способ непрерывного производства свечей

Формула изобретения

Способ непрерывного производства свечей, включающий термическое получение расплава свечной массы, ее кристаллизацию и формование свечного стержня, отличающийся тем, что расплав готовят с одновременным механическим воздействием на него, а кристаллизацию свечной массы проводят в термостатированном по сечению потока в условиях движения массы попеременно в турбулентном и ламинарном режимах с одновременным воздействием на нее постоянным давлением в направлении нарастания ее вязкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства свечей непрерывным способом.

Известен способ изготовления свечей методом многократного пропуска фитильной нити через ванны и фильеры с постепенно возрастающим диаметром отверстий [1]. Для этого расплавленную свечную массу заливают в ванны при постоянном поддержании необходимой температуры. Фитильную закрученную нить через специальные гребенки заправляют на барабаны и посредством натяжных роликов, погруженных в свечную массу, протягивают через последнюю. Затем фитильную нить с налипшей на ней свечной массой проводят через электрообогреваемую фильеру с калиброванным отверстием и охлаждают воздушным потоком. Образовавшийся полуфабрикат свечного стержня наматывают на другой барабан. Затем операцию повторяют до получения требуемого диаметра стержня, который и направляют на разрезное устройство для получения свечей заданной длины.

Способ имеет ряд существенных недостатков:

небольшая производительность;

значительные габариты линии, так как только барабаны должны быть не менее 1,5 м в диаметре для того, чтобы при огибании их поверхности не происходила ломка свечного стержня;

ограничение по диаметру свечного стержня, поскольку стержень большого диаметра на барабаны даже таких размеров нельзя намотать без нарушения его сплошности;

крайне неблагоприятная экологическая атмосфера производства, так как открытые ванны с большой поверхностью испарения свечной массы выделяют в окружающее пространство значительное количество летучих веществ.

Известен (патент ГДР 204709, кл C 11 C 5/00) способ, который частично лишен указанных недостатков. По этому способу расплавленную свечную массу с температурой на 5-30^oC выше температуры плавления наносят в виде струи определенной формы на движущийся под углом 25-55^o к вертикали свечной фитиль. Образовавшийся полуфабрикат калибруют фильерой, пропускают через охладительную ванну с температурой жидкости, обеспечивающей реализацию аномального изменения прочности свечного стержня, и наматывают на барабан с диаметром не менее 1,3 м.

Однако производительность и этого способа не велика, так как толщина наносимого калиброванного слоя за один проход составляет всего 0,05-0,2 мм. Поэтому для достижения необходимой толщины свечного стержня также требуется многократное повторение этих операций. При заявленной линейной скорости движения фитильной нити 0,05-1,2 м/с (оптимально 0,4-0,5 м/с) фактическая производительность линии не превышает, например, при диаметре свечи 10 мм - 0,6 пог.м. в 1 мин.

Сократить продолжительность формования свечного стержня позволяет способ (авт. св. СССР 1509395, кл.C 11 C 5/02), при котором изготовление свечного стержня осуществляют в две стадии:

на первой формуют продольную половину свечного стержня с канавкой для фитиля, который затем и размешивают в этой канавке;

на второй стадии формуют вторую половину, используя уже сформированную первую половину.

Однако практически реализовать этот способ очень сложно, поскольку оборудование является громоздким и металлоемким, так как включает плавильный агрегат, узлы подачи фитиля со шпулями и направляющими роликами, распределитель свечной массы, узел формования свечных стержней, выполненный в виде расположенных одна над другой бесконечных гибких лент с формующими канавками на рабочей поверхности, при смыкании которых и образуется цилиндрическая полость, в которую заливают свечную массу. И хотя продолжительность процесса формования свечного стержня сокращается, однако для того, чтобы свечная масса застыла, требуется значительное время, что существенно увеличивает длину линии. К тому же для изменения диаметра свечного стержня требуется замена бесконечных лент с одним диаметром канавок на другие ленты с другим диаметром канавок, а само их изготовление является сложной и весьма дорогостоящей операцией.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ (авт.св. СССР 147714, кл. C 11 C 5/02), использующий метод экструзии. По этому способу можно работать как из расплавленной свечной массы, так и из гранулированной. При использовании гранулированной свечной массы гранулы из бункера захватываются вращающимся шнеком, под действием которого масса пластицируется и выдавливается через головку, формирующую диаметр свечи. При этом свечная масса увлекает фитиль, подаваемый по оси симметрии на вход в мундштук головки. Использование пластификации гранулированного сырьевого материала давлением приводит к значительным усилиям и повышает потребляемую мощность привода при заданной производительности. Кроме того, получение гранулированной свечной массы для такого способа - это отдельная сложно реализуемая задача.

При работе из расплава (патент РФ 2054465, кл. C 11 C 5/03) жидкую свечную массу подают в экструдер с охлаждаемым корпусом. Затем в пространстве между шнеком и охлаждаемым корпусом экструдера происходит "намораживание", т. е. кристаллизация свечной массы на внутренних стенках корпуса. Образующаяся пленка снимается вращающимся шнеком и перемешивается им вдоль стенок корпуса. При этом она еще более охлаждается, пока не подойдет к выходной головке. Здесь она выдавливается через фильеру. На входе в фильеру свечная масса обволакивает фитиль и увлекает его за собой.

Однако способ имеет невысокое качество изделий. Это обусловлено следующим. Во-первых, переохлажденная свечная масса на выходе из фильеры имеет не гладкую, а "чешуйчатую" поверхность. Во-вторых, к фильере свечная масса подходит не однородной, а двухфазной, так как шнеком снимается закристаллизованная пленка, которая тут же перемешивается с жидкой фазой. Учитывая теплофизические и структурные особенности парафинов, церезинов и других органических добавок, используемых в производстве свечей, сохранение двухфазности и в момент формирования свечного стержня вполне вероятно и это отрицательно сказывается на качество готовых изделий. Конечно, на выходную головку можно установить дополнительный нагреватель, однако это не решит проблему качества изделий, так как установка дополнительного нагревателя не только усложняет конструкцию оборудования, но и делает менее надежным сам технологический процесс, поскольку поддерживать с большой точностью температурный режим в такой массивной детали, какой является головка экструдера, довольно сложно, а даже незначительный перегрев приводит к появлению на поверхности свечного стержня жидкой фазы.

Кроме того, способ имеет низкую производительность (около 3 кг/ч). Это связано с тем, что для перевода расплава свечной массы в пластичное состояние требуется значительное время и для повышения производительности необходимо увеличить длину шнека и корпуса, что не только усложняет и без того дорогостоящие и энергоемкие экструдеры, но и имеет технологические ограничения, кроме того, данный способ не исключает возможность расслоения свечной массы, когда в ней используются целевые добавки с ограниченной совместимостью.

Таким образом, не известен непрерывный, экономичный, высокопроизводительный способ производства свечей высокого качества.

Изобретательская задача состояла в поиске непрерывного способа производства свечей, позволяющего обеспечить высокую удельную производительность и качество готовых изделий любого типоразмера, экономию энергоресурсов и экологическую безопасность производства.

Поставленная задача решена способом непрерывного производства свечей, включающим термическое получение расплава свечной массы, ее кристаллизацию и формование свечного стержня, в котором расплав готовят с одновременным механическим воздействием на него, а кристаллизацию свечной массы производят в термостатированном по сечению потоке в условиях движения массы попеременно в турбулентном и ламинарном режимах с одновременным воздействием на нее постоянным давлением в направлении нарастания ее вязкости.

Изобретение позволяет получить следующие преимущества:

значительно повышается качество свечей, т.к. повышается их формоустойчивость, улучшается процесс горения, свечи получаются прямыми, гладкими, блестящими;

в несколько раз повышается как массовая, так и удельная производительность, т. е. количество продукции, снимаемой с единицы установленной массы оборудования и с единицы занимаемой им площади;

получают свечи практически любого диаметра и длины при несущественной переналадке установки;

снижается потребление энергоресурсов, т.к. способ позволяет использовать силовые устройства, имеющие значительно более высокий КПД, чем у экструдера. Кроме того, тепло, затраченное при приготовлении расплава на перегрев свечной массы по отношению к температуре ее последующей термостабилизации, почти полностью используется на поддержание этой температуры;

сократить выбросы летучих веществ в атмосферу производственных помещений, т. к. способ осуществляется на оборудовании, позволяющем полностью изолировать расплавленную свечную массу от окружающего пространства на протяжении всего технологического процесса.

К тому же изобретение позволяет

использовать любые известные ингредиенты, применяемые для приготовления свечной массы, такие, как парафин, церезин, стеарин, любой вид воска, в том числе и наиболее широко используемый в последнее время полиэтиленовый воск, все пригодные виды красителей и целевых добавок. Это стало возможным благодаря использованию механического воздействия при приготовлении расплава и создания "мягких" условий его последующей кристаллизации, что в сочетании с постоянным давлением, приложенным в направлении нарастания вязкости, исключает возможность расслоения свечной массы;

изготавливать свечи с новыми потребительскими свойствами, например, двух- и более цветными с равномерной окраской в массе и четко обозначенной вдоль оси границей раздела цветов;

существенно снизить себестоимость продукции;

создать компактное современное оборудование с микропроцессорным управлением технологическим процессом.

Для реализации способа можно использовать следующие вещества: парафин, церезин, стеарин, натуральные и синтетические воски, жирорастворимые красители, целевые добавки неорганического и органического происхождения.

В обогреваемую расходную емкость загружают свечную массу выбранного рецептурного состава. Она может быть в гранулированном или предварительном расплавленном виде. Если исходным сырьем является гранулированная масса, то ее переводят в расплав в расходной емкости. Для получения однородной, гомогенной и подготовленной к кристаллизации свечной массы расплав перегревают на 5-10^oC выше температуры его плавления, оказывая на него при этом механическое воздействие. Для этого можно использовать различные устройства, но при условии, чтобы такое устройство обеспечивало высокие напряжения и скорость сдвига, например, турбинную мешалку. Затем проводят стадию кристаллизации в теплообменнике специальной конструкции, обеспечивающей "мягкие" условия изменения состояния расплава. Это, в частности, достигается тем, что длина канала теплообменника превышает его диаметр в несколько тысяч раз. На этой стадии потоку сначала придают турбулентный режим движения, как бы для инициирования процесса кристаллизации, а затем спокойный, ламинарный режим, при котором происходит созревание массы, т.е. возникает способность ее к аллотропному переходу из орторомбической кристаллической структуры в моноклинную. При этом важно, чтобы температурный градиент по сечению потока массы не превышал 1,5^oC и масса находилась под давлением, приложенным в направлении нарастания ее вязкости. Величина давления, развиваемого насосом, составляет 10 - 200 кгс/см². При давлении ниже 10 кгс/см² изделия получаются "рыхлыми", горят с характерным потрескиванием, а давление выше 200 кгс/см² экономически нецелесообразно. Давление должно быть постоянным, а колебания его не должны превышать 10%. Давление позволяет компенсировать уменьшение объема свечной массы из-за усадки при охлаждении путем "подпитки" вновь подаваемой застывающей массой. Затем свечную массу по выходе из теплообменника подвергают повторной турбулизации, после чего формируют свечной стержень в ламинарном потоке в формовочной головке, где она обволакивает фитильный жгут и увлекает его по оси симметрии в фильеру, где и происходит окончательное формирование свечного стержня заданного диаметра, который затем протягивается через охладительную водяную ванну и разрезается на свечи заданной длины.

Пример. В термостат емкостью 15 л загружают 10 кг твердого парафина, 3 кг церезина, 0,3 кг полиэтиленового воска, 0,05 кг жирорастворимого красителя.

Смесь нагревают до 110^oC, одновременно обрабатывая ее высокооборотной турбинной мешалкой до получения однофазного гомогенного расплава. Приготовленный расплав высоконапорным шестеренчатым насосом под постоянным давлением 120 кгс/см² подают в теплообменник, из которого свечную массу с температурой 46^oC подают на устройство для турбулизации. Продолжительность кристаллизации зависит от нарастания вязкости свечной массы. Кристаллизацию заканчивают, когда вязкость будет достаточной для придания свечной массе устойчивой формы. В связи с отсутствием гостированного метода формоустойчивость определяли по изменению поперечных размеров образца, сформированного при данной температуре и охлажденного в течение 1 ч. Формоустойчивым считался образец, размеры которого изменялись после выдержки не более чем на 5% по отношению к диаметру фильеры. Затем свечную массу подают в формовочную головку, а из нее в охладительную ванну и нарезное устройство. Свечи получаются ровные, гладкие, блестящие, с хорошей формоустойчивостью при хранении и эксплуатации. Пламя свечи ровное. Свеча сгорает равномерно, без оплывания и потрескивания.

Апробация способа на установках производительностью 0,5; 2,0; 10,0 кг/ч показала его высокую эффективность и надежность. Полученные свечи разного калибра в объеме 500 кг имели хорошие видовые и горючие свойства, полностью удовлетворяющие требованиям потребителей.