一、前言

    当前饮料市场上饮料种类繁多，同时随着人们生活水平的不断提高，保健意识日益增强，各种果汁、茶类及功能性保健饮料应运而生，消费逐年增长。在饮料品种迅速发展和包装技术日益提高的同时，饮料灌装技术也得到了极大的提高，如无菌冷灌装和热灌装技术。虽然无菌冷灌装是一项新型的包装技术，包装材料的费用相对低一些，但对工艺性、生产过程中的卫生环境、设备管理以及员工的要求都较高，设备投入大，并且饮品的质量难以控制。而目前热灌装技术较为成熟，所需资金和设备投入相对较少，甚至还可利用企业已有的资源，只需增加部分关键设备就可实现；更重要的是饮料的品质易于控制，货架寿命长、经济效益好。因此，热灌装技术已被广泛采用，深受市场欢迎。

本文介绍南京轻机厂设计生产的cgn50ra热灌装机相关部分的设计

二、热灌装机的组成

    pet瓶热灌装机是热灌装生产线中主要设备之一。cgn50ra是由冲瓶、灌装、拧盖三位一体机组成，同时还配有物料回流罐和循环系统，该设备结构紧凑，体积小，占地面积小；冲瓶与灌装部分无需输送带连接，星轮传送。该机全自动控制，操作简单方便，易于灌装间设备布置以及卫生环境的控制和生产管理。

三、热灌装原理

     pet瓶热灌装的物料与普通水或含气饮料物料的成分差异较大，灌装方式以及灌装流程也不同。因此，热灌装机的结构与普通的灌装机在灌装缸、灌装阀以及管理系统等方面的结构大不相同。

1. 由于热灌装物料的成分如果汁、茶类，咖啡奶以及功能性保健饮料的成分各不相同，有的含糖量较高，有的甚至含有果胶、茶碱，有的介质粘度大，有的在灌装时容易起泡。为了保证饮品有较长的货架寿命和稳定的品质，因此要求高温灌装，温度通常在88℃左右。同时还要求灌装缸内部结构光滑，易于清洗，无cip清洗死角，与物料接触的零件材料均为0cr19ni9优质不锈钢，内外表面光滑，要求粗糙度ra≤0.8。

2. cgn50ra热灌装机采用的是重力灌装、负压回流的灌装方式，物料经uht超高温杀菌后，通过输送泵送到灌装机的上缸与待灌装的pet瓶口保持一定的水头落差，物料经灌装阀上部的管路及灌装阀注入pet瓶内。同时在工作台内配有抽风机，其吸入口与缓冲罐相连，灌装时抽风机启动，通过缓冲罐、下缸和灌装阀的回流管将pet瓶内的空气快速吸走并形成一定的负压，加快灌装速度，并在瓶内高液位时将瓶口泡沫吸走并快速补进物料形成pet瓶的高液位或满瓶灌装。

    这种通过重力灌装、负压回流的灌装方式一是可以避免高位罐（罐的高度4m～5m）或压力灌装时产生的瓶身鼓胀，引起pet瓶在出灌装机时瓶口产生物料外溢现象。二是在相同灌装阀数的情况下能增加灌装机的灌装能力。

3. 对灌装后pet瓶内高液位的要求

    热灌装要求pet瓶灌装后有较高的液位或满瓶，以减少瓶口空隙残存空气中的氧成分对饮料品质产生影响。同时，瓶口物料的热气也可将空气置换出来一些，这样有利于后道工序的倒瓶对瓶口和瓶盖内侧顶面进行杀菌，进一步确保饮料品质。

四、灌装机部分的结构设计

1. 热灌装机必须配有物料回流的控制系统，控制物料的回流。

2. 灌装缸分上缸和下缸两部分，两缸均与设备同步回转。上、下缸内部结构应光滑，无清洗死角，易于清洗。在上缸配有液位控制检测元件，控制上缸液位。

3. 灌装阀

    有瓶时，外操纵杆旋转，开启灌装阀进行灌装；无瓶时，灌装阀为关闭状态，仅少量的物料经阀内通路进入下缸，而不至于使阀内物料温度降低，也减少了物料的回流量，在一定程度上减少了物料反复加热引起饮品口味改变的可能性。

    阀内无弹簧、无清洗死角、阀套与中心管的密封无o形圈，易于cip清洗，也不会出现o形圈掉入瓶内而影响饮料品质的现象。与灌装阀连接的进液管和回流管均采用优质不锈钢管，避免了用金属护套软管连接出现的“水袋”而导致在cip清洗时出现清洗液的残留，影响cip清洗效果的现象，也不需要经常更换由于高温造成老化的软管。

4. 由于热灌装是高液位或满瓶灌装，在瓶的输送方式上与普通的玻璃瓶和含气pet瓶输送不同，采用卡瓶口输送技术，避免了传统的星轮拨瓶身而对pet瓶身挤压导致瓶内物料外溢的现象。

5. pet瓶清洗消毒系统

（1）在进瓶螺杆前装有冲瓶消毒装置，用消毒水冲洗瓶身。
（2）冲瓶机冲洗瓶内壁，用消毒水或无菌水冲洗消毒。
（3）在进冲瓶机的星轮和进拧盖机的星轮上分别装有瓶口冲洗装置，一是对瓶口螺纹部分消毒，二是可以将瓶口螺纹部分的物料冲洗干净，避免旋盖后一段时间内瓶口螺纹部分出现霉斑而影响饮品的质量。

6. 各控制阀门均用卫生型的气动阀，管道均用0cr19ni9内外抛光的优质不锈钢卫生管，管道内外表面光滑，粗糙度ra≤0.8。管道配管应无死角、无“水袋”，设置必要的排放口或取样口，最大限度地减少物料在管道和阀门内的残留，以利于cip清洗。

7. 二次灌装技术

    当pet瓶进入灌装机的对中装置后，随着凸轮的上升， pet瓶口与灌装阀密封垫接触，并顶开阀套，同时开阀气缸动作，旋转阀上部的外操纵杆开启灌装阀，开始第一次灌装；当物料到达阀套管下端时，灌装阀和pet瓶随着灌装机旋转至某个位置时，pet瓶和对中装置下降一定高度，灌装阀开始第二次灌装，以补充中心管在瓶内占据的容积，达到高液位灌装的要求。

8. 密封件的结构及材料的选用

    由于是高温灌装，要求管道，阀门及灌装阀中的密封件材料不仅要符合食品卫生要求，还需要耐腐蚀，耐高温，耐磨擦。建议在不与物料接触的地方可采用丁腈橡胶，与物料接触的地方可用硅橡胶，三元乙丙，ptfe等;而像灌装阀内有相对运动的地方则需要特殊设计的密封圈，既密封又耐磨，能有效地提高灌装阀的使用寿命。

9. 缓冲罐是热灌装机的重要部分，它与灌装机的下缸、回流泵、抽风机相连接，罐上方装有液位传感器，控制回流泵的开和停。

    缓冲罐必须具备有一定的容积空间，可供灌装过程中回收的泡沫存积后除泡，在物料送回uht的平衡罐和cip清洗过程中起到平衡缓冲的作用。

五、回流技术和回流量的控制

    根据热灌装物料的特性，要求高温热灌机在灌装过程中必须具备有回流功能，同时还必须能有效地控制回流量。如cgn50ra三位一体的热灌装机就具有三种回流功能。

1. 设备外部的回流