А. В. ТЕЛЕШОВ, директор, В. А. САПОЖНИКОВ, главный конструктор, машиностроительная компания «Вселуг» (Москва)

Понятие «сухие смеси» объединяет одна концепция: это смесь твердых сухих компонентов изготовляемых в заводских условиях, и затворяемых водой на стройплощадке.   

Высококачественные сухие смеси иностранного производства появились в России одновременно с понятием «евроремонт» и постепенно заняли прочные позиции.

• оборудование для сушки, фракционирования, смешения;
• контроль качества (лабораторное оборудование и методы испытаний);
• упаковочное оборудование и материалы.

Упаковка не имеет непосредственной связи с качеством продукта, но играет первостепенную роль как средство продвижения товара на рынок, поскольку качество продукта на первом этапе всегда ассоциируется с качеством упаковки.

Упаковка высококачественных сухих смесей должна отвечать следующим требованиям:

• привлекать внимание покупателей;
• быть удобной для перевозки, складирования, потребления;
• быть прочной и чистой, обеспечивать сохранность продукта;
• содержать указанное на мешке количество продукта;
• содержать ясные инструкции о назначении и методах использования.

При упаковке недорогих смесей на первый план выступают еще два требования: упаковочные материалы должны быть недорогими, а упаковочное оборудование – производительным.

Назначение и виды упаковки

Упаковка – это деление продукта на дискретные части. В каждом конкретном случае масса дискретной части выбирается с учетом разных задач. При этом важно четко определить назначение упаковки: потребительская или транспортная.

Существует три основных вида упаковки сыпучих продуктов: мешки, биг бэги (мягкие контейнеры) и мелкая фасовка (пакеты). Они различаются технологией упаковки и упаковочным оборудованием, назначением и массой вмещаемой продукции.

Больше половины грузоперевозок сухих смесей приходится на мешки, значительная часть – на перевозки навалом (в специальных контейнерах). Биг бэги и мелкая фасовка составляют в общем объеме небольшую часть.

Мешки

Мешок – это транспортная упаковка, рассчитанная на использование ручного труда. Масса мешка ограничена физическими возможностями человека и не может превышать 50–70 кг. В Европейских странах регламентированная масса мешка с цементом составляет 25 кг, сухие смеси также фасуют по 25 кг. В России цемент и дешевые сухие смеси фасуют по 50 кг, дорогие – преимущественно по 25 кг.

Мешки перевозят в пакетированном и непакетированном виде. Перевозка непакетированных мешков характеризуется использованием тяжелого ручного труда на погрузке и разгрузке и до сих пор широко применяется в России при перевозках недорогих продуктов, например, цемента и дешевых сухих смесей.

Пакетирование – формирование транспортной упаковки весом 1000–2000 кг. В развитых странах перевозки мешков в пакетированном виде полностью вытеснили перевозки «россыпью». Механизация погрузочно-разгрузочных работ позволяет:

• отказаться от использования высокооплачиваемого ручного труда;
• существенно сократить простои транспорта под погрузкой и разгрузкой;
• обеспечить сохранность мешков практически при любом количестве перегрузок.

Дорогостоящие сухие смеси перевозят в России в пакетированном виде. При затратах на пакетирование (поддон, стрейчпленка), несущественных по сравнению со стоимостью продукта, значительно снижается риск повреждения мешков и потерь продукции.

Существует два типа мешков: открытые и закрытые. Открытые мешки (по английски называемые open mouth bags – мешки с открытым ртом) наполняют с помощью воронки, оборудованной приспособлением для прижима горловины. После наполнения открытые мешки прошивают, заклеивают или заваривают.

Закрытые мешки оборудованы внутренним или наружным клапаном и не требуют зашивки после наполнения. Внутренний клапан закрывается давлением, находящегося внутри мешка продукта. Наружный после наполнения мешка требуется загнуть и приклеить. Сухиесмеси фасуют главным образом в закрытые мешки с внутренним самозакрывающимся клапаном.

Открытые и закрытые мешки изготавливают из различных материалов: бумаги, пластиковых пленок, тканей из натуральных и синтетических волокон и их комбинаций. Наибольшее распространение получили многослойные бумажные мешки, но их начинают вытеснять мешки из полипропиленового полотна. Однако при упаковке сухих смесей бумажные мешки пока остаются вне конкуренции.

Бумажные клапанные мешки изготавливают двумя способами: склейкой и прошивкой. Предпочтение следует отдавать склеенным мешкам. Они имеют более правильную форму и презентабельный вид. Операция открывания клапана и насадки пустого мешка на наполнительный патрубок фасовочной машины при работе со склеенными мешками значительно легче и занимает меньше времени, чем при работе с шитыми мешками. Заглядывая в будущее, нужно иметь в виду, что операция насадки склеенных клапанных мешков легко автоматизируется, а шитых – нет.

Для упаковки 25 кг продукта обычно достаточно 2–3 слоев крафтбумаги плотностью 70–80 г/м2. При упаковке дорогостоящих смесей верхний слой обычно делают из белой бумаги и наносят многоцветную печать. Внутренний слой может содержать водоотталкивающее или водонепроницаемое покрытие, которое, однако, не обеспечивает эффективной защиты продукта от влаги: особенность фасовки тонкодисперсных продуктов заключается в необходимости перфорирования (пробивания иглами) всех слоев мешка для выхода содержащегося в продукте воздуха. Предпочтение следует отдавать смещенной перфорации (несовпадение отверстий в разных слоях) по всей поверхности мешка, поскольку при наполнении они пылят значительно меньше, чем со сквозной.

Существует три наиболее распространенных размера клапана (измеряется в сложенном состоянии): 90 мм, 110 мм, 130 мм. Мешки с клапаном 90 мм в России используются повсеместно, но являются наименее предпочтительными из вышеперечисленных. Иностранные изготовители производят мешки по заказу клиента любых размеров с клапаном любого размера. В России имеется пока только один изготовитель клееных клапанных мешков емкостью 25 кг, и возможности перенастройки линии у него ограничены.

Ориентировочная стоимость такого белого мешка отечественного производства составляет около 4 руб., импортного – 0,3–0,5 USD*. Минимальная партия при заказе мешков обычно около 20 тыс. шт.

Фасовочные машины для клапанных мешков

Процесс фасовки сухих смесей в мешки состоит из следующих операций:

• подача продукта;
• дозирование продукта;
• подача пустых мешков;
• наполнение мешков;
• удаление наполненных мешков;
• сбор и очистка запыленного воздуха; 
• сбор просыпи.

Подача продукта в бункер фасовочной машины может осуществляться одним из трех способов:

• гравитационной подачей (под действием собственного веса);
• механическим способом (винтовой, ленточный, скребковый конвейер или иное устройство);
• пневматическим способом (например, камерный насос).

Оптимальным вариантом является размещение фасовочной машины непосредственно под смеси телем. Простота гравитационной подачи сочетается в этом случае с возможностью быстрого перехода от одной рецептуры к другой. Важно, чтобы производительность смесителя соответствовала производительности упаковочной машины.

Главные требования к механическому транспортирующему устройству – возможность его быстрой очистки и отсутствие факторов, которые могут повлечь за собой сегрегацию продукта. Пневмотранспорт является наименее предпочтительным вариантом из-за необходимости очистки большого количества запыленного воздуха и высоких энергозатрат.

Подача пустых мешков, открывание клапанов и насадка на наполнительный патрубок фасовочной машины выполняется вручную или с помощью автомата. Использование автоматического насадчика в России в настоящее время нецелесообразно, поскольку его стоимость может превышать половину стоимости фасовочной машины и российские производители мешков не всегда обеспечивают качество, необходимое для автоматической насадки.

Дозирование, наполнение и сброс мешков – операции, выполняемые фасовочной машиной.

Дозирование в мешки осуществляется по массе. Требования к точности дозирования цемента содержатся в ГОСТ 30515–97. Отклонение массы нетто цемента в отдельном мешке от указанной на упаковке не должно быть более 1 кг. Это можно считать приемлемым для дешевых сухих смесей. Для дорогих смесей целесообразно установить более жесткие требования, например в пределах 0,25–0,5 кг.

Весовой дозатор состоит принципиально из двух частей: весового устройства и механизма прерывания подачи продукта. Весовое устройство должно быть оснащено функцией задания двух весовых порогов, которые настраиваются следующим образом: первый порог – ориентировочно 90 %, второй – ориентировочно 98 % от требуемой дозы. При достижении первого порога подача продукта на весы «грубым» потоком прекращается и продолжается подача «тонким» потоком, при достижении второго порога подача прерывается.

Современные фасовочные машины оснащаются электронными весовыми устройствами, принцип действия которых основан на преобразовании веса в аналоговый электрический сигнал. В качестве преобразователя в подавляющем большинстве случаев применяются тензометрические датчики. Значения весовых порогов вводятся и хранятся в памяти контроллера, обычно в цифровом виде. Существуют также модели с функцией самонастройки, когда пороги не являются постоянной величиной, а настраиваются автоматически в процессе работы дозатора.

Механические весовые устройства в настоящее время морально устарели, но до сих пор находят применение, что объясняется их низкой стоимостью.

Электронные весовые устройства имеют по сравнению с механическими следующие преимущества:

• высокая надежность (благодаря отсутствию изнашивающихся механических частей);
• «обнуление» веса тары перед началом каждого цикла дозирования; 
• цифровая индикация и настройка с клавиатуры; 
• возможность подключения к информационной системе для ведения учета.

Цены микропроцессорной техники стремительно падают и в будущем возможно полное вытеснение ими механических. Но и в настоящее время можно рекомендовать отказаться от использования механических весов, по крайней мере, при фасовке дорогостоящих сухих смесей.

Дозаторы, в которых операции наполнения и дозирования совмещены, принято называть брутто дозаторами. Это означает, что взвешивание продукта осуществляется вместе с мешком в процессе его наполнения. Фасовочные машины для клапанных мешков обычно оснащают брутто дозаторами. Нетто дозаторы, в которых продукт предварительно взвешивается в бункере, а затем подается в мешок, находят применение в фасовочных машинах для открытых мешков и лишь в редких случаях используются для клапанных.

Существует две принципиально отличные системы наполнения мешков: свободная и принудительная. Свободное или гравитационное наполнение характерно для открытых мешков. Клапанные мешки наполняют, преимущественно, принудительно. Связано это с тем, что поперечное сечение клапана закрытого мешка существенно меньше горловины открытого, а принудительная подача обеспечивает более высокую скорость наполнения.

Свободная подача практикуется для загрузки в клапанные мешки только очень хорошо сыпучих гранулированных продуктов, а также свободно текущих в аэрированном состоянии тонкодисперсных порошков. Этот способ может применяться, в частности, для цемента, но скорость заполнения мешка при этом в 2–3 раза ниже, чем при принудительном заполнении. Для сухих смесей этот способ не годится, поскольку аэрация может повлечь сегрегацию (расслоение) смеси.

Принудительная подача осуществляется с помощью турбинных нагнетателей (для хорошо сыпучих порошкообразных продуктов), пневмокамерных нагнетателей (для плохо сыпучих порошкообразных продуктов), шнековых нагнетателей (для мучнистых продуктов), ленточных метателей (для сахара, зерна и др.).

Границы области применения нагнетателя того или иного типа достаточно условны. У каждого способа есть свои преимущества и недостатки, которые в сумме и определяют целесообразность его использования для фасовки того или другого продукта.

Единого мнения о том, какая система подачи предпочтительнее при фасовке сухих смесей, нет: используют и турбинные, и пневмокамерные нагнетатели. По мнению авторов турбинные (как с вертикальным, так и горизонтальным расположением турбинки) являются идеальным инструментом для фасовки смесей, содержащих тонкие заполнители и большое количество вяжущего. Для смесей с малым содержанием вяжущего и крупным песком целесообразнее использовать пневмокамерный нагнетатель.

Разнообразие механизмов сброса наполненных мешков довольно велико. Требования к ним: простота конструкции, сброс мешка гарантированно без повреждения, минимальное время сброса.

Система сбора и очистка запыленного воздуха – необходимый элемент фасовочной установки. Этому вопросу следует уделить пристальное внимание, особенно в случае машины с пневмокамерным нагнетателем.

Система сбора и возврата просыпи при фасовке сухих смесей может отсутствовать или быть выполнена в упрощенном варианте, поскольку это некондиционный товар и возвращаться обратно в бункер фасовочной машины не может.

Биг бэги используются для перевозки и складирования сравнительно недорогих, но производимых в больших количествах смесей кладочных, монтажных, штукатурных, бетонных. Биг бэги выполняют функцию исключительно транспортной упаковки. По назначению они ближе к специализированным контейнерам многоразового использования, чем к упаковке в традиционном понимании. Существует, однако, исключение: если объем растворомешалки на строй-площадке соответствует объему бигбэга и его содержимое высыпается за один раз, то его можно рассматривать как потребительскую упаковку.

Мелкая фасовка используется для наиболее дорогих, потребляемых в небольших количествах сухих смесей, например, цветных смесей для расшивки швов. Сухие смеси упаковывают в двухслойные бумажные пакеты, которые после наполнения заклеивают или зашивают. В качестве фасовочного оборудования используют шнековые дозаторы с вертикальным расположением вала (объемное дозирование). Заполненные и зашитые пакеты подвергают групповой упаковке. Из групповых упаковок на поддоне формируют транспортную единицу груза.