Классификация фасовочно-упаковочного оборудования

Процессы упаковывания неразрывно связаны с оборудованием, на котором осуществляются все технологические операции.

На сегодняшний день не существует единой классификации фасовочно-упаковочного оборудования. Сложность классификации связана в первую очередь с огромным разнообразием применяемых технологий, материалов, упаковываемых продуктов, а также использованием одинаковых процессов для различных групп товаров.

Практически в любом упаковочном оборудовании можно выделить три основных подсистемы:

- подача и подготовка упаковочного материала;

- дозирование и подача продукта;

- процесс фасования и упаковывания.

При этом каждый отдельный класс подсистемы может быть сгруппирован с различными классами других подсистем. Например, стаканчиковый дозатор может быть использован при дозировании продукта в полимерный пакет, пакет из многослойного материала на основе бумаги, в жесткую тару или картонную коробку. И в каждом конкретном случае будет выполняться свой набор технологических операций на различном упаковочном оборудовании.

В основу современной классификации оборудования для производства гибкой тары положена конструкция дозатора, установленного на упаковочной машине, а также форма получаемого пакета.

Наиболее полная классификация фасовочно-упаковочного оборудования представлена на рисунке 2.2 [3].

В зависимости от вида упаковываемых продуктов упаковочные автоматы можно разделить для пищевой и непищевойпромышленности. Это объясняется тем, что к оборудованию и материалам для пищевой продукции предъявляются дополнительные санитарно-гигиенические требования.

Рассматривая процесс взаимодействия пищевых продуктов с материалами, учитываются три категории факторов:

- нейтральность материала к продукту, т. е. отсутствие воздействия продукта на материал.

- нейтральность продукта к воздействию материала.

- работоспособность материала с точки зрения технологического процесса.

Рисунок 2.2 – Классификация фасовочно-упаковочного оборудования

Взаимодействие системы продукт-материал оценивается и регламентируется Минздравом РФ с точки зрения охраны здоровья потребителя. При этом для каждого вида продукта имеются материалы, разрешенные или запрещенные к применению. При выборе материала для оборудования необходимо учитывать и такие специфические свойства, как абразивную и химическую агрессивности продукта (среды), что особенно важно для химической промышленности. Так, например, упаковочное оборудование для сахара изготавливается из высокопрочной нержавеющей стали, продлевая срок службы автомата.

По способу действия различают вертикальные, горизонтальные и горизонтально-вертикальные упаковочные машины (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Виды упаковочных машин по способу действия

Вертикального типа Flow-pack	Горизонтального типа Flow-pack	Горизонтального типа Doy-Pack

В соответствии с Общероссийским классификатором основных фондов упаковочное оборудование можно классифицировать и по отраслям промышленности: для молочной, фармацевтической, мясоперерабатывающей, химической и т.д.

На выбор технологии упаковывания огромное влияние оказывают свойства продукта. По консистенции все товары можно разделить на жидкие, вязкие, пастообразные, сыпучие и штучные. В первую очередь эти свойства будут определять тип упаковки и упаковочного материала. Для более точного подбора упаковочного оборудования (и типа дозатора) необходимо знание дополнительных характеристик. Для сыпучих продуктов к ним относятся:

1. Гранулометрический состав сыпучего продукта – количественное распределение составляющих продукт частиц по линейным размерам.

Размеры частиц продукта определяются линейными размерами. При этом берётся наибольший размер, которым обычно бывает длина. Наибольший размер частиц дозируемого продукта служит основанием для выбора сечения выпускных отверстий надвесовых бункеров, отверстий впускных воронок дозаторов и т. д.

По своему гранулометрическому составу дозируемые продукты встречаются, начиная от тонкодисперсных порошков и до крупнокусковых продуктов.

2. Физическая плотность сыпучего продукта (удельный вес) – плотность вещества, из которого состоит продукт.

3. Объёмный вес – масса продукта, содержащаяся в единице занимаемого им объема. Объёмный вес выражается в кг/м³ или т/м³. Различают:

- объёмный вес при свободной насыпке – насыпная плотность сыпучего продукта,

- объёмный вес уплотнённого насыпного продукта – плотность продукта, равная насыпной плотности после вибрационного уплотнения.

Объёмный вес дозируемых продуктов колеблется от 50 до 3000 кг/м³.

В процессе дозирования продукт обычно направляется по коммуникациям самотёком и подвергается принудительному уплотнению лишь на некоторых конечных операциях при наполнении готовым продуктом тары.

Объёмный вес всегда меньше удельного из-за наличия пустот между частицами продукта, заполняющего данный объём. При этом объёмный вес для конкретного сыпучего продукта не имеет постоянного значения, чем также отличается от удельного веса. Колебание объёмного веса зависит от гранулометрического состава продукта: от размера частиц, количества частиц разной величины в общей массе продукта, его влажности и т.п.

Колебания объёмного веса одного и того же продукта могут достигать до 200-250%. Так объёмный вес соды колеблется от 500 до 1250 кг/м³, глины крупнокусковой от 1000 до 1800 кг/м³ и т. п.

4. Компрессионные показатели – изменение насыпной плотности продукта под действием сжимающего усилия.

5. Твердость частиц.

Чем больше твердость частиц продукта, тем меньше пятно контакта между ними, меньше влияние поверхностных сил, лучше сыпучесть продукта.

6. Когезия – способность частиц продукта прилипать друг к другу.

7. Адгезия – способность частиц продукта прилипать к ограждающим поверхностям.

8. Влажность продукта – показывает содержание влаги в продукте по отношению к массе сухого продукта. Различают:

- абсолютную влажность – масса влаги, непосредственно содержащейся в продукте,

- относительную влажность – отношение массы влаги, содержащейся в продукте, к массе влажного продукта.

Влажность продукта в основном влияет на сыпучесть продукта. С изменением влажности изменяется объёмный вес. У ряда продуктов объёмный вес сильно изменяется от содержания влаги. Зависимость не остаётся постоянной для продуктов различного гранулометрического состава. У одноразмерных порошкообразных и пылевидных продуктов с увеличением влажности наблюдается уменьшение объёмного веса. Для продуктов, не однородных по своему составу, – с крупными кусками и ограниченным количеством мелочи – увеличение влаги вызывает, в свою очередь увеличение объёмного веса.

9. Гигроскопичность – способность сыпучего продукта сорбировать парообразную влагу из воздуха.

10. Пыление, корродирующее воздействие на дозатор, склонность к самовозгоранию, ядовитость. Эти свойства прямого влияния на ход процесса взвешивания не имеют. Если дозируемый продукт имеет какое-либо из этих свойств, то в конструкции дозатора предусматривается соответствующее устройство или применяются защитные покрытия.

Так, например, для пылящих продуктов вводятся соответствующие кожухи, фартуки, вплоть до герметизации всей установки, особенно при дозировании ядовитых продуктов.

Упаковочное оборудование может выполнять одну из технологических операций либо представлять собой комплексную производственную линию по изготовлению упакованной продукции.

К технологическим операциям, выполняемым на фасовочно-упаковочном оборудовании относятся:

- склеивание упаковочных материалов – соединение деталей тары с помощью клея, ленты с адгезивным слоем и др.

- термосклеивание упаковочных материалов – склеивание упаковочных материалов под действием тепла

- термосваривание упаковочных материалов – образование неразъемного соединения упаковочных материалов под действием тепла, при котором частично или полностью исчезает граница раздела свариваемых материалов;

- механическая очистка тары – удаление загрязнений с поверхностей тары механическим и (или) пневматическим воздействием;

- мойка тары – удаление загрязнений с поверхностей тары моющими средствами и водой;

- сушка тары;

- формирование складной тары – придание складной таре предусмотренной формы;

- формирование пакета – придание пакету предусмотренной формы из пленочного материала.

В соответствии с ГОСТ 12302-83 и ГОСТ Р 52903-2007 пакеты бывают плоские и объемные. Пакеты изготавливают из пленочных полимерных и комбинированных материалов путем складывания и соединения швов (таблица 2.2).

- деление потока продукции (тары) – образование из одного потока продукции (тары) двух или более потоков;

- соединение потоков продукции тары – образование из двух или более потоков продукции (тары) одного потока;

- ориентирование продукции (тары) – приведение продукции (тары) в определенное положение по отношению к рабочим органам упаковочного оборудования;

- формирование продукции – придание пластической продукции определенной формы и размеров перед упаковыванием;

- уплотнение продукции – увеличение плотности продукции с целью рационального использования тары и придания упаковочной единице окончательной формы и размеров;

- дозирование – отмеривание требуемого количества продукции по счету, массе или объему;

Как известно, дозаторы подразделяются на следующие типы:

- объемные стаканчиковые;

- шиберные (мерная емкость или заслонка двигается по возвратно-поступательной прямой или дугообразной траектории);

- маятниковые;

- роторные (для сыпучих продуктов);

- объемные шнековые для порошкообразных продуктов (трудносыпучих, слипающихся, пылящих);

- весовые (линейные или комбинированные для мелкоштучных продуктов);

- объемные клапанно-поршневые для пастообразных продуктов.

Все дозаторы объединяет одна универсальная возможность: каждый из них можно установить на любую упаковочную машину.

- фасование и розлив – помещение продукции в тару или упаковочный материал с предварительным или одновременным дозированием продукции;

К основным характерным чертам процесса фасования относятся:

- фасованию подвергаются сыпучие и жидкие продукты;

- при фасовании используются сила тяжести и ускорение свободного паления;

- процесс идет, как правило, сверху вниз;

- процесс включает минимум три подпроцесса:

− фасование при атмосферном давлении;

− вакуумное фасование – фасование продукции при давлении в расходном резервуаре и (или) таре ниже атмосферного;

− фасование при избыточном давлении – фасование продукции при давлении в расходном резервуаре и (или) таре выше атмосферного;

- укладывание продукции – помещение в тару упаковочных единиц или неупакованной штучной продукции в определенном порядке;

- группирование продукции – объединение определенного числа упаковочных единиц или неупакованной штучной продукции в определенном порядке;

- штабелирование продукции (тары) – группирование продукции (тары), выполненное в вертикальном направлении;

- укупоривание – закрывание тары после помещения в нее продукции с целью обеспечения ее сохранности и создания условий ее транспортирования, хранения и сбыта;

- герметичное укупоривание;

- вакуумное укупоривание – герметичное укупоривание с созданием давления в таре ниже атмосферного;

- укупоривание навинчиванием – укупоривание крышкой с помощью резьбы;

- укупоривание закатыванием – укупоривание крышкой при совместном подгибе фланцев крышки и корпуса тары или подгибе края боковой поверхности крышки под уступ горловины;

- укупоривание запечатрыванием – укупоривание за счет склеивания, термосклеивания или термосваривания упаковочного материала;

- укупоривание сшиванием;

- укупоривание насаживанием – укупоривание за счет упругой деформации укупорочного средства;

- укупоривание обжимом – укупоривание крышкой за счет необратимой деформации боковой поверхности крышки;

- укупоривание замком-зажимом – укупоривание загибом и сцеплением предварительно изготовленных клапанов с выступающими частями в форме замков-застежек;

- укупоривание скрепкой – укупоривание смятием, складыванием или скручиванием горловины тары с последующим зажимом скрепкой;

- завертывание продукции – процесс упаковывания продукции путем механического обертывания изделий упаковочным материалом. Заворачивают как индивидуальные изделия, так и сопряжено-штучные изделия. Последние формируют в виде пачки или стопки из одинаковых индивидуальных изделий;

- термоусаживание упаковки – уменьшение объема упаковки за счет теплового воздействия для придания ей формы продукции или для связывания в едином блоке упаковочных единиц и неупакованной штучной продукции;

- упаковывание в стрейч-пленку;

- нагревание;

- стерилизация;

- асептическое упаковывание;

- нанесение защитных полимерных покрытий;

- пакетирование – формирование и скрепление грузов в укрупненную грузовую единицу, обеспечивающие при доставке в установленных условиях их целостность, сохранность и позволяющие механизировать погрузочно-разгрузочные работы;

- маркирование – нанесение маркировки на упаковку и (или) продукцию;

- этикетирование – нанесение на продукцию или упаковочную единицу этикеток и (или) кольереток;

- обандероливание – обертывание упаковочных единиц или неупакованной штучной продукции полосой упаковочного материала по всему периметру или частично;

- обвязывание тары (упаковочной единицы) – скрепление упаковочной единицы обвязочным материалом с соединением концов механическим путем или сваркой;

- пломбирование упаковки – снабжение упаковки пломбами, позволяющими контролировать целостность упаковки;

- центрирование рисунка (надписи) – приведение рисунка (надписи), нанесенного на упаковочный материал, в заданное положение по отношению к упаковываемой продукции;

- фиксирование продукции – закрепление продукции или ее подвижных неприкрепленных частей, предотвращающее их перемещение при погрузке, разгрузке и транспортировании;

- контроль качества продукции;

- контроль качества тары и упаковки;

- извлечение тары и упаковочных единиц – извлечение упаковочных единиц или потребительской тары из транспортной тары;

- пакеторасформировывание – разделение транспортного пакета на упаковочные единицы.

Таблица 2.2 – Виды пакетов для упаковывания продукции

Пакет типа «подушка»
Пакет с плоским дном
Пакет с проваркой по граням
Пакет типа «Flow-Pack»
Пакет типа «Flow-Pack» с боковыми складками
Пакет типа «Doy-Pack»
Пакет плоский трехшовный и четырехшовный