Способ разлива жидкостей в емкости

Способ разлива жидкостей в емкости

Реферат

Способ относится к технологии дозирования жидких продуктов в разные емкости, в том числе газированной воды и других газированных напитков в ПЭТ-бутылки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ разлива газированных жидкостей в бутылки, который включает наполнение бутылки жидкостью, предварительно насыщенной двуокисью углерода. Одновременно с наполнением емкости в ее середине для предотвращения потерь газа насыщения создают противодавление путем подачи газа под давлением, величина которого несколько меньше величины давления газа, растворенного в бутылке. После наполнения емкости ее оставляют некоторое время открытой для выравнивания давления газа в ее середине и снаружи, после чего емкость закупоривают и удаляют из машины (SU 967272, кл. В67С 3/06, публ. 15.10.82). Охарактеризованный способ разлива взят как прототип предлагаемого.

При разливе газированной жидкости в емкость скорость наполнения ограничена временем, необходимым для сохранения необходимой степени насыщения жидкости газом. Известно, что количество газа, который выходит из жидкости при наполнении, пропорционально зависит от скорости наполнения: чем больше скорость наполнения, тем больше газа выходит из жидкости во время наполнения емкости и выравнивания давлений газа в ее середине и снаружи (так называемое "закипание" жидкости, насыщенной газом). В определенной степени выход газа из жидкости снижается за счет создания упомянутого выше противодавления. Но с повышением скорости наполнения даже при наличии противодавления выход газа из жидкости достаточно интенсивный. Например, было выявлено, что при уменьшении длительности наполнения бутылки емкостью 1,5 л с 30 сек до 15 сек в условиях действия противодавления величиной, на 0,03 МПа меньшей величины давления наполнения, массовая доля (МД) двуокиси углерода в газированной воде уменьшалась с 0,56 до 0,45 г/л, то есть на 20%. Высокие потери газа насыщения не только приводят к ухудшению качества газированной воды или напитка, но кроме этого, в значительной мере повышают себестоимость продукции. Но поддержка необходимой величины МД газа насыщения за счет выдерживания значительной длительности наполнения емкости газированной жидкостью ограничивает производительность процесса разлива. Возможность повышения производительности процесса за счет увеличения разливочных головок также ограничена допустимыми габаритами машины.

В основу изобретения поставлена задача создания таких условий процесса разлива газированных жидкостей, при которых при достаточно большой скорости наполнения степень насыщенности жидкости газом в емкости после ее наполнения и закупоривания оставалась бы достаточно высокой. За счет уменьшения длительности наполнения можно существенно повысить производительность процесса без повышения количества разливочных головок, а за счет уменьшения выхода газа из жидкости - снизить его потери.

Для решения поставленной задачи в способе разлива газированных жидкостей в емкости, включающем операции наполнения под давлением предварительно насыщенной газом жидкости одновременно с образованием в емкости противодавления путем подачи в ее середину газа насыщения под давлением, меньшим давления наполнения, и выравнивания давлений в середине и снаружи емкости путем выпуска из нее части газа, в соответствии с изобретением после наполнения и перед выравниванием давлений в середине емкости и снаружи жидкость в емкости подвергают кратковременному пневматическому воздействию путем подачи в ее середину газа насыщения под давлением, величина которого в 1,2...2,9 раз больше величины давления наполнения, а длительность воздействия составляет 1...7 сек.

Так, при давлении наполнения 0,2...0,3 МПа целесообразно величину противодавления на 0,01...0,03 МПа принять меньшей величины давления наполнения, величину давления газа насыщения при кратковременном пневматическом воздействии ("пневмоударе") принять в пределах 0,35...0,65 МПа, а длительность воздействия - 1,5...6,5 сек.

Выявлено, что при применении указанного "пневмоудара" интенсивность выхода газа из жидкости сразу после заполнения емкости существенно приглушается. В предлагаемом способе суммарная длительность наполнения (Тсум) одной емкости состоит из длительности наполнения жидкости (Тнап), длительности выравнивания давлений (Твыр) газа в середине емкости и снаружи и длительности пневматического удара (Тпу):

Тсум=Тнап+Твыр+Тпу.

Благодаря указанному приглушению выхода газа из жидкости при "пневмоударе" несмотря на то, что в известном способе "пневмоудар" отсутствует и Тпу=0, доказано, что суммарная длительность наполнения в предлагаемом способе существенно меньше. Например, выявлено, что при разливе воды, насыщенной двуокисью углерода, в бутылки 1,5 л Тсум при заданной МД газа насыщения (0,56 г СО₂ на 1 литр воды) в 1,4...1,6 раза меньше при осуществлении предлагаемого, чем известного способа без осуществления "пневмоудара".

Уменьшение суммарного времени наполнения емкостей позволяет повысить производительность процесса, а также несмотря на определенный расход газа для осуществления "пневмоударов" уменьшить его суммарный расход.

На прилагаемом чертеже показана блок-схема осуществления предлагаемого способа.

Способ осуществляется таким образом. Жидкость, насыщенная двуокисью углерода или другим газом, вода для ополаскивания емкостей и газ насыщения поступают в емкость 1 через соединенную с магистралью 2 подачи жидкости и с магистралью 3 подачи газа в разливочную головку 4. Магистрали 2 и 3 соединены с гидрогазораспределителем 5.

Последний соединен:

с резервуаром 6 для воды для ополаскивания емкостей - магистралями 7 и 8;

с резервуаром 9 с сжатым воздухом для обработки емкостей 1 после их ополаскивания - магистралью 10. Трубка 11 служит для выведения воздуха из емкостей;

с сатуратором 12 - магистралью 13

и с резервуаром 14 с сжатым двуокисью углерода или другим газом насыщения - магистралями 15 подачи газа для образования давления при наполнении жидкостью и 16 - для осуществления пневмоудара.

Трубка 17 служит для выпуска избыточного газа при выравнивании давлений газа в наполненной емкости и внешней среды. На магистралях 7, 10, 15 и 16 установлены манометры 18 и обратные клапаны 19.

После подачи емкости на позицию разлива и осуществления подготовительных операций - подачи в емкость и выпуска из нее ополаскивающей воды и сжатого воздуха - начинают процесс разлива. На первом этапе через магистрали 13 и 2 в емкость подают под давлением Рнап=0,2...0,3 МПа жидкость, предварительно насыщенную в сатураторе 12. Одновременно через магистрали 6 и 3 в емкость под давлением Рпр, величина которого на 0,01...0,05 МПа ниже, чем Рнап, поступает газ насыщения для образования противодавления. Начинается наполнения емкости. Величина (Рнап-Рпр) определяет скорость наполнения.

После заполнения емкости с помощью гидрогазораспределителя 5 магистраль 3 переключается к резервуару с двуокисью углерода (или другим газом насыщения), из которого газ поступает под давлением Рпу, большим, чем на предыдущем этапе, в 1,2...2.9 раза, в течение 1...3 секунд. Это и есть упомянутое кратковременное пневматическое воздействие на жидкость в емкости, или "пневмоудар".

Потом через магистраль 3 и трубку 17 в течение нескольких 1...3 сек выпускают избыточный газ, выравнивая тем самым давление в середине емкости с давлением внешнего пространства. После этого емкость закупоривают и выводят из машины.

При сравнительных испытаниях предлагаемого и известного (принятого за прототип) способов бутылки емкостью 1,5 л наполняли водой, предварительно насыщенной в сатураторе двуокисью углерода. Параметры испытаний были такими:

величина давления наполнения (Рнап) - 0,2...0,5 МПа;

величина противодавления (Рпд) - 0,1...0,4 МПа;

величина давления "пневмоудара" (Рпу) - 0,23...0,85 МПа;

длительность "пневмоудара" (Тпу) - 1...8 сек;

длительность выравнивания давления в середине и снаружи емкости (Твыр) - 1...4 сек;

температура воды - 6...12 град С.

За норму было принято насыщение жидкости с массовой долей МД=0,56 г/л. Суммарная длительность наполнения для сравниваемых способов:

Тсум=Тнап+Твыр+Тпу.

При этом для известного способа Рпу=0, Тпу=0.

Для предлагаемого способа нормативная МД СО₂ достигалась при Тсум=20...25 сек при разных комбинациях величин параметров, которые регулировались в указанных выше границах. Для известного способа указанная МД CO₂ достигалась за 32...35 сек, см. табл.1-4.

Табл. 1
Определение суммарной длительности наполнения без пневмоудара при температуре воды - 6 град С
	Давление наполнения, МПа	Длительность наполнения, (Тнап), сек	Противодавление МПа	Давление пневматич. воздействия МПа	Длительность пневматич. воздействия, (Тпу), сек	Длительность выравнивания давлений, (Твыр) сек	Суммарная длительность наполнения (Тсум), сек
1	2	3	4	5	6	7	8
Замер 1	0,17	12	0.15	0	0	26	38
Замер 2	0,2	12	0.18	0	0	22	34
Замер 3	0,2	12	0.18	0	0	21	33
Замер 4	0,24	12	0.22	0	0	22	34
Замер 5	0,26	12	0.24	0	0	22	34
Замер 6	0,28	12	0.26	0	0	23	35
Замер 7	0,29	12	0.27	0	0	23	35
Замер 8	0,4	12	0.38	0	0	24	36
Замер 9	0,5	12	0.48	0	0	27	39
Замеры проводились при исходных данных:
1. Емкость ПЭТ - бутылки - 1,5 л
2. Давления газа насыщения - 0,56 г СО2 на 1 литр воды

Табл.2
Определение суммарной длительности наполнения с пневмоударом при температуре воды - 6 град С
	Давление наполнения, МПа	Длительность наполнения, (Тнап), сек	Противодавление, МПа	Давление пневматич. воздействия МПа	Длительность пневматич. воздействия, (Тпу), сек	Длительность выравнивания давлений, (Твыр), сек	Суммарная длительность наполнения (Тсум), сек
1	2	3	4	5	6	7	8
Замер 1	0,17	12	0.15	0,45	1	21	34
Замер 2	0,2	12	0.18	0,45	2	18	22
Замер 3	0,2	12	0.18	0,5	3	18	23
Замер 4	0,24	12	0.21	0,5	5	15	22
Замер 5	0,26	12	0.23	0,5	6	10	24
Замер 6	0,28	12	0.25	0,6	7	6	25
Замер 7	0,29	12	0.26	0,6	8	7	27
Замер 8	0,4	12	0.37	0,8	8	7	27
Замер 9	0,5	12	0.47	0,8	5	11	28
Замеры проводились при исходных данных:
1. Емкость ПЭТ - бутылки - 1,5 л
2. Давления газа насыщения - 0,56 г CO2 на 1 литр воды

Табл.3
Определение суммарной длительности наполнения с пневмоударом, при температуре воды - 12 град С
	Давление наполнения, МПа	Длительность наполнения, (Тнап)сек	Противодавление, МПа	Давление пневматич. воздействия МПа	Длительность пневматич. воздействия, (Тпу)сек	Длительность выравнивания давлений, (Твыр), сек	Суммарная длительность наполнения (Тсум), сек
1	2	3	4	5	6	7	8
Замер 1	0,17	12	0.15	0,45	2	22	36
Замер 2	0,2	12	0.18	0,45	2	9	23
Замер 3	0,2	12	0.18	0,5	3	9	24
Замер 4	0,24	12	0.21	0,5	5	7	24
Замер 5	0,26	12	0.23	0,5	6	7	25
Замер 6	0,28	12	0.25	0,6	7	6	25
Замер 7	0,29	13	0.26	0,6	8	5	26
Замер 8	0,4	13	0.37	0,8	8	5	26
Замер 9	0,5	13	0.47	0,8	6	11	30
Замеры проводились при исходных данных:
1. Емкость ПЭТ - бутылки - 1,5 л
2. Давления газа насыщения - 0,56 г CO2 на 1 литр воды

Табл.4
Определение суммарной длительности наполнения с пневмоударом, при температуре воды - 13,5 град С
	Давление наполнения, МПа	Длительность наполнения, (Тнап), сек	Противодавление, МПа	Давление пневматического воздействия МПа	Длительность пневматич. воздействия, (Тпу) сек	Длительность выравнивания давлений, (Твыр) сек	Суммарная длительность наполнения (Тсум), сек
1	2	3	4	5	6	7	8
Замер 1	0,17	14	0.15	0,45	2	36	52
Замер 2	0,2	14	0.18	0,45	2	23	39
Замер 3	0,2	14	0.18	0,5	3	20	37
Замер 4	0,24	14	0.21	0,5	5	17	36
Замер 5	0,26	14	0.23	0,5	6	14	34
Замер 6	0,28	14	0.25	0,6	7	11	32
Замер 7	0,29	14	0.26	0,6	8	7	29
Замер 8	0,4	15	0.37	0,8	8	7	30
Замер 9	0,5	15	0.47	0,8	6	17	36
Замеры проводились при исходных данных:
1. Емкость ПЭТ - бутылки - 1,5 л
2. Давления газа насыщения - 0,56 г CO2 на 1 литр воды

1. Способ разлива жидкостей в емкости, включающий операции наполнения под давлением предварительно насыщенной газом жидкости одновременно с образованием в емкости противодавления путем подачи в ее середину газа насыщения под давлением, меньшим давления наполнения, и выравнивания давлений в середине и снаружи емкости путем выпускания из нее части газа, отличающийся тем, что после наполнения и перед выравниванием давлений в середине емкости и снаружи жидкость в емкости подвергают кратковременному пневматическому воздействию путем подачи в середину емкости газа насыщения под давлением, величина которого в 1,2...2,9 раза больше величины давления наполнения, а длительность воздействия составляет 1...7 с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при давлении наполнения 0,2...0,3 МПа величину противодавления принимают на 0,01...0,03 МПа меньшей, величину давления газа насыщения при кратковременном пневматическом воздействии принимают в пределах 0,35...0,65 МПа, а длительность воздействия - 1,5...6,5 с.