真空在制蜡工业中的应用研究

　　研制出一种新型的可生产透明蜡制工艺品的设备；并对制作蜡液脱气浇注炉过程中应该注意的问题进行实验研究。

　　现在蜡烛被广泛应用于各行业中，其中最受欢迎的为果冻蜡烛。果冻蜡晶莹透明、无色、无毒、无害、富有弹性和特殊香味，为果冻状。熔化后可调香、调色，同玻璃器皿结合造型，可创造出多种工艺品及节日用品，也可获得色彩艳丽，气味馨香的吉利蜡烛产品、用于作礼品、工艺品、房屋内香膏等。该产品生产的蜡烛可完全燃烧，燃烧时无烟无尘，燃烧过程和熄灭时无异味。这种透明的可做成工艺品的产品在2012 年以前国内外都没有机械化生产线，而手工产品效率很低，我所根据用户要求研制出蜡制品设备与生产线。根据用户需要，果冻蜡胎膜产品必须达到如下效果或更好，如图1。

图1 胎模灌装产品

　　传统的普通的腊烛生产线为非真空条件下操作，产品在各大超市中销售，但用传统的制蜡生产线做出的果冻蜡产品，仔细观察内部，会发现有许多缺陷，比如内部气泡多，表面处理不好等。无法制作出如上图效果。而通过制造真空脱气炉浇注蜡液，并对浇出来的蜡液进行罐装等后续处理，就可解决上述问题。我所精心设计制造了真空制蜡生产线上的脱气浇注炉设备。控制蜡液出量准确，且故障率低，被推广应用于国内制蜡生产线，并出口越南等国。

1、工作原理

　　加热箱对石蜡板加热到120℃，融化成液体，然后将蜡液注入真空脱气浇注炉设备内，添加颜料，香精，继续对蜡液加热，搅拌，抽真空，保真空，彻底去除气泡后，浇注到保温箱内，用专用工具注入到已放好蜡芯的玻璃杯内。再经过表面烘干处理，冷却后包装完成果冻蜡烛制作。

2、真空脱气炉设备构成

　　真空脱气炉主要分为加热系统，搅拌系统，脱气系统，抽真空系统，脱气炉壳，罐盖提升系统，香精罐及电控系统。

图2 真空脱气炉结构简图

　　2.1、加热系统

　　由电加热管，导热油泵，阀门等组成，加热介子为导热油。由于石蜡在110℃~120℃之间流动性好，且不宜破坏石蜡材质，为此设备选择120℃作为加热温度，并保证温度控制在±1℃之间。为保证测温准确性，需要设三个测温点，测加热介子温度，(该加热温度作为主控温度)，测蜡液内部温度，测蜡液上面温度。为保证温度的均匀性，采用导热油加热，并用热油泵进行循环。加热介质为虹桥牌320℃导热油，添加量150kg。

　　2.2、搅拌系统

　　由搅拌锚，搅拌轴，动密封等组成，现在制作的蜡混合液，需要色、香俱全，在蜡液中加入了不少混合材料，必须要搅拌均匀，制作出来的产品才能满足要求。为此设计出了先进的搅拌锚，经过现场试验，开始采用60r/min，后来增加到200r/min，搅拌2h 后达到搅拌均匀的要求。

　　2.3、脱气系统

　　采用先进的不锈钢脱气伞，输料器，并经过周密设计，计算，使脱气效果更好，并且时间更短。本脱气浇注炉与旧设备(包括进口设备)不同之处在于增加了真空脱气功能，这使得设备上升了一个档次，弥补了以前进口设备与国产设备的不足。以往的蜡生产线作出的产品明显看出里面的气泡等缺陷。经过真空脱气后，含少量气泡，表面热处理后，无气泡等现象，达到用户要求。

　　2.4、真空系统

　　用于实现真空脱气，但由于蜡液饱和蒸气压低，真空泵会将蜡液蒸汽抽到泵里减少使用寿命，故必须设过滤器，增加真空泵的使用寿命。

　　2.5、脱气炉壳制造主要用料及配件

　　罐体内壁使用不锈钢材质，对蜡液无污染；管道使用无缝管焊接；设备管道与炉壳外包保温材料、铠甲。

　　2.6、罐盖提升系统

　　由减速机，钢丝绳，滑轮等组成，保证罐盖上下可动。

　　2.7、香精罐

　　为不锈钢制成，作为储存香精用。

　　2.8、电控制系统

　　选用品牌仪表，品牌变频器等先进的控制元件进行控制，实现脱气浇注。

图3 真空脱气炉外形图

　　自动化包括：自动开关罐盖功能；自动控温加热、设有超温报警功能；真空度仪表显示功能；原料与传导液温度显示功能；可调速自动机械搅拌功能；真空管道原料分离与过滤功能；有进料、浇注与清洗接口功能；香精真空添加功能；真空仪型号：ZDR-I 型电阻真空计(仪表只用于真空度显示)；温控仪型号：(略)；原料温控仪(仪表只用于显示原料温度)、传导液温控仪(仪表用于显示与控制导热介质加热温度)；电控器件型号：主控PLC：扩展单元(略)；原材料方面，蜡液前期，后期处理设备：由金王蜡烛厂提供，该厂受过国家领导人参观，产品遍布国内外，制蜡经验丰富，制蜡配套设备齐全。

5、技术难题与解决办法

　　5.1、真空管路及泵被凝固蜡液堵塞。

　　解决办法：改进电控及真空管路结构。通过改进PLC 程序，控制主抽阀在抽真空初期阶段，间歇性开启。一段时间后，常开主抽阀。具体间歇时间需要进一步测试；同时改进过滤器结构，加大容积；在过滤器顶部吸气，在过滤器上方1/5 处增加过滤网材料、中间部位进气(进气管沿过滤器内壁切线方向，向下倾斜10°角进入过滤器)。

　　5.2、实验中我们还发现，真空管路存有少量蜡液，在自动进料时，罐内会产生大量的气泡，浇注不理想。蜡液换颜色时是否需要清洗，设备结构上，两侧踏板平台无防护围栏，在平台上不能从观察窗观看罐内情况。解决办法：继续修改PLC 程序，增加一套预抽真空的功能， 间歇性开启主抽阀。20min 后，自动切换成常开启主抽阀；同时调整过滤器吸气与进气口方向，设置为过滤器上部排气、底部进气。这样需要将过滤器真空泵端调整到上端、主抽阀端调整到下端，再向下延长过滤器。进一步改进自动进料的装置操作，使得在需要进料时，开启分压放气阀，以降低吸力，因为吸力过大，罐内会产生大量的气泡，严重时会堵塞真空管路设施。(培训操作者注意这部分操作!)由于脱气浇注炉内的蜡液最好往生产线上的模具里浇注，所以本系统关键点在于阀门的温度是否与罐体温度一致，经过市场调研，选择带夹套加热的阀门。实测该阀门阀体部分温度满足要求，而阀口部分温度稍低，可用增加加热棒与热电偶解决。只要温度一致，就能使石蜡液体流动性良好，又不破坏材质。在采用导热油加热过程时，设备方面需要考虑的问题也不少，因为受空间限制，阀门及泵部分需要螺纹连接，不适合导热油密封。经过技术人员与工人师傅努力，采用聚四氟乙烯端部密封，圆满的解决了这一问题。浇注口只用于放出原料，不直接浇注产品；由于高温时液体原料放出速度较快，无需清洗。改进设备结构：在两侧平台上增加围栏；在平台上增加一层脚踏板。

　　操作自动化主要由电控系统及里面的PLC 完成，如下图，电控面板上有操作按钮，电控柜里面有PLC， 将手动操作时总结出来的工艺曲线时间，转化成程序输入到PLC 里面。完成后，只要操作者一按按钮，余下的动作自动完成，这样只要一个操作者，便可以操作三台设备。

图5 电控操作面板

　　5.3、实验所遇到的技术难题还有，3 号脱气浇注炉提升罐盖时，电动机表现为动力不足，无法驱动吊件上升；机械开关罐盖装置的限位开关安装效果不稳定，特别是上限位；搅拌机中轴输料器，提升原料效果不好，提升量极小；解决办法：将罐盖提升滑轮重新机械加工，保证运转间隙大，克服偏心阻力；调整上限位行程开关位置；将搅拌机中轴输料器拆下，调整角度与间隙，使输料器与外筒间隙均匀，重新装上；拆真空泵，更换动密封，而动密封损坏的原因为香精腐蚀作用太强，真空泵的密封材料应全部换成氟橡胶；重新装好后，真空泵运转正常。

图6 电控柜中的PLC 外形图

图7 设备总体外形图

　　5.4、在操作中所遇技术问题，真空脱气浇注炉安装到生产线上后，配合不好。制造成本高。解决办法：在浇注方面又增加了美国浇注保温箱，完成后续浇注过程，产品达到要求。同时在制造上降低制造成本，发挥各厂优势，尽量使用原有生产线，缩短制造工期，同时，积极做申报专利工作，尽快占领市场。整套制蜡生产线除了有真空浇注设备，还需要配一台加热去表面气泡装置，如图7，在真空脱气炉下面：

　　在收集了相关的基础资料的基础上，通过对青岛金王制蜡生产线中的真空脱气浇注炉的设计制造，安装调试，并多次改进，制造出满足用户要求的设备，大大提高了生产效率，降低成本，可做到批量生产，并且生产线已远销越南等国，受到用户的好评。