CN110668380B - 一种含固体颗粒胶体的无损灌装设备及方法 - Google Patents

一种含固体颗粒胶体的无损灌装设备及方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及灌装技术领域，具体地，涉及一种含固体颗粒胶体的无损灌装设备及方法。该无损灌装设备包括：储料容器，底部设置有灌装口；高度调节装置，安装于储料容器，用于调节储料容器的高度；半闭合阀芯，安装于灌装口内，半闭合阀芯的截面积小于灌装通道的截面积；控制装置，与高度调节装置和半闭合阀芯信号连接，用于在灌装口处于半开状态时，控制储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与灌装口之间的实际高度差小于高度差设定值。该无损灌装设备在灌装口开合过程中不会产生碎渣，并且能够避免在灌装口处产生溢流污染。

Description

一种含固体颗粒胶体的无损灌装设备及方法
技术领域
本申请涉及灌装技术领域，具体地，涉及一种含固体颗粒胶体的无损灌装设备及方法。
背景技术
在现有技术中，通过直流灌装机灌装含有固体颗粒的胶体时，一般通过设置于直流灌装机的灌装口处的阀门的开闭来控制灌装流量。在阀门开关的过程中，无法避免阀芯在开合关闭的动作过程中挤压胶体中的固体颗粒物，导致成品中含有颗粒碎渣，从而影响产品的美观度，并使产品不能达到预期的视觉效果。如在灌装过程中保持阀门处于常开状态，则在生产中切换空瓶的情况下，因灌装口常开导致胶体一直溢流，容易造成瓶口、输送带和机台部分污染，严重违背日化行业的GMP(Good Manufacturing Practices，药品生产质量管理规范)标准，使产品无法满足合格标准。
综上所述，现有直流灌装机在灌装口开合过程中会产生大量碎渣，而取消阀芯开关会导致灌装口常开易产生溢流污染的问题。
发明内容
本申请实施例中提供了一种含固体颗粒胶体的无损灌装设备及方法，该无损灌装设备在灌装口开合过程中不会产生碎渣，并且能够避免在灌装口处产生溢流污染。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种用于含固体颗粒胶体的无损灌装设备，包括：
储料容器，底部设置有灌装口，所述灌装口具有通过含固体颗粒胶体的灌装通道；
高度调节装置，安装于所述储料容器，用于调节所述储料容器的高度；
半闭合阀芯，安装于所述灌装口内，所述半闭合阀芯的截面积小于所述灌装通道的截面积，用于控制所述灌装口在全开状态或半开状态转换；当所述灌装口处于半开状态时，所述阀芯位于所述过灌装道内，在所述灌装口与所述半闭合阀芯之间具有能够通过含固体颗粒胶体的间隙；
控制装置，与所述高度调节装置和所述半闭合阀芯信号连接，用于在所述灌装口处于半开状态时，控制所述储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与所述灌装口之间的实际高度差小于高度差设定值。
优选地，所述高度差设定值由所述控制装置根据泊肃叶定律确定。
优选地，还包括安装于所述储料容器内的粘度检测装置，所述粘度检测装置用于检测含固体颗粒胶体的粘度值。
优选地，还包括安装于所述灌装口的压力检测装置，所述压力检测装置用于检测所述灌装口处含固体颗粒胶体的压力值。
优选地，还包括安装于所述储料容器内的高度检测装置，所述高度检测装置用于检测所述储料容器内含固体颗粒胶体的顶面高度。
优选地，所述粘度检测装置为在线粘度仪；所述压力检测装置为压力传感器；所述高度检测装置为液位传感器。
优选地，所述高度调节装置可以为气缸、液压缸或电动推杆。
优选地，所述半闭合阀芯为阀针。
根据本申请实施例的第二个方面，还提供了一种含固体颗粒胶体的无损灌装方法，该无损灌装方法采用如上述技术方案提供的任意一种无损灌装设备进行无损灌装，包括以下步骤：
确定所述储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与所述灌装口之间的高度差设定值；
当灌装口处于半开状态时，控制所述储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与所述灌装口之间的实际高度差小于高度差设定值。
优选地，确定所述储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与所述灌装口之间的高度差设定值，具体包括：
检测储料容器内含固体颗粒胶体的粘度值；
检测灌装口处含固体颗粒胶体的压力值；
根据检测的粘度值和压力值，确定高度差设定值。
优选地，根据检测的粘度值和压力值，确定高度差设定值时，采用泊肃叶定律计算得出。
采用本申请实施例中提供的含固体颗粒胶体的无损灌装设备及方法，具有以下有益效果：
上述无损灌装设备在灌装口内设置有半闭合阀芯，通过半闭合阀芯使灌装口仅具有全开状态和半开状态，不会产生全闭合状态；在灌装口处于全开状态时，半闭合阀芯离开灌装口，储料容器中的含固体颗粒胶体会在自重的作用下从灌装口流出并灌入包装中，此时，无损灌装设备处于灌装过程中；当半闭合阀芯伸入灌装口中时，灌装口处于半开状态或半闭合状态，此时，储料容器中的含固体颗粒胶体仍会在自重的作用下向灌装口流动，由于含固体颗粒胶体具有粘性，通过控制灌装口处含固体颗粒胶体的压力值即可控制固体颗粒胶体的流动速度，从而通过调节灌装口处含固体颗粒胶体的压力值可以使灌装口处的含固体颗粒胶体达到静止状态，即，使灌装口中的含固体颗粒胶体处于灌装与停止之间的工艺过程平衡点，此时，无损灌装设备处于暂停状态。
由于上述无损灌装设备采用半闭合阀芯，不会产生全闭合状态，使含固体颗粒胶体不会因灌装口的闭合而产生固体颗粒物的挤压现象，因此，含固体颗粒胶体中的固体颗粒物不会因挤压而产生碎渣，从而使产品的美观度能够达到预期的视觉效果；同时，在灌装口处于半开状态时，可以通过控制储料容器的高度来调节灌装口处含固体颗粒胶体的压力值，使含固体颗粒胶体处于静止状态，不会产生溢流污染。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的无损灌装设备中灌装口处于全开状态时的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的无损灌装设备中灌装口处于半开状态时的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的无损灌装方法的流程图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本申请实施例提供了一种含固体颗粒胶体的无损灌装设备及无损灌装方法，主要用于日化行业的直流灌装生产线中，该无损灌装设备不仅可以用于灌装含固体颗粒胶体，也可以灌装能够流动且具有粘性的其它材料。
实施例一
本申请实施例提供了一种用于含固体颗粒胶体的无损灌装设备，该无损灌装设备包括储料容器、高度调节装置、半闭合阀芯2和控制装置；其中：
由于储料容器中的含固体颗粒胶体会在自身重力的作用下向灌装口1流动，在储料容器的底部设置有灌装口1，灌装口1具有通过含固体颗粒胶体的灌装通道；储料容器用于储存需要灌装的含固体颗粒胶体等灌装物，使得灌装物通过灌装口1的灌装通道进入瓶、罐等包装内；
高度调节装置安装于储料容器，用于调节储料容器的高度；高度调节装置可以为气缸、液压缸或电动推杆；高度调节装置可以安装于储料容器的底部，并作为支架支承储料容器，也可以将气缸安装于支架等底座上；高度调节装置也可以通过支架安装于储料容器的顶部；通过高度调节装置能够调节储料容器的高度，进而调节储料容器内含固体颗粒胶体的重心高度，目的是调节含固体颗粒胶体等灌装物在灌装口1处产生的压力；
半闭合阀芯2安装于灌装口1内，半闭合阀芯2的截面积小于灌装通道的截面积，用于控制灌装口1在全开状态或半开状态转换；如图1结构所示，半闭合阀芯2位于灌装口1的外部，此时，灌装口1的灌装通道处于全部开启状态，灌装通道的整个截面均能实现含固体颗粒胶体的流通，灌装口1处于全开状态；如图2结构所示，半闭合阀芯2的部分位于灌装口1的内部，由于半闭合阀芯2的截面积小于灌装通道的截面积，因此，位于灌装口1内部的半闭合阀芯2堵塞部分灌装通道，使得灌装口1的部分灌装通道处于开启状态，此时，灌装口1处于半开状态或半闭合状态，在灌装口1与半闭合阀芯2之间具有能够通过含固体颗粒胶体的间隙；如图1和图2结构所示，半闭合阀芯2可以为阀针；
控制装置与高度调节装置和半闭合阀芯2信号连接，用于在灌装口1处于半开状态时，控制储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与灌装口1之间的实际高度差小于高度差设定值。控制装置可以为微电脑、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)、CPU(central processing unit，中央处理器)等具有控制功能的元器件；通过控制装置可以对高度调节装置进行控制，以通过高度调节装置的动作调节储料容器的高度；控制装置还可以控制半闭合阀芯2，以便实现灌装口1在全开状态和半开状态之间的状态切换。
上述无损灌装设备在灌装口1内设置有半闭合阀芯2，通过半闭合阀芯2使灌装口1仅具有全开状态和半开状态，不会产生全闭合状态；在灌装口1处于全开状态时，半闭合阀芯2离开灌装口1，储料容器中的含固体颗粒胶体会在自重的作用下从灌装口1流出并灌入包装中，此时，无损灌装设备处于灌装过程中；当半闭合阀芯2伸入灌装口1中时，灌装口1处于半开状态或半闭合状态，此时，储料容器中的含固体颗粒胶体仍会在自重的作用下向灌装口1流动，由于含固体颗粒胶体具有粘性，通过控制灌装口1处含固体颗粒胶体的压力值即可控制固体颗粒胶体的流动速度，从而通过调节灌装口1处含固体颗粒胶体的压力值可以使灌装口1处的含固体颗粒胶体达到静止状态，即，使灌装口1中的含固体颗粒胶体处于灌装与停止之间的工艺过程平衡点，此时，无损灌装设备处于暂停状态。
由于上述无损灌装设备采用半闭合阀芯2，不会产生全闭合状态，使含固体颗粒胶体不会因灌装口1的闭合而产生固体颗粒物的挤压现象，因此，含固体颗粒胶体中的固体颗粒物不会因挤压而产生碎渣，从而使产品的美观度能够达到预期的视觉效果；同时，在灌装口1处于半开状态时，可以通过控制储料容器的高度来调节灌装口1处含固体颗粒胶体的压力值，使灌装口1处的含固体颗粒胶体所受的压力小于胶体与半闭合阀芯2和灌装口1之间产生的摩擦力，使灌装口1处的含固体颗粒胶体保持在灌装口1处，使含固体颗粒胶体处于静止状态，不会产生溢流污染。
一种具体的实施方式中，高度差设定值由控制装置根据泊肃叶定律确定。
泊肃叶定律的计算公式为：
Figure BDA0002254654790000061
其中，η为含固体颗粒胶体的粘度系数；ρ为含固体颗粒胶体的密度；h为储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与灌装口1之间的高度差设定值；π为圆周率；g为重力加速度；r为灌装口1的半径；t为时间；l为含固体颗粒胶体的顶面与灌装口1之间的实际长度；V为流出的含固体颗粒胶体的体积；m为常量，一般取1。根据图1和图2结构可知，半闭合阀芯2无论处于打开还是关闭时，灌装口1内均会存在间隙，但因含固体颗粒胶体的粘度特性，如胶体粘度为2000Pa·s-5000Pa·s，在灌装口1处含固体颗粒胶体的压力不变时，灌装口1间隙小于一定数值时，胶体会因粘度停止向下流动，由此产生等同阀芯完全闭合的效果。
根据上述公式可知，在胶体粘度不变的情况下，灌装口1处含固体颗粒胶体所受的压力与储料容器内含固体颗粒胶体的高度有关，因此，可以通过控制储料容器内含固体颗粒胶体的高度来调节灌装口1处含固体颗粒胶体所受的压力，从而实现半闭合阀芯2的全闭合效果，同时还能防止胶体溢流而产生的溢流污染问题。
为了实现胶体粘度的实时检测，上述无损灌装设备还包括安装于储料容器内的粘度检测装置，粘度检测装置用于检测含固体颗粒胶体的粘度值。粘度检测装置可以为在线粘度仪。
为了实现灌装口1处含固体颗粒胶体所受的压力的实时检测，上述无损灌装设备还包括安装于灌装口1的压力检测装置，压力检测装置用于检测灌装口1处含固体颗粒胶体的压力值。压力检测装置可以为压力传感器。
为了方便实时检测和控制储料容器与灌装口1之间的高度差，上述无损灌装设备还包括安装于储料容器内的高度检测装置，高度检测装置用于检测储料容器内含固体颗粒胶体的顶面高度。高度检测装置可以为液位传感器。通过液位传感器等高度检测装置可以实时检测储料容器内含固体颗粒胶体的顶面高度，根据已知的灌装口1的高度，可以通过控制装置计算得出储料容器内含固体颗粒胶体的顶面与灌装口1之间的高度差。
实施例二
如图3所示，本申请实施例还提供了一种含固体颗粒胶体的无损灌装方法，该无损灌装方法采用上述实施例提供的任意一种无损灌装设备进行无损灌装，上述无损灌装方法包括以下步骤：
步骤S10，确定储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与灌装口1之间的高度差设定值；采用上述无损灌装设备进行灌装时，储料容器中的含固体颗粒胶体会在自重的作用下从灌装口1流出并灌入包装中，高度差设定值可以通过泊肃叶定律计算得出储料容器内含固体颗粒胶体的粘度系数可以通过在线粘度仪等粘度检测装置进行检测确定，并将检测的结果输入到控制装置；灌装口1处含固体颗粒胶体的压力值可以通过压力传感器进行检测，并将检测到的结果输入到控制装置；根据检测的粘度值和压力值，通过控制装置确定高度差设定值；
步骤S20，当灌装口1处于半开状态时，控制储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与灌装口1之间的实际高度差小于高度差设定值。
高度差设定值为在灌装口1处于半开状态时保证灌装口1处含固体颗粒胶体不溢流的高度差值，即，储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与灌装口1之间的最大高度差。
当灌装口1处于半开状态时，含固体颗粒胶体在自重作用下仍会向下流动，当将储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与灌装口1之间的实际高度差调节到小于高度差设定值时，灌装口1处的含固体颗粒胶体所受的压力小于胶体与半闭合阀芯2和灌装口1之间产生的摩擦力，使灌装口1处的含固体颗粒胶体保持在灌装口1处，不会产生溢流，从而防止溢流污染的现象发生。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种含固体颗粒胶体的无损灌装设备，其特征在于，包括：
储料容器，底部设置有灌装口，所述灌装口具有通过含固体颗粒胶体的灌装通道；
高度调节装置，安装于所述储料容器，用于调节所述储料容器的高度；
半闭合阀芯，安装于所述灌装口内，所述半闭合阀芯的截面积小于所述灌装通道的截面积，用于控制所述灌装口在全开状态或半开状态转换；当所述灌装口处于半开状态时，所述阀芯位于所述灌装通道内，在所述灌装口与所述半闭合阀芯之间具有能够通过含固体颗粒胶体的间隙；
控制装置，与所述高度调节装置和所述半闭合阀芯信号连接，用于在所述灌装口处于半开状态时，控制所述储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与所述灌装口之间的实际高度差小于高度差设定值。
2.根据权利要求1所述的无损灌装设备，其特征在于，所述高度差设定值由所述控制装置根据泊肃叶定律确定。
3.根据权利要求2所述的无损灌装设备，其特征在于，还包括安装于所述储料容器内的粘度检测装置，所述粘度检测装置用于检测含固体颗粒胶体的粘度值。
4.根据权利要求3所述的无损灌装设备，其特征在于，还包括安装于所述灌装口的压力检测装置，所述压力检测装置用于检测所述灌装口处含固体颗粒胶体的压力值。
5.根据权利要求4所述的无损灌装设备，其特征在于，还包括安装于所述储料容器内的高度检测装置，所述高度检测装置用于检测所述储料容器内含固体颗粒胶体的顶面高度。
6.根据权利要求5所述的无损灌装设备，其特征在于，所述粘度检测装置为在线粘度仪；所述压力检测装置为压力传感器；所述高度检测装置为液位传感器。
7.根据权利要求6所述的无损灌装设备，其特征在于，所述高度调节装置可以为气缸、液压缸或电动推杆。
8.根据权利要求7所述的无损灌装设备，其特征在于，所述半闭合阀芯为阀针。
9.一种含固体颗粒胶体的无损灌装方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的无损灌装设备进行无损灌装，包括以下步骤：
确定所述储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与所述灌装口之间的高度差设定值；
当灌装口处于半开状态时，控制所述储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与所述灌装口之间的实际高度差小于高度差设定值。
10.根据权利要求9所述的无损灌装方法，其特征在于，确定所述储料容器内的含固体颗粒胶体的顶面与所述灌装口之间的高度差设定值，具体包括：
检测储料容器内含固体颗粒胶体的粘度值；
检测灌装口处含固体颗粒胶体的压力值；
根据检测的粘度值和压力值，确定高度差设定值。
11.根据权利要求10所述的无损灌装方法，其特征在于，根据检测的粘度值和压力值，确定高度差设定值时，采用泊肃叶定律计算得出。
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