保持密封

作者:Martin Krüger 发布时间:2020-09-07
从酿造到灌装总共使用了数千个密封件,不论是简单的密封圈或者是结构形状复杂的成型密封件,目的都是一样的

从酿造到灌装总共使用了数千个密封件,不论是简单的密封圈或者是结构形状复杂的成型密封件,目的都是一样的——保证啤酒、混合啤酒或者其他饮料都能安全而干净地进入啤酒瓶或啤酒罐中。卫生设计是技术术语,保证了密封件在啤酒酿造过程中拥有很长的使用寿命,耐液体介质腐蚀和维持化学中性。


保持密封,这是啤酒酿造过程中的首要任务,也是其他种类饮料生产中的首要任务。酿造的啤酒从糖化罐中排出,经蒸煮锅、冷却器多台酿造设备最后输送到储罐中去。即使在储罐中也能够看到密封件的身影,在压力过高时仍然能够牢牢地保持储罐盖子严密的密封。几周后,在灌装啤酒时,密封系统可确保安全、卫生地将啤酒灌装到啤酒瓶、啤酒罐或者啤酒桶中。


配合精准,结构紧凑

啤酒和饮料行业的发展趋势也影响着密封系统的设计。由于对无酒精啤酒、低酒精啤酒和混合啤酒的构成成分的要求不断提高,密封系统总是需要和在线混合系统配合使用。在线混合系统中,啤酒的液体组成成分在“管道内”直接混合并作为“均质混合液”性质的最终产品灌装。这意味着密封件不仅要具有抵抗啤酒中菌类和酵母培养液的能力,而且还要有抵抗苏打水和果汁酸性腐蚀的能力。

另一个发展趋势对密封系统的研发设计也有影响,那就是小型啤酒酿造厂。小型啤酒酿造厂使用的是结构紧凑的酿造系统和灌装设备,这也就意味着,小型啤酒酿造厂的密封解决方案必须适应空间狭小的要求。为了实现这一目标,酿造设备制造者就要在设备规划设计的早期阶段,与密封系统的研发人员一起合作,以便能够开发出具有成本效益的密封解决方案。特瑞堡密封系统公司是世界上最先进的密封专家之一,该公司通过卫生设计和手拉手工程设计为啤酒酿造厂和灌装设备生产集成式的密封解决方案。


个性化和一站式服务

手拉手工程设计意味着,密封件解决方案从样件设计到量身定制的解决方案都是个性化的设计。项目开始时通常都有自己特殊的技术规范和产品要求,最初的起点可以是常规的设计任务书,也可以是3D扫描的安装空间。在随后的验证工作中,最终确定密封系统的设计和使用的材料。手拉手工程项目将技术咨询、新产品的成熟度保障、产品开发整个过程链的项目管理等都结合到了一起。而在啤酒和饮料生产领域中,卫生设计则扮演着非常重要的角色,通过卫生设计来保证价值增值链中所有的液体都能符合卫生标准要求,并安全可靠地运输。

密封件设计的第一步就是选择合适的密封件材料,而可供使用的材料包括弹性体材料、热塑性材料和复合材料。确定了密封件的材料之后,生产密封件的模具设计就是重点任务了。在模具设计过程中要用到FEA有限元分析法,以便模拟密封件在安装和使用条件下的受力情况,这样就可以在原型件生产之前改善密封件的性能。而对于小型啤酒厂酿造设备空间狭小的情况,早期利用FEA有限元法检验密封件是否能在狭小的空间里实现目标性能的要求也是非常重要的,多个模拟设计选项可以减少费时费力的检测、试验过程。此外,利用FEA有限元分析技术也可以确定密封件是否可以集成到啤酒酿造系统和灌装系统中去,可以在研发设计早期就确定密封件是否满足流量、几何形状尺寸或者成本费用等要求。

耐受性能和认证

为了使啤酒酿造厂封好盛满啤酒的容器气密性足够好,连接起来的管道不泄漏,所使用的密封件不仅要形状尺寸合适,还要求它们具有很好的耐受性能,尤其是抵抗不同介质的性能。在-40~180℃环境中的耐受性能,对有着很高耐化学性能的密封件来讲,影响其耐化学性能的关键是它所使用的材料。除了常规的标准弹性体材料之外,特瑞堡公司还在饮料工业领域中使用了其自有的全氟弹性体材料FFKM,例如Isolast®。不论使用什么材料,这些材料不仅要满足卫生和弹性的要求,而且还要符合国家和主管当局颁布的现行法律法规的要求,特别是一些国际性的食品工业市场中的规定和要求。这里的国际市场的规定不仅指ISO国际标准、DIN德国标准和FDA美国食品药品管理局的标准,还包括中国食品市场中的中国食品法规。


高氟和耐热

在啤酒酿造系统和灌装设备中,特瑞堡公司设计生产的密封件使用的材料主要是FFKM全氟弹性体材料Isolast®。这是一种由单体组成的三元共聚物,其中所有的氢原子都被氟所取代。分子链中所缺少的氢提高了它的耐化学性能,通过分子链连接成的网络,弹性体的弹性和密封性与PTFE的耐化学性能和热稳定性可以结合到一起。PTFE具有极强的耐热性,可用作煎锅和烹饪锅的不粘涂层材料。

就全氟弹性体Isolast®材料的工作温度而言,它的工作温度范围为-40~325℃。作为全氟弹性体材料Isolast®具有很高的耐化学性能,而在啤酒酿造和饮料工业领域中的灌装设备恰恰要有很好的耐酸性能和抵抗风味添加剂的能力。与常规弹性体材料不同,全氟弹性体材料还具有防止密封件高度膨胀的能力,例如常规的弹性体在受到果酸作用后能够发生的密封件膨胀。这种密封材料实质上是一种“惰性”材料,对许多介质(如溶剂、氧化物、酸、碱、胺、脂或者蒸汽等)都显现化学惰性。Isolast®可以用于生产各种标准设计的以及量身定制的密封件,例如联轴器、安全阀中连接盘间的密封件或者储罐清洁系统伸缩式喷头中的密封垫圈等。在这些应用情况中对全氟弹性体材料的最关键要求是,不仅要在与食物接触时保持中性,而且还能承受CIP原位清洁和SIP原位消毒的过程。

特瑞堡公司专门为食品技术和医疗器械领域开发的,适用于在饮料工业灌装设备中使用的Isolast®全氟弹性体密封件材料


卫生,无死角

对于啤酒酿造过程中的菌类、酵母培养物和酸类物质,接触的零部件以及无菌灌装设备零部件需有很高的卫生标准要求。这里的卫生要求不仅仅涉及到惰性材料,而且还要求这些零部件没有卫生死角。而在连接件或者管道弯头处,随处都可能存在不利于卫生清洁的死角,而这些卫生死角有利于细菌或者微生物的滋生、繁殖。

特瑞堡公司用自己开发的特殊密封件成型解决方案,避免了在啤酒酿造系统或者灌装设备中形成卫生死角。这一解决方案始于FEA有限元法分析,模拟在连接过度处是否会形成积留液体的死角,如何避免这些死角。没有卫生死角的灌装设备不仅避免了不同饮料灌装时的交叉污染,也减少了清洁循环的次数。同样也会减轻密封件承受的负荷,从而延长密封件的使用寿命。


无味,寿命长

Export、Pils、Weißbier、Radler、Berliner Weisse等都是一些著名的德国啤酒品牌,但近几年来混合啤酒却悄悄地异军突起。尤其是年轻的啤酒消费者想尝遍所有口味的啤酒,苹果味、香蕉味或是无花果味的,而且最好是无酒精啤酒。再加上精酿啤酒,香气也是饮酒愉悦的决定性因素。对啤酒酿造行业而言,这就意味着要有更多、更加灵活的灌装技术。因为在一台或者同一台灌装设备中要经常交替灌装不同种类的啤酒,要交替地使用不同规格尺寸的啤酒罐。为了不在不同啤酒、饮料产品间产生香气遗留,不混淆不同产品的特色,密封件起到了至关重要的作用。密封件所用材料应具有抵抗不同卫生清洁方法的能力,必须具有很好的耐化学性能,并具有很高的介质耐受性和耐磨性。只有这样,才能真正长期有效地防止香气遗留。


密封和干净是一体的

混合啤酒和特殊啤酒的发展趋势,使得啤酒的口味种类越来越细化。为了确保纯度,密封件和所用材料保证了整个酿造过程可靠的密封,个性化、中性和一致性。


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