CC BY
34
ТЕМА НОМЕРА
УДК 663.4
Принципы инновационного
развития поточных линий
для упаковывания напитков11
(Часть 3)
Б. Н. Федоренко, д-р техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств
В двух предыдущих частях настоящей статьи были кратко рассмотрены некоторые принципы инновационного развития комплексных поточных линий упаковывания напитков, обеспечивающие повышение степени их технического совершенства. Конструктивные особенности, технологические возможности и экономические преимущества остальных принципов изложены ниже.
В последние годы все шире начинают применять фасование напитков в асептических условиях, что позволяет значительно увеличить сроки хранения готовой продукции благодаря повышению стабильности напитков.
В соответствии с принципом асептического фасования напитков обеззараживание бутылок, фасование продукта и укупорка наполненных бутылок должны осуществляться изолированно от других стадий технологического потока в асептических условиях, в так называемой, локальной чистой зоне. Помимо бутылок в эту зону должны поступать: на стадию фасования - продукт после эффективной тепловой обработки (пастеризованный или стерилизо-
ванный), а на стадию укупоривания -обеззараженные пробки.
Локальная чистая зона - своеобразный «изолятор» (рис. 1), отделяющий прозрачными боковыми панелями и потолком внутреннее изолированное пространство, в котором установлено соответствующее технологическое оборудование, от атмосферы окружающего помещения. Внутри этой зоны поддерживают небольшое избыточное давление за счет нагнетания в него стерильного воздуха.
При организации чистой зоны необходимо стремиться к минимизации ее внутреннего пространства, поэтому оборудование для асептического фасования напитков стараются специально конструировать более компактным. При этом стремятся, по возможности, уменьшить количество подвижных механических частей внутри чистой зоны, особенно располагаемых выше бутылок, а приводы, распределительные пневматические и электрические устройства и т. п. разместить вне этой зоны.
Экстренное вмешательство оператора в технологический процесс
со стороны цеха возможно только с помощью специальных герметичных рукавов-перчаток, расположенных внутри чистой зоны и закрепленных на прозрачных боковых панелях «изолятора» (рис. 2). Мойку и дезинфекцию оборудования в чистой зоне осуществляют автоматизировано.
Бутылки обеззараживают, обычно, смесью пара и надуксусной кислоты. При этом необходимо обеспечить полный контакт с поверхностью бутылки, осуществив при этом одновременное обеззараживание внутренней и наружной поверхности бутылок. Остатки дезинфицирующего раствора удаляют из полости бутылки при ополаскивании ее стерильной водой, подаваемой вместе со стерильным воздухом. Остаточная концентрация надуксусной кислоты (или перекиси водорода) не должна превышать 0,1 ррт.
Обеззараживание пробок осуществляют в ванне с надуксусной кислотой в течение не менее 60 с.
В соответствии с принципом обеспечения безопасности фасования напитков современные фасовочные машины изобарического типа оснащают датчиками взрыва бутылок и устройством отбраковки. В случае разрыва бутылки под избыточным внутренним давлением, датчик дает сигнал с определенного наполнительного крана (на котором произошел разрыв) на устройство отбраковки и только те бутылки, в которые могли попасть частицы разбитого бутылочного стекла, автоматически удаляются из технологического потока. При каждом разрыве бутылки удаляются 21 бутылка (с учетом разбитой) - в том числе по 3 бутылки до и после наполнительного крана, на котором произошел разрыв бутылки, на 3-х оборотах карусели
1 Продолжение. Начало см.: Пищевая промышленность: № 11, 12 - 2017.
Рис. 2. Концепция изоляторов с герметичными рукавами-перчатками в критических местах заимствована из атомной и медицинской промышленности
машины, т. е. (3+1+3)^3=21 бутылка [1].
В инновационных поточных линиях упаковывания напитков, в соответствии с принципом повышения надежности контроля фасования напитков, выделяют несколько стадий и видов контроля (инспектирования) бутылок [1]:
• инспектирование порожних бутылок перед их мойкой, ополаскиванием и обдувкой на соответствие стандарта, на степень их загрязнения, на наличие в них инородных тел, на наличие механических деформаций и повреждений (сколов, трещин и пр.) отдельных элементов бутылок -корпусов, донышек, уплотнительной поверхности горлышек;
• инспектирование вымытых бутылок (особенно возвратных) с целью контроля чистоты донышка и стенок бутылок, уплотнительной и резьбовой частей их венчика, выявления остатков щелочи или других жидкостей в бутылке, контроля параметров бутылки ее цвета и целостности;
• инспектирование наполненных напитком бутылок на герметичность укупорки, наличие посторонних включений (частиц стекла, обрывков бумаги, пленок и пр.);
• инспектирование уровня наполнения бутылки (недолив, перелив) и качества укупоривания;
• инспектирование наличия и правильности нанесения этикеток и фольги.
Из-за ограниченности объема статьи рассмотрим методы и устройства контроля только порожних бутылок, которые реализуются в инновационной инспекционной машине линейного типа Linatronic 712-M2 (рис. 3) компании «КгопеБ»,предназначеннной для автоматизированного объективного контроля пустых бутылок на основе новой высокоэффективной системы IRIS (Improved Resolution Inspection System - системе контроля с повышенным разрешением), благодаря которой можно выявлять даже мельчайшие повреждения и загрязнения пустых бутылок из стекла и ПЭТ (полиэтилентерефталата).
В состав машины наряду с обязательными могут входить дополнительные инспекционные устройства, которыми может быть оснащена машина по согласованию с предприятием-потребителем.
К числу обязательной стандартной оснащенности машины относят инспекционные устройства для контроля:
• донышка бутылки;
• уплотняемой поверхности горлышка;
• остатков жидкости инфракрасным методом;
EQUIPMENT FOR FOOD PRODUCTION AND PACKING
Вход
8 9 В
ю А. ,—-, m yJ ,
ABC . iívi¿m©[r71 D E
1_ 4 ' 4 ' N Y 1 1
Выход
А, В, С Распознавание посторонних бутылок с отбраковкой на входе (цвет, высота, диаметр, контур, стекло/ПЭТ) Распознавание износа
Распознавание и удаление лежащих бутылок D Удаление поврежденных бутылок Е Удаление грязных бутылок
Рис. 3. Принципиальное устройство линейной инспекционной машины Linatronic712-M2 для объективного контроля пустых бутылок:
1 - устройство контроля боковой стенки горлышка; 2 - устройство контроля резьбы; 3 - устройство для высокочастотного контроля остатков жидкости; 4 - устройство для инфракрасного контроля остатков жидкости; 5 - устройство контроля донышка бутылки; 6 - устройство контроля внутренней стенки бутылки; 7 - устройство контроля уплотняемой поверхности горлышка бутылки; 8 - модуль первичного контроля боковых стенок бутылок; 9 - модуль вторичного контроля боковых стенок бутылок модуль первичного контроля боковых стенок бутылок; 10 - модуль контроля боковых стенок горлышка ПЭТ или резьбы «twist-off»
• остатков жидкости высокочастотным методом.
К числу дополнительного оснащения относят инспекционные устройства для контроля:
• боковой стенки горлышка стеклянной бутылки;
• боковой стенки горлышка ПЭТ;
• резьбы на горлышке;
• резьбы «twist-off»;
• внутренней поверхности стенки бутылок;
• боковой (наружной) поверхности стенки бутылок;
• нестандартных бутылок и износа.
На входе в машину между бутылками обеспечивают небольшой равномерный зазор (около 20% от диаметра бутылки) за счет различия скоростей конвейера подающего бутылки в машину. На первом этапе контроля (на участках А, В и С) происходит автоматическое непрерывное распознавание с помощью фотоэлемента нестандартных (несоответствие цвета, высоты, диаметра, контура, материала), изношенных и лежащих бутылок и удаление их сталкивате-лем из общего потока.
После этого бутылки поступают в модуль 10, где (в зависимости от типа бутылок) подвергают контролю боковые стенки горлышка ПЭТ или осуществляют контроль резьбы «twist-off».
На следующем этапе, в модуле 8, подвергают первичному контролю боковые стенки бутылок, после чего они захватываются двумя парами износостойких ремней, снимаются с пластинчатого конвейера и перемещаются в машине без опоры на до-
нышко. В машине предусмотрена возможность регулировки ремней как по высоте, так и по ширине зазора между ними, благодаря чему возможна быстрая адаптация машины к бутылкам самых различных размеров и форм.
После захвата бутылок ремнями система обдува удаляет с донышка бутылки остатки пены и смазки. Перемещаясь в машине между ремнями бутылки подвергают последовательному контролю боковой стенки горлышка в устройстве 1, контролю резьбы в устройстве 2, контролю остатков жидкости высокочастотным методом в устройстве 3, контролю остатков жидкости инфракрасным методом в устройстве 4, контролю донышка бутылки в устройстве 5, контролю внутренней стенки бутылки в устройстве 6 и контролю уплотняемой поверхности горлышка в устройстве 7.
Бутылки круглого сечения при перемещении в машине с помощью несущих ремней поворачиваются вокруг оси и по окончании вышеописанных операций устанавливаются на пластинчатый конвейер, по которому они поступают в модуль 9, а затем выводятся из машины. При этом, благодаря изменению своей ориентации вследствие вращения, при вторичном контроле боковых стенок в модуле 9, они фиксируются камерой с другого ракурса, обеспечивая тем самым более высокую тщательность проверки. При контроле фасонных бутылок с сечением некруглой формы их поворот вокруг оси в машине не производится.
ТЕМА НОМЕРА
Инфракрасный
Инфракрасная
ш
л
ПЭС-камера
ПЭС-камера
LED
В
А
А
Осветительная панель ПЕС-камера LED
Высоко-
Н частотый Излучатель Приемник в г
;ало
Зеркало
а
ПЭС-камера
ПЭС-камера
«I
ПЭС-камера
Осветительная панель LED
Лампа
Зеркало
ло
А
Зеркало
Ш
Зеркало
Осветительная панель LED
I
Осветительная
панель
LED
Рис. 4. Методы и устройства контроля пустых бутылок:
а) устройство для контроля донышка бутылки; б) устройство для контроля уплотняемой поверхности горлышка бутылки; в) устройства для инфракрасного контроля остатков жидкости в бутылке; г) устройства для высокочастотного контроля остатков жидкости в бутылке; д) устройство для контроля боковой стенки бутылки; е) устройство для контроля резьбы, внутренне поверхности стенки или стенок горлышка бутылки; ж) устройство для контроля основных параметров бутылки и степени её износа; з) устройство для контроля боковых стенок горлышка ПЭТ-бутылки
лампа
б
а
д
е
ж
з
На выходе из машины (на участках й и Е) отбракованные бутылки автоматически удаляются из потока с помощью сталкивателя или линейной стрелки на один или несколько отводящих конвейеров (узел отбраковки).
Методы и устройства контроля пустых бутылок показаны на рис. 4 [1].
Контроль донышка бутылки осуществляют в устройстве (рис. 4 а), которое включает ССй-матричную камеру высокого разрешения, источник освещения под донышком бутылки, в качестве которого могут быть использованы галогеновая лампа-вспышка или стробоскопическая лампа, и набор поляризационных фильтров.
Благодаря автоматическому электронному управлению освещением гарантированно обеспечивается для бутылок с различной светопроницаемостью одинаковая яркость и высокое качество изображения. В результате контроля выявляются бутылки с механическими повреждениями донышка или его загряз-
нениями, остатками напитка, наличия на донышке посторонних материалов- остатков фольги, пленки, осколков стекла и пр. Распознавание перечисленных материалов может быть улучшено применением дополнительных фильтров.
При контроле пластиковых ПЭТ-бутылок в них выявляются трещины, обусловленные внутренними напряжениями материала. Бутылки с большим количеством трещин отбраковываются.
Контрольуплотняемой поверхности горлышка бутылки осуществляют в устройстве (рис. 4 б), которое включает ССй-матричную камеру высокого разрешения и источник освещения, в качестве которого используют инфракрасные светодио-ды, куполообразно расположенные над горлышком бутылки.
В устройстве контролируют бутылки с горлышками для кроненпробок, винтовых и прочих укупорочных материалов, при этом регистрируются
даже самые незначительные дефекты (сколы, износ, трещины) уплотняемой поверхности.
В пластиковых ПЭТ-бутылках дополнительно подвергают контролю несущее кольцо и проверяют горлышко на наклон и деформацию (овальность).
Контроль остатков жидкости в бутылке всегда осуществляют в двух работающих одновременно, но независимо друг от друга устройствах.
В одном устройстве, основанном на применении широкополосного инфракрасного излучения (рис. 4 в), идентифицируются остатки всех жидкостей в бутылке, которые могут сохраниться в ней после мойки, например, при затруднении опорожнения в результате перекрытия горлышка обрывком этикетки. Устройство включает в себя источник излучения и приемник с увеличительным объективом, работающие в инфракрасном спектре, и вычислительное устройство, распознающее любые остатки жидкостей.
Во втором устройстве, основанном на применении высокочастотного излучения (рис. 4 г), выявляются даже малейшие остатки щелочи. Устройство включает в себя высокочастотный излучатель и приемник. Принцип действия устройства заключается в том, что при наличии щелочи в бутылке приемник улавливает больше энергии, поскольку диэлектрическая проницаемость щелочного раствора примерно в 2 - 3 раза выше, чем у стекла. Даже при выявлении малейшего изменения электрической емкости в контролируемой бутылке она подлежит выбраковке.
Параллельное применение инфракрасной и высокочастотной техники гарантирует максимальную надежность контроля на наличие остатков жидкости в бутылке.
Контроль боковой стенки бутылки осуществляют со всех сторон в двух аналогичных инспекционных устройствах (рис. 4 д), в состав каждого из них входит ССй-матричная камера с высокой разрешающей способностью и осветительная панель на основе светоизлучающих диодов, для которых характерно равномерное распределение света, компактность, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии и незначительное тепловыделение.
Иногда для большей компактности инспекционного устройства между ССй-камерой и контролируемой бутылкой устанавливают под углом плоское зеркало.
ССй-камеры каждого инспекционного устройства делают несколько снимков под разным углом поворота бутылки (обычно по 6 снимков
EQUIPMENT FOR FOOD PRODUCTION AND PACKING
со смещением на 30 °С). Благодаря такому электронному контролю с перекрытием всей боковой поверхности бутылки выявляются на ней остатки этикеток, сколы, царапины, загрязнения, повышенный износ и пр.
Контроль резьбы, внутренней поверхности стенки или стенок горлышка бутылки осуществляют в идентичных устройствах (рис. 4 е), в состав которых входит ССD-матричная камера с высокой разрешающей способностью, источник освещения под донышком бутылки и специальная оптическая система.
Контроль резьбы осуществляют с применением специально конической оптики, с помощью которой снимается изображение всего хода резьбы по спирали. Благодаря этому обеспечивается возможность точного измерения длины разрыва резьбы при ее повреждении или точно зарегистрировать и оценить степень шероховатости поверхности резьбы.
Контроль внутренней поверхности стенки бутылки целесообразен, прежде
всего, для бутылок с постоянными этикетками, препятствующими контролю снаружи. Но даже при инспектировании типовых бутылок без этикеток внутренним контролем не следует пренебрегать, поскольку результаты наружного контроля поверхности бутылок лишь условно свидетельствуют об отсутствии дефектов и соответствии внутренней поверхности стенки и требуют дополнительного подтверждения. В этом случае внутренняя поверхность стенки инспектируется с помощью специальной оптики через горлышко бутылки.
Контроль стенок горлышка бутылки, предназначенных по укупорку кронен-пробкой, осуществляют с цель выявления загрязнений, трещин и сколов ниже уплотнительной поверхности горлышка.
Контроль основных параметров бутылки и степени ее износа осуществляют в устройстве (рис. 4 ж), в состав которого входит CCD-матричная камера с высокой разрешающей способностью и осветительная панель на основе светоизлучающих диодов.
Между камерой и бутылкой может размещаться зеркало.
В процессе контроля основных параметров камера смотрит со стороны на бутылку, освещаемую проходящим светом, в результате чего выявляются нестандартные бутылки, а также бутылки с повышенной степенью износа.
Контроль боковых стенок горлышка ПЭТ-бутылки осуществляют в идентичных устройствах (рис. 4 з), в состав которых входит CCD-матричная камера с высокой разрешающей способностью, осветительные панели и система зеркал.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федоренко, Б.Н. Пивоваренная инженерия: технологическое оборудование отрасли/Б.Н. Федоренко// - СПб.: Профессия, 2009. - 1000 с.
REFERENCES
1. Fedorenko B.N. Pivovarennaya in-zheneriya: tekhnologicheskoe oborudovanie otrasli [Brewing Engineering: Technology Equipment Industry]. St. Petersburg, Professiya Publ., 2009. 1000 p.
Принципы инновационного развития поточных линий для упаковывания напитков (Часть 3)
Ключевые слова
жизненный цикл оборудования, линии упаковывания напитков, технологический поток, укупоривание, фасование, этикетирование
Реферат
Современный уровень технического оснащения комплексных поточных линий для упаковывания напитков достаточно высок, тем не менее, техническое совершенство таких линий и отдельных видов машин, входящих в их состав постоянно повышается. Прежде всего это происходит благодаря применению при их конструировании прогрессивных принципов инновационного развития, среди которых: принцип масштабирования; принцип агрегатирования машин; принцип блочного строения поточных линий; принцип модульного строения оборудования; принцип комбинирования рабочих органов машин; принцип минимизации контакта напитка с кислородом воздуха; принцип энергоэкономичности; принцип повышения точности фасования напитков; принцип улучшения производственной санитарии и микробиологической безопасности; принцип асептического фасования напитков; принцип горячего фасования напитков; принцип обеспечения безопасности фасования напитков; принцип повышения надежности контроля фасования напитков; принцип снижения стоимости жизненного цикла оборудования. Инновационные особенности перечисленных технологических, конструктивных и экономических принципов кратко рассмотрены в настоящей статье. Инновационные поточные линии, созданные на основе перечисленных принципов, обеспечивают очень высокие производительности и требуют существенно меньших производственных площадей, благодаря своей компактности, вследствие агрегатирования и блочной компоновки, а также сокращению накопителей между технологическими стадиями. При эксплуатации такие линии обеспечивают повышенную функциональную гибкость - быстрый и легкий переход не только на новый формат сосудов, но и на новое укупорочное средство, благодаря применению комбинированных укупорочных механизмов. Этому способствует и модульное строение этикетировочных машин, благодаря которому происходит быстрый переход на другие типы этикеток и методы их нанесения. Конструктивные особенности машин, входящих в инновационные поточные линии, позволяют в лучшей степени обеспечить соблюдение жестких требований производственной санитарии и микробиологической безопасности. В инновационных линиях сокращается стоимость их жизненного цикла, повышается надежность контроля выпускаемой продукции и реализуются прогрессивные технологические приемы фасования напитков, позволяющие существенно повысить их стабильность.
Авторы
Федоренко Борис Николаевич, д-р техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Россия, Москва, Волоколамское шоссе, 11. borisfedorenko@gmail.com
Principles of innovative Development
for Flow Lines of Beverages Packaging (Part 3)
Key words
beverages packaging lines, technological line, packaging, closing, labeling, equipment service life
Abstracts
The technicalequipments modern levelofcomplexflowlinesofbeveragesp ackagingis high enough, however, thetechnicalperfectionof such linesand individual typesofmachines, included in such lines, isconstantlyincreasing. First of all, thisis due totheuse in theirconstructionof progressive principlesof innovative development, amongwhich: theprincipleofscaling; principleofmachineassembly; the principle of block structure of flow lines; the principle of modular equipment structure; the principle of combining the working element of machines; the principle of minimizing the contact of the beverage with the oxygen in the air; the principle of energy efficiency; the principle of increasing the accuracy of beverage filling; the principle of improving industrial sanitation and microbiological safety; the principle of aseptic beverage dispensing; the principle of hot beverage dispensing; the principle of ensuring the safety of beverage packaging; principle of improving the reliability of the control of beverage packaging; principle of reducing the cost of the equipment life cycle. Innovative features of the listed technological, constructive and economic principles are briefly considered in this article. Innovative production lines based on these principles ensure very high productivitylevel, require significantly smaller production areas due to their compactness, due to aggregation, and block layout, as well as reduction of storages between technological stages. In use, such lines provide increased functional flexibility - a quick and easy transition not only to the new vessel format, but also to a new closure, due to the use of combined closures. This is facilitated by the modular structure of labeling machines, due to this - it is a rapid transition to other types of labels and methods for their application. The design features of the machines included in the innovative flow lines make it possible to better meet the stringent requirements of industrial sanitation and microbiological safety. In innovative lines, the cost of their life cycle is reduced, the reliability of the output control is increased and progressive technological methods of beverage dispensing are implementing, which significantly increase their stability.
Authors
Fedorenko Boris Nikolaevich, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Moscow State University of food production, 11, Volokolamsk Highway, Moscow, 125080 borisfedorenko@gmail.com
