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一、前言
目前國(guó)內(nèi)除個(gè)別大堿廠進(jìn)口了幾臺(tái)純堿包裝機(jī)以外,絕大多數(shù)純堿生產(chǎn)廠基本上仍然采用人工磅秤計(jì)量包裝。要解決純堿自動(dòng)化包裝問(wèn)題,全部依賴進(jìn)口顯然不現(xiàn)實(shí)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大中小型純堿生產(chǎn)企業(yè)近60家,應(yīng)立足國(guó)內(nèi)解決這一落后的包裝問(wèn)題。
幾年來(lái)有部分企業(yè)在純堿自動(dòng)化包裝上作過(guò)努力,但始終沒(méi)能完全解決這個(gè)問(wèn)題,達(dá)不到純堿企業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)要求。純堿物料的特殊性使得對(duì)其自動(dòng)稱量包裝帶來(lái)一定的技術(shù)難度。我廠對(duì)純堿物料的自動(dòng)包裝進(jìn)行了比較深入地探索,開(kāi)發(fā)研制了適合我國(guó)大多數(shù)堿廠生產(chǎn)用的CT系列純堿包裝機(jī),并去純堿生產(chǎn)廠進(jìn)行了兩年多的生產(chǎn)考核,獲得了一些有效的經(jīng)驗(yàn),樣機(jī)亦于1989年1月通過(guò)了化工部技術(shù)鑒定。本文擬對(duì)純堿物料的自動(dòng)稱量包裝作一分析研究。
二、純堿粉狀物料的特性
分析
(一)輕質(zhì)純堿物料部分特性物料的視密度(kg/co3):。注一0.5:含濕量(%):1左右,溫.變(oC):eo~90;粒度:40月以下為卜.2%,40一的日為0.6%,60~80目為1.35%,80~100目為15.05%,100~200目為4645%,200目以上為32.35%。
(二)物料特性分析
輕質(zhì)純堿是個(gè)粒度很細(xì)的粉狀物料。粉狀物料與顆粒狀物料相比,二者在力學(xué)性質(zhì)上有很大差別。粉狀物料下落的力學(xué)何題不僅符合牛頓力學(xué)的基本定律,還要受到其它用了鹵水外冷器結(jié)構(gòu)。這種外冷器用于液氨外冷器下部。外冷器內(nèi)含有氣體的液氦與分蒸發(fā)時(shí),上部要留有一定的氣相空間,同時(shí)離氣體后回流的液氮存在重度輩,利用重度因?yàn)橛泻芏嗔泄?氣速較高,容易帶液。國(guó)差產(chǎn)生白然循環(huán)。
這樣外冷器內(nèi)可充滿液外也有用臥式外冷器,但臥式外冷器容易沉氨,可充分利用傳熱面,臥式分離器可以有積結(jié)晶,配管也不很方便。建議改成較大的橫截面(可按需要設(shè)計(jì)),降低氣氨式,右外冷器上方設(shè)一臥式圓柱型分離器。氣速,防止帶液,還可利用重度差自然循整個(gè)外冷器內(nèi)充滿液氨,液氮在外冷器內(nèi)受環(huán),使外冷簫上下渴差減小,正不必外加泵熱蒸發(fā),蒸發(fā)產(chǎn)生的氣氨上升到臥式分離，分離出氣體后的液氨,通過(guò)管道又回到的自動(dòng)稱量包裝作一分析研究。
二、純堿粉狀物料的特性
分析
(一)輕質(zhì)純堿物料部分特性物料的視密度(kg/co3):。注一0.5:含濕量(%):1左右,溫.變(oC):eo~90;粒度:40月以下為卜.2%,40一的日為0.6%,60~80目為1.35%,80~100目為15.05%,100~200目為4645%,200目以上為32.35%。
(二)物料特性分析
輕質(zhì)純堿是個(gè)粒度很細(xì)的粉狀物料。粉狀物料與顆粒狀物料相比,二者在力學(xué)性質(zhì)上有很大差別。粉狀物料下落的力學(xué)何題不僅符合牛頓力學(xué)的基本定律,還要受到其它外冷器下部。外冷器內(nèi)含有氣體的液氦與分蒸發(fā)時(shí),上部要留有一定的氣相空間,同時(shí)離氣體后回流的液氮存在重度輩,利用重度因?yàn)橛泻芏嗔泄?氣速較高,容易帶液。國(guó)差產(chǎn)生白然循環(huán)。這樣外冷器內(nèi)可充滿液外也有用臥式外冷器,但臥式外冷器容易沉氨,可充分利用傳熱面,臥式分離器可以有積結(jié)晶,配管也不很方便。建議改成較大的橫截面(可按需要設(shè)計(jì)),降低氣氨式,右外冷器上方設(shè)一臥式圓柱型分離器。氣速,防止帶液,還可利用重度差自然循整個(gè)外冷器內(nèi)充滿液氨,液氮在外冷器內(nèi)受環(huán),使外冷簫上下渴差減小,正不必外加泵熱蒸發(fā),蒸發(fā)產(chǎn)生的氣氨上升到臥式分離循環(huán)。
因素的較大影響。以純堿粉料為例,它易結(jié)成粉料團(tuán),粉粒之間互相碰撞時(shí),既有硬性接觸,也有軟性變形,粉粒表面之間還有粘附力等。在集合的粉狀純堿物料團(tuán)內(nèi)部,其粉料之間又較大程度地受到毛細(xì)粘結(jié)力和分子力(范德華爾斯力)的影響。毛細(xì)粘結(jié)力的影響,主要取決于粉末中細(xì)粒部分的含量。含細(xì)粒越多,細(xì)粒直徑越小,毛細(xì)粘結(jié)力越大。所以,在設(shè)計(jì)純堿包裝機(jī)下料系統(tǒng)時(shí),必須要對(duì)物料受到的重力、空氣浮力、毛細(xì)粘結(jié)力、分子力、摩擦力等力的作用進(jìn)行綜合考慮。
(一)如何使純堿物料流暢地下落?
1.包裝機(jī)稱量系統(tǒng)之前進(jìn)料系統(tǒng)
三、純堿包裝機(jī)的特點(diǎn)及性能分析要想實(shí)現(xiàn)純堿的自動(dòng)稱量包裝,必須解決三個(gè)問(wèn)題。
(一)如何使純堿物料流暢地下落?
1.包裝機(jī)稱量系統(tǒng)之前進(jìn)料系統(tǒng)
進(jìn)料系統(tǒng)由“進(jìn)料料倉(cāng)”及“振動(dòng)料倉(cāng)”兩部分組成。進(jìn)料料倉(cāng)設(shè)計(jì)成偏心形狀,即四個(gè)面的傾角不一致(傾角在60。~80。之間),“進(jìn)料料倉(cāng)”下部設(shè)計(jì)有“振動(dòng)料倉(cāng)”(內(nèi)部四面傾角不一致)。這樣物料從這兩個(gè)料斗的四個(gè)面下落的速度就不會(huì)一致,不易在料斗下部產(chǎn)生堵塞即“搭橋”現(xiàn)象。即使由于一些物料在料倉(cāng)中堆放時(shí)間較久,出現(xiàn)部分結(jié)塊,產(chǎn)生“搭橋”,還可以翹過(guò)振動(dòng)給料系統(tǒng)來(lái)破壞這種“搭橋”。因?yàn)樵撜駝?dòng)系統(tǒng)與整個(gè)包裝機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)相聯(lián)接,采用的是間隙/振動(dòng)。
這種振動(dòng)方式,既能改變物料在流動(dòng)中她’、仔搭橋,不易流動(dòng)的狀況,也能防止物料在料倉(cāng)中被震結(jié)實(shí)不易下落的現(xiàn)象出現(xiàn),從而確保物料流暢。‘:一2.包裝機(jī)稱量系統(tǒng)之后的“卸料系統(tǒng)”‘從稱量系統(tǒng)中稱好的物料馬上經(jīng)過(guò)卸料系統(tǒng)、一夾袋系統(tǒng)進(jìn)入口袋。為保證稱完物料能全部干凈地,并具有一定速度地流入到口袋中,保證稱量的精度,在該機(jī)卸料系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采取了下列一些措施:
(1)與脅料接觸部不撰翎零件盡可能全部拋光,所有預(yù)角保證在洗勸~70a,所有直角全部磨圓,以保證物料不沽在壁上。
(2)當(dāng)夾袋機(jī)構(gòu)是插口袋夾袋機(jī)構(gòu)時(shí)(這樣能保證很少的粉塵飛揚(yáng)),落料桶較大的下料口不能直接與夾袋機(jī)構(gòu)的較小進(jìn)料口連接,否則會(huì)造成物料一下子全部堵在入口處,下落速度將是很慢。因此在該機(jī)的落料桶和夾袋機(jī)構(gòu)之間設(shè)計(jì)了一個(gè)扁形卸料管。該卸料管采用扁形管結(jié)構(gòu),一側(cè)傾角控制在80。左右,并且為使物料從料桶中落下時(shí)不致一下子在扁形卸料管入口處堵死,在該管入口處設(shè)計(jì)有一弧狀導(dǎo)流板。該導(dǎo)流板偏轉(zhuǎn)角度可以任意調(diào)節(jié)。工作中調(diào)至最佳位置后,可使落料桶中的物料經(jīng)該導(dǎo)流板以較快流速進(jìn)入夾袋機(jī)構(gòu),從而能保證一定的卸料速度,提高了稱量能力。
(二)如何保證在一定速度下精確地計(jì)盆?
就包裝機(jī)而言,稱量精度是衡量其性能的一個(gè)十分重要的指標(biāo)之一。如何提高純堿包裝機(jī)的稱量精度,實(shí)際上也就是歸結(jié)為如何提高該包裝掃:了稱量靈敏性及穩(wěn)定性的問(wèn)題。為了確保純堿包裝機(jī)具有較高的稱量精度,該機(jī)的設(shè)計(jì)上具有如下幾個(gè)特點(diǎn)。
1.控制系統(tǒng)
(1)電氣控制系統(tǒng)
純堿物料粒度很細(xì),無(wú)縫不鉆,飛揚(yáng)嚴(yán)重。最初我們研制的包裝機(jī)電氣控制系紡是由繼電器,接觸器等元件構(gòu)成的。因此飛揚(yáng)的粉塵常鉆進(jìn)控制系統(tǒng)造成繼電器接觸不良,使得包裝機(jī)動(dòng)作失誤,稱量不準(zhǔn)。后來(lái)我們更換了這種電控裝置,采用了可編程序微機(jī)控制系統(tǒng),這種集成塊式無(wú)觸點(diǎn)的控制系統(tǒng)大大提高了包裝機(jī)工作的可靠性和靈敏性,從而提高了稱量精度。
(2)氣動(dòng)控制系統(tǒng)
為了防止飛揚(yáng)的純堿粉塵侵入到氣控元件中去,氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作了兩點(diǎn)考慮。首先,元件選型,采用了由西德HERION公司技術(shù)生產(chǎn)的氣控元件。這種元件體積小,重量輕,且為全封閉結(jié)構(gòu),粉塵不易侵入。換向速度及動(dòng)作靈敏性都較原國(guó)產(chǎn)舊型氣動(dòng)元件要好。其次,將分立的氣動(dòng)元件全部集成在一氣動(dòng)控制箱內(nèi),確保氣動(dòng)元件在良好的外部環(huán)境下工作,從而使整機(jī)工作可靠性,工作壽命相應(yīng)提高。
2.稱量系統(tǒng)
為了能進(jìn)一步提高稱量系統(tǒng)的稱量精度,在該系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)有兩次給料結(jié)構(gòu)。即第一次給料量是滿量的90~95%(粗進(jìn)料),第二次給料量是滿量的5~10%(細(xì)進(jìn)料)。當(dāng)稱量到一定的重量之后,進(jìn)料門(mén)必須提前關(guān)閉,因?yàn)樵诹祥T(mén)關(guān)閉后,從料門(mén)到料桶之間實(shí)際上還有一段處于空中的物料,該物料量我們稱為空中量?？罩辛颗c已經(jīng)落在料桶中的物料量之和應(yīng)等于要求包裝的重量。
為提高其稱量精度,必須要有一個(gè)適合純堿粉料特性的空中量。通過(guò)全面綜合考慮,設(shè)計(jì)中用控制細(xì)進(jìn)料的通徑大小來(lái)確定空中量,
這樣既達(dá)到較高精度,又有一定的稱量速度。
(三)如何防止包裝過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵飛揚(yáng)?
純堿粉料粒度在10。目、200目范圍的占46.45%,大于20。目占32.35%,故其粉塵在包裝時(shí)必定會(huì)有較大的飛揚(yáng),為解決這一難題,在該機(jī)設(shè)計(jì)中采取了下列一些措施。
1.夾袋裝置的設(shè)計(jì)
由于用戶對(duì)包裝袋的要求不同,純堿包裝機(jī)分為CTC塑(插口式)及CTD型(大口式)。插口式夾袋裝置使用的是插口式日袋。在該口袋袋口處縫有一袋布,被物料壓住后就能自然封住袋口,物料也就不能泄漏出來(lái)了,從而也不需要封包機(jī)封口了。在該夾袋裝置中,將夾袋下料管下料口張開(kāi)的寬度設(shè)計(jì)成大于袋口寬度,這樣夾袋后下料口會(huì)繃緊口袋,粉塵就不易飛揚(yáng)出來(lái)。為了防止粉塵從張開(kāi)袋夾兩卸管間的間隙中飛揚(yáng)出來(lái),在袋口土方設(shè)計(jì)有兩個(gè)吸塵罩,即使有部分粉塵飛揚(yáng)出來(lái),也保證它們處于有效的吸塵區(qū)內(nèi),不致污染環(huán)境。在大口式夾袋裝置的設(shè)計(jì)中,用兩組4只氣缸夾住包裝袋口的四邊,這樣落至袋中的物料絕不能飛揚(yáng)至空氣中。袋內(nèi)的空氣隨著物料的進(jìn)入夾帶部分飛揚(yáng)而起的粉塵從袋夾裝置的夾層中被負(fù)壓吸走。
2.輔助措施
除在夾袋上采取措施之外,還采取了一些輔助措施用以減少粉塵。如配備了除塵器吸塵,料桶氣缸上設(shè)計(jì)裝有節(jié)流閥,控制料門(mén)放料速度,減少粉塵對(duì)包裝袋的沖擊力;在大口式純堿包裝機(jī)的落料斗上設(shè)計(jì)兩塊折流板,也能降低粉料下落高度,減少粉塵飛揚(yáng).
四、CT型純堿包裝機(jī)與國(guó)外水平比較
(一)C下型純堿包裝機(jī)原理
該包裝機(jī)是由微機(jī)控制的機(jī)電一體化的包裝機(jī)械。由振動(dòng)系統(tǒng)、稱量系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng),夾袋系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)組成。其工作原理是當(dāng)振動(dòng)給料系統(tǒng)接到微機(jī)給一出的信號(hào)后,自動(dòng)延時(shí)給料,稱量系統(tǒng)中的粗細(xì)料門(mén)打開(kāi)進(jìn)行稱量工作,而稱毫系統(tǒng)是由一個(gè)天平系統(tǒng)和空中量補(bǔ)償系統(tǒng)構(gòu)成,通過(guò)這二個(gè)系統(tǒng)及二次給料結(jié)構(gòu)來(lái)保證物料的計(jì)量精度。
稱量結(jié)束后,由操作者將口袋套上袋夾,給袋夾一個(gè)信號(hào),壓縮空氣從袋夾中次出繃緊袋口,夾袋氣缸分別夾住和張開(kāi)袋口,物料進(jìn)入口袋,待物料全部進(jìn)入袋中后,夾袋氣缸松開(kāi)。插口式(CTC一A一6。型)料襲經(jīng)倒袋機(jī)構(gòu)倒至輸送機(jī),此時(shí)袋中物料在物料本身的作用下,通過(guò)袋口翻袋而自動(dòng)封住袋口。該型號(hào)最大特點(diǎn)是封口依靠料袋本身結(jié)構(gòu)封口而不需要縫紉機(jī)封口,包裝過(guò)程中粉塵飛揚(yáng)極少;大口式(CTD一A一60型)料袋從夾袋系統(tǒng)落下后,經(jīng)輸送機(jī)、卷邊機(jī)、縫紉機(jī)封口,從而完成一袋的包裝過(guò)程。
整個(gè)稱量的全過(guò)程均是在微機(jī)控制下執(zhí)行,微機(jī)根據(jù)被檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和輸出的控制信號(hào)經(jīng)隔離繼電器輸出雙向可控硅控制極,使可控硅導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)電磁閥控制氣路系統(tǒng)工作,因振動(dòng)、緩沖、料桶門(mén)及夾袋系統(tǒng)的關(guān)閉要延時(shí)動(dòng)作,微機(jī)是采用數(shù)字量來(lái)模擬稱量包裝過(guò)程中的延時(shí),數(shù)字量由電位器輸出電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后由微機(jī)采樣獲得,旋動(dòng)電位器的旋鈕能改變輸出電壓的大小,就能調(diào)整其延時(shí)量,從而達(dá)到稱量包裝的要求。度0.59/cm各左右,含水量小于0.1%。2.生產(chǎn)能力:CTC一A一6。型,其雌機(jī)大于225袋/小時(shí),最大為270袋/小喃CTD一A一6。型,單機(jī)大于280袋/小時(shí)。每袋4okgo3.計(jì)量誤差:單袋允許誤差1609(士0.4%);10袋平均誤差809(士0.2%)。
(二)技術(shù)特性
1物料性能:粒度召份200目左右,視密度0.59/cm各左右,含水量小于0.1%。2.生產(chǎn)能力:CTC一A一6。型,其雌機(jī)大于225袋/小時(shí),最大為270袋/小喃CTD一A一6。型,單機(jī)大于280袋/小時(shí)。每袋4okgo
3.計(jì)量誤差:單袋允許誤差1609(士0.4%);10袋平均誤差809(士0.2%)。
(三)與國(guó)外水平比較
目前國(guó)際上公認(rèn)的先進(jìn)的純堿包裝機(jī)主要是西德HAVER&BOECKER公司的NWEDO3稱型電子稱,西德GREIF一WERK公司的VELOX型,日本的山九型,后兩種均屬機(jī)電型稱。NWEDO3型電子稱我國(guó)已有幾家大型純堿企業(yè)引進(jìn)。
CT型包裝機(jī)在稱重結(jié)構(gòu)上與VELOX型相仿,但在下列一些部件上作了新型的設(shè)計(jì),如進(jìn)剎結(jié)構(gòu)采用自控型振動(dòng)給料結(jié)構(gòu);氣控系統(tǒng)采用了集成密封型;電控系統(tǒng)采用了可編程序微機(jī)控制系統(tǒng)。同時(shí)增設(shè)了負(fù)壓除塵系統(tǒng)。所有這些改進(jìn)大大提高了該機(jī)器的技術(shù)性能。
通過(guò)對(duì)純堿包裝機(jī)在稱量誤差,生產(chǎn)能力,稱量合格率,粉塵排放量,價(jià)格等幾個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能與國(guó)外包裝機(jī)的比較,就可了解該包裝機(jī)的先進(jìn)程度。稱量誤差:該包裝機(jī)已達(dá)到與西德NWEDO3稱型電子稱相同,即都是單包稱量精度為士0.4%,10包平均稱量誤差為士0.2%。CT型包裝機(jī)的這一精度指標(biāo)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)·《碳酸鈉包裝》(86年)中的規(guī)定指標(biāo):“單包稱重誤差在士1%以內(nèi),10包平均誤差在士0.5%以內(nèi)(以上均指40kg/包)。”
生產(chǎn)能力:西德NWEDOS稱型電子稱為850包刁小時(shí)(實(shí)際很難達(dá)到),換成每一稱的能九為284包/小時(shí);日本山九型單口插口機(jī)包裝能力為200包/小時(shí),CTC一A一的型包裝機(jī)(單口式插口)為225包/小時(shí),熟練者操作最高可達(dá)270包/小時(shí)。
稱量合格率:CT型包裝機(jī)與NWED型電子稱的指標(biāo)一致。連續(xù)稱量20襲合格率大于等于95%。
粉塵排放量:CTC一A一60型包裝機(jī)的操作周圍環(huán)境粉塵排放量低于或不大于10mg/m3,這一指標(biāo)高于NWEDO3型的20mg/m“指標(biāo)。由以上比較,CT型純堿包裝機(jī)的部分技術(shù)性能已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。由于該包裝全部由國(guó)產(chǎn)元件組成,操作簡(jiǎn)單,其價(jià)格是國(guó)外同樣生產(chǎn)能力包裝機(jī)價(jià)格的1/5。

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