Фасування та пакування сипучих продуктів

Універсального способу пакування всіх сипучих матеріалів не існує. Борошно, цукор, зерно, комбікорм, гранули, крохмаль, сухі будівельні суміші та мінеральні порошки відрізняються насипною густиною, розміром частинок, сипучістю, пиловиділенням і здатністю утримувати повітря. Саме характеристики продукту разом із масою дози, типом упаковки та необхідною продуктивністю визначають конструкцію фасувального та пакувального обладнання.

Промислові системи дозування та пакування використовують у харчовій, зернопереробній, комбікормовій, аграрній, хімічній, будівельній та інших галузях. Серед типових продуктів:

• борошно та крохмаль;
• цукор і сіль;
• крупи та рис;
• зерно і насіння;
• комбікорм та кормові добавки;
• гранули й пелети;
• сухе молоко та порошкоподібні харчові інгредієнти;
• сухі суміші;
• добрива;
• полімерні гранули;
• цемент, гіпс та інші будівельні матеріали;
• мінеральні та хімічні порошки.

Однак сама назва продукту недостатня для вибору машини. Наприклад, два порошки можуть мати абсолютно різну поведінку під час дозування. Один вільно надходить із бункера під дією сили тяжіння, інший ущільнюється, аерується або утворює зависання. Тому перед вибором обладнання потрібно оцінювати реальні фізичні характеристики матеріалу.

Для проєктування пакувальної ділянки важливо знати не тільки необхідну масу упаковки. На вибір системи подачі, дозатора та способу наповнення впливають:

• насипна густина продукту;
• розмір і форма частинок;
• сипучість;
• вологість;
• пиловиділення;
• схильність до злежування та утворення склепінь;
• здатність матеріалу аеруватися;
• абразивність;
• крихкість гранул;
• температура продукту під час пакування;
• санітарні або спеціальні виробничі вимоги.

Саме тому продуктивність промислової фасувальної машини не варто оцінювати окремо від продукту. Фактична швидкість фасування залежить не тільки від конструкції обладнання, а й від густини, сипучості, здатності продукту до аерації, способу дозування, формату упаковки та інших параметрів технологічного процесу.

Подача продукту

Матеріал надходить до пакувальної ділянки з технологічної установки, силосу, накопичувального або проміжного бункера. Завдання системи подачі — забезпечити стабільне надходження продукту до дозатора без неконтрольованих перепадів потоку.

Залежно від властивостей матеріалу можуть використовуватися гравітаційні канали, шнекові живильники, стрічкові транспортери, вібраційні пристрої та інші системи переміщення.

Дозування та зважування

Наступний етап — формування заданої порції. Дозувальне обладнання для сипучих продуктів повинно бути узгоджене зі швидкістю пакувальної машини: якщо дозатор не встигає сформувати необхідну порцію, саме він обмежуватиме продуктивність усієї лінії.

У промислових системах застосовують вагові, шнекові, гравітаційні, стрічкові, вібраційні та інші принципи подачі. Конкретна технологія залежить від продукту.

Наповнення упаковки

Після дозування продукт надходить у пакет, мішок або контейнер. Залежно від обладнання використовується готова упаковка або вона формується безпосередньо в машині з рулонного матеріалу.

Для пилоподібних і аерованих продуктів конструкція наповнювального вузла особливо важлива. Повітря, яке потрапляє в продукт під час транспортування або дозування, збільшує його об'єм і може ускладнювати формування компактного мішка. Для таких задач можуть застосовуватися системи ущільнення або деаерації.

Закриття упаковки

Після наповнення упаковка повинна бути закрита способом, який відповідає її конструкції та матеріалу. Для промислових мішків використовують прошивання, термозварювання, клейове закриття та інші технології. Для клапанної тари сам принцип наповнення та закриття відрізняється від роботи з відкритим мішком.

Пакети малої та середньої маси

Для продукції, призначеної для роздрібної торгівлі або подальшого використання невеликими порціями, застосовують пакети малої та середньої маси. Це характерно для борошна, круп, цукру, солі, харчових інгредієнтів та іншої продукції. Для частини таких завдань використовується обладнання для фасування в паперові пакети.

Пакувальна машина може працювати з попередньо виготовленими пакетами або формувати упаковку з рулонного матеріалу. Дозувальна система підбирається окремо відповідно до властивостей продукту.

Мішки з відкритим верхом

Фасування у мішки з відкритим верхом застосовується для широкого спектра порошкоподібних, зернових і гранульованих матеріалів. Мішок подається до фасувального патрубка у відкритому вигляді, фіксується, наповнюється заданою кількістю продукту, після чого передається до системи закриття.

Мішки можуть виготовлятися з паперу, поліетилену, тканого поліпропілену та комбінованих матеріалів. На автоматизованій лінії операції подачі порожнього мішка, його відкривання, встановлення на фасувальну горловину, наповнення та передавання на закриття можуть виконуватися без ручного втручання.

Для виробництв із великим потоком готової продукції можуть застосовуватися карусельні фасувальні машини, в яких технологічні операції розподіляються між декількома робочими позиціями.

Клапанні мішки

Фасування у клапанні мішки використовується насамперед для порошкоподібних і дрібнодисперсних матеріалів. Продукт надходить усередину через спеціальний клапан. Такий формат поширений для борошна, цементу, сухих будівельних сумішей, мінеральних та хімічних порошків.

Клапанна технологія потребує відповідної конструкції наповнювального патрубка та узгодження характеристик мішка з фасувальною машиною. Матеріал тари, конструкція клапана та здатність упаковки відводити повітря можуть безпосередньо впливати на процес наповнення.

FFS — формування, наповнення та запаювання мішка

FFS (Form, Fill & Seal) відрізняється від роботи з готовими мішками тим, що упаковка виготовляється безпосередньо в машині. Рулонний матеріал подається до пакувального вузла, формується мішок, виконується наповнення, після чого упаковка герметично закривається.

FFS широко застосовується для гранульованої та порошкоподібної продукції. Однією з переваг технології є відсутність окремого запасу готових порожніх мішків: пакувальний матеріал надходить у рулоні. Водночас параметри плівки, зварювання та відведення повітря повинні відповідати конкретному продукту.

Фасування у Big Bag

Для великих промислових партій використовуються м'які контейнери Big Bag (FIBC). Такі системи застосовують для гранул, порошків, зернових продуктів, добрив, сировини та інших сипучих матеріалів.

Станція наповнення повинна забезпечувати правильне позиціонування контейнера, його утримання під час завантаження та контроль кількості продукту. Залежно від технологічного завдання зважування може виконуватися безпосередньо під час заповнення або продукт попередньо дозується у ваговому бункері.

Вагове дозування може бути організоване за принципом gross weighing або net weighing.

При gross weighing продукт зважується безпосередньо в упаковці або контейнері під час його наповнення.

При net weighing задана порція спочатку формується в окремому ваговому бункері, а після завершення циклу зважування скидається в упаковку.

Вибір схеми залежить від продукту, необхідної продуктивності, компонування лінії та інших технологічних вимог. Для точності важливий не тільки ваговий модуль, але й контроль потоку продукту до вагового бункера. Особливо важливо стабільно керувати завершальною стадією подачі, коли дозатор наближається до заданої маси.

Одна з найпоширеніших помилок під час вибору обладнання — орієнтуватися тільки на необхідну масу мішка. Насправді однакову дозу різних продуктів може бути доцільно формувати принципово різними способами. Тому вибір дозатора для пакувальної машини потрібно виконувати з урахуванням фізичних характеристик матеріалу.

• Гравітаційна подача підходить для продуктів, які стабільно і вільно висипаються під дією власної ваги.
• Шнекова подача широко застосовується для порошків та матеріалів, потоком яких потрібно активно керувати.
• Стрічкова подача використовується для низки гранульованих і зернистих продуктів.
• Вібраційна подача може застосовуватися там, де необхідно контрольовано переміщувати продукт до вагового вузла.

На практиці конкретний принцип визначають після аналізу продукту, а для складних матеріалів доцільно проводити випробування на зразках.

Повністю автоматизована система може охоплювати весь шлях продукту від накопичувального бункера до готової палети. Комплектація визначається виробничим завданням, а окремі вузли об'єднуються в єдину лінію пакування.

Типова структура може включати:

1. накопичення та подачу продукту;
2. дозування і зважування;
3. подачу готової упаковки або її формування;
4. автоматичне позиціонування мішка;
5. наповнення;
6. за необхідності — ущільнення або деаерацію;
7. закриття упаковки;
8. контроль маси;
9. транспортування готових мішків;
10. палетування;
11. стабілізацію та захист готової палети.

Промислові пакувальні системи можуть бути як напівавтоматичними, де оператор встановлює порожній мішок, так і повністю автоматичними — з автоматичною подачею тари, закриттям, транспортуванням і палетуванням.

За високої продуктивності ручне укладання мішків стає окремим обмеженням лінії. Тому після фасувальної машини та контрольної ділянки готові упаковки можуть автоматично передаватися до палетайзера.

Перед укладанням мішок за необхідності вирівнюється або ущільнюється. Палетайзер формує задану схему шарів, після чого готова палета може передаватися на обмотування стретч-плівкою, Stretch Hood або іншу систему стабілізації вантажу.

Автоматизація цієї ділянки особливо важлива при безперервній роботі фасувальної машини: продуктивність палетайзера та транспортної системи повинна відповідати потоку упаковок, інакше обладнання після фасувальної машини обмежуватиме продуктивність усієї лінії.