Прессование кашки
25-04-2017, 20:05
Из центрифуг выводят монокристаллы рафинада с пленкой клерса на них. Это так называемая кашка. Ее насыпная масса 0,8—0,9, т. е. в кашке имеется довольно значительное количество пор, заполненных воздухом. Такая пористость кашки позволяет прессовать ее. Прессовать же сами монокристаллы невозможно, так как отдельно взятый кристалл несжимаем.
Влажность рафинадной кашки варьируют в значительных пределах — 3—2% и менее — в зависимости от того, какой прочности рафинад нужно выработать. Поэтому при пробеливании кашку выводят из центрифуги раньше того момента, чем будет отфуговано все возможное количество оттека. На кристаллах сознательно оставляют такое количество клерса, которое соответствует заданному содержанию воды в кашке. Влажность рафинадной кашки можно контролировать при помощи прибора системы Бонвеча, много лет работавшего химиком на Московском рафинадном заводе. Прибор замеряет объем газообразного ацетилена, который выделяется при взаимодействии определенной навески (5—10 г) рафинада с избытком карбида кальция. Влага рафинада реагирует по следующей схеме:
Влажность рафинадной кашки определяют на приборе Бонвеча периодически. Непрерывное определение влажности можно производить путем непрерывного замера диэлектрической постоянной кашки. Диэлектрическая постоянная воды (около 80) сильно отличается от диэлектрической постоянной сахара (около 5). Поэтому диэлектрическая постоянная кашки резко меняется при изменении ее влажности.
На этом принципе разработан и выпущен автоматический влагомер рафинадной кашки. Прибор предназначен для непрерывного измерения и регистрации (при помощи самописца) влажности кашки от 1 до 3% с точностью ±0,2%. Прибор может быть использован и для автоматического регулирования влажности кашки, так как имеет выход на электронный автоматический регулятор.
Принцип действия влагомера основан на определении изменения электрической емкости и тангенса угла диэлектрических потерь в рафинадной кашке.
Блок-схема влагомера изображена на рис. 182. Изменение влажности кашки ?W преобразуется в датчике 1 в изменение емкости ?Сх и тангенса угла диэлектрических потерь tg ?х. Преобразователь 2 преобразует ?Сх и tg ?x в изменение электрического напряжения ?U, которое измеряют автоматическим компенсатором 3. Величину ?Сх и tg ?x уравновешивают компенсацией на выходе преобразователя при помощи вращения переменного конденсатора 5, управляемого реверсивным двигателем 4 компенсатора.
Датчиком служит конденсатор, изготовленный в виде цилиндра. Одним электродом служит металлический стержень в эбонитовом стакане, вертикально укрепленный по центральной оси цилиндра-бункера, который является вторым электродом конденсатора.
Рафинадная кашка непрерывно проходит через цилиндр-бункер. Влагомер может работать при температуре окружающего воздуха от 10 до 40°С и относительной влажности 85%.
Для прессования рафинадной кашки применяют прессы различных конструкций. Первой по времени конструкцией пресса, которая применяется и в настоящее время, является пресс с горизонтальным вращающимся круглым столом. Стол в плане схематически изображен на рис. 183 справа. Кашка, направляемая к прессу, поступает в расположенный над ним бункер. Между бункером и столом пресса помещена набивная коробка, снабженная горизонтальными валиками со штифтами.
В столе пресса размещены матрицы (формы), в которых спрессовывается поступающая в них влажная кашка.
Для получения отдельных брусков в матрицы вставлены продольные перегородки. Прессование осуществляется при помощи пуансонов, которые служат как бы днищами матриц. Пуансоны перемещаются в матрицах в вертикальном направлении вниз и вверх. При нахождении пуансона внизу матрица загружается кашкой. При продвижении пуансона в его верхнее положение объем матрицы уменьшается и кашка спрессовывается.
Круглый стол пресса делает по 6—8 об/мин. вокруг вертикальной оси. Повернувшись на 90°, стол останавливается. В одном из вариантов пресса длительность остановок стола около 1 сек, а длительность его движения — около 1,5 сек. Во время каждой из четырех остановок стола на каждом его квадранте выполняется определенная операция цикла прессования. Рис. 183 слева схематически показывает этапы работы пресса. В положении I пуансоны опущены на глубину матрицы. В положении II объем в матрице над пуансонами заполняется кашкой. В положении III матрица сверху прикрывается плитой, а пуансон поднимается вверх на расстояние, равное Н1—Н2, соответственно спрессовывая брусок.
На этапе IV пуансон поднимается в крайнее верхнее положение выше уровня стола пресса на 0,5—0,6 мм и выталкивает спрессованный брусок из матрицы вверх. Непосредственно за этим, на том же этапе работы, бруски сдвигаются вдоль матрицы на подставляемую планку.
Таким образом, за полный оборот стола происходит четыре прессования. В действительности этапы размежевываются несколько по-другому, отвод пуансона в крайнее нижнее положение происходит во время вращения стола, а не во время его остановки. После выталкивания брусков с пуансона во время следующей остановки верхняя поверхность пуансона протирается возвратно-поступательным перемещением особого протирающего устройства. За один оборот стола пресс делает четыре прессования, в минуту — 24 прессования.
Ход прессующего пуансона равен Н1—H2. Отношение хода пуансона к исходной высоте кашки в матрице Н1, выраженное в процентах, называют коэффициентом прессования ?:
Объем прессуемого рафинада является произведением трех его измерений. Два из них (длина бруска и его ширина) во время прессования не изменяются. Изменяется лишь высота бруска Н. Следовательно, коэффициент уменьшения объема кашки в процентах к исходному объему равен коэффициенту прессования р. Кашку можно спрессовывать в большей или меньшей мере, т. е. коэффициент прессования может иметь разные значения, например 28%. При прессовании кристаллы сахара сближаются между собой за счет уменьшения объема пор, которые заполнены воздухом. Можно подсчитать, что при исходной объемной плотности прессуемой кашки 0,9 объем пор в ней равен
Если кашка спрессована до объемной плотности 1,25, то это значит, что объем пор уменьшился до
т. е. более чем в 2 раза. Описанному прессованию соответствует коэффициент прессования 28%.
Матрицы и пуансоны изготовляют из латуни, так как, соприкасаясь с брусками рафинада, латунь как бы полируется и сохраняет гладкую поверхность, к которой не прилипают кристаллы сахара.
В последнее время большое распространение получил ротационный пресс. Схема его конструкции изображена на рис. 184.
Основной частью пресса является барабан, вращающийся вокруг горизонтальной оси. Пуансоны перемещаются по радиусам барабана, то приближаясь к оси, то отходя от нее.
Барабан вращается непрерывно без поэтапных остановок. Пуансоны с одной стороны заканчиваются роликами 4, которые катятся по неподвижным направляющим 5. Направляющие создают замкнутые кривые вокруг оси барабана. Направляющие в верхней своей части приближаются к оси барабана пресса и таким образом оттягивают пуансоны, освобождают место для заполнения матриц кашкой. В левой части пресса направляющие отходят от оси, обеспечивая перемещение пуансонов к периферии барабана, что необходимо для осуществления прессования. Внизу пресса направляющие и скользящие по ним пуансоны наиболее резко отходят от оси, обеспечивая выталкивание кусочков рафинада. Затем весь цикл повторяется.
Так как барабан пресса безостановочно вращается, плита 6, к которой пуансоны прижимают кусочки сахара, не может быть неподвижной, чтобы не остановить полностью вращение барабана. Поэтому рычаг, к которому прикреплена прижимная плита, обеспечивает ее довольно сложное возвратно-поступательное движение. Во время прессования плита перемещается синхронно с барабаном. Затем она отходит от барабана и в это время перемещается в направлении, противоположном вращению барабана. Матрицы размещены по периферии пресса неравномерно, но с интервалами. Указанные интервалы соответствуют моментам, когда прижимаемая плита перемещается в противоположном с барабаном направлении. На описываемом ротационном прессе изготовляют не бруски, а отдельные кусочки рафинада.
Важной особенностью этого пресса является возможность менять глубину матрицы, а следовательно, ее наполнение кашкой, на ходу пресса. Соответствующее устройство весьма существенно, так как обеспечивает точное и быстрое регулирование массы отдельных кусочков прессуемого рафинада. Суть устройства заключается в том, что верхняя часть неподвижных направляющих 7 может при регулировании несколько перемещаться вверх и вниз. Перемещение осуществляется при помощи ручки, выведенной наружу пресса. Ее положение отсчитывается на диске-шкале.
Оба описанных выше пресса осуществляют при прессовании одностороннее сжатие. Давление, которое испытывает кашка во время прессования, непостоянно по высоте бруска или кусочка, оно уменьшается с увеличением расстояния в слое кашки от поверхности прессующего пуансона, так как возникают потери давления вследствие трения кашки о стенки матрицы. По указанной причине кристаллики, которые были ближе к пуансону, более сильно спрессованы и более сильно раздроблены. Кристаллики же у прижимной плиты менее разрушены и уложены более свободно с большими порами между ними. Из сказанного становится понятным, что одностороннее сжатие создает некоторую неоднородность рафинада. Прочность рафинада, как целого, определяется прочностью его наиболее слабых участков.
Прессование рафинада, так же как и прессование любого вещества, можно производств двусторонне, а в случае прессования отдельных кусочков — и со всех шести сторон.
Для двустороннего прессования прижимная плита должна быть заменена контрпуансоном, которым перемещался бы одновременно с пуансоном, но только в противоположном направлении.
Двустороннее сжатие должно обеспечить более равномерную плотность рафинада по высоте кусочка или бруска, ибо в этом случае только середина кусочка (бруска) будет сжата несколько слабее.
Экспериментально установлено, что при двустороннем сжатии действительно получался более прочный рафинад (табл. 47).
На рис. 185 изображена одна из моделей рафинадного пресса двустороннего прессования. Он имеет вертикальный вал 1, приводящий во вращение вертикальный же ротор 2, который несет матрицы 3 и пуансоны. Кашка, поступающая в матрицу, спрессовывается с обеих сторон пуансонами: верхним 4 при его движении вниз и нижним 5 при движении вверх. Пуансоны прикреплены к штокам 6 и 7, которые движутся в бронзовых втулках и снабжены на концах роликами 8 и 9.
На левой стороне рисунка показано прессование сахара, на правой — выталкивание из пресса кусочка рафинада. Прессование происходит потому, что ролик 8, накатываясь на неподвижный кулак 10, поднимает нижний пуансон, а ролик 9 под действием пальца 11, который испытывает давление пружины 12, опускает верхний пуансон. Для выбрасывания отпрессованного кусочка рафинада оттягивающий кулак 13 поднимает верхний пуансон, нижний пуансон также поднимается, так как его ролик накатывается на выталкивающий кулак.
Кусочек рафинада выталкивается из матрицы вверх и ножом 14, сидящим на рычаге 15, выводится из пресса.
Существуют устройства, в которых для уплотнения кристаллов кашки при формовке кусочков рафинада применяют вибрацию.
Влажность рафинадной кашки варьируют в значительных пределах — 3—2% и менее — в зависимости от того, какой прочности рафинад нужно выработать. Поэтому при пробеливании кашку выводят из центрифуги раньше того момента, чем будет отфуговано все возможное количество оттека. На кристаллах сознательно оставляют такое количество клерса, которое соответствует заданному содержанию воды в кашке. Влажность рафинадной кашки можно контролировать при помощи прибора системы Бонвеча, много лет работавшего химиком на Московском рафинадном заводе. Прибор замеряет объем газообразного ацетилена, который выделяется при взаимодействии определенной навески (5—10 г) рафинада с избытком карбида кальция. Влага рафинада реагирует по следующей схеме:
Влажность рафинадной кашки определяют на приборе Бонвеча периодически. Непрерывное определение влажности можно производить путем непрерывного замера диэлектрической постоянной кашки. Диэлектрическая постоянная воды (около 80) сильно отличается от диэлектрической постоянной сахара (около 5). Поэтому диэлектрическая постоянная кашки резко меняется при изменении ее влажности.
На этом принципе разработан и выпущен автоматический влагомер рафинадной кашки. Прибор предназначен для непрерывного измерения и регистрации (при помощи самописца) влажности кашки от 1 до 3% с точностью ±0,2%. Прибор может быть использован и для автоматического регулирования влажности кашки, так как имеет выход на электронный автоматический регулятор.
Принцип действия влагомера основан на определении изменения электрической емкости и тангенса угла диэлектрических потерь в рафинадной кашке.
Блок-схема влагомера изображена на рис. 182. Изменение влажности кашки ?W преобразуется в датчике 1 в изменение емкости ?Сх и тангенса угла диэлектрических потерь tg ?х. Преобразователь 2 преобразует ?Сх и tg ?x в изменение электрического напряжения ?U, которое измеряют автоматическим компенсатором 3. Величину ?Сх и tg ?x уравновешивают компенсацией на выходе преобразователя при помощи вращения переменного конденсатора 5, управляемого реверсивным двигателем 4 компенсатора.
Датчиком служит конденсатор, изготовленный в виде цилиндра. Одним электродом служит металлический стержень в эбонитовом стакане, вертикально укрепленный по центральной оси цилиндра-бункера, который является вторым электродом конденсатора.
Рафинадная кашка непрерывно проходит через цилиндр-бункер. Влагомер может работать при температуре окружающего воздуха от 10 до 40°С и относительной влажности 85%.
Для прессования рафинадной кашки применяют прессы различных конструкций. Первой по времени конструкцией пресса, которая применяется и в настоящее время, является пресс с горизонтальным вращающимся круглым столом. Стол в плане схематически изображен на рис. 183 справа. Кашка, направляемая к прессу, поступает в расположенный над ним бункер. Между бункером и столом пресса помещена набивная коробка, снабженная горизонтальными валиками со штифтами.
В столе пресса размещены матрицы (формы), в которых спрессовывается поступающая в них влажная кашка.
Для получения отдельных брусков в матрицы вставлены продольные перегородки. Прессование осуществляется при помощи пуансонов, которые служат как бы днищами матриц. Пуансоны перемещаются в матрицах в вертикальном направлении вниз и вверх. При нахождении пуансона внизу матрица загружается кашкой. При продвижении пуансона в его верхнее положение объем матрицы уменьшается и кашка спрессовывается.
Круглый стол пресса делает по 6—8 об/мин. вокруг вертикальной оси. Повернувшись на 90°, стол останавливается. В одном из вариантов пресса длительность остановок стола около 1 сек, а длительность его движения — около 1,5 сек. Во время каждой из четырех остановок стола на каждом его квадранте выполняется определенная операция цикла прессования. Рис. 183 слева схематически показывает этапы работы пресса. В положении I пуансоны опущены на глубину матрицы. В положении II объем в матрице над пуансонами заполняется кашкой. В положении III матрица сверху прикрывается плитой, а пуансон поднимается вверх на расстояние, равное Н1—Н2, соответственно спрессовывая брусок.
На этапе IV пуансон поднимается в крайнее верхнее положение выше уровня стола пресса на 0,5—0,6 мм и выталкивает спрессованный брусок из матрицы вверх. Непосредственно за этим, на том же этапе работы, бруски сдвигаются вдоль матрицы на подставляемую планку.
Таким образом, за полный оборот стола происходит четыре прессования. В действительности этапы размежевываются несколько по-другому, отвод пуансона в крайнее нижнее положение происходит во время вращения стола, а не во время его остановки. После выталкивания брусков с пуансона во время следующей остановки верхняя поверхность пуансона протирается возвратно-поступательным перемещением особого протирающего устройства. За один оборот стола пресс делает четыре прессования, в минуту — 24 прессования.
Ход прессующего пуансона равен Н1—H2. Отношение хода пуансона к исходной высоте кашки в матрице Н1, выраженное в процентах, называют коэффициентом прессования ?:
? = H1 — H2/H1 * 100.
Объем прессуемого рафинада является произведением трех его измерений. Два из них (длина бруска и его ширина) во время прессования не изменяются. Изменяется лишь высота бруска Н. Следовательно, коэффициент уменьшения объема кашки в процентах к исходному объему равен коэффициенту прессования р. Кашку можно спрессовывать в большей или меньшей мере, т. е. коэффициент прессования может иметь разные значения, например 28%. При прессовании кристаллы сахара сближаются между собой за счет уменьшения объема пор, которые заполнены воздухом. Можно подсчитать, что при исходной объемной плотности прессуемой кашки 0,9 объем пор в ней равен
1,59 — 0,9/1,59 * 100 = 43%
Если кашка спрессована до объемной плотности 1,25, то это значит, что объем пор уменьшился до
1,59 — 1,25/1,59 * 100 = 21%
т. е. более чем в 2 раза. Описанному прессованию соответствует коэффициент прессования 28%.
Матрицы и пуансоны изготовляют из латуни, так как, соприкасаясь с брусками рафинада, латунь как бы полируется и сохраняет гладкую поверхность, к которой не прилипают кристаллы сахара.
В последнее время большое распространение получил ротационный пресс. Схема его конструкции изображена на рис. 184.
Основной частью пресса является барабан, вращающийся вокруг горизонтальной оси. Пуансоны перемещаются по радиусам барабана, то приближаясь к оси, то отходя от нее.
Барабан вращается непрерывно без поэтапных остановок. Пуансоны с одной стороны заканчиваются роликами 4, которые катятся по неподвижным направляющим 5. Направляющие создают замкнутые кривые вокруг оси барабана. Направляющие в верхней своей части приближаются к оси барабана пресса и таким образом оттягивают пуансоны, освобождают место для заполнения матриц кашкой. В левой части пресса направляющие отходят от оси, обеспечивая перемещение пуансонов к периферии барабана, что необходимо для осуществления прессования. Внизу пресса направляющие и скользящие по ним пуансоны наиболее резко отходят от оси, обеспечивая выталкивание кусочков рафинада. Затем весь цикл повторяется.
Так как барабан пресса безостановочно вращается, плита 6, к которой пуансоны прижимают кусочки сахара, не может быть неподвижной, чтобы не остановить полностью вращение барабана. Поэтому рычаг, к которому прикреплена прижимная плита, обеспечивает ее довольно сложное возвратно-поступательное движение. Во время прессования плита перемещается синхронно с барабаном. Затем она отходит от барабана и в это время перемещается в направлении, противоположном вращению барабана. Матрицы размещены по периферии пресса неравномерно, но с интервалами. Указанные интервалы соответствуют моментам, когда прижимаемая плита перемещается в противоположном с барабаном направлении. На описываемом ротационном прессе изготовляют не бруски, а отдельные кусочки рафинада.
Важной особенностью этого пресса является возможность менять глубину матрицы, а следовательно, ее наполнение кашкой, на ходу пресса. Соответствующее устройство весьма существенно, так как обеспечивает точное и быстрое регулирование массы отдельных кусочков прессуемого рафинада. Суть устройства заключается в том, что верхняя часть неподвижных направляющих 7 может при регулировании несколько перемещаться вверх и вниз. Перемещение осуществляется при помощи ручки, выведенной наружу пресса. Ее положение отсчитывается на диске-шкале.
Оба описанных выше пресса осуществляют при прессовании одностороннее сжатие. Давление, которое испытывает кашка во время прессования, непостоянно по высоте бруска или кусочка, оно уменьшается с увеличением расстояния в слое кашки от поверхности прессующего пуансона, так как возникают потери давления вследствие трения кашки о стенки матрицы. По указанной причине кристаллики, которые были ближе к пуансону, более сильно спрессованы и более сильно раздроблены. Кристаллики же у прижимной плиты менее разрушены и уложены более свободно с большими порами между ними. Из сказанного становится понятным, что одностороннее сжатие создает некоторую неоднородность рафинада. Прочность рафинада, как целого, определяется прочностью его наиболее слабых участков.
Прессование рафинада, так же как и прессование любого вещества, можно производств двусторонне, а в случае прессования отдельных кусочков — и со всех шести сторон.
Для двустороннего прессования прижимная плита должна быть заменена контрпуансоном, которым перемещался бы одновременно с пуансоном, но только в противоположном направлении.
Двустороннее сжатие должно обеспечить более равномерную плотность рафинада по высоте кусочка или бруска, ибо в этом случае только середина кусочка (бруска) будет сжата несколько слабее.
Экспериментально установлено, что при двустороннем сжатии действительно получался более прочный рафинад (табл. 47).
На рис. 185 изображена одна из моделей рафинадного пресса двустороннего прессования. Он имеет вертикальный вал 1, приводящий во вращение вертикальный же ротор 2, который несет матрицы 3 и пуансоны. Кашка, поступающая в матрицу, спрессовывается с обеих сторон пуансонами: верхним 4 при его движении вниз и нижним 5 при движении вверх. Пуансоны прикреплены к штокам 6 и 7, которые движутся в бронзовых втулках и снабжены на концах роликами 8 и 9.
На левой стороне рисунка показано прессование сахара, на правой — выталкивание из пресса кусочка рафинада. Прессование происходит потому, что ролик 8, накатываясь на неподвижный кулак 10, поднимает нижний пуансон, а ролик 9 под действием пальца 11, который испытывает давление пружины 12, опускает верхний пуансон. Для выбрасывания отпрессованного кусочка рафинада оттягивающий кулак 13 поднимает верхний пуансон, нижний пуансон также поднимается, так как его ролик накатывается на выталкивающий кулак.
Кусочек рафинада выталкивается из матрицы вверх и ножом 14, сидящим на рычаге 15, выводится из пресса.
Существуют устройства, в которых для уплотнения кристаллов кашки при формовке кусочков рафинада применяют вибрацию.