Vietnamese 
English 
Arabic 
Indonesian 
Malay 
Thai 
Korean 
Russian 
French 
Italian 
Japanese 
Portuguese 
Turkish 
Spanish Giới thiệu
Chất lỏng độ nhớt Độ nhớt là lực cản dòng chảy của chất lỏng, thường được mô tả là ma sát nội tại. Chất lỏng có độ nhớt cao (đặc, chảy chậm) cản trở chuyển động, trong khi chất lỏng có độ nhớt thấp (loãng, chảy tự do) di chuyển dễ dàng. Trong thực tế, độ nhớt được đo bằng Pascal-giây (Pa·s) hoặc centipoise (cP), trong đó 1 cP = 0,001 Pa·s (nước ở nhiệt độ phòng ≈1 cP). Độ nhớt ảnh hưởng mạnh mẽ đến cách chất lỏng chảy qua vòi phun, bơm và ống dẫn trong quá trình chiết rót. Trong các dây chuyền chiết rót tự động, việc kết hợp thiết kế máy với độ nhớt của sản phẩm là rất quan trọng: máy không phù hợp có thể dẫn đến chiết rót không chính xác, lưu lượng chảy chậm hoặc lãng phí sản phẩm. Nhìn chung, cao hơn độ nhớt có nghĩa là dòng chảy tự nhiên chậm hơn, do đó cần có các biện pháp đặc biệt (bơm, áp suất, piston), trong khi thấp hơn Chất lỏng có độ nhớt thường phụ thuộc vào trọng lực hoặc phương pháp chiết rót đơn giản. Bài viết này giải thích về độ nhớt và cách nó ảnh hưởng đến các máy chiết rót khác nhau, những thách thức vận hành theo phạm vi độ nhớt và các phương pháp kỹ thuật tối ưu để chiết rót chính xác và hiệu quả.
Khoa học về độ nhớt
Độ nhớt là gì?
Độ nhớt định lượng khả năng chống lại lực cắt hoặc lực chảy của chất lỏng. Theo định luật độ nhớt của Newton, ứng suất cắt giữa các lớp chất lỏng tỷ lệ thuận với građien vận tốc: τ = μ (du/dy), trong đó μ (độ nhớt động) là hằng số tỷ lệ. Do đó, độ nhớt biểu thị "độ đặc" của chất lỏng. Chất lỏng có μ cao (mật ong, xi-rô) cần lực lớn hơn để chảy; chất lỏng có μ thấp (nước, cồn) chảy dễ dàng. Độ nhớt thường được tính bằng Pa·s (SI) hoặc centipoise (cP): 1 Pa·s = 1000 cP, do đó 1 cP = 0,001 Pa·s. Ví dụ, nước ở 20 °C có độ nhớt khoảng 1 cP, trong khi mật ong thông thường dao động trong khoảng 2000–3000 cP.
Chất lỏng được chia thành hai loại chính: Newton Và phi Newton. Chất lỏng Newton (nước, dầu) có độ nhớt không đổi, không phụ thuộc vào tốc độ cắt; biểu đồ ứng suất cắt so với tốc độ cắt của chúng là tuyến tính. Các chất lỏng phổ biến nhất là phi Newton, nghĩa là độ nhớt thay đổi theo tốc độ cắt hoặc thời gian. Ví dụ, chất lỏng pha loãng do cắt (giả dẻo) như tương cà hoặc sơn sẽ loãng hơn khi chảy nhanh hơn, trong khi chất lỏng đặc do cắt (hỗn hợp bột bắp-nước) trở nên nhớt hơn khi chịu ứng suất. Một số vật liệu có giới hạn chảy (nhựa Bingham, ví dụ như mayonnaise) phải vượt quá giới hạn này trước khi chảy. Trong máy chiết rót, hành vi phi Newton có nghĩa là lưu lượng có thể thay đổi theo tốc độ bơm hoặc tác động của máy khuấy, vì vậy thiết bị phải thích ứng với những thay đổi như vậy.
Độ nhớt và động lực học dòng chảy trong hệ thống chiết rót
Động lực học chất lỏng trong hệ thống chiết rót phụ thuộc vào độ nhớt. Số Reynolds (Re = ρuL/μ) dự đoán dòng chảy tầng hay dòng chảy rối; μ cao tạo ra Re thấp (dòng chảy tầng trong đó lực nhớt chiếm ưu thế), trong khi μ thấp hoặc tốc độ cao có thể tạo ra Re cao hơn (dòng chảy rối). Trên thực tế, hầu hết dòng chảy đóng chai và đóng gói là dòng chảy tầng hoặc dòng chảy chuyển tiếp, đặc biệt là đối với các sản phẩm nhớt, vì vậy các nhà thiết kế thường giả định dòng chảy do lực nhớt chiếm ưu thế.
Ứng suất cắt (lực trên mỗi diện tích) được tác động bởi bơm và đường ống lên chất lỏng; theo định luật Newton, mỗi lớp chất lỏng trượt qua lớp chất lỏng khác với ứng suất τ = μ (du/dy). Bơm và vòi phun phải vượt qua được ứng suất cắt này. Chất lỏng có độ nhớt cao cần bơm hoặc piston mạnh hơn để tạo ra lực cắt cần thiết. Ngược lại, chất lỏng có độ nhớt thấp tạo ra ứng suất cắt nhỏ hơn nhưng có thể bắn tung tóe hoặc tạo ra nhiễu loạn ở tốc độ cao.
Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến độ nhớt: hầu hết các chất lỏng loãng ra khi chúng ấm lên. Ví dụ, mật ong chảy dễ dàng hơn nhiều khi được làm nóng. Máy chiết rót phải tính đến điều này: ngay cả những thay đổi nhỏ về nhiệt độ cũng có thể thay đổi độ nhớt đủ để thay đổi lưu lượng. Trong sản xuất đồng đều, việc kiểm soát nhiệt độ (bồn chứa được làm nóng hoặc điều hòa nhiệt độ) giúp duy trì độ nhớt ổn định. Nếu nhiệt độ dao động, người vận hành thường điều chỉnh thời gian chiết rót, tốc độ bơm hoặc cài đặt áp suất ngược để bù đắp cho sự thay đổi độ nhớt do đó. Nhìn chung, việc tăng nhiệt độ làm giảm độ nhớt và cải thiện lưu lượng, vì vậy việc làm nóng trước các sản phẩm rất đặc (ví dụ như sáp ấm, dầu) có thể giúp chiết rót trơn tru hơn.
Các loại máy chiết rót và phạm vi độ nhớt của chúng
Dây chuyền chiết rót tự động sử dụng các loại máy khác nhau được thiết kế riêng cho độ nhớt và đặc tính sản phẩm. Sau đây là tóm tắt các loại chiết rót phổ biến và phạm vi độ nhớt lý tưởng của chúng:
Chất độn trọng lực
Máy chiết rót trọng lực hoạt động dựa trên một bể chứa được đặt phía trên đầu chiết rót. Van mở ra và chất lỏng chảy xuống các bình chứa. chỉ bằng trọng lực, trong một khoảng thời gian hoặc mức cố định. Thiết kế này đơn giản và tiết kiệm, nhưng chỉ phù hợp với chất lỏng chảy tự do, độ nhớt thấp. Ứng dụng điển hình bao gồm nước, nước trái cây, sữa và hóa chất dạng lỏng loãng. Do không có bơm, máy chiết rót trọng lực không thể đẩy chất lỏng nặng – chúng phải đủ loãng để chảy nhanh khi van mở. Quá trình chiết rót thường được hẹn giờ (ví dụ, van mở trong 1 giây sẽ chiết được khoảng 100 ml nước). Có thể sử dụng vòi phun chống nhỏ giọt chuyên dụng hoặc miếng chèn kiểm soát bọt để giảm thiểu hiện tượng bắn và nhỏ giọt với các sản phẩm có độ nhớt rất thấp.
Những điểm chính về chất độn trọng lực:
- Nguyên lý hoạt động: Bồn chứa nước nâng cao, nạp nước theo thời gian bằng trọng lực.
- Phạm vi độ nhớt: Chỉ lý tưởng cho chất lỏng có độ nhớt thấp (“mỏng như nước”).
- Ví dụ: Nước đóng chai, đồ uống loãng, dầu nhẹ, rượu.
- Hạn chế: Không thích hợp cho chất lỏng đặc hoặc có bọt; sẽ không đổ đầy nếu chất lỏng quá nhớt hoặc chảy chậm.
Bộ nạp tràn (Bộ nạp mức)
Chất chiết tràn là một giải pháp có độ nhớt thấp khác, thường được sử dụng cho các chai trong suốt, nơi độ đồng đều về mặt thị giác của mức chiết là rất quan trọng. Chúng cũng sử dụng một bình chứa và chiết bằng trọng lực/bơm cho đến khi chất lỏng tràn ngập từ một đường hồi riêng biệt. Trên thực tế, một vòi phun hai phần sẽ chiết rót vào chai đến một độ cao nhất định, sau đó phần chất lỏng (và bọt) dư thừa sẽ chảy ngược về bình nạp. Điều này đảm bảo mọi bình chứa đều được chiết rót đến cùng một mức. Vì sản phẩm phải có khả năng tràn đều, nên máy chiết rót tràn cần độ nhớt từ thấp đến trung bình - thường là chất lỏng dạng nước, siro hoặc nước sốt rất loãng. Chúng không thể xử lý chất lỏng quá đặc hoặc chứa nhiều hạt (những chất này sẽ làm tắc van tràn).
Những điểm chính về chất độn tràn:
- Nguyên lý hoạt động: Đổ đầy cho đến khi mực nước bằng nhau, lượng nước thừa sẽ chảy ngược về bể chứa (cảm biến mực nước/vòi phun).
- Phạm vi độ nhớt: Phù hợp nhất với độ nhớt thấp đến trung bình (nước thành xi-rô); không thích hợp cho kem đặc hoặc chất rắn.
- Ví dụ: Nước ép, nước ngọt, nước sốt nhẹ, hóa chất, chất tẩy rửa tạo bọt.
- Thuận lợi: Bề mặt phẳng đồng nhất; tự điều chỉnh độ cao của bình chứa ngay cả khi thể tích bình chứa thay đổi.
- Hạn chế: Không dùng cho các sản phẩm có độ nhớt cao hoặc dạng bột; đường ống tràn phải sạch các mảnh vụn.
Máy bơm (Bánh răng/Thùy/Truyền động bằng bơm)
Máy bơm chiết rót sử dụng bơm dịch chuyển tích cực (thường là bơm bánh răng, bơm thùy, hoặc bơm nhu động) để vận chuyển chất lỏng từ nguồn cấp vào bình chứa. Trong máy bơm chiết rót bánh răng, mỗi bánh răng quay vận chuyển một thể tích cố định trên mỗi vòng quay (bơm thể tích). Bơm thùy hoạt động tương tự bằng cách giữ các túi chất lỏng giữa các rotor thùy. Loại bơm được lựa chọn để phù hợp với độ nhớt và độ nhạy của sản phẩm. Bơm bánh răng và bơm thùy có thể xử lý phạm vi độ nhớt rộngTừ siro trung bình đến hồ đặc, miễn là không có chất rắn lớn. Chúng cung cấp khả năng kiểm soát thể tích chính xác: đếm số vòng quay của bơm sẽ cho ra thể tích đồng đều. Thông thường, mỗi bơm được điều khiển bởi một động cơ servo, cho phép kiểm soát tốc độ chính xác và khởi động/dừng êm ái mà không bị hiện tượng va đập thủy lực.
Những điểm chính về máy bơm:
- Nguyên lý hoạt động: Bơm dịch chuyển tích cực hút chất lỏng từ phễu/thùng phuy và phân phối một thể tích nhất định trong mỗi chu kỳ.
- Phạm vi độ nhớt: Xử lý được độ nhớt từ trung bình đến cao (xi-rô, dầu, kem, hỗn hợp có hạt nhỏ).
- Ví dụ: Nước sốt trộn salad, dầu động cơ, glycerin, dầu gội đầu, một số loại thực phẩm có hạt nhỏ.
- Thuận lợi: Độ chính xác và khả năng lặp lại cao (thời gian xung của bánh răng), có thể hoạt động liên tục. Bơm bánh răng/bơm thùy chịu được chất lỏng mài mòn hoặc cắt tốt hơn nhiều loại bơm khác (chất lỏng chỉ chảy giữa các rotor). Hệ thống truyền động servo cho phép kiểm soát chặt chẽ tốc độ nạp, không phụ thuộc vào chu kỳ máy.
- Hạn chế: Phức tạp và tốn kém hơn so với hệ thống nạp tràn/tràn trọng lực. Có thể gây ồn, và việc nạp chất lỏng hoặc chất rắn lớn trong thời gian dài vẫn có nguy cơ bị kẹt. Việc nạp bơm có thể cần van chống nhỏ giọt để tránh rò rỉ khi khởi động/dừng.
Máy nạp piston
Máy chiết rót piston (pít-tông) sử dụng cơ cấu xi-lanh và piston để định lượng sản phẩm. Trong mỗi chu kỳ, piston sẽ rút lại (hút chất lỏng vào buồng) rồi tiến lên để đẩy một thể tích cố định ra khỏi vòi xả. Tác động dịch chuyển dương này rất mạnh mẽ, khiến máy chiết rót piston trở nên lý tưởng cho chất lỏng có độ nhớt rất cao hoặc chứa các chất rắn lơ lửng hoặc hạt lớn. Thể tích được thiết lập theo chiều dài hành trình piston, cho phép nạp chính xác bất kể độ nhớt của chất lỏng. Nhiều máy nạp piston để bàn hoặc thẳng hàng có thể được tích hợp vào các dây chuyền tự động lớn hơn.
Những điểm chính về bộ nạp piston:
- Nguyên lý hoạt động: Xi lanh được nạp đầy bằng lực hút (piston thu lại), sau đó piston tạo áp suất và phân phối chất lỏng.
- Phạm vi độ nhớt: Phù hợp với độ nhớt trung bình đến cao (tương cà, kem, bột nhão, gel, nước sốt có khối).
- Ví dụ: Tương cà, mật ong, kem dưỡng da, sơn, sữa chua, nước sốt đặc.
- Thuận lợi: Định lượng thể tích cực kỳ chính xác, xử lý các sản phẩm đặc và dạng hạt mà không phụ thuộc vào trọng lực hay dòng chảy êm ái. Thích hợp để chiết rót vào lọ hoặc vật chứa lớn.
- Hạn chế: Bơm tuần hoàn (không thể chạy liên tục như bơm bánh răng) – tốc độ bị giới hạn bởi tốc độ piston. Độ phức tạp về mặt cơ khí (van, phớt) cao hơn, làm tăng chi phí bảo trì. Piston có thể gây ra lực cắt trên các sản phẩm nhạy cảm với lực cắt nếu tốc độ cao.
Chất độn nhu động (ống)
Máy chiết rót nhu động sử dụng một ống hoặc ống mềm được kẹp giữa các con lăn quay. Mỗi lần con lăn ép chất lỏng về phía trước và tạo ra chân không phía sau, cho phép định lượng chính xác. Vì sản phẩm chỉ tiếp xúc với ống (không tiếp xúc với cơ cấu bơm), những máy chiết rót này rất vệ sinh và lý tưởng cho các chất lỏng nhạy cảm hoặc nguy hiểm. Máy chiết rót nhu động thường được sử dụng cho các chất lỏng có độ nhớt từ thấp đến trung bình và chiết rót theo mẻ nhỏ, chẳng hạn như trong công nghệ sinh học, dược phẩm hoặc mỹ phẩm.
Những điểm chính về chất độn nhu động:
- Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng được chứa trong một ống kín; các con lăn quay sẽ “đẩy” chất lỏng dọc theo ống để phân phối chất lỏng.
- Phạm vi độ nhớt: Thích hợp cho chất lỏng có độ đặc từ thấp đến trung bình (lỏng đến sánh mịn). Khó xử lý các loại bột nhão quá đặc vì điện trở của ống cao.
- Ví dụ: Dược phẩm vô trùng, thuốc thử, hóa chất có độ tinh khiết cao, hương liệu tinh tế, một số loại gel.
- Thuận lợi: Cực kỳ sạch (không có van bị tắc); ống có thể thay thế hoặc khử trùng dễ dàng. Nhẹ nhàng với chất lỏng và bùn nhạy cảm với lực cắt, và có thể xử lý chất lỏng ăn mòn/mài mòn (với ống phù hợp). Định lượng chính xác theo số răng hoặc thời gian.
- Hạn chế: Lưu lượng hạn chế (một ống cho mỗi đầu chiết), do đó không phù hợp để chiết rót số lượng lớn tốc độ cao. Ống dễ bị hao mòn. Ít phù hợp với độ nhớt rất cao (ống có thể bị ép nếu quá đặc).
Thách thức vận hành theo cấp độ nhớt
Mỗi cấp độ nhớt đều đặt ra những thách thức khác nhau trong dây chuyền chiết rót:
Độ nhớt thấp (Chất lỏng loãng): Chất lỏng loãng như nước (nước, cồn, axit) di chuyển nhanh, có thể gây bắn tung tóe hoặc nhỏ giọt khi chiết rót. Nếu không kiểm soát cẩn thận, việc chiết rót nhanh sẽ vượt quá thể tích hoặc tạo ra hiện tượng bắn tung tóe. Apex Filling Systems lưu ý "Chất lỏng loãng có thể dẫn đến chiết rót quá mức và bắn tung tóe nếu không được kiểm soát đúng cách". Vòi phun nhỏ giọt giữa các chu kỳ và lắng không đều là những vấn đề thường gặp. Kiểm soát thời gian chiết rót và sử dụng vòi phun có van chống nhỏ giọt/không xả là rất quan trọng. Bọt cũng có thể hình thành (ví dụ: bia, chất tẩy rửa), do đó có thể cần các thiết bị kiểm soát bọt hoặc chiết rót ban đầu chậm. Nhìn chung, chiết rót có độ nhớt thấp yêu cầu thời gian van chặt chẽ hoặc hệ thống tràn để bắt được lượng dư thừa và tránh lãng phí.
Độ nhớt trung bình (bán lỏng): Các sản phẩm bán nhớt (xi-rô, xà phòng lỏng, nước sốt) chảy chậm hơn và có thể biểu hiện hành vi phi Newton. Tốc độ dòng chảy có thể thay đổi: ví dụ, chất lỏng làm loãng do lực cắt như chất cô đặc trong đồ uống trở nên loãng hơn dưới áp suất bơm, do đó tốc độ dòng chảy có thể tăng trong quá trình bơm và sau đó chậm lại khi lực cắt giảm. Độ nhớt thay đổi này có thể làm cho việc đo lường kém nhất quán trừ khi được tính đến. Tạo bọt cũng có thể xảy ra (nhiều chất lỏng tẩy rửa, bia, đồ uống có ga hoặc nước sốt có ga). Các sản phẩm nhạy cảm với lực cắt (như một số loại kem hoặc dung dịch polyme) có thể mất độ nhớt nếu bơm quá mạnh. Lựa chọn bơm/vòi phun cẩn thận sẽ giúp ích: bơm quay nhu động nhẹ nhàng hoặc lực cắt thấp có thể được sử dụng cho các chất lỏng nhạy cảm. Thông thường, các nhà sản xuất sử dụng kết hợp giữa điều khiển tốc độ bơm và áp suất ngược có thể điều chỉnh để duy trì dòng chảy ổn định. Ghi chú: Apex lưu ý rằng "các sắc thái như độ tạo bọt, độ nhạy cắt và các thông số kỹ thuật khác có thể ảnh hưởng đến lựa chọn của bạn đối với loại máy chiết rót này hơn loại khác", nhấn mạnh rằng các sản phẩm có độ nhớt trung bình thường cần các giải pháp tùy chỉnh (ví dụ: khử khí, cảm biến bọt hoặc thiết kế vòi phun chuyên dụng).
Độ nhớt cao (Chất lỏng đặc): Chất lỏng có độ nhớt cao (kem, gel, bột nhão) chảy chậm và gây ra nhiều vấn đề nhất. Bơm có thể không xả hết xi lanh trước khi kết thúc chu kỳ, gây ra hiện tượng tràn hoặc túi khí. Vòi phun có thể làm tắc nghẽn hoặc kéo lê sản phẩm, đòi hỏi phải có lỗ rộng và tính năng chống nhỏ giọt. Việc vệ sinh rất khó khăn: cặn bám vào thành chai, do đó cần có hệ thống CIP (làm sạch tại chỗ) và gioăng kín chắc chắn. Việc rót sản phẩm có độ nhớt cao đòi hỏi lực (mô-men xoắn) lớn hơn đáng kể từ động cơ hoặc piston. Nếu không đủ áp suất, việc rót có thể bị thiếu; thực tế, "Chất lỏng đặc hơn có thể không được rót hết nếu không có áp suất phù hợp, dẫn đến việc rót thiếu". Để khắc phục điều này, máy móc sử dụng các bộ phận dịch chuyển tích cực (piston hoặc bơm cao áp), và vòi phun được làm lớn hơn và thường được làm nóng hoặc rung. Lực cắt quá mức cũng có thể làm nóng chất lỏng hoặc làm giảm kết cấu. Sau khi rót sản phẩm đặc, việc vệ sinh rất tốn thời gian – cặn dính có thể cần được xả sạch hoặc cạo cơ học. (Đối với tất cả các loại sản phẩm có độ nhớt, thiết kế nguồn cấp và bơm sạch là rất quan trọng.)
Tóm lại, những thách thức về độ nhớt thấp là dòng chảy quá nhanh và bắn tung tóe, những thách thức về độ nhớt trung bình là sự mất ổn định dòng chảy và tạo bọtvà những thách thức về độ nhớt cao là việc đổ đầy không đầy đủ, tắc nghẽn và yêu cầu truyền động caoViệc lựa chọn và điều chỉnh máy móc phù hợp sẽ giảm thiểu những vấn đề này: ví dụ, sử dụng vòi phun kiểm soát tràn hoặc bọt trên chất lỏng loãng và sử dụng bộ nạp piston có vòi phun rộng, ngắn trên chất lỏng đặc.
Những cân nhắc về kỹ thuật khi lựa chọn máy móc
Khi lựa chọn hoặc thiết kế máy chiết rót cho một loại chất lỏng nhất định, các kỹ sư phải cân nhắc độ nhớt ảnh hưởng như thế nào đến hầu hết mọi thành phần:
Kích thước bơm/ổ đĩa: Độ nhớt cao đòi hỏi bơm lớn hơn, chậm hơn hoặc piston chịu tải nặng. Lưu lượng bơm (thể tích trên mỗi vòng quay) phải vượt qua được sức cản của chất lỏng. Bơm bánh răng hoặc bánh răng thường được chọn vì khả năng vận chuyển chất lỏng nhớt, nhưng chúng đòi hỏi mô-men xoắn cao (ví dụ: động cơ hoặc hộp số lớn hơn). Bơm và piston điều khiển bằng servo rất phổ biến, vì servo có thể điều khiển chính xác tốc độ và mô-men xoắn để phù hợp với chất lỏng. Ví dụ, bộ nạp bơm bánh răng thường được điều khiển bằng servo để vòng quay của bơm có thể được kiểm soát chính xác, độc lập với chu kỳ hoạt động của máy.
Hình dạng vòi phun: Độ nhớt quyết định kích thước và hình dạng vòi phun. Chất lỏng loãng cho phép sử dụng vòi phun nhỏ, tốc độ cao. Chất lỏng đặc hơn cần lỗ khoan rộng hơn và thường dùng vòi phun ngắn hơn để giảm ma sát và nhỏ giọt. Phương pháp tốt nhất là sử dụng vòi phun lớn nhất vẫn vừa với miệng bình chứa đối với các sản phẩm nhớt. Một số máy sử dụng vòi phun có thể điều chỉnh hoặc vòi phun nhiều giai đoạn (lỗ phun lớn với đầu chèn điều khiển mịn hơn). Van chống nhỏ giọt hoặc pít-tông ngắt cũng rất quan trọng để ngăn ngừa hiện tượng "chảy nước" khi dòng chảy dừng lại.
Tốc độ nạp: Chất lỏng có độ nhớt cao cần tốc độ nạp chậm hơn để đảm bảo phân phối hoàn toàn và giảm các đột biến áp suất. Bộ điều khiển khí nén hoặc servo nên được điều chỉnh sao cho thời gian nạp đủ dài để chất lỏng có thể chảy ra khỏi tất cả các đường ống. Đối với các loại kem và bột nhão đặc, đổ đầy từ dưới lên (vòi phun ở đáy thùng chứa, nâng lên khi quá trình nạp diễn ra) thường được sử dụng để giảm thiểu túi khí. Nhìn chung, tốc độ sản xuất (thùng chứa mỗi phút) sẽ thấp hơn đối với các sản phẩm nhớt. Các kỹ sư tính toán lưu lượng bằng cách sử dụng Q=AvQ = A v (diện tích × vận tốc), vì vậy nếu độ nhớt làm vận tốc giảm một nửa, thời gian phải tăng gấp đôi hoặc diện tích vòi phun phải tăng. Chế độ tăng áp chậm (khởi động mềm) có thể giúp ngăn ngừa áp suất tăng đột ngột.
Chuyển dịch tích cực so với Trọng lực: Các sản phẩm có độ nhớt vượt quá ngưỡng nhất định thường yêu cầu bơm dịch chuyển tích cực (bánh răng, thùy, piston) vì trọng lực hoặc áp suất trọng lực không đủ. Thuật ngữ “chất độn dịch chuyển tích cực“” dùng để chỉ các máy móc (bơm bánh răng, piston, bơm nhu động) đo lường theo thể tích, không phải theo trọng lượng hoặc lưu lượng. Đây là những công cụ đắc lực cho việc xử lý sản phẩm có độ nhớt. Đối với các sản phẩm có độ nhớt thấp, các hệ thống “đổ đầy theo trọng lượng” đơn giản hơn (máy chiết rót theo trọng lượng tịnh) hoặc hệ thống chiết rót theo lưu lượng thể tích có thể phù hợp. Lựa chọn phụ thuộc vào việc chất lỏng có chảy theo trọng lượng riêng của nó hay không.
Kiểm soát nhiệt độ và độ nhớt: Trong nhiều ứng dụng, một lớp vỏ gia nhiệt hoặc bộ gia nhiệt nội tuyến được thêm vào chất lỏng nhớt loãng để đạt được nhiệt độ chiết rót tối ưu. Việc kiểm soát nhiệt độ ổn định giúp ngăn ngừa sự dao động độ nhớt – ví dụ, duy trì nhiệt độ của nước sốt ở 40°C để độ nhớt của nó nằm trong một phạm vi hẹp. Một số máy chiết rót được tích hợp bộ gia nhiệt cho phễu hoặc vòi phun. Nếu không thể gia nhiệt, máy có thể tự động điều chỉnh các thông số chiết rót. Ví dụ, khi nhiệt độ giảm và độ nhớt tăng, PLC có thể kéo dài thời gian chiết rót hoặc tăng mô-men xoắn của bơm. Khái niệm điều áp đóng gói thường sử dụng phản hồi nhiệt độ để điều chỉnh.
Vật liệu và niêm phong: Các sản phẩm có độ nhớt cao hoặc mài mòn (như bột nhão có hạt, hoặc chất kết dính dính) có thể làm mòn máy móc. Các bộ phận phải được làm bằng thép không gỉ hoặc hợp kim chống mài mòn, với các gioăng chắc chắn (gioăng chịu tải trọng cao, vòng chữ O) không bị phồng rộp hoặc dính. Một số loại dầu mài mòn yêu cầu lớp phủ đặc biệt trên bánh răng bơm. Các kỹ sư phải kiểm tra khả năng tương thích hóa học (ví dụ: hóa chất ăn mòn có gioăng, hoặc đường đông cứng). Ngoài ra, các phụ kiện ren, ống và ống mềm phải được thiết kế để tránh mất áp suất quá mức hoặc tắc nghẽn.
Cảm biến và điều khiển: Đối với các đường ống nhớt, các cảm biến (lưu lượng kế, bộ điều chỉnh áp suất ngược) được sử dụng thường xuyên hơn. Lưu lượng kế hạ lưu có thể xác minh thể tích chính xác đã được phân phối bất chấp sự thay đổi độ nhớt. Cảm biến mức trong phễu bảo vệ bơm khỏi tình trạng thiếu hụt. Một số hệ thống sử dụng cảm biến áp suất để phát hiện vòi phun bị tắc (áp suất cao) hoặc bơm không đầy (sụt áp).
Tóm lại, các ứng dụng có độ nhớt cao thường thúc đẩy các nhà thiết kế sử dụng bơm dịch chuyển dương điều khiển bằng servo, vòi phun rộng hoặc được gia nhiệt, chu trình chậm hơn và vật liệu bền chắc. Các ứng dụng có độ nhớt thấp cho phép hệ thống nhanh hơn, đơn giản hơn nhưng đòi hỏi thiết kế chống bắn cẩn thận. Kỹ thuật phù hợp đảm bảo dây chuyền chiết rót tự động hoạt động trơn tru khi độ nhớt thay đổi.
Thực hành tốt nhất và Mẹo tối ưu hóa
Để đạt được độ chiết rót đồng nhất và chính xác trên nhiều phạm vi độ nhớt, các nhà máy áp dụng một số phương pháp tối ưu sau:
Hiệu chỉnh lưu lượng và áp suất: Luôn hiệu chuẩn máy với sản phẩm thực tế. Sử dụng lưu lượng kế hoặc phản hồi cân để điều chỉnh tốc độ bơm và thời điểm đóng mở van. Ghi lại các cài đặt tối ưu cho từng chất lỏng/nhiệt độ. Ví dụ, hiệu chuẩn bơm bánh răng bằng cách đếm số vòng quay trên mỗi ml sẽ bù trừ độ trượt do độ nhớt gây ra. Xác nhận việc chiết rót ở tốc độ sản xuất tối đa, vì chất lỏng giả dẻo có thể hoạt động khác nhau ở 10 ml/giây so với 100 ml/giây.
Chọn vòi phun phù hợp: Sử dụng vòi phun có đường kính lớn nhất vừa với vật chứa để giảm thiểu lực cản. Đối với vật chứa cao, hãy sử dụng vòi phun dài hoặc vòi phun hướng từ dưới lên trên để giảm bắn tóe. Van chống nhỏ giọt hoặc vòi phun có thể thu gọn có thể giúp kết thúc dòng chảy một cách sạch sẽ đối với chất lỏng loãng. Cân nhắc sử dụng vòi phun có lớp phủ hoặc lót PTFE cho chất lỏng dính để ngăn ngừa tích tụ sản phẩm.
Tối ưu hóa tốc độ điền và hồ sơ: Đối với chất lỏng có độ nhớt cao, hãy giảm tốc độ nạp. Nên nạp từ dưới lên (vòi phun ở đáy bình chứa) để đẩy không khí ra ngoài và tránh tạo lỗ rỗng. Sử dụng quy trình nạp nhiều giai đoạn: bắt đầu nhanh để chất lỏng di chuyển, sau đó giảm tốc độ khi bình chứa đầy để tránh tràn. Kết hợp thời gian dừng sau khi nạp để chất lỏng lắng xuống nếu cần. Đối với chất lỏng dễ tạo bọt, hãy tạm dừng sau khi nạp để bọt khí nổi lên, hoặc sử dụng phương pháp khử khí chân không ở đầu dòng.
Duy trì kiểm soát nhiệt độ: Đối với bất kỳ sản phẩm nào có sự thay đổi độ nhớt đáng kể so với nhiệt độ, hãy ổn định nhiệt độ. Nếu sử dụng phương pháp gia nhiệt, hãy đặt ở phạm vi độ nhớt tối ưu (đôi khi gần điểm đông đặc của sản phẩm đối với dây chuyền chiết rót lạnh). Hoặc, vận hành khu vực chiết rót trong phòng có điều hòa nhiệt độ. Ghi lại đường cong độ nhớt so với nhiệt độ nếu có thể và điều chỉnh các thông số máy cho phù hợp.
Vệ sinh tại chỗ (CIP) và vệ sinh: Cặn nhớt bám bên trong đường ống và van. Thiết kế hệ thống sao cho dễ vệ sinh: giảm thiểu các vùng chết nơi sản phẩm có thể đọng lại. Sử dụng bóng phun CIP, vòi phun áp lực cao và chất tẩy rửa mạnh tương thích với sản phẩm. Sau mỗi lần chạy, hãy xả sạch ống và vòi phun bằng dung môi hoặc nước nóng. Lên lịch kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên: gioăng, phớt và van sẽ bị mòn nhanh hơn dưới áp lực của chất lỏng đặc. Icon Equipment lưu ý rằng hệ thống nhu động có lợi thế ở đây, vì ống có thể được hoán đổi nhanh chóng và các bộ phận được khử trùng giữa các mẻ. Ngay cả với CIP, đôi khi cần phải vệ sinh hoặc tháo rời thủ công đối với chất lỏng có độ dính cao.
Sử dụng điều kiện làm đầy trước: Loại bỏ không khí khỏi chất lỏng trước khi chiết rót. Ví dụ, hãy khử khí cho siro hoặc nước sốt trong bình chân không để giảm thiểu bọt khí hình thành trong quá trình chiết rót (túi khí ảnh hưởng đến độ chính xác). Một số máy chiết rót piston tạo ra một khoảng chân không nhỏ trong xi lanh trước khi chiết rót sản phẩm, điều này cũng giúp ngăn ngừa hiện tượng phun khí.
Thực hiện phương pháp đổ đầy từ dưới lên: Như đã đề cập, kỹ thuật này (vòi phun ở dưới, hướng lên trên) hiệu quả đối với các sản phẩm nhớt để giảm bắn tóe và giữ khí. Nó đặc biệt hữu ích cho các loại máy chiết rót piston hoặc máy chiết rót chỉ có vòi phun dùng cho kem hoặc gel.
Theo dõi sự thay đổi độ nhớt: Trong một số quy trình, chất lỏng có thể đặc lại theo thời gian (ví dụ: trùng hợp, lắng). Nếu có thể, hãy đo độ nhớt định kỳ và điều chỉnh chất độn. Có thể lắp đặt đầu dò đo độ nhớt tự động trên đường cấp liệu (thường trong các quy trình R&D hoặc quy trình có giá trị cao).
Người điều hành tàu hỏa: Đảm bảo nhân viên hiểu rõ độ nhớt ảnh hưởng đến quá trình chiết rót như thế nào. Các hành động đơn giản như thay đổi nhiệt độ hoặc chuyển sang kích thước thùng chứa mới có thể được đánh dấu. Quy trình vận hành tiêu chuẩn (SOP) nên bao gồm việc kiểm tra độ nhớt và điều chỉnh máy móc. Khuyến khích người vận hành ghi chú lại các sai lệch (ví dụ: "mẻ này rót chậm hơn vào tháng 12 so với tháng 7") và điều chỉnh.
Bằng cách tuân thủ các quy trình này, các nhà sản xuất đạt được khả năng kiểm soát chính xác trên dây chuyền chiết rót tự động, ngay cả với những chất lỏng khó kiểm soát. Mỗi thay đổi về độ nhớt cần được xử lý bằng cách đánh giá lại lưu lượng, chiều cao vòi phun và thời gian chiết rót. Mục tiêu luôn là duy trì độ đồng đều của quá trình chiết rót và đảm bảo quy trình vận hành hiệu quả, giảm thiểu thời gian dừng máy để điều chỉnh.
Tác động của độ nhớt chất lỏng lên máy chiết rót Câu hỏi thường gặp
Sự minh bạch là nền tảng của chúng tôi Đội Yundu. Đó là lý do tại sao bên dưới, bạn có thể tìm thấy những câu hỏi và câu trả lời phổ biến nhất mà chúng tôi nhận được liên quan đến máy chiết rót của mình.
Độ nhớt là thước đo khả năng chống chảy của chất lỏng. Nó quyết định mức độ dễ dàng mà sản phẩm có thể đi qua bơm, vòi phun và ống dẫn trong máy chiết rót.
Độ nhớt ảnh hưởng đến lưu lượng, độ chính xác chiết rót và lựa chọn loại máy. Chất lỏng loãng có thể bắn tung tóe hoặc nhỏ giọt, trong khi chất lỏng đặc cần bơm hoặc piston chiết rót mạnh hơn.
Máy chiết rót trọng lực và tràn lý tưởng cho chất lỏng dạng nước. Chúng chiết rót nhanh chóng, tiết kiệm nhưng cần có vòi phun chống nhỏ giọt để tránh bắn tung tóe và tạo bọt.
Các chất lỏng có độ nhớt trung bình như xi-rô hoặc dầu gội thường được chiết rót bằng bơm bánh răng hoặc bơm thùy, giúp kiểm soát thể tích chính xác.
Máy chiết rót piston là thiết bị đáng tin cậy nhất cho các loại bột nhão, gel và kem. Chúng sử dụng lực đẩy dương để đẩy chất lỏng nặng vào bình chứa một cách chính xác.
Hầu hết chất lỏng đều loãng hơn khi được đun nóng. Việc kiểm soát nhiệt độ sản phẩm đảm bảo độ nhớt ổn định, giúp duy trì độ chính xác và tốc độ chiết rót đồng đều.
Chất lỏng loãng có thể bắn tung tóe, tạo bọt hoặc rò rỉ từ vòi phun. Việc sử dụng hệ thống nạp định thời, vòi phun kiểm soát bọt và hệ thống chống nhỏ giọt giúp giảm thiểu lãng phí và cải thiện độ chính xác.
Chất lỏng đặc di chuyển chậm và có thể làm tắc vòi phun tiêu chuẩn. Vòi phun có lỗ rộng hoặc được gia nhiệt giúp giảm lực cản và cho phép phun sản phẩm trơn tru, chính xác.
Phương pháp chiết rót từ dưới lên sẽ hạ thấp vòi phun xuống hộp chứa và nâng vòi phun lên trong quá trình chiết rót. Phương pháp này ngăn ngừa túi khí và giảm thiểu hiện tượng bắn tung tóe trong các sản phẩm đặc hoặc có bọt.
Chúng điều chỉnh tốc độ bơm, kích thước vòi phun, thời gian chiết rót và kiểm soát nhiệt độ. Việc hiệu chuẩn máy móc với sản phẩm thực tế đảm bảo kết quả chiết rót đồng nhất và chính xác.
