Способ заправки емкости для хранения минеральной воды

 

Использование: при розливе жидкостей, например природных минеральных вод. Сущность изобретения: проводят санобработку емкости, после этого осуществляют предварительную укупорку крышкой с сохранением кольцевого зазора, наполнение емкости минеральной водой со скоростью 6-20 дм³/мин, окончательную укупорку и создание избыточного давления в газовой подушке. При этом избыточное парциальное давление O₂ составляет 0,2 - 0,3 МПа, давление воды 0,25 - 0,35 МПа и температура 4 - 6C.

Изобретение относится к розливу природных минеральных вод, может быть использовано для розлива неуглекислых (природных столовых, лечебно-столовых и т. п. ) вод.

Известен промышленный способ заправки стеклянных бутылок емкостью 0,33 и 0,5 дм³, включающий операции (Беленький С. М. и др. Технология обработки и розлива минеральных вод. 2-е изд. перераб. и доп. М. : Агропромиздат, 1990, 151 с. ) санитарной обработки внутренней поверхности, вытеснение воздуха диоксидом углерода (СО₂), наполнение минеральной водой по уровню с избыточным давлением СО₂, герметическая укупорка кроненпробками.

Недостатком этой технологии является то, что она предусматривает разовый розлив, так как использование кроненпробок повторно не обеспечивает герметичности при укупорке. Вытеснение воздуха СО₂ до наполнения бутылок водой усложняет оборудование и увеличивает расход СО₂.

Наиболее близким к заявляемому является способ заправки по авт. св. 885149, кл. В 67 D 1/04, по которому выполняют следующие операции: санитарную обработку внутренней поверхности, герметичную укупорку крышкой многоразового пользования, вытеснение воздуха из емкости путем четырех последовательных операций набора давления продувкой СО₂ и стравливания до атмосферного, наполнение минеральной водой по весу с избыточным давлением СО₂ и набор установившегося давления в газовой подушке.

К недостаткам известного способа можно отнести следующее. Для удаления воздуха требуется специальное оборудование, большой расход СО₂ и высокая трудоемкость. При наполнении емкости водой процесс необходимо прерывать для того, чтобы осуществить сброс избыточного давления в газовой подушке. После наполнения установившееся давление в газовой подушке набирают до определенной величины. Такая технология требует больших затрат и специального оборудования.

Целью изобретения является упрощение технологии заправки.

Это достигается за счет того, что в отличие от известного способа заправки емкости для хранения минеральной воды, заключающегося в санитарной обработке внутренней поверхности, герметической укупорке, вытеснении газа из емкости, наполнении минеральной водой и образовании газовой подушки, в заявляемом способе укупорку разделяют на предварительную и окончательную, а вытеснение газа осуществляют при наполнении емкости водой до объема 25-30% в пропорциональной зависимости от скорости изменения уровня воды в емкости, при этом скорость наполнения выдерживают 6-20 дм³/мин, избыточное парциальное давление СО₂ р = 0,2-0,3 МПа, давление воды р = 0,25-0,35 МПа, температура воды Т = 4-6^оС, после чего осуществляют окончательную укупорку, а наполнение прекращают после выравнивания давлений.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа тем, что укупорку разделяют на предварительную и окончательную, а вытеснение газа осуществляют при наполнении емкости водой до объема 25-30% в пропорциональной зависимости от скорости изменения уровня воды в емкости, при этом скорость наполнения выдерживают 6-20 дм³/мин, избыточное парциальное давление СО₂ р = = 0,2-0,3 МПа, давление воды р = 0,25-0,35 МПа, температура воды Т = 4-6^оС, после чего осуществляют окончательную укупорку, а наполнение прекращают после выравнивания давлений. Поэтому данное техническое решение отвечает критерию "новизна".

При сравнении заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями не обнаружены решения, обладающие сходными признаками. Именно разделение укупорки на предварительную и окончательную, а также вытеснение газа, которое осуществляют при наполнении емкости водой до объема 25-30% в пропорциональной зависимости от скорости изменения уровня воды в емкости, при этом скорость наполнения выдерживают 6-20 дм³/мин, парциальное давление СО₂ р = 0,2-0,3 МПа, давление воды р = 0,25-0,35 МПа, температура воды Т = 4-6 ^оС, после чего осуществляют окончательную укупорку, а наполнение прекращают после выравнивания давлений, позволяют достичь положительного эффекта, обозначенного целью изобретения - упрощение технологии заправки.

П р и м е р. Заявляемый способ состоит из следующей технологической последовательности операций.

Санитарную обработку для новых или сильно загрязненных емкостей осуществляют путем заполнения 1,0-1,5% -ным раствором кальцинированной соды и выдерживают в течение 1 ч. После чего они отмываются питьевой водой до исчезновения следов примененного дезинфектанта. Регулярно заполняемые минеральной водой емкости перед заправкой тщательно промываются питьевой водой Предварительная укупорка заключается в том, что после санобработки емкость закрывают крышкой с возможностью выхода избыточного давления в атмосферу и создания внутри емкости избыточного давления, равного или более на 10-15% давления насыщения. Это противодавление необходимо для исключения процесса дегазации.

Подключив емкость к розливочной машине и открыв сливной клапан осуществляют наполнение емкости минеральной водой. В данном случае используются отечественные промышленные розливочные машины. Процесс подключения осуществляют от сатуратора. По мере заполнения происходит сжатие газа (воздуха), находившегося в ней до заполнения. В случае превышения противодавления сверх давления насыщения на 10-15% оно сбрасывается в атмосферу. Скорость наполнения выдерживают 6-20 дм³/мин, избыточное парциалное давление СО₂ р = 0,2-0,3 МПа, давление воды р = 0,25-0,35 МПа, температура воды Т = 4-6^оС. На данной операции объем заполнения должен составлять 25-30% от всего объема воды.

После заполнения указанного объема воды, что фиксируется по времени относительно эталонной емкости или специальным счетчиком, осуществляют окончательную укупорку. Этот процесс осуществляют во время наполнения, изменение объема не более 0,3-0,5 дм³. Изолирование внутренней полости от атмосферы позволяет начать процесс образования газовой подушки и набор требуемого в ней давления.

Наполнение емкости водой прекращают после выравнивания давлений в розливочной машине (сатураторе) и внутри емкости. Это осуществляется автоматически при достижении степени объемного сжатия воздуха. Сливной клапан емкости перекрывается.

Давление в трубопроводе, соединяющем розливочную машину и емкость, снимается, и последняя отключается, емкость считается заправленной.

Заявляемый способ можно использовать для розлива углекислых вод, для чего после предварительной укупорки емкость заполняют СО₂, а затем выполняют все указанные выше операции в соответствующей последовательности. В этом случае будет вытесняться не воздух, а СО₂.

Разделение операции укупорки на предварительную и окончательную обусловлено тем, что степень объемного сжатия воздуха не позволяет обеспечить наполнение требуемого объема воды, который должен составлять 80-85% от полного объема емкости, Расчеты и испытания процесса показали, что этот объем жидкости необходимо наполнять в два этапа: первый - 25-30% , когда давление воздуха должно сбрасываться в атмосферу, и лишь оставшиеся 70-75% позволяют добрать требуемый объем воды и создать в газовой подушке (за счет сжимаемости воздуха) требуемое избыточное давление.

Предварительная укупорка обусловлена тем, что за счет сброса избыточного давления в атмосферу позволяет осуществлять наполнение емкости водой до требуемого объема. Сброс избыточного давления должен быть регламентирован так, чтобы противодавление сжатого воздуха было равно или более на 10-15% давления насыщения, что исключает процесс дегазации минеральной воды при наполнении. Снижение массовой доли СО₂ в воде может привести к нарушению равновесного состояния - изменению химического состава воды и ее лечебных свойств. Важное значение имеет скорость изменения уровня воды в емкости, которая зависит от формы внутренней поверхности (например, цилиндрическая форма способствует прямо пропорциональной зависимости, сферическая квадратичная функция).

Окончательная укупорка обусловлена тем, что позволяет создать газовую подушку с необходимым для вытеснения всей массы воды давлением. В то же время это давление необходимо для поддержания равновесного состояния и исключения процесса дегазации. Сжимаемый при наполнении воздух (до 0,25-0,35 МПа) выполняет две функции.

Выполнение скорости наполнения водой в пределах 6-20 дм³/мин обусловлено тем, что при меньшей скорости увеличивается время заправки емкости, а это увеличивает затраты при обслуживании большого (более 10 шт) из количества. При большей скорости (более 20 дм³/мин) усложняется оборудование розливочной машины, увеличивается инертность массы воды, усложняется процесс регламентирования при наполнении (более 0,5 дм³). Возможен недолив либо перелив заполняемой воды. Разработка специальных приборов для нормирования расхода воды приведет к усложнению технологии заправки.

Выполнение парциального давления СО₂ в пределах 0,2-0,3 МПа обусловлено тем, что для получения готовой продукции с требуемой степенью насыщения избыточное давление рекомендуется выдерживать 0,15 МПа. Для заправки емкостей предусмотрена технология, применяемая в промышленности при розливе минеральных вод в бутылочную тару. Отклонение от указанной технологии приводит к соответствующим потерям. Для получения готовой продукции с требуемой степенью насыщения введены поправки с учетом потерь. Незначительное перенасыщение минеральных вод СО₂ способствует увеличению сроков их хранения. Использование известного оборудования для заправки емкостей способствует упрощению технологии заправки.

Подача воды при наполнении под давлением 0,25-0,35 МПа обусловлена тем, что оно должно быть выше избыточного парциального СО₂ на 15-25% . Это исключает процесс дегазации при розливе. В то же время этого давления достаточно для вытеснения всей массы воды. Если давление будет менее 0,25 МПа, то с учетом возможных потерь дегазация воды неизбежна. При давлении более 0,35 МПа возможна перегрузка промышленного оборудования и снижение безопасности работ. Технологический процесс усложняется, в то время как производительность увеличивается незначительно.

Температурный режим розлива в пределах 4-6^оС обусловлен возможностями оборудования и показателями растворимости СО₂. Понижение температуры (ниже 4^оС) приводит к высоким затратам энергии. Повышение сверх 6^оС приводит к снижению растворимости СО₂ и увеличению процесса дегазации воды. Для упрощения технологии заправки были выбраны оптимальные температурные режимы, способствующие выпуску готовой продукции с требуемой степенью насыщения.

Прекращение наполнения емкости после выравнивания давлений в розливочной машине и внутри емкости обусловлено тем, что позволяет прекратить процесс наполнения автоматически из-за отсутствия разности давлений, что упрощает технологию заправки, так как не требует дополнительного оборудования.

В качестве технико-экономического обоснования рассмотрим два технологических процесса.

Прототип по авт. св. 885149.

1. Санитарная обработка 2. Герметичная укупорка 3. Вытеснение воздуха четырехкратной продувкой СО₂ и сброс избыточного давления 4. Наполнение водой с периодическим остановом для сброса избыточного давления из газовой подушки.

5. Подача СО₂ для набора установившегося давления.

Заявляемый способ 1. Санитарная обработка.

2. Предварительная укупорка.

3. Наполнение водой и сброс избыточного давления воздуха. Объем воды 25-30% .

4. Окончательная укупорка во время наполнения.

5. Прекращение наполнения после выравнивания давлений.

Из приведенного сравнения видно, что заявляемый способ приводит к упрощению технологии заправки, как по трудоемкости выполняемых операций, так и по затратам на СО₂. Возможность его реализации на промышленном оборудовании подтверждает положительный эффект, обозначенный целью изобретения. (56) Авторское свидетельство СССР N 885149, кл. В 67 D 1/04, 1989.

Формула изобретения

СПОСОБ ЗАПРАВКИ ЕМКОСТИ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОЙ ВОДЫ, включающий санобработку внутренней поверхности емкости, герметическую укупорку, вытеснение газа из емкости, наполнение минеральной водой и образование газовой подушки, отличающийся тем, что перед герметической укупоркой осуществляют предварительную укупорку за счет сохранения кольцевого зазора между крышкой и торцевой поверхностью горловины, при этом наполнение минеральной водой начинают после предварительной укупорки со скоростью 6 - 20 дм³ мин при избыточном парциальном давлении CO₂ 0,2 - 0,3 МПа, давлении воды 0,25 - 0,35 МПа и температуре 4 - 6^oС и прекращают после выравнивания давления, перед герметической укупоркой осуществляют вытеснение газа, оставшегося в емкости после предварительной укупорки, водой и поддерживают давление в емкости не менее 2 МПа, а герметическую укупорку проводят после заполнения водой 25 - 30% объема емкости.