Как залить стиральный порошок без проблем с пеной: полное руководство для производителей

Введение

Стиральный порошок на бумаге выглядит достаточно просто. Наливается как жидкость, наполняется как жидкость — за исключением того, что она совсем не ведет себя как вода, когда линия наполнения начинает работать быстро.

Причина в формулировке. Поверхностно-активные вещества и добавки, присутствующие в большинстве моющих средств, образуют пену практически при контакте с воздухом. Это не недостаток продукта: поверхностно-активные вещества — это то, что в первую очередь обеспечивает эффективную очистку моющего средства. Но та же самая химия превращается в головную боль, связанную с упаковкой, как только на сцену выходит скорость.

Во время автоматического наполнения высокоскоростной поток втягивает воздух в поток жидкости. Образуются пузыри, образуется пена, и отсюда обычно вытекает несколько проблем:

• Чрезмерная пена внутри бутылок
  
• Неправильный уровень наполнения
  
• Переполнение продукта
  
• Нестабильная скорость производства.
  
• Повышенные требования к очистке

Пена занимает место, которое датчик наполнения воспринимает как жидкость, поэтому бутылки могут выглядеть полными, но на самом деле в них содержится меньше продукта, чем предполагалось. Перелив происходит, когда пена выходит за край контейнера в середине наполнения. Скорость производства также страдает, поскольку операторы часто вручную замедляют линии, просто чтобы уладить беспорядок. И требования к уборке растут вместе с этим — пролитое пенящееся моющее средство не так-то быстро вытереть.

Но вот в чем дело. Замедление линии в основном устраняет симптом, а не причину. Пена не исчезает только потому, что наполнение занимает больше времени — она все равно образуется, просто через больше времени. Реальное решение лежит глубже: понимание того, как на самом деле ведет себя жидкость, выбор правильного насоса, правильная конструкция насадки и с самого начала выбор технологии наполнения, основанной на продуктах, склонных к пенообразованию. Само по себе замедление просто заменяет одну проблему — перелив — другой: снижение пропускной способности, без обязательного устранения пены в ее источнике.

Почему стиральный порошок образует пену во время заправки?

Роль поверхностно-активных веществ

Большинство стиральных порошков имеют схожий базовый состав:

• ПАВ
  
• Строители
  
• Аромат
  
• Ферменты
  
• Добавки

Поверхностно-активные вещества выполняют большую часть фактической очищающей работы. Они уменьшают поверхностное натяжение, что позволяет жидкости удалять грязь и жир с ткани во время стирки.

Но одно и то же свойство действует в обе стороны. Пониженное поверхностное натяжение также облегчает образование жидкой пены — это не побочный эффект, который проявляется, несмотря на состав, это в первую очередь заложено в химическом составе моющего средства, благодаря которому моющее средство работает. Действительно, трудно отличить одно от другого.

Поэтому, когда заполнение приводит к турбулентности, цепная реакция имеет тенденцию идти по вполне предсказуемому пути:

Высокоскоростное заполнение
↓
Воздух попадает в жидкость
↓
Образование пузырьков
↓
Вспенивание

Каждая стадия питает следующую. Более быстрое заполнение означает большую турбулентность в сопле. Большая турбулентность втягивает больше воздуха. Захваченный воздух превращается в пузырьки, и, учитывая низкое поверхностное натяжение моющего средства, эти пузырьки удерживаются вместе, а не быстро схлопываются, как это могло бы произойти в жидкости с меньшим содержанием поверхностно-активных веществ.

На самом деле это основная проблема, с которой борются производители: то самое свойство, которое делает моющее средство эффективным в своей работе, - это то же самое свойство, которое препятствует чистому и эффективному наполнению.

Проблема 1: Скорость наполнения создает чрезмерную турбулентность

Вызов

Более быстрое заполнение кажется очевидным рычагом повышения производительности. Увеличьте скорость потока, получите больше бутылок в минуту — простая математика, на первый взгляд.

Вот только жидкость не взаимодействует так просто. Быстрое движение создает:

• брызги
  
• Турбулентность
  
• Смешивание воздуха

Ухудшается также в зависимости от положения сопла. Особенно, когда сопло находится над отверстием бутылки, жидкость падает через открытый воздух, прежде чем попасть в контейнер, что приводит к дальнейшему перемешиванию, прямо перед тем, как она приземлится.

Что производит эта турбулентность ниже по течению:

• Накопление пены
  
• Перелив жидкости
  
• Непостоянный объем наполнения

Обычно ни один из них не проявляется изолированно. Образуется пена, часть ее переливается через бутылку, а показания датчика уровня наполнения сбиваются пеной, которую он не может отличить от жидкости, поэтому фактический объем наполнения оказывается непостоянным от бутылки к бутылке, даже когда машина думает, что она работает в соответствии со спецификациями.

Решение: Контролируйте скорость наполнения с помощью сервотехнологии

Современная разливочная машина с сервоприводом обходит эту проблему, главным образом, за счет того, что не рассматривает скорость как одну фиксированную настройку. Вместо этого он регулирует скорость наполнения на протяжении всего процесса наполнения.
Схема обычно выглядит следующим образом:

Быстрое заполнение
↓
Медленный завершающий этап
↓
Точный конечный объем

Имеет смысл, как только вы его разберете. Большая часть бутылки может наполниться быстро, без реального риска турбулентности, пока еще есть свободное пространство для поглощения жидкости. Но когда жидкость приближается к целевому уровню, замедление уменьшает разбрызгивание именно тогда, когда риск пенообразования достигает пика, и именно тогда, когда точность имеет наибольшее значение для достижения точного конечного объема.

Преимущества:

• Уменьшенная турбулентность
  
• Повышенная точность заполнения
  
• Меньшее пенообразование
  
• Стабильное высокоскоростное производство

Последний момент стоит отметить особо: на самом деле это не компромисс между скоростью и точностью. В целом линия по-прежнему может работать быстро; замедляются только последние моменты каждого заполнения, что практически не снижает общую производительность, одновременно решая большую часть проблемы пены в ее источнике.

Построен на основе нескольких основных компонентов: серводвигателя, сервосистемы наполнения, управления ПЛК — комбинации, которая фактически делает возможным заполнение с переменной скоростью в рамках одного автоматического цикла.

Проблема 2: неправильное положение сопла приводит к смешиванию воздуха

Вызов

Верхнее заполнение кажется естественным по умолчанию. Сопло находится сверху, жидкость падает, контейнер наполняется. Теоретически достаточно просто.

Но эта капля не безобидна. Падающая жидкость создает силу удара в тот момент, когда она ударяется о поверхность под ней, а моющее средство, учитывая, насколько легко оно пенится, наказывает за этот удар сильнее, чем большинство жидкостей.

Последствия следуют довольно прямо:

• брызги
  
• Воздухововлечение
  
• Образование пены

Захват воздуха действительно является здесь основной проблемой. Каждый всплеск втягивает вместе с собой в жидкость немного воздуха, и как только этот воздух попадает в формулу с высоким содержанием поверхностно-активных веществ, он не выходит быстро. Отсюда образуется пена, которая сгущается с каждым моментом наполнения.

Решение: заправка насадки для дайвинга

Насадка для дайвинга меняет физическую настройку, а не скорость наполнения. Во время наполнения он движется внутри бутылки — начиная со дна и постепенно поднимаясь по мере повышения уровня жидкости.

Последовательность выглядит следующим образом:

Сопло движется вниз

↓

Начинается заполнение жидкостью

↓

Сопло постепенно поднимается

↓

Бутылка заполняется плавно

Удерживает сопло погруженным, по существу, на протяжении большей части цикла заполнения. Жидкость проникает под поверхность, а не падает под открытым небом, поэтому реальной ударной силы, вызывающей брызги, не возникает. По мере наполнения бутылки сопло отходит вверх ровно настолько, чтобы оставаться впереди поднимающейся жидкости, всегда под поверхностью.

Преимущества:

• Снижение воздействия
  
• Меньше пены
  
• Открытие бутылки с чистящим средством
  
• Более высокая стабильность наполнения

Этот третий пункт легко упустить из виду, но он имеет практическое значение: более чистое горлышко бутылки означает меньше остатков для укупорочного оборудования, с которым приходится бороться после выпуска, и меньше проблем с герметизацией, связанных с пленкой моющего средства, оставшейся на ободе.

Честно говоря, часто в сочетании со скоростью, контролируемой сервоприводом, а не как отдельное исправление. Положение сопла устраняет физическую причину турбулентности; контроль скорости регулирует время. Вместе они рассматривают пену с двух разных точек зрения, а не с одной.

Проблема 3: Форма бутылки влияет на образование пены

Вызов

Риск пенообразования связан не только с жидкостью или соплом. Сам контейнер также играет роль, которую легко упустить из виду, когда устранение неполадок сосредоточено только на заправочном оборудовании.

Здесь имеют значение несколько факторов:

• Диаметр бутылки
  
• Высота бутылки
  
• Дизайн шеи
  
• Объем заполнения

На практике дизайн шеи имеет наибольшее значение. Бутылка с узким горлышком создает большее сопротивление и турбулентность по сравнению с емкостью с широким горлышком — у жидкости меньше места для плавного входа, поэтому она движется быстрее через более узкое отверстие, вызывая большее волнение на пути внутрь.

Диаметр и высота также влияют на это. Высокая узкая бутылка ведет себя иначе, чем короткая и широкая, даже при том же объеме наполнения — в одном случае столб жидкости опускается дальше, в другом — меньше, и соответственно меняется характер турбулентности.

Решение: настроить параметры заполнения

Ни одна настройка не подходит для каждой формы бутылки, учитывая, насколько сильно различаются эти факторы. Профессиональная система наполнения должна позволять регулировать:

• Скорость наполнения
  
• Высота сопла
  
• Время заполнения
  
• Расход насоса

На самом деле скорость наполнения и высота насадки часто должны двигаться вместе: бутылка с узким горлышком может потребовать более низкой скорости и расположения насадки глубже внутри, тогда как контейнер с широким горлышком может выдерживать более быстрый поток без такого же риска турбулентности. Время заполнения зависит от установленной скорости. А скорость потока насоса связана со всем уравнением, поскольку фиксированная скорость потока, подходящая для одной формы бутылки, может подавлять другую.

По сути, разные конструкции бутылок требуют разных настроек, а это означает, что линия розлива, работающая с несколькими артикулами и бутылками разных форм, нуждается в системе, достаточно гибкой для перенастройки между запусками, а не в системе, откалиброванной для одного типа контейнера. Хранение рецептов в сервосистеме, упомянутое ранее, как правило, помогает именно здесь: сохраните правильные параметры один раз для каждой формы бутылки, а затем переключайтесь между ними без повторной калибровки вручную каждый раз, когда линия переключается.

Проблема 4: Неправильный выбор насоса влияет на производительность наполнения

Вызов

Стиральный порошок не имеет одинаковой вязкости во всей категории. Некоторые составы разжижаются и напоминают воду. Другие расположены гораздо ближе к гелю, достаточно толстые, чтобы не протекать через оборудование, предназначенное для более тонкого конца этого диапазона.

Насос, не соответствующий реальному продукту, имеет тенденцию довольно быстро проявлять свои ограничения:

• Нестабильный поток
  
• Пульсация
  
• Медленное наполнение
  
• Повреждение продукта

Нестабильный поток проявляется, когда насос, предназначенный для жидких жидкостей, не справляется с более густым составом — производительность становится непостоянной, иногда скачущей, иногда едва движущейся. Пульсация родственна, но различна: некоторые типы насосов проталкивают жидкость дискретными порциями, а не плавным потоком, и эта неравномерность напрямую приводит к непостоянным объемам заполнения. Медленная заправка снижает пропускную способность всей линии, а не только самой заправочной станции. И повреждение продукта также имеет значение, особенно для составов, содержащих ферменты или деликатные добавки: насос, создающий чрезмерную силу сдвига, может ухудшить эти компоненты, ослабляя фактическую эффективность моющего средства еще до того, как оно достигнет потребителя.

Стоит отметить, что на самом деле эту проблему невозможно решить, просто запуская один и тот же насос сильнее или медленнее. Сам механизм насоса должен соответствовать фактическому поведению жидкости, что, учитывая, насколько вязкость варьируется в зависимости от состава моющего средства, обычно означает, что выбор насоса требует пересмотра каждого продукта, а не однократного применения и повторного использования на неопределенный срок.

Решение: выберите правильный наполнительный насос.

Поршневой насос

Хорошо сочетается с:

• Густое моющее средство
  
• Шампунь
  
• Жидкое мыло

По сути, работает над смещением — втягивает фиксированный объем и выталкивает его. Таким образом, толщина практически не влияет на точность, поскольку объем заполнения определяется механически, а не зависит от расхода.

Преимущества:

• Высокая точность
  
• Справляется с высокой вязкостью
  
• Стабильное объемное наполнение

Шестеренчатый насос

Подходит для:

• Жидкости средней вязкости
  
• Химическая продукция

Две зацепляющиеся шестерни перемещают жидкость равномерным, непрерывным потоком — механизм, отличный от прерывистого хода поршня. Хорошо работает, когда вязкость падает ниже диапазона поршневого диапазона, но все еще остается слишком густой для надежных измерений обычными расходомерами.

Преимущества:

• Непрерывный поток
  
• Хорошая повторяемость

Магнитный насос

Предназначен для:

• Химические жидкости
  
• Коррозионные чистящие средства

Отличительная черта здесь вообще не в вязкости, а в сдерживании. Отсутствие механического уплотнения означает, что корпус насоса остается полностью герметичным, и агрессивные химические вещества не могут медленно разлагаться в ходе повторяющихся циклов, как это могло бы произойти со стандартным уплотнением.

Преимущества:

• Нет механического уплотнения
  
• Сниженный риск утечки

Итак, какой насос практически подходит для данного моющего средства? Густые, вязкие составы, как правило, указывают на поршневые насосы, учитывая преимущество в точности независимо от толщины. Более жидкие, но не совсем водные продукты, особенно другие химические жидкости, проходящие через ту же линию, часто вместо этого попадают в шестеренные насосы. И все, что вызывает коррозию — промышленные чистящие средства, некоторые концентрированные формулы — имеет тенденцию отдавать предпочтение магнитным насосам, не столько из-за вязкости, сколько потому, что стандартные уплотнения просто не выдерживают долгосрочного воздействия этой химии.

Проблема 5: Пена влияет на точность наполнения

Вызов

Здесь есть более тонкая проблема, чем перелив или разбрызгивание: пена не просто рискует разлиться, она искажает то, как на самом деле выглядит заливка, даже если сама заливка правильная.

Пена занимает объем внутри контейнера. Таким образом, даже когда машина дозирует точно нужное количество жидкости, визуальный результат говорит о другом:

Жидкость + пена

↓

Неправильный визуальный уровень

↓

Проблема восприятия клиента

Математика по-прежнему работает — вошел правильный объем жидкости. Но пена, находящаяся сверху, поднимает видимый уровень выше фактической линии жидкости или иногда оседает неравномерно, в результате чего бутылка выглядит недополненной, когда пена рассеивается на полке. В любом случае, бутылка выглядит неправильно, даже если ее наполнение было точным. А для розничных продуктов, таких как стиральный порошок, внешний вид важен: покупатель, сравнивающий две бутылки рядом, одна явно полнее другой, не понимает, что разница в пене, а не в продукте.

Решение: конструкция противопенного наполнения

Несколько подходов решают именно эту проблему, помимо того, что уже было рассмотрено для турбулентности и скорости.

Заполнение снизу вверх

Форсунка заполняется снизу вверх, сохраняя жидкость погруженной относительно кончика форсунки на протяжении большей части цикла, а не падая через открытый воздух.

Преимущества:

• Меньше контакта с воздухом
  
• Уменьшенная турбулентность
  
• Лучший внешний вид

Противокапельная насадка

Предотвращает:

• Жидкость капает
  
• Загрязнение бутылки
  
• Проблемы с уборкой

Решает немного другую проблему — не столько о самой пене, сколько о том, что происходит в тот момент, когда насадка убирается. Стандартная насадка может оставлять капли по внешней поверхности бутылки или загрязнять горлышко; конструкция, препятствующая капанию, обеспечивает чистоту в момент остановки наполнения.

Вакуумное наполнение (специальные применения)

Для некоторых продуктов вакуумная технология может помочь удалить захваченный воздух. Не является стандартным для всех линеек и обычно предназначен для составов, особенно склонных к пенообразованию, где другие меры сами по себе не могут полностью решить проблему. Активно вытягивает воздух, а не просто избегает его введения.

В совокупности они, как правило, работают на разных этапах цикла: наполнение снизу вверх устраняет пену по мере ее образования, система защиты от капель контролирует момент окончания наполнения, а вакуумная помощь, где это необходимо, удаляет весь захваченный воздух, который не улавливают первые два.

Как правильно выбрать машину для наполнения стиральных порошков?

Здесь заслуживают внимания несколько факторов, и порядок имеет значение — начните с жидкости, а оттуда двигайтесь дальше.

1. Вязкость моющего средства

Низкая вязкость:

• Магнитный насос
  
• Перистальтический насос
  

Средняя вязкость:

• Шестеренчатый насос
  

Высокая вязкость:

• Поршневой насос
  

Примерно та же логика, описанная ранее, применительно конкретно к ассортименту моющих средств. Разбавленные составы, близкие к воде, могут без проблем проходить через магнитные или перистальтические насосы — последнее особенно полезно, если продукт чувствителен или линия требует легкой очистки между проходами. Средняя вязкость попадает на территорию шестеренного насоса, обеспечивая устойчивый непрерывный поток. Густые гелеобразные моющие средства отдают предпочтение поршневым насосам, учитывая преимущество в точности, которое сохраняется независимо от толщины.

2. Характеристики пены

Стоит оценить:

• Концентрация ПАВ
  
• Скорость наполнения
  
• Конструкция сопла

Более высокая концентрация поверхностно-активного вещества обычно означает, что более агрессивные меры по борьбе с пенообразованием стоят предварительных инвестиций — насадка для погружения, заполнение снизу вверх, сервоуправляемая скорость — комбинация, описанная в предыдущих разделах. Рецептуры с низким пенообразованием могут обойтись более простым оборудованием, хотя это стоит протестировать, а не предполагать.

3. Тип бутылки

Оценить:

• Открытие бутылки
  
• Форма
  
• Материал
  
• Объем

Бутылки с узким горлышком, как говорилось ранее, требуют более тщательной калибровки сопел и скорости, чем контейнеры с широким горлышком. Материал также имеет значение, главным образом для совместимости: некоторые пластмассы по-разному реагируют на определенные составы моющих средств при длительном контакте. Очевидно, что объем определяет продолжительность цикла и размеры оборудования в целом.

4. Производственная мощность

Полуавтоматическая разливочная машина

Подходит для:

• Малое производство
  
• Лаборатория
  
• Стартап бренды

Меньшие первоначальные затраты, больше ручного вмешательства — разумное решение для операций, которые все еще проверяют формулировку или постепенно масштабируют.

Автоматическая линия розлива

Подходит для:

• Крупносерийное производство

Запускается как связная последовательность:

Кормление из бутылочки
↓
Наполнение
↓
Укупорка
↓
Маркировка
↓
Кодирование
↓
Инспекция

Каждый этап напрямую связан с последующим, с минимальной ручной обработкой между ними. Это имеет смысл, если объемы оправдывают инвестиции: экономия труда и повышение производительности суммируются на всей непрерывно работающей линии, чего просто невозможно добиться при небольших пакетных операциях.

Таким образом, последовательное рассмотрение этих четырех вопросов — сначала вязкость, затем поведение пены, затем совместимость бутылок, затем накипь — позволяет довольно четко определить правильное оборудование. Переход сразу к производственной мощности без учета фактических характеристик пены и вязкости моющего средства обычно приводит к тому, что несоответствия обнаруживаются позже, часто после того, как линия уже запущена.

Рекомендуемый раствор для наполнения стирального порошка

Полная линия упаковки моющих средств может включать в себя:

Смесительный бак

↓

Резервуар для хранения

↓

Сервопоршневая разливочная машина

↓

Автоматическая укупорочная машина

↓

Этикетировочная машина

↓

Пакетное кодирование

↓

Инспекционная система

Почему выбирают ZONESUN?

Честно говоря, точный контроль громкости — это очень важно. Заправка стирального порошка требует большего — вся система должна учитывать, как на самом деле ведет себя жидкость, а не только то, сколько ее поступает.

Прежде чем что-либо рекомендовать, мы взвешиваем несколько вещей:

• Вязкость продукта
  
• Склонность к пенообразованию
  
• Химическая совместимость
  
• Дизайн бутылки
  
• Скорость производства

Ни один из них не находится в изоляции. Вязкость определяет выбор насоса, склонность к пенообразованию определяет конструкцию сопла и скорость наполнения, химическая совместимость определяет материалы — и все это по-прежнему должно работать в пределах любой формы бутылки и скорости производства, которые фактически использует клиент.

Что мы предлагаем в целом:

• Поршневые разливочные машины
  
• Сервосистемы наполнения
  
• Машины для розлива с магнитными насосами
  
• Автоматические линии розлива и укупорки

Для разных продуктов требуются разные их комбинации, и в этом действительно суть: густое гелевое моющее средство и жидкое мыло не будут хорошо работать в одной и той же установке, даже если оба технически являются «моющими средствами».

Наша команда инженеров работает над выбором насоса, форсунки и системы управления напрямую совместно с производителями, а не использует стандартную конфигурацию по умолчанию. Цель каждый раз остается достаточно последовательной: стабильный, эффективный и не противодействующий естественной склонности продукта к пенообразованию наполнитель, построенный на основе конкретной рецептуры, а не общего профиля моющего средства.

Заключение

В конце концов, пена редко возникает по одной причине. Свойства жидкости, скорость наполнения, конструкция форсунки, выбор насоса — обычно это некая комбинация всех четырех факторов, работающих друг против друга, а не один исправимый недостаток.

Замедление линии также не решает проблему, как говорилось ранее. Это просто распространяет ту же проблему на большее время. Реальные решения лежат глубже, и в этой статье мы рассмотрели несколько из них: насадки для дайвинга, заполнение снизу вверх, сервоуправление, подходящие насосные системы, противокапельную конструкцию. Честно говоря, ни одно из них не работает как отдельное исправление — они касаются разных точек цикла заполнения, и большинство строк выигрывают от объединения двух или трех, а не от использования только одной.

Однако, если все сложить правильно, выигрыш будет довольно прямым. Более высокая точность заполнения. Более чистая упаковка, меньше остатков и капель, загрязняющих внешнюю поверхность бутылок. Более надежное производство, меньшее замедление из-за остановок, связанных с пеной.

Стоит также вспомнить, с чего все это на самом деле начинается. Не в выборе самой быстрой машины и не в выборе оборудования, подходящего для другого продукта. Успешный процесс розлива моющего средства начинается с понимания самой жидкости — ее вязкости, пенообразования, химического состава — и только затем выбора оборудования, созданного с учетом того, что на самом деле делает эта конкретная жидкость.

Рекомендуемые статьи

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