Под дозированием понимается операция, обеспечивающая поступление в упаковку необходимого количества продукта. За исключением штучного дозирования, которое здесь не paссматривается, точно дозировать номинальное количество продукта не представляется возможным. Обозначенное на упаковке количество называют номинальным потому, что фактическая масса или объем всегда будут отличаться от номинального уровня. Многочисленными исследованиями однозначно установлено, что при большом числе образцов случайный индивидуальный разброс представляет статистическую закономерность. При группировке массы упаковок (по их количеству) с дозированием на одном дозаторе была получена гистограмма частоты разброса, которая при уменьшении размаха и увеличении числа проб характеризуется нормальным распределением (кривая Гаусса).
По параметрам распределения дозировок можно установить, что ожидаемый показатель зависит от регулирования дозатора; в противоположность этому дисперсия (собственно говоря, точность дозирования) зависит от работы дозирующей установки и свойств фасуемого продукта, а не от регулирования массы. Причина дисперсии может скрываться частично в дозирующей установке, а также вытекать из стабильных изменений, произошедших в фасуемом продукте и вызвавших нарушение точности дозирования, что можно устранить путем регулирования.
С другой стороны, причина случайности находится в самой дисперсии, которую нельзя устранить на данном упаковочном оборудовании. Результатом случайного разброса является нормальное распределение.
Практические методы регулирования дозирования массы рассматриваются ниже, здесь же представляется необходимым остановиться на том, что в связи с обеспечением точности дозирования недостаточно приближения фактической массы к среднему пределу отклонения. Необходимо систематически приближать среднюю величину отклонения к номинальной массе. В противном случае, если средний показатель постоянно оказывается выше номинального, хотя и в допустимых пределах, имеет место передозировка и перерасход. Если среднее отклонение оказывается ниже номинального, наблюдается уменьшение массы упакованного продукта.
Достижение точности дозирования стоит затрат, но повышать ее целесообразно до предела, установленного предписаниями или обоснованного экономически.
Выбор дозирующего устройства
При подборе дозаторов необходимо:
1) уточнить требования к точности дозирования на основе государственных предписаний и других официальных документов (например, требуется исходить из того, что среднее отклонение не должно быть меньше номинального показателя, а индивидуальное отклонение не должно превышать 2 %);
2) установить для данного продукта дисперсию вариантов отдельных способов дозирования. Таким образом, при большем разбросе дисперсии средний показатель надо поднять выше номинального уровня так, чтобы трехкратная дисперсия была выше нижнего предела. При большей дисперсии происходит только передозировка;
3) при оценке различных способов дозирования учитывать что, если средняя за год дозировка показала перерасход продукта, необходимо использовать более точный тип дозатора с меньшей дисперсией. Срок окупаемости такого устройства определить несложно. Совершенно очевидно, что при дозировании продукта высокого качества дорогостоящее и точное дозирующее устройство быстро себя окупит.
На точность дозирования может влиять или ее ограничивать применяемый тип дозаторного устройства для данного продукта.
В основном различаются два вида дозирования: весовое, осуществляемое при непосредственном взвешивании массы дозы, и объемное, осуществляемое путем определения объема конкретной массы продукта.
Ниже перечислены различные типы дозаторов, применяемые в пищевой промышленности:
стаканчиковый - пригоден для дозирования сыпучих, зернообразных, небольших штучных, неслипающихся, немажущихся и непорошкообразных продуктов;
шнековый - применяется для дозирования порошкообразных, пульповидных и слипающихся продуктов;
поршневой - используется для дозирования жидкостей и сильно слипающихся продуктов;
весовой - пригоден для дозирования сыпучих, зерно- и порошкообразных, волокнистых, небольших штучных, слегка слипающихся продуктов.
Ниже рассматриваются приемы дозирования, наиболее часто встречающиеся при фасовке зерно- и порошкообразных продуктов.
Возможно, что стаканчиковый дозатор наиболее часто используется для дозирования неярко выраженных зерно- и порошкообразных продуктов. Недорогой, простой по конструкции и надежный в работе дозатор можно установить на упаковочных машинах как низкой, так и высокой производительности. Объем дозы может изменяться путем увеличения или уменьшения расстояния между двумя дисками. Регулирование дозы производится с помощью серводвигателя без остановки машины, часто прямо с места контроля массы продукта. Применение дистанционного управления значительно расширило границы применения стаканчиковых дозаторов на высокопроизводительных упаковочных машинах.
Камерный дозатор также отличается простотой конструкции, Работает он по принципу объемного дозирования. Дозирующий элемент производит вращательное движение вокруг горизонтальной оси. Недостаток дозатора по сравнению со стаканчиковым заключается в том, что его невозможно регулировать в рабочем режиме и трудно чистить.
Осуществлять объемное дозирование позволяет также шнековый дозатор, который целесообразно использовать для дозирования прежде всего порошкообразных, мелкозернистых и густотекучих продуктов. Принцип работы шнекового дозатора: Калиброванный шнековый дозатор (градуировка определяется видом продукта), расположенный на осевой линии бункера, по сигналу о поступлении тары начинает работать и по установленному времени или при необходимости высокой точности по установленной частоте вращения шнека выдает дозируемое количество массы продукта.
Преимущества шнекового дозатора заключаются в том, что он:
пригоден для дозирования порошкообразных продуктов, поскольку его закрытая конструкция исключает распыление;
применяется при упаковке с использованием инертного газа (в подготовительном бункере дозатора продукт не соприкасается с воздухом и его можно обдувать газом без утечки последнего);
имеет наиболее простое и удобное решение дозирующего устройства, позволяющего быстро изменять дозу продукта и осуществлять в случае необходимости подпитку.
Преимущества весового дозатора выражаются в том, что он позволяет осуществлять непосредственное дозирование, поэтому при изменении объема массы продукта обеспечивается постоянная точность взвешивания. Как правило, на дозаторных весах определяется масса нетто продукта, поэтому определение массы дозы производится до фасовки.
Весы двойного действия - это означает, что весы, расположенные друг над другом, каждый раз производят два параллельных взвешивания. На чашке верхних весов производится грубое взвешивание - примерно 80-90 % номинальной массы продукта, затем эта масса более тонкой струей поступает на чашку нижних весов, где доводится до номинальной. При двойном взвешивании грубое дозирование производится с высокой скоростью и быстрым наполнением, а более тонкое дозирование - с большей точностью. Производительность дозатора в зависимости от характера дозируемого продукта и может достигать 30-35 доз в минуту.
В весовом дозаторе для теста в постоянно вращающемся колесе расположены мерные сосуды с одинаковой массой. Грубое дозирование на них происходит по объему. С помощью мерного устройства производится взвешивание каждого сосуда и управление подпиткой с добавлением недостающего количества продукта. Производительность весов такой конструкции может достигнуть 60-100 доз/мин. Естественно, точность взвешивания зависит от размеров теста, так как для сухого полуфабриката теста дисперсия составляет 0,5 %.
Комбинированные дозаторные устройства.
Сочетание дозирования с управлением подпиткой представляет собой прогрессивное решение, позволяющее обеспечить высокую точность дозирования при работе крупного фасовочного оборудования. Принцип действия в подобных случаях сходен с рассмотренным при описании дозирования сухого теста, с тем различием, что доза взвешивается не в особой мерной посуде, а прямо в упаковке. Основную роль в такой системе дозирования играют контрольные весы, с помощью которых отбраковываются только упаковки с недостаточной массой. Контрольные весы устанавливаются непосредственно на упаковочной машине, где на максимально близком расстоянии от дозаторного устройства производится взвешивание массы отдельных упаковок и при обнаружении достоверного отклонения осуществляется управление работой стаканчикового или шнекового дозатора. Массу взвешиваемого продукта изменяют в направлении отклонения ее от дозы. Такое управление дозированием получило название регулирования тенденции.
Точность регулирования тенденции зависит от количества упаковок между контрольными весами и фасовочным устройством и от запаздывания процесса взвешивания по сравнению с процессом фасовки.
При быстром изменении объемной массы запаздывание ограничивает точность дозирования.
При дальнейшем совершенствовании системы регулирования тенденции новый ее вариант предусматривает величину основной дозы, равную примерно 95 % номинальной массы, а подпитка по каждой дозе осуществляется с помощью дополнительного шнекового дозатора.
Приведенная система при любом быстром изменении объемной массы обеспечивает высокую точность, но лишь при малой дисперсии и небольшой массе тары.
При большой дисперсии массы тары следует прежде всего определить массу тары, а после заполнения последней и взвешивания путем вычитания массы тары определить массу нетто продукта и величину подпитки. Подобные дозирующие системы устанавливаются на упаковочных автоматах.