5.1.4.4. Конструкция

и принцип действия

наполнительных

устройств

Наполнение бутылок, естественно, является одним из важнейших процессов, в ходе кото­рого все качественные параметры разливаемо­го напитка должны сохраняться без измене­ний. Для этого наполнительные устройства в зависимости от предъявляемых напитками требований должны быть различными по кон­струкции и функции.

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 кла­ пану, либо

• прижать клапан к бутылке.

Ниже будет показано, что 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 (рис. 5.24). Коло­кольчик устанавливает ее по центру наполни­тельного устройства и прижимает к нему.

Наливные клапаны с трубкой

При использовании наливных клапанов с трубкой пиво наливается через наливную трубку, конец которой располагается непос­редственно над дном бутылки. Тем самым бу­тылка наполняется медленно снизу вверх без

Рис. 5.24. Центрирующий колокольчик с направля­ющей

стекания наливаемого пива 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;

• более продолжительная фаза быстро­ го наполнения;

• короткая фаза замедленного напол­ нения.

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 (синий цвет)

После прижатия бутылки в нее поступает СО₂, вытесняя содержащийся в бутылке воз­дух снизу вверх.

Фаза 3: Начальная фаза наполнения — отверстие форсунка 1 открыто

Клапан для жидкости открывается; пиво по наливной трубке течет вниз и вытесняет СО₂ вверх. Скорость течения определяется неболь­шим поперечным сечением отверстия 1 в ка­нале возврата газа. Благодаря малому перепа-

Синим цветом обозначено создание противодавления, зеленым — возвратный газ, желтым— пиво, розовым — про­грамма CIP. Более подробное объяснение см. в тексте

561

ду давления пиво течет медленно и не пенится. Эта фаза длится лишь несколько секунд, пока пиво не поднимется примерно на 10-20 мм по наливной трубке.

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 пиво про­должает медленно течь, поднимаясь к гор­лышку бутылки. Таким образом, предотвра­щается нежелательный перелив бутылки.

Фаза 6: Закрытие клапана для жидкости

Как только пиво 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.

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 пиво 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.

Процесс наполнения налива с использованием клапанов без наливных трубок

Узкое горлышко бутылки предопределяет пре­делы допустимого диаметра наливных трубок

и тем самым — скорость наполнения и произ­водительность линии.

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

Т акие 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 пиво поступает по внутренним стенкам бутылки. Включение в систему ко­роткой трубки неизбежно привело бы к вспе­ниванию пива 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/гл пива).

Содержание кислорода в розлитом пиве благодаря двойному вакуумированию (име­ется в виду следующая последовательность операций: вакуумирование — создание проти­водавления СО₂ — вакуумирование — созда­ние противодавления) снизится до миниму­ма, а стойкость пива 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. «За-

563

хлебывание» (как, например, при шпри­цевании бутылок) здесь исключено.

Принцип действия наливного клапана (типа VK2V фирмы Krones, г. Нойтраублинг) представлен в качестве примера на рис. 5.26.

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 СО_г — 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.

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 СО₂; 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

Рис. 5.26. Система наполнения бутылки без наливной трубки:

1— кольцевой резервуар разливочной машины; 2 — пиво; 3 — С0₂; 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 СО2; 14— клапанный рычаг для открытия и закрытия клапана СО₂ (15) и наливного клапана (16) с клапанным уплотнением (17) в резервуаре; 18— отвод СО₂; 19 — неподвижная гильза; 20 — пружины для открытия и зак­рытия наливного клапана; 21 — канал разряжения; 22 — вакуумный предохранительный клапан

564

автомата наружная пружина (20) открывает уплотнение клапана (17). Пиво 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 пиво дойдет до нижнего края труб­ки возврата газа, оно по закону сообщающихся сосудов поднимается по трубке вверх, тогда как газ, оставшийся в бутылке над поверхностью пива, выйти уже не может. Насколько высоко поднимется в трубке пиво, 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 пива: недолив обманывает потребителя и на­логовые органы, перелив снижает прибыль: при производительности линии в 100 000 гл (= 20 млн бутылок) разница в 1 мл на поллит-ровую бутылку составляет уже 200 гл! Мень­шие количества тоже суммируются.

Фаза 7: Стадия корректировки

Если бы пиво из трубки могло свободно вы­литься обратно в бутылку, то содержимое бу­тылки бесконтрольно увеличилось бы, что было бы недопустимо. Чтобы добиться точно-

565

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.

Стадия мойки CIP

Линия розлива в настоящее время может нор­мально функционировать лишь в том случае, если она приспособлена к мойке в системе CIP. 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.

Система управления процессом розлива Управление процессом розлива в последние годы претерпело большие изменения.

Вплоть до пятидесятых годов применялся пробковый розлив, названный так по проб-

566

• воздух,

• пиво и возвратный воздух

и в процессе наполнения впрыскивал пиво, находящееся выше пробкового крана, в коль­цевой резервуар и тем самым — в бутылки. В дальнейшем были разработаны клапаны, ко­торые допускали наружное управление толь­ко в газовом секторе над поверхностью пива. При этом, хотя пиво и не соприкасалось с дви­жущимися снаружи деталями, оно находи­лось в постоянном соприкосновении с раз­личными пружинами и другими элементами, что неблагоприятно сказывалось на его мик­робиологическом состоянии.

В связи с этим были предприняты опре­деленные мероприятия для того, чтобы как можно дальше отойти от использования пру-

жин и другой арматуры и найти другие воз­можности регулирования. Важным шагом в этом направлении было применение вместо клапанов, управляемых извне механически, мембранных клапанов с пневмоприводом (рис. 5.27), в которых газ, создающий проти­водавление, направлялся бы только вдоль уп­лотняющей мембраны.

Мембранный клапан приводится в дей­ствие из сети сжатого воздуха системы управления (рис. 5.28). Такая система уп­равления позволяет избежать необходи­мости размещения всех пружин и прочих деталей на наполнительном устройстве.

Многие разновидности разливочных авто­матов оснащены на выходе пива винтовыми насадками, придающими струе пива враще­ние; они имеют специальную конусную фор-

567

данный момент времени они

могут быть или открытыми, или

закрытыми

• AnprePgummi — прижимная резиновая прокладка;

• Zentrierglocke— центрирующий колокольчик;

• Sonde — датчик;

• Produktauslauf mit Dralleinsatz — выход продукта с винтовой насадкой;

• Ruckgas — возвратный газ;

• Spanngas— создающий противодавление газ;

• Produktzufuhr — подвод продукта;

• Ventilkegel — конус клапана;

• Pneumatische Membranventile — пневматический мембранный клапан;

• Produktkanal — продуктовый канал;

• Pneumatischer Steuerzylinder — пневматический управляющий цилиндр;

• Dampfkanal — паровой канал;

• Pneumatisches

— пневматический мембранный клапан

© 568

му, способствующую тому, чтобы пиво сколь­зило по стенкам бутылок вниз по спирали.

В последние годы появились некоторые новые идеи по улучшению процессов розлива, например:

• вместо создания противодавления в вакуу- мированной бутылке углекислым газом можно продуть бутылку перегретым паром и тем самым убить еще оставшиеся в вы­ мытой бутылке микроорганизмы; этот про­ цесс по желанию может быть повторен, что увеличивает эффект, к тому же продувка бутылок более дешевым паром сокращает расход более дорогостоящего СО₂;

• уровень наполнения в некоторых моделях регулируется при помощи электронных датчиков, которые посредством чувстви­ тельных сенсоров отслеживают уровень жидкости в бутылке и при достижении за­ данного уровня переключают подачу пива на стадию медленного наполнения.

Окончательное и точное перекрытие при­тока пива также осуществляется с помощью очень чувствительного механического датчи­ка, который помещен в защитную трубку (воз­душную трубку). В качестве примера ниже приводится наполнительное устройство раз­ливочного автомата типа Innofill ER (фирма KHS, г. Дортмунд).

Электронное управление наполнитель­ным устройством происходит следующим об­разом (рис. 5.29):

• вакуумирование бутылки или продувка паром;

• промывка бутылки СО₂;

• вакуумирование бутылки;

• создание противодавления при помощи СО₂;

• медленное начало наполнения — быстрое наполнение;

• стадия замедления;

• конец наполнения с предварительным снятием давления;

• окончательное снятие давления.