнения, наливной клапан (17) благодаря движению роликового рычага (14) закрывается, а газовый клапан (15) еще остается открытым. Теперь при помощи стационарного копира открывается расположенный сбоку дополнительный клапан подачи СО₂ (11), и СО₂ со слегка избыточным давлением примерно в 0,2 бара направляется в горлышко бутылки. Он вытесняет вино, находящееся выше конца трубки возвратного газа, в трубку возврата воздуха и тем самым возвращает его обратно в кольцевой резервуар. Таким образом достигается точный уровень наполнения бутылки.

Фаза 8: Разряжение (на рисунках не приведено)

В заключение движением роликового рычага закрывается газовый клапан (15) и посредством стационарного копира открывается расположенный сбоку разгрузочный клапан (9). Через отверстие с малым поперечным сечением отводится избыточное давление, которое постепенно выравнивается с атмосферным. Это препятствует немедленному вспениванию напитка.

Стадия  мойки CIP

Линия розлива в настоящее время может нормально функционировать лишь в том случае, если она приспособлена к мойке в системе СIР. Для этого под наливными клапанами устанавливаются моечные крышки и посредством центрирующих колокольчиков они плотно прижимаются к наполнительным устройствам. Таким образом, в режиме циркуляции может быть промыта вся система.

Рисунок 6 (продолжение) – Последовательность протекания процесса наполнения без наливных трубок с двойным вакуумированием

 

3 Фасовочный автомат на заводе ООО «Тейси»