一、前言

    當前飲料市場上飲料種類繁多，同時隨著人們生活水平的不斷提高，保健意識日益增強，各種果汁、茶類及功能性保健飲料應運而生，消費逐年增長。在飲料品種迅速發展和包裝技術日益提高的同時，飲料灌裝技術也得到了*的提高，如無菌冷灌裝和熱灌裝技術。雖然無菌冷灌裝是一項新型的包裝技術，包裝材料的費用相對低一些，但對工藝性、生產過程中的衛生環境、設備管理以及員工的要求都較高，設備投入大，并且飲品的質量難以控制。而目前熱灌裝技術較為成熟，所需資金和設備投入相對較少，甚至還可利用企業已有的資源，只需增加部分關鍵設備就可實現；更重要的是飲料的品質易于控制，貨架壽命長、經濟效益好。因此，熱灌裝技術已被廣泛采用，深受市場歡迎。

本文介紹南京輕機廠設計生產的CGN50RA熱灌裝機相關部分的設計

二、熱灌裝機的組成

    PET瓶熱灌裝機是熱灌裝生產線中主要設備之一。CGN50RA是由沖瓶、灌裝、擰蓋三位一體機組成，同時還配有物料回流罐和循環系統，該設備結構緊湊，體積小，占地面積小；沖瓶與灌裝部分無需輸送帶連接，星輪傳送。該機全自動控制，操作簡單方便，易于灌裝間設備布置以及衛生環境的控制和生產管理。

三、熱灌裝原理

     PET瓶熱灌裝的物料與普通水或含氣飲料物料的成分差異較大，灌裝方式以及灌裝流程也不同。因此，熱灌裝機的結構與普通的灌裝機在灌裝缸、灌裝閥以及管理系統等方面的結構大不相同。

1. 由于熱灌裝物料的成分如果汁、茶類，咖啡奶以及功能性保健飲料的成分各不相同，有的含糖量較高，有的甚至含有果膠、*，有的介質粘度大，有的在灌裝時容易起泡。為了保證飲品有較長的貨架壽命和穩定的品質，因此要求高溫灌裝，溫度通常在88℃左右。同時還要求灌裝缸內部結構光滑，易于清洗，無CIP清洗死角，與物料接觸的零件材料均為0Cr19Ni9不銹鋼，內外表面光滑，要求粗糙度Ra≤0.8。

2. CGN50RA熱灌裝機采用的是重力灌裝、負壓回流的灌裝方式，物料經UHT超高溫殺菌后，通過輸送泵送到灌裝機的上缸與待灌裝的PET瓶口保持一定的水頭落差，物料經灌裝閥上部的管路及灌裝閥注入PET瓶內。同時在工作臺內配有抽風機，其吸入口與緩沖罐相連，灌裝時抽風機啟動，通過緩沖罐、下缸和灌裝閥的回流管將PET瓶內的空氣快速吸走并形成一定的負壓，加快灌裝速度，并在瓶內高液位時將瓶口泡沫吸走并快速補進物料形成PET瓶的高液位或滿瓶灌裝。

    這種通過重力灌裝、負壓回流的灌裝方式一是可以避免高位罐（罐的高度4m～5m）或壓力灌裝時產生的瓶身鼓脹，引起PET瓶在出灌裝機時瓶口產生物料外溢現象。二是在相同灌裝閥數的情況下能增加灌裝機的灌裝能力。

3. 對灌裝后PET瓶內高液位的要求

    熱灌裝要求PET瓶灌裝后有較高的液位或滿瓶，以減少瓶口空隙殘存空氣中的氧成分對飲料品質產生影響。同時，瓶口物料的熱氣也可將空氣置換出來一些，這樣有利于后道工序的倒瓶對瓶口和瓶蓋內側頂面進行殺菌，進一步確保飲料品質。

四、灌裝機部分的結構設計

1. 熱灌裝機必須配有物料回流的控制系統，控制物料的回流。

2. 灌裝缸分上缸和下缸兩部分，兩缸均與設備同步回轉。上、下缸內部結構應光滑，無清洗死角，易于清洗。在上缸配有液位控制檢測元件，控制上缸液位。

3. 灌裝閥

    有瓶時，外操縱桿旋轉，開啟灌裝閥進行灌裝；無瓶時，灌裝閥為關閉狀態，僅少量的物料經閥內通路進入下缸，而不至于使閥內物料溫度降低，也減少了物料的回流量，在一定程度上減少了物料反復加熱引起飲品口味改變的可能性。

    閥內無彈簧、無清洗死角、閥套與中心管的密封無O形圈，易于CIP清洗，也不會出現O形圈掉入瓶內而影響飲料品質的現象。與灌裝閥連接的進液管和回流管均采用不銹鋼管，避免了用金屬護套軟管連接出現的“水袋”而導致在CIP清洗時出現清洗液的殘留，影響CIP清洗效果的現象，也不需要經常更換由于高溫造成老化的軟管。

4. 由于熱灌裝是高液位或滿瓶灌裝，在瓶的輸送方式上與普通的玻璃瓶和含氣PET瓶輸送不同，采用卡瓶口輸送技術，避免了傳統的星輪撥瓶身而對PET瓶身擠壓導致瓶內物料外溢的現象。

5. PET瓶清洗消毒系統

（1）在進瓶螺桿前裝有沖瓶消毒裝置，用消毒水沖洗瓶身。
（2）沖瓶機沖洗瓶內壁，用消毒水或無菌水沖洗消毒。
（3）在進沖瓶機的星輪和進擰蓋機的星輪上分別裝有瓶口沖洗裝置，一是對瓶口螺紋部分消毒，二是可以將瓶口螺紋部分的物料沖洗干凈，避免旋蓋后一段時間內瓶口螺紋部分出現霉斑而影響飲品的質量。

6. 各控制閥門均用衛生型的氣動閥，管道均用0Cr19Ni9內外拋光的不銹鋼衛生管，管道內外表面光滑，粗糙度Ra≤0.8。管道配管應*、無“水袋”，設置必要的排放口或取樣口，zui大限度地減少物料在管道和閥門內的殘留，以利于CIP清洗。

7. 二次灌裝技術

    當PET瓶進入灌裝機的對中裝置后，隨著凸輪的上升， PET瓶口與灌裝閥密封墊接觸，并頂開閥套，同時開閥氣缸動作，旋轉閥上部的外操縱桿開啟灌裝閥，開始*次灌裝；當物料到達閥套管下端時，灌裝閥和PET瓶隨著灌裝機旋轉至某個位置時，PET瓶和對中裝置下降一定高度，灌裝閥開始第二次灌裝，以補充中心管在瓶內占據的容積，達到高液位灌裝的要求。

8. 密封件的結構及材料的選用

    由于是高溫灌裝，要求管道，閥門及灌裝閥中的密封件材料不僅要符合食品衛生要求，還需要耐腐蝕，耐高溫，耐磨擦。建議在不與物料接觸的地方可采用丁腈橡膠，與物料接觸的地方可用硅橡膠，三元乙丙，PTFE等;而像灌裝閥內有相對運動的地方則需要特殊設計的密封圈，既密封又耐磨，能有效地提高灌裝閥的使用壽命。

9. 緩沖罐是熱灌裝機的重要部分，它與灌裝機的下缸、回流泵、抽風機相連接，罐上方裝有液位傳感器，控制回流泵的開和停。

    緩沖罐必須具備有一定的容積空間，可供灌裝過程中回收的泡沫存積后除泡，在物料送回UHT的平衡罐和CIP清洗過程中起到平衡緩沖的作用。

五、回流技術和回流量的控制

    根據熱灌裝物料的特性，要求高溫熱灌機在灌裝過程中必須具備有回流功能，同時還必須能有效地控制回流量。如CGN50RA三位一體的熱灌裝機就具有三種回流功能。

1. 設備外部的回流

    當物料經UHT殺菌后送到灌裝機前，如果物料的溫度低于設定值T時，物料從閥門V4外管道返回到UHT重新加熱殺菌，有效地控制了灌裝溫度，這一過程稱之為外部回流。

2. 灌裝過程中的回流

    在熱灌裝過程中，不同的物料灌裝狀態和穩定性各不相同，既影響灌裝速度，又容易產生半瓶現象。CGN50RA灌裝機則是通過抽風機產生一定的負壓，在灌裝過程中迅速將瓶內的空氣和泡沫吸走，既提高了灌裝速度，又解決了半瓶現象，同時還有效地避免了其它灌裝方式所產生的瓶身鼓脹和物料外溢現象。

3. 無瓶狀態下的灌裝閥內回流

    在灌裝過程中因各種原因而停機，可能會引起上缸和閥內物料溫度的降低。此時通過灌裝閥內部的回流通路物料仍能以一定的流量按灌裝過程流動，使上缸和灌裝閥內有新的物料補充，以使上缸和灌裝閥內物料的溫度保持在所要求的范圍內，達到真正熱灌裝的要求。

4. 回流量的控制

    回流量的控制是熱灌裝機的一個非常重要和關鍵的技術，*。回流量太大會造成物料反復加熱殺菌引起飲品的口感和風味的改變，甚至會影響飲品的內在質量。

    在CGN50RA灌裝機中，通過灌裝閥上的外操開閥氣缸，閉閥凸輪、抽風機和電氣控制系統來控制回流量。當有瓶時開閥氣缸動作，旋轉外操縱桿開啟灌裝閥，在瓶內物料達到所需液位要求后，閉閥凸輪關閉灌裝閥，停止灌裝；無瓶時氣缸不動作，灌裝閥不灌裝。而且閉閥凸輪還可根據物料特性和灌裝狀態調整閉閥位置，真正有效地控制灌裝過程中的回流量。

六、結束語

    上述介紹的僅為南京輕機廠設計生產的能力為1.8～2萬瓶/時的CGN50RA三位一體的熱灌裝機，目前該機型已在多家用戶使用。隨著灌裝技術的不斷發展和提高，各種形式和能力的PET瓶熱灌裝機將會不斷問世。                      www.ezistim.com