Контроль запыленности и точность взвешивания при упаковке сыпучих порошков

Матрица сравнения технологий

Для упаковки порошка в мешки по 25 кг используются три технологии: самотечная подача с дозатором брутто или нетто, серво-шнековая подача с регулировкой веса нетто и вращающийся клапан-лопастной наполнитель мешков. Они различаются, во-первых, по способу перемещения порошка и, во-вторых, по типу мешка, который они закрывают. В таблице ниже приведен список, который я использую, когда покупатель указывает "мешки по 25 кг".

Самотечное наполнение - это дешево и быстро, но в зависимости от уровня или времени заполнения, поэтому оно учитывает каждое изменение насыпной плотности партии. Шнековая насадка равномерно распределяет порошок и позволяет тензодатчику выполнять отсечку, поэтому его точность является самой высокой; главное преимущество - скорость и необходимость в пылеуловителе. Рабочие колеса с клапанными мешками выбрасывают порошок в закрытый мешок через клапан и являются самыми чистыми на скорости, но они запирают покупателя в клапанных мешках и затрудняют работу с очень мелкими порошками с низкой насыпной плотностью, которые аэрируются.

Измеряемые показатели эффективности

Приведенные ниже цифры относятся к линейке Jubail MCC с самотечным наполнителем и самодельным вытяжным устройством, а также к модифицированному шнеку side-by-side для того же продукта. Содержание пыли измерялось с помощью изокинетического датчика на носике (мг/м3); вес измерялся с помощью тензодатчика машины и подтверждался на автономных контрольных весах с интервалом в 30 мешков.

Решающим фактором является уровень пыли. При 28,4 мг/м3 на заводе было превышено пороговое значение для рабочего места в 4 мг/м3, используемое в гигиенических оценках ЕС и стран Персидского залива, и, что более важно, в зоне 22 образовалось горючее облако. После установки специального вытяжного патрубка с давлением -0,5 кПа и перехода на дозирующий шнек показатели расхода снизились до 1,6 мг/м3, что на 94% меньше, а остаточное содержание порошка в верхней части пакета стало настолько низким, что термосваривание полиэтиленовой оболочки прекратилось из—за попадания порошка. Уровень потерь продукции (1,2 % → 0,09 %) - это то, о чем заботится финансовая команда: на линии MCC производительностью 40 тонн в день извлекается примерно 440 кг товарного материала в день.

Мы также протестировали деаэрацию напрямую. MCC при 0,34 г/мл задерживает воздух, поэтому без этапа деаэрации датчик нагрузки показывает "заполнен", пока колонка еще отстоивается, и оператор переполняет ее. 6-секундная вибрационная деаэрационная камера снижает разницу в весе после заполнения с +180 г до +40 г на мешок.

Региональная карта соответствия требованиям

Стандарты GMP и ATEX ЕС

В ЕС расфасовка сыпучего порошка в пакеты осуществляется в двух режимах. Директива ATEX 2014/34/EU и Директива о рабочих местах 1999/92/EC требуют, чтобы оборудование, работающее в запыленной атмосфере, относилось к зонам 20, 21 или 22 и имело соответствующий уровень защиты от воспламенения; большинство носиков весом 25 кг относятся к зоне 22. Требования к конструкции регулируются стандартами EN 1127-1 и IECEx. Приложение GMP 1 (2022) применяется, когда порошок является лекарственным наполнителем, поэтому в зоне расфасовки требуется документально подтвержденный экологический мониторинг и оборудование, пригодное для очистки в соответствии с утвержденным количеством тампонов. Стандарт ISO 9001:2015 является базовым стандартом качества; стандарт ISO 21898 регулирует проверку FIBC и упаковочных материалов, когда упаковка весом 25 кг является неопасным грузом.

FDA США и OSHA / NFPA

На заводе в США линия оценивается в соответствии с OSHA 29 CFR 1910.272 для обработки зерна и, в более широком смысле, NFPA 61 (для сельского хозяйства) или NFPA 654 (горючая пыль в химической и фармацевтической промышленности), для которых требуется анализ пылеопасности (DHA) и взрывозащищенность при извлечении. FDA 21 CFR 211 применяется в тех случаях, когда упакованный порошок является лекарственным веществом или вспомогательным веществом, поэтому важна точность взвешивания в соответствии с частью 11 21 CFR и обоснованность превышения нормы. Национальные программы OSHA по борьбе с кремнеземом и горючей пылью означают, что показатель в 28 мг/м3 в носике должен быть немедленно установлен; предел в 1 мг/м3, пригодный для вдыхания, является проектной целью.

Юго-Восточная Азия

Индонезия (BPOM), Таиланд (FDA), Вьетнам (MOH), Малайзия (NPRA) и Филиппины (FDA) принимают стандарты ISO 9001 и GMP, согласованные с PIC/S, но риск в полевых условиях связан с влажностью. В тропических условиях при относительной влажности воздуха 70-85 % МСС скапливается в горловине шнека, поэтому покупатели недооценивают степень перемешивания, а затем борются с образованием пробок. Региональные требования заключаются в документально подтвержденных показателях пылеулавливания, а не только в декларации в стиле СЕ, и некоторые органы власти теперь запрашивают паспорт безопасности на местном языке, привязанный к классу пылеулавливания в мешках. Все чаще для FIBC экспортного качества требуется тестирование мешков по стандарту ISO 21898.

ближний Восток

Покупатели из Саудовской Аравии (SFDA) и ОАЭ (MOHAP) в странах Персидского залива сравнивают линии расфасовки с требованиями PIC/S GMP и требуют маркировки на арабском языке с указанием веса партии. Региональный риск противоположен морскому: относительная влажность окружающей среды 15-25 % делает мелкие порошки электростатическими и склонными к образованию пылевых облаков, поэтому правильно спроектированный вытяжной воротник является базовым, а не корректирующим фактором. SFDA ожидает подтверждения в соответствии с ISO 15378, где мешок весом 25 кг является основной упаковкой, а стандарты GCC приводят маркировку мешков и отслеживаемость партий в соответствие с моделью ЕС. Для любого горючего порошка предусмотрена классификация по зонам, эквивалентным ATEX.

Что ломается в полевых условиях

Это повторяющиеся неисправности из наших журналов ввода в эксплуатацию упаковки весом 25 кг, в каждом из которых указана основная причина и способы устранения в полевых условиях.

1. На заливном патрубке отсутствует пылезащитный колпачок

Основная причина: носик остается открытым, так как бюджетная версия поставляется без улавливающего колпачка, поэтому порошок попадает в движущийся воздух, и облако оседает вокруг горловины мешка. Исправление: установите на горловину мешка специальный вытяжной патрубок соответствующего размера (обычно 180-220 мм), работающий при давлении от -0,4 до -0,6 кПа и подсоединенный к пылеуловителю с поворотным клапаном, размер которого соответствует фактическому выбросу, а не показанному в каталоге. На линии Jubail это единственное изменение увеличило расход с 28,4 до 1,6 мг/м3.

2. Гравитационная подача, приводящая к образованию пыли и затоплению

Основная причина: гравитационный затвор не может дозировать мелкий порошок, поэтому он сбрасывает его импульсами, которые разжижают колонну и выдувают пыль за пределы мешка. Исправление: замените заслонку дозирующим шнеком или поворотным клапаном; если для сыпучего крупнозернистого продукта сохраняется сила тяжести, добавьте заслонку для слива с медленным закрыванием и деаэрационный поддон. Точность повышается с ±0,8 % до ±0,25 %.

3. Отсутствие деаэрации перед отключением

Основная причина: аэрированный порошок оседает после того, как тензодатчик считывает целевое значение, поэтому запечатанный пакет получается легким или, при переполнении для компенсации, вздувается и трескается при укладке на поддоны. Исправление: перед снятием зажима проводилась 4-8-секундная деаэрация с помощью вибрации или зонда; мы измерили снижение осадки после заполнения с +180 г до +40 г на мешок весом 25 кг.

4. Неправильный тип мешка для наполнителя

Основная причина: если указано рабочее колесо для мешка с клапаном, то покупатель покупает тканые пакеты из полипропилена с открытым горлышком по более низкой цене, и машина не может запечатать мешок без клапана. Исправление: перед закупкой необходимо согласовать спецификацию мешка с типом наполнителя; для мешков с открытым горлышком требуется головка для шитья или термосваривания, а для мешков с клапанами - крыльчатка и станция для закрывания клапанов. Их смешивание снижает производительность и уровень запыленности.

5. Отсутствие классификации по ATEX/горючей пыли

Основная причина: линия установлена как оборудование общего назначения в пороховом облаке, которое фактически является зоной 22, поэтому двигатель, датчик и коллектор являются источниками воспламенения. Исправление: классифицируйте зону на основе анализа пылеопасности, затем укажите двигатели повышенной мощности, датчики искробезопасности и взрывозащищенные откидные клапаны на воздуховоде. Это решение о закупке, принятое до заказа, а не о модернизации.

6. Взвешивание брутто вместо взвешивания нетто

Основная причина: пакет и его тара взвешиваются вместе на платформенных весах, поэтому смещение тары из мокрого или двойного пакета приводит к смещению каждой дозы. Исправление: используйте подвесной тензодатчик, который взвешивает только продукт, или автоматически отмеряйте каждый пакет по калиброванному нулю. При взвешивании нетто на линии India line была обнаружена россыпь тары весом 90 г.

7. Плохое крепление мешка и уплотнение горловины

Основная причина: изношенные зажимные губки позволяют порошку просачиваться в горловину во время заполнения, загрязняя поверхность уплотнения. Устранение: заменяйте зажимные вкладыши по мере износа и проверяйте давление зажима (мы используем 2,5–3,0 бар для полипропиленовой ткани); перед герметизацией используйте щетку для очистки горловины от остатков. Только из-за этого количество брака в разрезанном уплотнении составляет от 3% до 0,4%.

Файлы кейсов по вводу в эксплуатацию

Пример 1 — Джубайль, Саудовская Аравия: микрокристаллическая целлюлоза, 25 кг полипропиленовой ткани + полиэтиленовая подкладка.

Продукт: MCC фармацевтического качества, номинальная масса 25 кг, полипропиленовый тканый пакет с полиэтиленовой подкладкой, упакованный для экспорта вспомогательных веществ. Как было установлено: гравитационный наполнитель с неплотно прилегающим выпускным патрубком работал при концентрации 28,4 мг/м3 в носике и терял 1,2% производительности из-за пыли, переносимой по воздуху; на объекте также был установлен двигатель общего назначения, не предназначенный для использования в условиях, которые в более позднем анализе пылеопасности были отнесены к зоне 22, что соответствует стандарту ATEX нарушение, рассматриваемое SFDA. Остатки в количестве 6-9 г на крышке упаковки приводили к нарушению термосваривания вкладыша.

Устранение неполадок: мы установили специальный вытяжной патрубок с давлением -0,5 кПа, подключенный к коллектору с поворотным клапаном, заменили гравитационный затвор на дозируемый сервошнек с регулировкой веса нетто и добавили 6-секундную деаэрационную камеру. Неисправные двигатель и датчик были заменены на компоненты, отвечающие требованиям искробезопасности. После ремонта количество пыли в носике снизилось на 94% до 1,6 мг/м3, потери продукта снизились до 0,09 %, взвешивание снизилось до ±0,25 % (±62 г), а количество брака уплотнений снизилось до менее 0,5 %. Производительность составила 142 мешка в час, что ниже первоначальных 178, но линия прошла аудит SFDA, и восстановленный материал окупил затраты на модернизацию менее чем за пять месяцев.

Пример 2 — Западная Индия: порошок активного фармацевтического ингредиента, пакет с клапаном весом 25 кг

Продукт: промежуточный порошок API, мелкодисперсный (d90 ≈ 45 мкм), насыпная плотность 0,41 г/мл, упакованный в пакеты с клапанами по 25 кг. Как было обнаружено: во время заполнения крыльчатки клапанные мешки протекали через клапан, разбрызгивая тонкую струйку обратно по желобку и образуя горючий слой на раме конвейера. Устройство для закрывания клапанов было настроено на использование более толстого бумажного пакета, поэтому более тонкая полипропиленовая пленка для клапанов не была прижата. Измеренный уровень утечки из клапанов составил примерно 1 на 12 пакетов, при этом 0,7% продукта попадало на пол.

Исправление: мы изменили профиль зажимных губок клапана в соответствии с фактическим размером пленки, снизили частоту вращения крыльчатки с 1400 до 1050 оборотов в минуту для получения тонкой пленки и добавили короткую продувку носика ионизированным воздухом для удаления остатков перед обжатием. Результат: утечка из клапанов сократилась до менее чем 1 на 400 мешков, потери продукта - до 0,05 %, а горючий слой на раме был устранен, что привело к повышению требований NFPA 654, установленных страховкой покупателя. Производительность линии составляла 210 мешков с клапанами в час.

Часто задаваемые вопросы о покупателях

Какой тип мешков следует использовать на линии по производству порошка весом 25 кг?

Это зависит от наполнителя. Пакеты из полипропиленовой ткани с открытым горлышком и полиэтиленовым вкладышем подходят для шнековых или гравитационных наполнителей и нуждаются в швейной или термосваривающей головке; они самые дешевые и гибкие. Пакеты с клапанами подходят для наполнителей с крыльчаткой, надежно уплотняются без использования швов и работают быстрее, но при этом их конструкция позволяет использовать один пакет. Для гигроскопичных порошков или порошков с высокой добавленной стоимостью использование прокладки и уплотнения безопаснее; для пищевых добавок пакеты с клапанами выигрывают в скорости и запыленности.

Сколько на самом деле требуется для удаления пыли?

Подогнать манжету к горловине мешка (180-220 мм) при давлении от -0,4 до -0,6 кПа и подсоединить к коллектору, рассчитанному на измеренный уровень выбросов, а не на каталожный номер. На реальных линиях MCC показания расхода снижаются с ~28 мг/м3 до менее чем 2 мг/м3 при надлежащем уплотнении — этого достаточно, чтобы очистить рабочее место в ЕС/странах Персидского залива и зоны ATEX. Недостаточный размер коллектора - самая распространенная причина, по которой линия с контролем запыленности все еще не проходит проверку.

На какую точность взвешивания я могу рассчитывать при весе 25 кг?

Гравитационное заполнение составляет ±0,5–1,0 % (±125-250 г); дозирующий шнек при регулировании веса нетто достигает ±0,2-0,3 % (±50-75 г); рабочее колесо с клапанным мешком садится на ±0,3–0,5 %. Контроль веса нетто с помощью тензодатчика - это самый мощный рычаг точности, который устраняет разброс тары, возникающий при взвешивании на платформе брутто.

Нужна ли мне защита по стандарту ATEX/взрывозащита для упаковки порошка в пакеты?

Если порошок образует горючие облака, что характерно для большинства органических и мелкодисперсных неорганических порошков, то да. Классифицируйте зону на основе анализа пылеопасности (обычно это зона 22 на выходе), затем укажите двигатели повышенной мощности, датчики искробезопасности и взрывоизоляцию воздуховода. Это должно быть решено до начала закупок; модернизация бывших в употреблении компонентов является дорогостоящей и редко полностью одобряется аудиторами.

Почему моя сумка светится после запечатывания?

Почти всегда происходит аэрация. Датчик веса показывает цель, пока столбик порошка еще наполнен воздухом, затем он оседает, и герметичный пакет имеет недостаточный вес. Добавлена 4-8-секундная деаэрация; в MCC мы сократили осадку после наполнения с +180 г до +40 г на мешок. Без этого операторы будут перегружать мешок, чтобы компенсировать это, а мешок будет вздуваться и трескаться на выходе.

Не будет ли заполнение шнека происходить слишком медленно для моего объема?

Производительность шнекового дозатора составляет 80-150 мешков нетто в час на одну головку; если вам нужно больше, используйте две головки или загрузите большой объем продукта на крыльчатку с клапаном-мешком со скоростью 150-280 мешков в час. Разница в скорости наполнения по сравнению с самотеком (178 против 142 мешков в час по нашим данным Jubail) многократно окупается за счет восстановленного продукта и позволяет избежать сбоев при проверке. Учитывайте количество головок в зависимости от объема смены, а не от скорости загрузки одной головки.

Автор: Хелен Сюй (Helen Xu), главный инженер по промышленному применению

Хелен Сюй (Helen Xu) - главный инженер по промышленному применению с 9-летним опытом работы в области проектирования упаковочного оборудования и машин для розлива жидкостей, выбора модели оборудования и полной оптимизации производственных процессов на производственной линии. Он специализируется на предоставлении индивидуальных решений по упаковке и фасовке для фармацевтической, пищевой и химической промышленности, обладая большим практическим опытом в области соблюдения GMP, стандартов менеджмента качества ISO 9001 и интеграции крупномасштабных линий по производству фасовки и упаковки "под ключ".