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真空在制蠟工業中的應用研究

來源:真空技術網(www.sakcw.tw)沈陽真空技術研究所 作者:艾春江

  研制出一種新型的可生產透明蠟制工藝品的設備;并對制作蠟液脫氣澆注爐過程中應該注意的問題進行實驗研究。

  現在蠟燭被廣泛應用于各行業中,其中最受歡迎的為果凍蠟燭。果凍蠟晶瑩透明、無色、無毒、無害、富有彈性和特殊香味,為果凍狀。熔化后可調香、調色,同玻璃器皿結合造型,可創造出多種工藝品及節日用品,也可獲得色彩艷麗,氣味馨香的吉利蠟燭產品、用于作禮品、工藝品、房屋內香膏等。該產品生產的蠟燭可完全燃燒,燃燒時無煙無塵,燃燒過程和熄滅時無異味。這種透明的可做成工藝品的產品在2012 年以前國內外都沒有機械化生產線,而手工產品效率很低,我所根據用戶要求研制出蠟制品設備與生產線。根據用戶需要,果凍蠟胎膜產品必須達到如下效果或更好,如圖1。

真空在制蠟工業中的應用研究

圖1 胎模灌裝產品

  傳統的普通的臘燭生產線為非真空條件下操作,產品在各大超市中銷售,但用傳統的制蠟生產線做出的果凍蠟產品,仔細觀察內部,會發現有許多缺陷,比如內部氣泡多,表面處理不好等。無法制作出如上圖效果。而通過制造真空脫氣爐澆注蠟液,并對澆出來的蠟液進行罐裝等后續處理,就可解決上述問題。我所精心設計制造了真空制蠟生產線上的脫氣澆注爐設備。控制蠟液出量準確,且故障率低,被推廣應用于國內制蠟生產線,并出口越南等國。

1、工作原理

  加熱箱對石蠟板加熱到120℃,融化成液體,然后將蠟液注入真空脫氣澆注爐設備內,添加顏料,香精,繼續對蠟液加熱,攪拌,抽真空,保真空,徹底去除氣泡后,澆注到保溫箱內,用專用工具注入到已放好蠟芯的玻璃杯內。再經過表面烘干處理,冷卻后包裝完成果凍蠟燭制作。

2、真空脫氣爐設備構成

  真空脫氣爐主要分為加熱系統,攪拌系統,脫氣系統,抽真空系統,脫氣爐殼,罐蓋提升系統,香精罐及電控系統。

真空在制蠟工業中的應用研究

圖2 真空脫氣爐結構簡圖

  2.1、加熱系統

  由電加熱管,導熱油泵,閥門等組成,加熱介子為導熱油。由于石蠟在110℃~120℃之間流動性好,且不宜破壞石蠟材質,為此設備選擇120℃作為加熱溫度,并保證溫度控制在±1℃之間。為保證測溫準確性,需要設三個測溫點,測加熱介子溫度,(該加熱溫度作為主控溫度),測蠟液內部溫度,測蠟液上面溫度。為保證溫度的均勻性,采用導熱油加熱,并用熱油泵進行循環。加熱介質為虹橋牌320℃導熱油,添加量150kg。

  2.2、攪拌系統

  由攪拌錨,攪拌軸,動密封等組成,現在制作的蠟混合液,需要色、香俱全,在蠟液中加入了不少混合材料,必須要攪拌均勻,制作出來的產品才能滿足要求。為此設計出了先進的攪拌錨,經過現場試驗,開始采用60r/min,后來增加到200r/min,攪拌2h 后達到攪拌均勻的要求。

  2.3、脫氣系統

  采用先進的不銹鋼脫氣傘,輸料器,并經過周密設計,計算,使脫氣效果更好,并且時間更短。本脫氣澆注爐與舊設備(包括進口設備)不同之處在于增加了真空脫氣功能,這使得設備上升了一個檔次,彌補了以前進口設備與國產設備的不足。以往的蠟生產線作出的產品明顯看出里面的氣泡等缺陷。經過真空脫氣后,含少量氣泡,表面熱處理后,無氣泡等現象,達到用戶要求。

  2.4、真空系統

  用于實現真空脫氣,但由于蠟液飽和蒸氣壓低,真空泵會將蠟液蒸汽抽到泵里減少使用壽命,故必須設過濾器,增加真空泵的使用壽命。

  2.5、脫氣爐殼制造主要用料及配件

  罐體內壁使用不銹鋼材質,對蠟液無污染;管道使用無縫管焊接;設備管道與爐殼外包保溫材料、鎧甲。

  2.6、罐蓋提升系統

  由減速機,鋼絲繩,滑輪等組成,保證罐蓋上下可動。

  2.7、香精罐

  為不銹鋼制成,作為儲存香精用。

  2.8、電控制系統

  選用品牌儀表,品牌變頻器等先進的控制元件進行控制,實現脫氣澆注。

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圖3 真空脫氣爐外形圖

  自動化包括:自動開關罐蓋功能;自動控溫加熱、設有超溫報警功能;真空度儀表顯示功能;原料與傳導液溫度顯示功能;可調速自動機械攪拌功能;真空管道原料分離與過濾功能;有進料、澆注與清洗接口功能;香精真空添加功能;真空儀型號:ZDR-I 型電阻真空計(儀表只用于真空度顯示);溫控儀型號:(略);原料溫控儀(儀表只用于顯示原料溫度)、傳導液溫控儀(儀表用于顯示與控制導熱介質加熱溫度);電控器件型號:主控PLC:擴展單元(略);原材料方面,蠟液前期,后期處理設備:由金王蠟燭廠提供,該廠受過國家領導人參觀,產品遍布國內外,制蠟經驗豐富,制蠟配套設備齊全。

5、技術難題與解決辦法

  5.1、真空管路及泵被凝固蠟液堵塞。

  解決辦法:改進電控及真空管路結構。通過改進PLC 程序,控制主抽閥在抽真空初期階段,間歇性開啟。一段時間后,常開主抽閥。具體間歇時間需要進一步測試;同時改進過濾器結構,加大容積;在過濾器頂部吸氣,在過濾器上方1/5 處增加過濾網材料、中間部位進氣(進氣管沿過濾器內壁切線方向,向下傾斜10°角進入過濾器)。

  5.2、實驗中我們還發現,真空管路存有少量蠟液,在自動進料時,罐內會產生大量的氣泡,澆注不理想。蠟液換顏色時是否需要清洗,設備結構上,兩側踏板平臺無防護圍欄,在平臺上不能從觀察窗觀看罐內情況。解決辦法:繼續修改PLC 程序,增加一套預抽真空的功能, 間歇性開啟主抽閥。20min 后,自動切換成常開啟主抽閥;同時調整過濾器吸氣與進氣口方向,設置為過濾器上部排氣、底部進氣。這樣需要將過濾器真空泵端調整到上端、主抽閥端調整到下端,再向下延長過濾器。進一步改進自動進料的裝置操作,使得在需要進料時,開啟分壓放氣閥,以降低吸力,因為吸力過大,罐內會產生大量的氣泡,嚴重時會堵塞真空管路設施。(培訓操作者注意這部分操作!)由于脫氣澆注爐內的蠟液最好往生產線上的模具里澆注,所以本系統關鍵點在于閥門的溫度是否與罐體溫度一致,經過市場調研,選擇帶夾套加熱的閥門。實測該閥門閥體部分溫度滿足要求,而閥口部分溫度稍低,可用增加加熱棒與熱電偶解決。只要溫度一致,就能使石蠟液體流動性良好,又不破壞材質。在采用導熱油加熱過程時,設備方面需要考慮的問題也不少,因為受空間限制,閥門及泵部分需要螺紋連接,不適合導熱油密封。經過技術人員與工人師傅努力,采用聚四氟乙烯端部密封,圓滿的解決了這一問題。澆注口只用于放出原料,不直接澆注產品;由于高溫時液體原料放出速度較快,無需清洗。改進設備結構:在兩側平臺上增加圍欄;在平臺上增加一層腳踏板。

  操作自動化主要由電控系統及里面的PLC 完成,如下圖,電控面板上有操作按鈕,電控柜里面有PLC, 將手動操作時總結出來的工藝曲線時間,轉化成程序輸入到PLC 里面。完成后,只要操作者一按按鈕,余下的動作自動完成,這樣只要一個操作者,便可以操作三臺設備。

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圖5 電控操作面板

  5.3、實驗所遇到的技術難題還有,3 號脫氣澆注爐提升罐蓋時,電動機表現為動力不足,無法驅動吊件上升;機械開關罐蓋裝置的限位開關安裝效果不穩定,特別是上限位;攪拌機中軸輸料器,提升原料效果不好,提升量極小;解決辦法:將罐蓋提升滑輪重新機械加工,保證運轉間隙大,克服偏心阻力;調整上限位行程開關位置;將攪拌機中軸輸料器拆下,調整角度與間隙,使輸料器與外筒間隙均勻,重新裝上;拆真空泵,更換動密封,而動密封損壞的原因為香精腐蝕作用太強,真空泵的密封材料應全部換成氟橡膠;重新裝好后,真空泵運轉正常。

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圖6 電控柜中的PLC 外形圖

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圖7 設備總體外形圖

  5.4、在操作中所遇技術問題,真空脫氣澆注爐安裝到生產線上后,配合不好。制造成本高。解決辦法:在澆注方面又增加了美國澆注保溫箱,完成后續澆注過程,產品達到要求。同時在制造上降低制造成本,發揮各廠優勢,盡量使用原有生產線,縮短制造工期,同時,積極做申報專利工作,盡快占領市場。整套制蠟生產線除了有真空澆注設備,還需要配一臺加熱去表面氣泡裝置,如圖7,在真空脫氣爐下面:

  在收集了相關的基礎資料的基礎上,通過對青島金王制蠟生產線中的真空脫氣澆注爐的設計制造,安裝調試,并多次改進,制造出滿足用戶要求的設備,大大提高了生產效率,降低成本,可做到批量生產,并且生產線已遠銷越南等國,受到用戶的好評。

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