Аппараты для дозирования жидкостей

К дозаторам относят устройства для точного автоматического разделения на дозы жидкостей, сыпучих продуктов и других материалов. Каждый аппарат оснащен электронным блоком управления, который работает на базе компьютера. Детали дозирующих установок, контактирующие с фасуемым веществом, изготавливаются из высококачественных материалов. Обычно применяются нержавеющие стали, титан и пластик.

Дозирование является важным этапом любого промышленного производства, цель которого заключается в том, чтобы в каждую тару был налит заданный пользователем объем продукта. Из-за различий в физических свойствах жидкостей это может оказаться непростой задачей, так как они имеют разную плотность, вязкость, растворимость, проводимость и многое другое. Недолив или перелив недопустим, так как чреват наложением штрафов. Поэтому к оборудованию предъявляются высокие требования:

• точность измерения фасуемого продукта;
• простота технического обслуживания;
• возможность встраивания устройств в технологические линии;
• удобство управления и настройки.

Для дозирования различных жидкостей и паст применяются методы, отличающиеся гигиеничностью, скоростью, точностью и ценой. Например, при розливе пищевых жидких продуктов основное внимание обращается на соблюдение гигиенических требований, а для фасовки средств косметики важна точность.

Какие бывают дозаторы?

Существует несколько классификаций аппаратов для дозирования жидкостей. Обычно их разделяют на группы по следующим свойствам:

• метод дозирования;
• количество одновременно выполняемых дозировок;
• свойства дозируемой жидкости (например, молоко и сливочное масло имеют различную текучесть);
• возможность варьирования объема дозы;
• наличие контакта продукта с узлами дозатора.

В конструкции современных промышленных дозаторов используется два метода дозирования жидкостей:

• объемный;
• весовой.

Рассмотрим их более подробно.

Объемные аппараты

Дозирование жидкостей в данных устройствах производится соразмерно их объему. Разновидностями объемных приборов являются поршневые и шестеренчатые модели.

Поршневое дозирование основано на возвратно-поступательном движении поршня. Сам процесс состоит из двух этапов. На первом происходит всасывание определенного объема жидкости в цилиндр, а на следующем производится выталкивание дозы в тару. Поступательное движение поршня может осуществляться пневмоприводом либо кулачком. Поршень, приводимый сжатым воздухом, имеет низкую цену, но его использование требует надежной работы пневмосети, а также значительных затрат на энергию и техническое обслуживание. Механический привод поршня с помощью кулачка отличает более высокая точность и скорость дозирования, а также надежность в работе.

Работа шестеренчатых дозаторов основана на вращении шестерни в корпусе. Дозировка производится по числу ее оборотов либо через клапан.

Весовые приборы

Работа устройств весового типа заключается в автоматическом взвешивании и дозировке необходимой массы жидкостей, паст и сыпучих продуктов в процессе упаковывания товара. Измерение количества материала в таре производится тензометрическим датчиком, сигнал которого подается на контроллер. Он останавливает подачу жидкости при достижении массы, заданной оператором на пульте управления.

Как работает система дозирования

Рассмотрим особенности применения наиболее распространенных типов аппаратов для дозирования жидкостей.

Процесс дозирования по весу

Технология розлива выглядит следующим образом:

• установка пустой тары на площадку для измерения веса с помощью тензометрического датчика;
• взвешивание массы тары;
• заполнение жидкостью с отслеживанием текущего веса контроллером;
• остановка подачи продукта при достижении заданного показателя;
• укупоривание тары.

Данный процесс в автоматических системах дозирования жидкостей выполняется одновременно из нескольких головок установки. Среднее время наполнения литровой бутылки воды составляет 5–10 с. Дополнительные возможности, которые предоставляет весоизмерительный метод, состоят в выявлении разбитых бутылок (они имеют меньший вес, чем целые, и медленнее увеличивают массу при розливе), что позволяет удалить их с конвейера. Точность дозирования до грамма обеспечивается калибровкой тензометрических приборов с помощью эталонных гирь.

Весовой метод исключает контакт продукта с дозатором, что объясняет его успешное применение в таких отраслях, как производство пищевых продуктов и химическая промышленность.

Дозирование с помощью датчика уровня

Заполнение тары производится до достижения одинакового уровня жидкости в бутылках, что важно при визуальном контроле покупателями в магазинах. В процессе розлива в горлышко вставляется датчик, и наполнение производится до момента контакта с ним свободной поверхности жидкости, либо прибор реагирует на объемное изменение продукта снаружи тары.

Недостатком данного типа дозаторов является низкая точность, так как объем тары непостоянен. Поэтому он предназначается для дозирования недорогих товаров. Однако отлично подходит для розлива газированных напитков, который производят в условиях одинакового давления в бутылке и головке дозатора.

Дозирование с помощью перистальтического насоса

Основное отличие данного дозатора от других типов объемного дозирования жидкости состоит в отсутствии контакта фасуемого продукта с деталями дозатора. Насос представляет собой трубку из силикона, внутри которой перемещается дозируемый материал из накопительной емкости в тару за счет пережатия вращающимися роликами. По известным значениям внутреннего диаметра силиконовой трубки и минимального угла поворота роликов контроллер рассчитывает число их вращений для получения заданной дозы жидкости.

Перистальтические насосы, благодаря своему главному качеству — не загрязнять фасуемый продукт, отличаются гигиеничностью и чаще всего используются для дозирования стерильных жидкостей. Они обладают высокой точностью, устойчивы к коррозионному разрушению и применяются также для дозирования агрессивных жидкостей, паст и химических веществ.

Поршневое дозирование

При возвратно поступательном движении поршня в цилиндре над ним создается разрежение, которое открывает клапан на всасывающей магистрали подачи дозируемой жидкости из накопительного контейнера в образованную мерную полость. Обратным ходом поршень закрывает всасывающий клапан и вытесняет дозу в тару через открывающийся клапан на нагнетательном трубопроводе.

Чтобы увеличить скорость дозирования и уменьшить колебания жидкости в контейнере, применяют систему с двунаправленным поршнем и мембранным клапаном (насосы FULL). Конструкция такого дозатора позволяет исключить отдельный ход всасывания. При движении поршня в одной полости создается разрежение и в нее поступает из контейнера дозируемая жидкость по всасывающему трубопроводу при открытии установленного на ней клапана. При этом мембранный клапан из ПТФЭ, находящийся в контейнере, впускает в него мерное количество воздуха, чтобы заместить отобранную из контейнера жидкость. Это исключает попадание неконтролируемого объема воздушной среды из контейнера во всасывающую полость дозатора. В другой полости цилиндра одновременно с этим происходит повышение давления и вытеснение дозы жидкости в тару. Конструктивные решения по предотвращению накопления воздуха в дозаторе (мембранный датчик контейнера, горизонтальное расположение поршневой системы), а также длинный и плавный ход поршня обеспечивают высокую точность дозирования (1 %).

Также в 2 раза повышается производительность процесса дозировки, сводятся к минимуму негативные процессы окисления или высыхания дозируемых жидкостей.

Технические характеристики

Основными параметрами, характеризующими совершенство дозаторов, являются точность и скорость дозирования. Из рассмотренных методов наибольшей точностью обладает весовой способ — около 0,1 %, объемное дозирование и перистальтические насосы достигают значений 0,5–1 %, дозирование датчиками уровня в стеклянную тару дает погрешность в 2–5 %.

Скорость дозирования при наполнении стеклянной литровой бутылки: по объему оценивается в 5 с, по уровню 2–4 с, по весу 5 с.

Сферы применения

Аппараты для дозирования жидкостей используются:

• в пищевой промышленности (дозирование напитков при производстве, кофемашины, торговые автоматы);
• строительной индустрии (дозирование материалов на водной основе);
• косметической промышленности (розлив лосьонов, эфирных масел, лаков для ногтей, шампуней, кремов);
• фармацевтической отрасли (дозирование реагентов, настоек, мазей);
• производстве керамики (дозирование компонентов);
• горнодобывающей промышленности и металлургии (дозирование жидкостей для резки драгметаллов и легирующих добавок);
• научных исследованиях (проведение капельных экспериментов);
• медицине (дозирование компонентов стерилизации).

В сельском хозяйстве устройства используют для дозированного внесения удобрений.

Как купить дозатор

Для подбора дозирующего оборудования по каталогу следует обратить внимание на следующие параметры:

• свойства дозируемого продукта;
• требуемый объем дозы;
• время заполнения;
• количество одновременно дозируемых объемов;
• требуемая погрешность дозирования.

Также необходимо учитывать паузы для смены наполненной тары (тюбик, флакон, бутылка), объем накопительного контейнера, степень автоматизации, гигиенические требования и т. д.