5 распространенных проблем при розливе химических и чистящих средств и способы их решения

Введение

Химические и чистящие средства — моющие средства, дезинфицирующие средства, отбеливатели, чистящие растворы, специальные химикаты — создают проблемы при наполнении, с которыми не справляется стандартное оборудование для наполнения жидкостью на водной основе.

Характеристики, которые создают эти проблемы, не объявляют себя проблемами оборудования до тех пор, пока продукт не будет запущен не на той машине. Коррозионная активность разрушает уплотнения насоса и контактные поверхности в течение нескольких недель, а не сразу. Высокая вязкость приводит к недоливу, что проявляется в виде проблемы с соблюдением веса только после того, как партия уже выпущена. Склонность к пенообразованию приводит к несоответствию уровня заполнения, что похоже на проблему с калибровкой машины, но связано с конструкцией форсунки. Химическая нестабильность означает, что продукт меняется между резервуаром для хранения и заправочным патрубком, если система не рассчитана на эту реакцию. Несовместимость материалов между жидкостью и материалом насоса или трубок приводит к загрязнению, которое не проявляется внешне, но проявляется в эксплуатационных характеристиках продукта или испытаниях на безопасность.

Правильно подобрать разливочное оборудование для химического продукта означает начать со свойств жидкости, а не со стандартной разливочной машины и надеяться, что продукт пройдет через нее.

В этой статье рассматриваются пять конкретных проблем наполнения при производстве химических и чистящих средств, а также инженерные подходы к решению каждой из них.

Проблема 1: Коррозионное повреждение разливочного оборудования

Вызов

Коррозия — это вид отказа, который труднее всего обнаружить, прежде чем он станет дорогостоящим. Это не происходит при первом контакте — оно накапливается. Уплотнение насоса, которое правильно обрабатывает отбеливатель с первого же дня, в течение нескольких недель многократного воздействия подвергается микродеградации, и к моменту появления утечки повреждение уже в течение некоторого времени прогрессирует.

Ингредиенты, вызывающие коррозию химических и чистящих средств:

• Кислоты — воздействие на металлические контактные поверхности посредством реакций окисления, которые ускоряются с увеличением концентрации и температуры; марки нержавеющей стали, устойчивые к слабым кислотам, могут не выдерживать воздействие концентрированных составов.
  
• Щелочи - вызывают коррозионное растрескивание под напряжением в некоторых металлах и разрушают эластомерные уплотнения, которые в противном случае правильно выдерживали бы воздействие кислоты.
  
• Соединения хлора — отбеливатель на основе гипохлорита натрия особенно агрессивен по отношению к нержавеющей стали стандарта 304; 316L обеспечивает лучшую устойчивость к хлоридам, но не защищен от высоких концентраций или температур.
  
• Растворители — растворять или набухать определенные полимерные компоненты — трубки, прокладки, диафрагмы — которые кажутся химически совместимыми с базовой жидкостью, но несовместимы с растворителем-носителем
  
• Окислители — ускоряют коррозию металлических поверхностей и разлагают органические материалы, включая определенные диафрагмы и уплотнения насосов, со скоростью, которая зависит от концентрации и времени контакта.

Последствия усугубляются: отказ насоса приводит к незапланированному простою; утечка приводит к потере продукта и риску безопасности; Загрязнение продукта корродированными поверхностями приводит к ухудшению качества, которое может быть незаметным до тех пор, пока продукт не достигнет конечного потребителя.

Решение: выбирайте коррозионностойкие материалы

Выбор материала для оборудования для наполнения химикатов — это не единое решение — это проверка совместимости каждого компонента, с которым контактирует жидкость: корпуса насоса, уплотнений, трубок, клапанов, сопел и любой поверхности, которой касается продукт между резервуаром для хранения и заполненным контейнером.

SUS316L Нержавеющая сталь

В сплав 316L добавляется молибден, что повышает устойчивость к хлоридсодержащим продуктам и окислителям, которые со временем разлагают 304. Для отбеливателей, дезинфицирующих средств и чистящих средств на основе хлора 316L является минимально жизнеспособной спецификацией — не потому, что 304 выходит из строя сразу, а потому, что 304 выходит из строя в конечном итоге со скоростью, которая усугубляется концентрацией и температурой.

Компоненты из ПТФЭ

ПТФЭ противостоит химическому воздействию практически всего спектра кислот, щелочей, растворителей и окислителей, которые содержатся в рецептурах чистящих средств. Для уплотнений, трубок и компонентов насоса, где контакт металла может создать риск коррозии, ПТФЭ устраняет этот риск на уровне контактной поверхности:

• Уплотнения — Уплотнения из ПТФЭ не разбухают и не разрушаются под воздействием растворителей или кислот, как это делают уплотнения из эластомера.
  
• Тюбинг — продукт контактирует с отверстием из ПТФЭ, а не с металлической или полимерной поверхностью, которая может вступить в реакцию
  
• Компоненты насоса — Корпуса насосов и клапаны с футеровкой из ПТФЭ продлевают срок службы при работе с агрессивными составами, где альтернативы без футеровки требуют частой замены.

Материалы ПВДФ и ПП

Для высококоррозионных жидкостей, где даже нержавеющей стали 316L недостаточно — концентрированные кислоты, высокотемпературные щелочи, агрессивные окислители — конструкция из ПВДФ и ПП полностью удаляет контактную поверхность из металла:

• ПВДФ — более высокая химическая стойкость, чем у ПП, подходит для концентрированных кислот и галогенов; сохраняет структурную целостность при повышенных температурах, когда ПП размягчается
  
• ПП — легче и дешевле, чем ПВДФ, подходит для щелочей и моющих средств средней концентрации, где температура остается в пределах рабочего диапазона материала.

Выбор коррозионностойкого насоса

Тип насоса определяет, с чем контактирует жидкость во время наполнения, и на этой контактной поверхности концентрируется риск коррозии.

• Магнитный насос — механизм привода имеет магнитную связь, а не соединение вала, что исключает механическое уплотнение, которое требуется для обычных насосов в точке входа привода. Отсутствие механического уплотнения означает отсутствие неисправности уплотнения, отсутствие утечек на валу и отсутствие контакта металла с жидкостью в приводном механизме. Подходит для спирта, растворителей и химических жидкостей, где разрушение уплотнения является основным видом разрушения из-за коррозии.
  
• Перистальтический насос — жидкость контактирует только с НКТ; сам механизм насоса никогда не касается продукта. Замена трубок между продуктами или циклами очистки полностью сбрасывает контактную поверхность. Для агрессивных химикатов и жидкостей высокой чистоты, где перекрестное загрязнение или деградация механизма насоса могут повлиять на целостность продукта, перистальтическое наполнение устраняет эти риски на уровне механизма.

Проблема 2: Изменение точности заполнения из-за характеристик жидкости

Вызов

Не каждое химическое или чистящее средство течет как вода. Однако на основе этого предположения построено множество стандартных наполнителей, и оно не выдерживает критики, если вы имеете дело с чем-то более толстым.

Стиральный порошок. Шампунь. Жидкость для мытья посуды. Промышленные чистящие средства. Все это может значительно выйти за пределы диапазона вязкости, для которого была разработана базовая система наполнения.

Несколько особенностей, как правило, усложняют ситуацию:

• Высокая вязкость
  
• Различные характеристики потока
  
• Чувствительность к температуре

Вязкость очевидна, но поведение потока имеет значение отдельно — некоторые жидкости разжижаются под давлением, другие непредсказуемо густеют, и наполнитель, откалиброванный для одного, не обязательно справится с другим. Температурная чувствительность также добавляет еще один слой. Холодный шампунь, например, ведет себя совсем не так, как тот же продукт при комнатной температуре.

Поместите стандартный наполнитель на эти продукты, и проблемы, как правило, быстро выйдут на поверхность:

• Непостоянный объем наполнения
  
• Медленная скорость наполнения
  
• Продукт капает

Честно говоря, непостоянный объем, вероятно, является самой дорогостоящей проблемой: либо переполнение, приводящее к потере продукта, либо недополнение, что может привести к нарушению требований и жалобам клиентов. Низкая скорость заполнения снижает пропускную способность всей линии, а не только на заправочной станции. А капание в буквальном смысле создает свой собственный беспорядок — время на уборку, потерю продукта, иногда загрязнение между партиями, если никто не уловит это раньше.

Таким образом, реальный вопрос заключается в том, действительно ли система заправки была построена с учетом диапазона вязкости или с самого начала предполагалась обычная жидкость.

Решение: выберите правильную технологию розлива

Разные жидкости, разная механика — единый принцип заправки редко охватывает все.

Поршневая система наполнения

Хорошо работает для:

• Моющее средство
  
• Шампунь
  
• Крем-очиститель
  
• Густая жидкость

По сути, механизм здесь основан на вытеснении: поршень втягивает продукт, а затем выталкивает фиксированный объем наружу. Вот что делает его надежным даже при повышении вязкости.

Преимущества:

• Высокая точность
  
• Работает с продуктами высокой вязкости.
  
• Стабильное объемное наполнение

Поскольку он основан на объеме, а не на потоке, толщина не влияет на объем заполнения, как это было бы в более простых системах.

Наполнение сервопоршня

В приложениях, требующих более высокой точности, серводвигатели добавляют еще один уровень управления поверх поршневого механизма. Вместо фиксированных штрихов движение управляется динамически.

Серводвигатели обеспечивают:

• Точный контроль движения
  
• Регулируемая скорость наполнения
  
• Хранение рецептов

Последний пункт имеет большее значение, чем может показаться. Хранение рецептов означает переключение между продуктами — разной вязкости, разным объемом наполнения — не требует каждый раз повторной калибровки вручную. Просто загрузите сохраненные настройки, и система настроится.

Заполнение шестеренного насоса

Полностью подходит для другого диапазона:

• Химикаты средней вязкости
  
• Смазочные материалы
  
• Масла

Здесь две зацепляющиеся шестерни непрерывно перемещают жидкость через систему — постоянный поток, а не прерывистый ход поршня. Хорошо подходит для продуктов, достаточно тонких, чтобы течь плавно, но все же слишком вязких, чтобы стандартные расходомеры могли точно измерить.

Итак, что соответствует данной строке? Зависит главным образом от того, где продукт находится в спектре вязкости и насколько плотно объем заполнения должен сохраняться от единицы к единице. Густые, липкие продукты обычно перемещаются в сторону поршневых систем — с сервоприводом, если важна точность или частая смена продукта. Вязкость среднего диапазона, более близкая к маслам и смазкам, имеет тенденцию отдавать предпочтение шестеренчатым насосам.

Проблема 3: Образование пены во время наполнения

Вызов

В основном виноваты поверхностно-активные вещества. Именно они делают чистящие средства чистыми, но они также практически неизбежно образуют пену, если в дело вступает взбалтывание.
Жидкое моющее средство. Мыло для рук. Жидкость для мытья посуды. Все содержат много поверхностно-активных веществ и склонны к одной и той же проблеме.

При высоких скоростях наполнения воздух попадает в поток жидкости. Оттуда образуется пена, иногда настолько быстро, что ее можно увидеть еще до того, как контейнер наполнится наполовину.

Какая пена на самом деле разрушается ниже по течению:

• Неправильный уровень наполнения
  
• Переполнение
  
• Плохой внешний вид
  
• Нестабильное производство

Неправильный уровень заполнения обходится дорого: пена занимает объем, поэтому система показывает «полный» уровень до того, как фактическая жидкость достигнет заданного веса. Иногда следует переполнение, беспорядочное и расточительное. Плохой внешний вид тоже имеет большее значение, чем кажется; пенистая, неровная линия наполнения выглядит для потребителя дефектом, даже если продукт внутри в порядке. А нестабильное производство только усугубляет ситуацию: противоречивые результаты означают больше ручных проверок, больше замедлений.

Решение: конструкция противопенного наполнения

Несколько вариантов дизайна решают эту проблему напрямую.

Насадка для дайвинга

Сопло перемещается вниз в контейнер во время наполнения. Вместо того, чтобы капать жидкость сверху, что, по сути, ее перемешивает, сопло доставляет ее под поверхность.

Преимущества:

• Уменьшает разбрызгивание
  
• Минимизирует образование пены
  
• Улучшает стабильность наполнения

Медленный старт/медленный конец наполнения

Системы с сервоуправлением могут изменять скорость в течение цикла заполнения:

Быстрое заполнение → медленная стадия отделки → более высокая точность

На самом деле логика довольно интуитивна. Быстрое заполнение покрывает большую часть объема быстро и эффективно. Но замедление ближе к концу снижает турбулентность именно тогда, когда риск пенообразования достигает пика, и именно тогда, когда точность больше всего важна для достижения целевого уровня наполнения.

Заполнение снизу вверх

Для продуктов, особенно склонных к пенообразованию, сопло начинается у дна контейнера и постепенно поднимается по мере заполнения его жидкостью.

Это уменьшает:

• Смешивание воздуха
  
• Образование пузырьков

По сути, сопло остается погруженным на протяжении большей части заполнения, вместо того, чтобы позволить жидкости просачиваться через открытый воздух и задерживать пузырьки на пути вниз.

Часто эти три средства объединяются, а не используются по отдельности: насадка для дайвинга для первоначального размещения, движение снизу вверх по мере заполнения, замедленное время окончания для точного завершения. Стоит проверить, какую комбинацию на самом деле поддерживает данный наполнитель, поскольку проблемы с тяжелыми пеноматериалами редко решаются одним единственным исправлением.

Проблема 4: Утечка и риски безопасности продукта

Вызов

Химические продукты не терпят утечек, в отличие, скажем, от упаковки с закусками. Здесь важен строгий контроль — иногда ради безопасности, а не просто для презентации.

Протекающая бутылка создает проблемы, которые довольно быстро возникают каскадом:

• Транспортные проблемы
  
• Жалобы клиентов
  
• Угрозы безопасности
  
• Повреждение продукта

Проблемы с транспортировкой обычно проявляются в первую очередь — протекший продукт повреждает упаковку, а иногда и другие единицы товара, находящиеся рядом в той же партии. Жалобы клиентов возникают, как только товар достигает полки или рук покупателя. Однако наибольшее значение имеют угрозы безопасности, особенно при работе с агрессивными химикатами; Утечка — это не просто грязно, она может быть действительно опасной, в зависимости от того, что находится внутри. И, конечно же, повреждение продукта — самого контейнера и всего, что вокруг него.

Что на самом деле вызывает это, в основном:

• Неправильный объем наполнения
  
• Плохое укупоривание
  
• Поврежденные уплотнительные компоненты

Переполнение оказывает давление на крышку, которая для этого не предназначена. Плохое закрытие (недостаточный крутящий момент, несоосность) оставляет уплотнение, которое выглядит нормально, но на самом деле это не так. А поврежденные компоненты, иногда просто изношенная прокладка, подрывают правильную заливку и крышку.

Решение: интегрированные системы розлива и укупорки

Полная линия по упаковке химикатов обычно решает эту проблему на трех взаимосвязанных этапах, а не рассматривает наполнение и крышку как отдельные задачи.

Разливочная машина

Контролирует объем жидкости. Основа всего процесса — поймите это неправильно, и ничто в дальнейшем не сможет полностью компенсировать это.

Укупорочная машина

Гарантирует:

• Правильный крутящий момент
  
• Надежное уплотнение
  
• Постоянное закрытие

Контроль крутящего момента имеет большее значение, чем люди часто думают. Слишком свободный, и уплотнение в конечном итоге выйдет из строя. Слишком туго, и крышка или контейнер могут треснуть, иногда не сразу, а под давлением во время транспортировки.

Обнаружение утечек

Системы контроля могут обнаружить:

• Свободные колпачки
  
• Поврежденные контейнеры
  
• Проблемы с утечками

Это действительно последняя мера предосторожности — выявить то, что могло быть упущено при розливе и укупорке, еще до того, как продукт покинет предприятие.

Вместе эти три этапа, по сути, образуют цепочку. Слаб в каком-то одном месте, и надежность всей системы падает. При оценке линии стоит подтвердить, что все три действительно интегрированы, а не выполняются как отдельные, слабо связанные этапы с проверкой, прикрепляемой в последнюю очередь.

Проблема 5: Обеспечение безопасности и отслеживаемости производства

Вызов

Партии, сроки годности, идентификация продукции — производители химикатов и чистящих средств должны отслеживать все это постоянно, а не только в момент производства.

Без надлежащего отслеживания контроль качества становится затруднительным. Не совсем невозможным, но скорее реактивным, чем превентивным. Проблему загрязнения или ошибку в рецептуре становится гораздо труднее отследить — какую партию, какой производственный цикл, какую смену — если записи являются неполными или противоречивыми.

Решение: системы кодирования и контроля

Несколько интегрированных систем решают эту проблему напрямую, каждая из которых охватывает разные части цепочки отслеживания.

Машина для пакетного кодирования

Печать:

• Номер лота
  
• Дата изготовления
  
• Срок годности

По сути, это основа. Каждая единица имеет свою индивидуальность с момента ее кодирования, что имеет огромное значение, если отзыв когда-либо станет необходимым, поскольку сужает проблему до конкретной партии, а не всей линейки продуктов.

Система визуального контроля

Проверка:

• Положение метки
  
• Печатная информация
  
• Выравнивание крышки

Кодирование помогает только в том случае, если оно действительно правильное и разборчивое. Система машинного зрения улавливает то, что не может сделать один только пакетный кодер — проверяя, что напечатанная информация точна, правильно расположена и что крышка сидит правильно, прежде чем устройство двинется дальше по линии.

Автоматическая система отклонения

Удаление:

• Дефектная продукция
  
• Неправильные пакеты

Последний этап в цепочке. Что бы ни отмечала система машинного зрения — опечатка, перекос крышки или что-либо, выходящее за рамки спецификации, — она автоматически извлекается до того, как достигнет упаковки или отгрузки.

Вместе эти три работают как последовательность, а не как отдельные проверки. Кодирование устанавливает идентичность, проверка проверяет точность, отбраковка удаляет все, что не соответствует действительности. Пропустите любой этап, и в цепочке отслеживания появится пробел, который обычно становится очевидным только после того, как что-то уже пошло не так.

Как правильно выбрать машину для розлива химикатов?

Перед подключением оборудования необходимо учесть несколько факторов — честно говоря, ни один из них не является необязательным, учитывая, насколько иначе ведут себя химические продукты по сравнению со стандартными жидкостями.

1. Свойства жидкости

В общем, начните здесь.

• Вязкость
  
• Коррозионная активность
  
• Склонность к пенообразованию
  
• Химический состав

Формы вязкости, которые даже применяются в технологии розлива, как описано ранее. Однако коррозионная активность имеет значение отдельно — некоторые химические вещества со временем разрушают стандартные материалы, достаточно медленно, чтобы проблема не проявлялась в течение нескольких месяцев. Склонность к пенообразованию влияет на конструкцию насадки и скорость заполнения. А химический состав, в более широком смысле, определяет, вступает ли продукт в реакцию с чем-либо, к чему он прикасается во время наполнения.

2. Совместимость материалов

Как только свойства жидкости понятны, выбор материала следует довольно прямолинейно:

• СУС316Л
  
• ПТФЭ
  
• ПВДФ
  
• ПП

SUS316L, как правило, хорошо справляется с большинством коррозийных или кислотных составов — тот же сплав, который используется в фармацевтических емкостях по тем же причинам. ПТФЭ обеспечивает высокую химическую стойкость там, где контакт с металлом совсем не идеален. ПВДФ находится где-то аналогично и часто используется для агрессивных растворителей. ПП, более дешевый, обычно хорошо подходит для более мягких составов, где стоимость имеет большее значение, чем чрезвычайная стойкость.

Несоответствующий материал обычно не выходит из строя сразу. Он выходит из строя медленно — коррозия, деградация, загрязнение рискуют накапливаться в течение повторяющихся циклов.

3. Требования к точности заполнения

Технология насосов обусловлена потребностями в вязкости и точности, в основном:

• Поршневой насос
  
• Магнитный насос
  
• Перистальтический насос
  
• Сервосистема наполнения

Поршневые насосы, как говорилось ранее, хорошо справляются с более толстыми продуктами. Магнитные насосы избегают прямого контакта уплотнения с жидкостью, что полезно для агрессивных химикатов, где стандартное уплотнение может ухудшиться. Перистальтические насосы удерживают жидкость полностью внутри трубки, что подходит для чувствительных или сильнокоррозионных составов. Сервосистемы добавляют прецизионное управление к любому насосному механизму, что особенно ценно, когда допуски по точности жесткие.

4. Производственная мощность

Наконец, масштаб определяет всю систему:

• Ручное заполнение
  
• Полуавтоматическое заполнение
  
• Автоматическая линия розлива

Ручное управление подходит для небольших объемов, простых операций — минимальные первоначальные инвестиции, хотя затраты на рабочую силу на единицу остаются высокими. Полуавтоматическое решение устраняет этот пробел и полезно для растущих операций, которые не совсем готовы к полной автоматизации. Автоматические линии подходят для больших объемов и стабильной производительности, где экономия труда и производительность оправдывают более высокие первоначальные затраты.

Проработайте эти четыре компонента по порядку — сначала свойства жидкости, затем материал, затем метод наполнения, затем масштаб — и выбор оборудования значительно сузится. Перейдите к емкости или цене, не обращая внимания сначала на фактические характеристики жидкости, и именно здесь позже возникают несоответствия.

Почему выбирают ZONESUN?

ZONESUN понимает, что заполнение химикатов и чистящих средств требует более точного контроля объема.

Правильное решение по наполнению должно учитывать:

• Химическая совместимость 
  
• Выбор материала 
  
• Насосная техника 
  
• Точность заполнения 
  
• Безопасность производства

ZONESUN предоставляет индивидуальные решения по наполнению для:

• Стиральный порошок 
  
• Жидкость для мытья посуды 
  
• Дезинфицирующее средство 
  
• отбеливатель 
  
• Промышленные чистящие средства 
  
• Химические жидкости

С опциями, включая:

• Поршневые системы наполнения 
  
• Наполнители с магнитными насосами 
  
• Наполнители для перистальтических насосов 
  
• Серворазливочные машины 
  
• Автоматические линии розлива и укупорки

Мы помогаем производителям создавать надежные упаковочные системы, разработанные с учетом конкретных характеристик жидкостей.

Заключение

Заполнение химикатами и чистящими средствами не является универсальной проблемой. Свойства жидкости, материалы оборудования, производственные требования — все нужно прорабатывать вместе, а не изолированно.

Описанные здесь виды отказов — коррозия, неточное заполнение, вспенивание, утечка, плохая отслеживаемость — также не являются редкими крайними случаями. Они появляются регулярно, и каждый из них снижает либо эффективность производства, либо безопасность продукции, а иногда и то, и другое одновременно.

Исправление не является сложным по своей сути, даже если для его реализации требуются настоящие инженерные разработки. Подходящие насосы, соответствующие фактической вязкости и химическому составу жидкости. Коррозионностойкие материалы выбраны с учетом того, что изделие будет с ними делать в течение тысяч циклов, а не только первых нескольких. Технология противопенного наполнения там, где этого требуют поверхностно-активные вещества. Комплексная проверка, связывающая кодирование, проверку и отбраковку в одну отслеживаемую цепочку. Сложите все это вместе, и в результате получится более безопасный, стабильный и действительно более эффективный процесс, а не просто более быстрый на бумаге.

Потому что это действительно тот момент, который стоит запомнить. Самая быстрая машина не обязательно является лучшей. Скорость мало что значит, если она достигается за счет точности, безопасности или последовательности. В конце концов, правильное решение — это решение, основанное на конкретной жидкости, с которой оно предназначено, — ничего более общего, чем это.