HDPE瓶包裝常溫液態(tài)奶產(chǎn)品自動(dòng)化生產(chǎn)線的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

王曉雨/蔣淑紅/丁學(xué)海/趙小穎 夏進(jìn)乳業(yè)集團(tuán)股份有限公司 寧夏 751100

液態(tài)奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，所含礦物質(zhì)種類(lèi)也非常豐富，除了我們所熟知的鈣以外，磷、鐵、鋅、銅、錳、鉬的含量都很多。最難得的是，它即是人體鈣的最佳來(lái)源，而且鈣磷比例非常適當(dāng)，利于鈣的吸收，同時(shí)牛奶中含有豐富的水、脂肪、磷脂、蛋白質(zhì)、乳糖、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。目前，國(guó)內(nèi)外主要采用超高溫瞬時(shí)滅菌（UHT）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)液態(tài)奶在常溫下長(zhǎng)期保存的目的，這個(gè)工藝，不但可殺滅幾乎全部微生物，而且由于滅菌時(shí)間是在瞬間完成的，因而可以使牛乳的物理、化學(xué)變化降到最低程度，使產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味與巴氏殺菌乳相近，且產(chǎn)品多采用紙盒、塑袋（百利包）、枕（紙包裝）等包裝型式。設(shè)備價(jià)格一般較昂貴。

此外，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)液態(tài)奶常溫產(chǎn)品還有HDPE瓶裝產(chǎn)品，此產(chǎn)品最大的優(yōu)勢(shì)是零添加的同時(shí)，更實(shí)現(xiàn)了零殘留的目的。目前，此工藝多采用二段式滅菌法，所謂二次滅菌法，該法是：通常是將牛乳在75℃～77℃下預(yù)熱、均質(zhì)、裝瓶、封蓋后，移入高壓釜，在110～120℃下，保持滅菌20～30min。所得到的產(chǎn)品，在陰涼通風(fēng)處可保存1年。但由于在高溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱，產(chǎn)品易產(chǎn)生明顯的焦糖味。此次提到的HDPE瓶全自動(dòng)生產(chǎn)線工藝，則主要是采用UHT滅菌奶加熱滅菌，條件為130℃～150℃、0.5 s～15s加熱滅菌后，裝瓶，封蓋，之后在ll0℃～116℃下保持滅菌l5 min-20min。由于牛乳先行UHT滅菌，基本上處于無(wú)菌狀態(tài)，因而保持滅菌的加熱強(qiáng)度可明顯降低，制品的風(fēng)昧和色澤可得到明顯改善。

一、HDPE瓶常溫液態(tài)奶自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施背景

近幾年，隨著人們對(duì)HDPE瓶裝牛奶需求的增加，傳統(tǒng)生產(chǎn)線（采用臥式滅菌釜方式）已不能滿足加工需求，二次滅菌牛奶的灌裝工藝逐漸向自動(dòng)化方向靠近。例如：現(xiàn)有技術(shù)在對(duì)牛奶進(jìn)行包裝時(shí)，需要將生產(chǎn)好的牛奶瓶運(yùn)輸至包裝平臺(tái)，而因?yàn)榘b平臺(tái)和輸送流水線存在著高低落差，往往是通過(guò)人工將流水線的牛奶進(jìn)行收集后，再運(yùn)輸至包裝平臺(tái)進(jìn)行包裝，這樣的操作方式，不僅麻煩，工作效率低，而且工人的工作強(qiáng)度也大?，F(xiàn)有技術(shù)罐裝工藝大多采用的二次滅菌包括：塔式滅菌和臥式滅菌。通常塔式滅菌設(shè)備采用自動(dòng)化物料進(jìn)塔出塔工序，臥式滅菌釜在物料進(jìn)籠、物料籠進(jìn)出滅菌釜采用人工操作，由于物料進(jìn)籠碼放不整齊，只能采用浸泡式滅菌工藝，在人員投入、能源損耗、產(chǎn)品質(zhì)量控制方面占用很大的人力、物力。因此，致力于將現(xiàn)有采用臥式滅菌釜的生產(chǎn)設(shè)備，向自動(dòng)化流水生產(chǎn)線方向改進(jìn)是推進(jìn)行業(yè)發(fā)展的必然方向。

二、HDPE瓶常溫液態(tài)奶自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)項(xiàng)目簡(jiǎn)介

隨著HDPE瓶常溫液態(tài)奶產(chǎn)品銷(xiāo)售市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)工藝加工能源和人力消耗方面特別大的是現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。為滿足以上需求，寧夏夏進(jìn)乳業(yè)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)在結(jié)合自身20多年的HDPE瓶常溫液態(tài)奶產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出了全自動(dòng)流水生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)方案，并整合了設(shè)備廠家的硬件資源對(duì)整個(gè)方案進(jìn)行實(shí)施安裝，包括傳送裝置、儲(chǔ)瓶裝置、灌封裝置、二次滅菌裝置、包裝與碼垛裝置。本次發(fā)明創(chuàng)新的生產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)HDPE瓶裝奶市場(chǎng)發(fā)展需求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)布局采用不同功能設(shè)備合理組合從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的輸瓶、儲(chǔ)瓶、自動(dòng)理瓶、灌裝、封口、滅菌、吹干、壓蓋、套標(biāo)、包裝、碼垛等一系列動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從零散的原材料自動(dòng)包裝為市場(chǎng)銷(xiāo)售的成型產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)HDPE瓶產(chǎn)品生產(chǎn)制造的自動(dòng)化、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、有效控制生產(chǎn)運(yùn)作成本，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

三、HDPE瓶常溫液態(tài)奶自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施方案

HDPE瓶常溫液態(tài)奶生產(chǎn)工藝圖[1] 注：該整套自動(dòng)化生產(chǎn)線滿足三種（195ml、243ml、500ml）瓶型生產(chǎn)轉(zhuǎn)換可兩線同時(shí)運(yùn)行。整套工藝由以下幾部分組成：

（一）、儲(chǔ)瓶區(qū)域:

主要由平鏈條、提升機(jī)、瓶倉(cāng)組成，平鏈條的中部安裝有風(fēng)幕除塵裝置，作用是把剝?nèi)ネ馄さ恼麳DPE瓶從室外輸送至室內(nèi)，保證瓶袋表面潔凈。整袋HDPE瓶由人工拆袋倒入提升機(jī)中，由提升機(jī)根據(jù)不同瓶型輸送至相應(yīng)的瓶倉(cāng)內(nèi)，該瓶倉(cāng)設(shè)置了6個(gè)獨(dú)立倉(cāng)位，下部具有6個(gè)出瓶口，按照生產(chǎn)實(shí)際需求再設(shè)置從哪個(gè)口輸送出所需瓶型，保證了HDPE瓶的儲(chǔ)存量和出瓶速度。

（二）、灌裝區(qū)域:

1、主要由回轉(zhuǎn)式自動(dòng)理瓶機(jī)、瓶?jī)?nèi)吹掃器、灌裝機(jī)、壓蓋機(jī)、灌裝封口機(jī)組成。

2、HDPE瓶通過(guò)瓶倉(cāng)下口進(jìn)入回轉(zhuǎn)式自動(dòng)理瓶機(jī)內(nèi)，回轉(zhuǎn)式自動(dòng)理瓶機(jī)將零散的HDPE瓶自動(dòng)整理并排列有序輸出，自動(dòng)理瓶機(jī)主要由護(hù)板、星輪、傘形塔、落瓶盒、齒輪、外筒組成。

3、HDPE瓶進(jìn)去傘形塔上，通過(guò)螺旋外圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，塑瓶進(jìn)入落瓶盒內(nèi)理瓶，在此同時(shí)落瓶盒與螺旋外圈同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。落瓶盒與星輪之間設(shè)置有瓶型位置正確檢測(cè)裝置，正確的進(jìn)去星輪，傳輸至輸送鏈條，不正確的由落瓶盒返還至傘型塔。

4、瓶?jī)?nèi)吹掃器通過(guò)自身回旋強(qiáng)風(fēng)將HDPE瓶?jī)?nèi)有可能存在的雜質(zhì)掃除后輸送到灌裝機(jī)進(jìn)行灌裝、封口[2]。

（三）、二次滅菌區(qū)域:

1.主要由推瓶機(jī)構(gòu)、機(jī)器人、固定臺(tái)車(chē)、移動(dòng)臺(tái)車(chē)、殺菌鍋組成[3]。

2.HDPE瓶灌裝封口后由輸送帶送入整列機(jī)整列，經(jīng)過(guò)整列后的瓶子繼續(xù)由輸送帶送入，直至達(dá)到規(guī)定數(shù)量此時(shí)整列機(jī)停止輸送，推力機(jī)構(gòu)將瓶子推送至殺菌籠中，機(jī)器人將殺菌籠移動(dòng)至固定臺(tái)車(chē)上，殺菌籠碼垛至指定數(shù)量后由固定臺(tái)車(chē)通過(guò)鏈條輸送至移動(dòng)臺(tái)車(chē)上，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)指令利用移動(dòng)臺(tái)車(chē)將整車(chē)瓶子送入對(duì)應(yīng)的殺菌釜內(nèi)。

3.瓶子殺完菌后，殺菌釜發(fā)送指令，由移動(dòng)臺(tái)車(chē)將殺菌籠移出送至固定臺(tái)車(chē)上，機(jī)器人將固定臺(tái)車(chē)上的瓶子再放入殺菌籠放置點(diǎn)，由推力機(jī)構(gòu)推送至出瓶網(wǎng)帶。

（四）、包裝碼垛區(qū)域:

主要由吹干機(jī)、全自動(dòng)旋蓋機(jī)、套標(biāo)機(jī)、熱縮爐、吹干機(jī)、紙包機(jī)、碼垛機(jī)組成。吹干機(jī)設(shè)置于熱縮爐與紙包機(jī)間，主要作用是將殺完菌的產(chǎn)品瓶身上的水吹干，進(jìn)入旋蓋、套標(biāo)、縮標(biāo)過(guò)程，縮標(biāo)后因HDPE瓶身上有水蒸氣，不能直接進(jìn)入紙箱故而采用吹干機(jī)進(jìn)行快速吹干，紙包機(jī)可將單片式紙箱進(jìn)自動(dòng)折疊，將產(chǎn)品包裹在內(nèi)直接輸出成品，成品通過(guò)碼垛機(jī)按照指定排列方式進(jìn)行碼垛、下機(jī)、進(jìn)入庫(kù)房。

四、HDPE瓶常溫液態(tài)奶自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施效果

此次項(xiàng)目最終實(shí)現(xiàn)了HDPE瓶常溫液態(tài)奶生產(chǎn)線全自動(dòng)化的連續(xù)生產(chǎn)制造的目的，項(xiàng)目總投入1741萬(wàn)元。整套工藝經(jīng)生產(chǎn)論證整線人員投入18人，同等產(chǎn)能的情況下，未改造前完成生產(chǎn)需人員投入為56人，直接人工節(jié)省68%，因整線工藝采用自動(dòng)化設(shè)備，單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能釋放能達(dá)到90%。

值得提出的是，此次自主設(shè)計(jì)用一臺(tái)機(jī)器人一次性完成裝籠和卸籠兩個(gè)工序的創(chuàng)新流程，很大程度上提升了現(xiàn)場(chǎng)的工作效率，同時(shí)，節(jié)省了加工空間，降低了能耗。另外，這套全自動(dòng)生產(chǎn)線中對(duì)殺菌鍋噴淋及冷卻塔【5】循環(huán)水降溫的系統(tǒng)，進(jìn)行了自主技術(shù)改造，通過(guò)實(shí)施生產(chǎn)，達(dá)到節(jié)約大量冷卻水的預(yù)期要求，降低了產(chǎn)品殺菌時(shí)蒸汽耗量。此套全自動(dòng)控制生產(chǎn)線已投入使用，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，達(dá)到了項(xiàng)目設(shè)定預(yù)期效果，不僅給行業(yè)填補(bǔ)了一項(xiàng)技術(shù)空白，同時(shí)，為企業(yè)節(jié)能降耗提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

綜上所述，隨著人們對(duì)食品安全關(guān)注度不斷提升，HDPE瓶包裝液態(tài)奶常溫產(chǎn)品，因它特有的零添加、零殘留的產(chǎn)品特性【6】，會(huì)持續(xù)發(fā)揮它的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，相信此項(xiàng)HDPE瓶全自動(dòng)生產(chǎn)線的技術(shù)創(chuàng)新，將帶領(lǐng)國(guó)內(nèi)同行業(yè)步入全新的發(fā)展階段，為消費(fèi)者提供更多、更高品質(zhì)的液態(tài)奶常溫產(chǎn)品。