Основные способы дозирования сыпучих и жидких продуктов. Конструкция дозаторов.
Дозированием является отмеривание (выдача) порции (дозы) какого-либо вещества (продукта). В зависимости от вида продукта могут использоваться разные способы дозирования и, соответственно, разные виды и конструкции дозаторов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Способы дозирования
Существуют следующие способы дозирования: весовой, массовый и объемный.
Весовой способ дозирования основан на измерении веса продукта и отмеривания его по данному критерию с использованием стандартных мер веса – килограмм и грамм. Весовой способ применим практически к любым видам продукта (веществ) и является наиболее распространенным. Единственным исключением являются жидкости и пасты, которые более привычно измерять в литрах или см 3 и дозировать объемным или массовым способом.
Массовый способ дозирования использует принцип измерения количества продукта, прошедшего (подаваемого) через определенное пространство и применяется, преимущественно, для дозирования жидкостей, паст и газов. Измерение доз в массовом способе происходит с помощью см 3 или литров. Наиболее классическим применением массового способа дозирования являются терминалы слива/налива нефтепродуктов.
Объемный способ дозирования основан на принципе заполнения продуктом определенного свободного пространства и использует для измерения стандартные мер объема — см 3 или литры. В основном, применяется для дозирования жидкостей, паст и газов, но может также использоваться для дозирования различных сыпучих материалов. При этом, объемное дозирование сыпучих продуктов предполагает дальнейший пересчет объемных мер в более привычные весовые.
В данной статье мы рассмотрим только 2 из перечисленных выше способов – первый и последний. Массовому способу, в виду сложности конструкции дозатора и его акценте дозировании жидкостей и паст, будет посвящен отдельный материал.
Дозаторы
Дозатор — это устройство, предназначенное для отмеривания (выдачи) порций (доз) различных продуктов (веществ). Как уже упоминалось, дозаторы бывают различных видов и конструкций, но учитывая сферу применения оборудования, а также неиспользование нами массового способа дозирования, остановимся только на тех дозаторах, которые способны в промышленных масштабах эффективно дозировать сыпучие продукты объемным или весовым способом.
Такие дозаторы являются исключительно автоматическими и бывают следующих видов: объемный, весовой электронный и шнековый.
Объемный дозатор предназначен для дозирования объемным способом твердых хорошо сыпучих продуктов, таких как крупы, рис, орехи, семена, зерно, соль. Конструктивно, состоит из набора емкостей («стаканов»), путем заполнения которых и происходит дозирование. Соответственно, размер дозы равен внутреннему объему «стакана».
Как правило, для повышения производительности, «стаканы» располагают на горизонтальном барабане, а сам барабан вращают с помощью электропривода. В процессе вращения «стакан» проходит под горловиной бункера, где дозируемый продукт, просыпаясь под собственным весом, заполняет объем стакана. Далее, «стакан» движется в направлении тубуса, лотка или лейки, при достижении которых открывается дно «стакана» и продукт высыпается в указанные приспособления. Изменением размера барабана, скорости его вращения и количества «стаканов» можно в определенных пределах изменять производительность объемного дозатора.
Использование объемного дозатора накладывает определенные ограничения на процесс дозирования.
Во-первых, для сыпучих продуктов объемные меры приходится пересчитывать в более привычные весовые. При этом такой пересчет требуется для каждого вида дозируемого продукта, поскольку продукты с разной плотностью, при одном и том же объеме «стакана», будут иметь разные весовые показатели.
Во-вторых, пределы дозирования ограничены размерами «стакана». И хоть производители дозаторов и пытаются делать «стаканы» с регулируемым внутренним объемом, все равно существуют некие пределы, в привязке к изначальному размеру «стакана», выйти за которые дозатор не в силах.
В-третьих, не каждый сыпучий продукт способен быстро просыпаться и качественно заполнять объем «стакана», особенно в высоком темпе автоматического режима. Липкие, маслянистые или легкие продукты, такие как изюм, инжир, курага, кукурузные палочки, практически невозможно дозировать данным дозатором, поскольку их трудносыпучесть приводит к существенным отклонениям в размерах и весе доз.
Используется в оборудовании:
• Фасовочный полуавтомат с весовым дозатором ПАФ-20-Об
• Пневмомеханический фасовочный автомат с объемным дозатором АФ-50-Об
• Фасовочный автомат с объемным дозатором для упаковки в стик-пакет АФ-120-Об
• Объемный дозатор карусельного типа ОД-35
Отдельно следует отметить порошкообразные пылящие продукты, которые можно, но нецелесообразно дозировать объемным способом. И хотя в быту практически каждый отмеряет муку или крахмал стаканами, в промышленном дозаторе это приводит к повышенной пыльности, что негативно сказывается как на оборудовании, так и на качестве упаковки. Особенно, если в качестве упаковки используются полимерные пленки – наличие пыли на пленке делает невозможной качественную сварку швов. Для пылящих продуктов необходимо использовать шнековый дозатор.
Весовой электронный дозатор предназначен для дозирования весовым способом любых сыпучих продуктов за исключением порошкообразных пылящих. Проблема пылящих продуктов та же, что и у объемного дозатора – возникновение пыли мешает нормальной работе оборудования и загрязняет упаковочный материал. В остальном весовой дозатор способен дозировать даже трудносыпучие продукты.
Данный тип дозатора состоит из вибролотка, взвешивающего ковша, подвешенного на тензодатчике и блока управления. Дозирование происходит путем засыпания продукта вибролотком во взвешивающий ковш до достижения весового показателя, выставленного оператором на блоке управления. Когда требуемый вес достигнут, вибролоток останавливается, а ковш высывает свое содержимое в тубус или лейку.
Используется в оборудовании:
• Фасовочный полуавтомат с весовым дозатором ПАФ-20-В
• Механический фасовочный автомат с весовым дозатором АФ-45-В
• Весовой дозатор ВД-1, ВД-2, ВД-3, ВД-4
• Весовой дозатор с вибропитателем ВДВ-8
В отличие от объемного дозатора, весовой изначально дозирует продукты в привычных для потребителя мерах и не предполагает каких-либо пересчетов. Кроме того, весовой дозатор не имеет жестких ограничений в размерах доз, предполагая достаточно широкий диапазон дозирования. Однако, более сложная конструкция приводит к уменьшению производительности, в связи с чем иногда резонней использовать объемный дозатор, чем весовой.
Шнековый дозатор используется преимущественно в тех случаях, когда необходимо произвести дозирование порошкообразных пылящих продуктов (муки, крахмала, цемента, гипса), но может также использоваться и для других сыпучих продуктов. В зависимости от конструкции, дозирование может происходить как объемным, так и весовым способом. Во втором случае в конструкцию дозатора добавляется электронный взвешивающий элемент (весы).
Шнековый дозатор состоит из металлической трубы (тубуса), внутри которой расположен шнек, электропривода шнека и блока управления. При вращении шнека, дозируемый продукт перемещается по трубе из бункера непосредственно в упаковку или емкость. Остановка шнека приводит к прекращению подачи продукта, соответственно, доза продукта определяется количеством вращений шнека. При этом установка и контроль дозы происходит указанием на блоке управления либо количества оборотов шнека (для объемного способа) либо требуемого веса (для весового способа).
Используется в оборудовании:
• Фасовочный полуавтомат со шнековым дозатором ПАФ-20-Ш
• Пневматический фасовочный автомат со шнековым дозатором АФ-35-Ш
• Механический фасовочный автомат со шнековым дозатором АФ-45-Ш
• Объемный дозатор c вертикальным шнековым питателем ШД-20
Проблемой для шнекового дозатора могут быть маслянистые порошкообразные продукты, которые способны слипаться или налипать на шнек.
Источник
Как работают автоматические дозаторы розлива жидкостей и паст? Описание технологий, сравнение точности.
Описание технологии взвешивания автоматизированного розлива жидкостей.
Фасовка продукции важный и не неотъемлемый этап производства. В зависимости от типа продукции используются разные методы автоматической фасовки и способы контроля, что в таре содержится именно нужное количество продукта: штучные изделия фасуются по заданному количеству в каждую упаковку, сыпучие материалы дозируются по весу, а жидкие и пастообразные продукты разливаются в тару. Этап фасовки продукции имеет одну цель: каждая упаковка должна иметь заданный объем продукта. Производитель контролирует процент, на который производимая фасовка может не соответствовать указанному минимальному количеству наполнения, ведь это может повлечь штрафы или репутационные риски.
Поэтому в процессе фасовки обычно немного завышается требуемая величина дозирования. Однако это запас в целях безопасности может привести к избыточным затратам. Например, разливочная линия фасует 100 000 банок продукта в день. Точно контролируя величину превышения дозы всего на несколько грамм с помощью автоматизированного контроля веса, фирма может избежать лишних затрат на несколько миллионов в год. В связи с этим производители дозирующего оборудования очень тщательно относятся к точности измерения весовых характеристик дозируемого продукта и стремятся уменьшить погрешность его измерения.
Основные методы дозирования жидкости.
В процессе развития процессов дозирования жидкости были разработаны различные методы, подходящие для различных типов жидкостей и паст и имеющие различную точность дозирования. Но у всех процессов дозирования жидкости есть и общие моменты: жидкости не текут под одним и тем же давлением в трубе. Плотность жидкости изменяется в зависимости от количества добавляемых примесей, пузырьков и температуры, соответственно точное её количество не возможно высчитать на основании сечения трубы и времени.
Есть четыре основных способа дозирования жидкости, они отличаются разными параметрами, например точностью, скоростью, гигиеничностью и ценой. Для разных типов жидкостей подходят разные методы. Для напитков требуется соблюдение гигиенических требований, дорогие косметические и парфюмерные средства требуют точного дозирования, жидкости так же отличаются параметрами вязкости, например, масло и молоко имеют разные характеристики текучести.
В данной статье мы рассмотрим следующие способы дозирования:
· Дозирование по весу с помощью тензодатчика.
· Дозирование с помощью датчика уровня.
· Дозирование по объему.
· Дозирование с датчиком массового расхода.
Данный метод называется гравиметрическим, в нем используется тензометрический датчик, который измеряет силу воздействия массы тары и дозируемого продукта. При заполнении тары тензодатчик в режиме «реального время» отслеживает количество продукта в таре. По достижению заданной величины, весовой контроллер останавливает подачу продукта. Тензодатчики бывают цифровые и аналоговые. Цифровые имеют встроенный преобразователь сигнала в цифровой вид, сигнал с аналоговых тензодатчиков оцифровывается в весовом терминале.
Процесс наполнения тары, выглядит следующим образом:
— тара помещается на весоизмерительную площадку,
— происходит взвешивание пустой тары,
— заполнение продуктом до заданного веса,
— укупоривание тары.
Автоматические линии производят наполнение из нескольких головок одновременно. Среднее время наполнения литровой бутылки 5 – 10 секунд, при высокой точности веса.
Основные преимущества дозирования по весу.
Автоматическое измерение веса каждой бутылки перед заполнением позволяют определить и удалить с конвейера разбитые бутылки (они легче целой бутылки) или бутылки с посторонним содержанием (они тяжелее), например если в бутылке остался ополаскиватель.
В то же время медленное (по сравнению со средне статистическим временем наполнения) увеличение веса при заполнении говорит об утечке из тары и необходимости остановки линии для предотвращения её загрязнения.
Таким образом использование тензодатчика для операции дозирования позволяет контролировать еще и дополнительные параметры работы, тем самым увеличивая автоматизацию контроля за процессом розлива.
Простые методы работы с тензодатчиками.
Весовое дозирование жидкостей позволяет производить высокоточный розлив, с точностью заполнения до грамма. Простой способ калибровки тензодатчиков с помощью гирь эталонного веса обеспечивает точность дозирования. Цифровые данные с весоизмерительных систем облегчают процесс программирования контроллеров автоматизации производства, определения оптимальных параметров скорости наполнения продукта, подготовки отчетов о выполненной работе, контроля производственных графиков.
Весовое дозирование успешно применяется в пищевой и химической промышленности, так как применение тензодатчика позволяет избежать контакта с дозируемым продуктом. Тензодатчики выпускаются с высокой степенью защиты, вплоть до IP68 / 69K, что позволяет выполнять их промывку под давлением.
Второй способ: дозирование с помощью датчика уровня.
Данный способ контролирует достижение продуктом верхней заданной границы в бутылке, для этой цели датчик либо вставляется в горлышко бутылки и наполнение происходит до контакта с датчиком, либо реагирует на объемное изменение продукта с внешней стороны тары.
В случае датчика в горлышке бутылки возможно дозирование проводящих электричество продуктов, то есть жидкость должна содержать соли.
Например минеральные и растительные масла содержат не достаточное количество солей и дозирование данным способом их не возможно.
Данный способ дозирования является наименее точным, так же на его точность влияет разный внутренний объем у тары, особенно это актуально для стеклянных бутылок. В связи с этим данный способ применяется для фасовки не дорогих продуктов. Контакт датчика с фасуемым продуктом исключает возможность гигиенического розлива, в связи с переносом продукта из одной бутылки в следующую.
Данный способ хорошо подходит для изобарического розлива (например пива или газировки) когда давление в патрубке дозатора и бутылке должны быть равны.
Преимущества данного способа состоит в визуально одинаковом уровне жидкости в бутылке, что важно для покупателей в магазинах и хорошо сказывается на продажах.
Третий способ: дозирование по объему.
В процессе дозирования происходит измерение объема протекающего через клапан продукта магнитоиндуктивным способом.
С помощью магнитного поля происходит расщепление ионов продукта, проходящего через клапан, которые создают разность потенциалов на электродах датчика. Созданное напряжение позволяет рассчитать объемную скорость потока. Этот способ используется для электропроводящих жидкостей. Для каждого типа дозируемого продукта необходимо выполнять индивидуальную калибровку, так как содержание ионов в каждой жидкости разное.
Четвертый способ: дозирование с помощью перистальтического насоса.
Главная особенность работы перистальтического дозатора — это отсутствие контакта между дозируемым продуктом и элементами дозатора. Продукт находится внутри силиконовой трубки, которую пережимают вращающиеся ролики головки насоса и продавливаю продукт по трубке из накопительной емкости в тару. Зная объем внутреннего сечения трубки и минимальный угол поворота роликов в головке, контроллер дозатора отсчитывает необходимое количество вращений роликов, для достижения заданной дозы продукта. Исходя из особенностей данного способа, его чаще всего применяют для розлива стерильных, агрессивных и сильно пачкающих жидкостей и паст.
Пятый способ: дозирование с датчиком массового расхода.
Дозирование с датчиком массового расхода использует принцип силы Кориолиса. Жидкость протекает по двум вибрирующим трубам, сила Кориолиса, которая на них действует, вызывает фазовый сдвиг в этих вибрациях. На основе этих данных рассчитывается вес продукта. Данный способ используется и для непроводящих электричество продуктов.
Данный способ дозирования дорог, по причине трудоемкой калибровки во время производства датчика.
Сравнение различных способов дозирования.
Стоит отметить, что способы дозирования сильно зависят от свойств дозируемого продукта. Способы так же сильно различаются по скорости и точности дозирования.
Точность:
Весовое дозирование намного точнее из всех рассмотренных выше способов.
Дозирование по уровню показывает погрешность 2% – 5% при дозировании в стеклянные бутылки, дозирование по объему и с помощью перистальтического дозатора 0.5% — 1%, дозирование по массовому расходу 0.2%, весовое дозирование жидкостей – 0.1%
Скорость дозирования:
Наполнение стеклянной бутылки:
дозирование по уровню 2 – 4 секунды,
дозирование по объему 5 секунд,
дозирование по массовому расходу 2 – 5 секунд,
весовое дозирование жидкостей 5 секунд.
Из всех рассмотренных способов весовое дозирование является наиболее универсальным (подходит для проводящих и не проводящих жидкостей с разной вязкостью, позволяет выполнять гигиенический розлив), не дорогим, точным и простым в обслуживании способом дозирования.
Источник
