CN102297262A

CN102297262A - 用于高压容器快速进出固态物料的方法和装置

Info

Publication number: CN102297262A
Application number: CN2010102154434A
Authority: CN
Inventors: 陈洪章; 李宏强
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2011-12-28

Abstract

本发明公开了用于高压容器快速进出固态物料的方法和装置。通过特殊设计的盒式、倒V式进料阀和灯笼式、r型出料阀使高压容器特别适用于固态物料的快速进出，从而避免了使用常规液体阀门而导致的阀门易损、更换频繁等问题，同时减少了固态物料进出容器所需的时间，提高了处理的速度，增加了效益。本发明典型地可以被用于间歇式汽爆罐、固态物料蒸料罐、固态物料灭菌罐等，为日益增加的固态物料高温高压的处理提供了合适的设备选型。

Description

用于高压容器快速进出固态物料的方法和装置

技术领域

本发明属于化工设备领域，特别涉及用于高压容器快速进出固态物料的方法和装置。

背景技术

一般而言化学反应速度随着温度的升高而增加，而在常压下反应体系的温度一般是有一定的限制的，因此许多化学反应都是在一定压力的高压容器中进行的。早期的化工生产主要以石油化工为主，石油化工的反应原料多为液体状态，因此传统的高压容器大多是通过管路来进出物料的，和这些液体物料的输送相关的也多采用球阀等这样的控制结构。但是这样的结构往往是不适用于固态物料的处理的。现在随着石油储量的减少，以生物质为原料的生物炼制工业将具有更为广阔的前景。生物炼制就需要处理更多的固态物料，因此发展适用于固态物料处理的高压容器就十分重要。

汽爆设备就是一种广泛使用的固态物料处理设备，其广泛用于生物质的初级炼制，用于木质纤维素原料的预处理。但是目前汽爆设备，例如ZL01240306.7，ZL00243852.6一般采用高压球阀作为物料的进出口阀门。高压球阀虽然可以很好的密闭反应器，但是球阀的口径往往较小，因此进出料的速度难以保证，生产效率较低，再有就是球阀的结构特点决定了其用于固态物料的进出时很容易导致球阀中塞入纤维等物料导致球阀的漏气，这实际上也导致球阀的使用寿命较液体物料短的多。因此开发适用于固态物料进出高压容器的阀门结构就非常迫切。申请号为200710141271.9的发明提出了一种新的汽爆系统设计，其主体思想是将阀门的开口在可能的情况下作的的尽量大以保证汽爆速度的快，但是这种设计虽然保证了汽爆速度，但汽爆时的功率太大，导致汽爆罐只能做的很小，而无法放大，实际上汽爆过程的作用不只体现在汽爆速度上，过分强调汽爆速度只会导致误入歧途。

ZL200720079330.X也注意到了普通蒸球出料存在的问题，提出了用安装控制阀来解决出料问题的思路，这种方法虽然在一定程度上有效，但是所采用的阀门也是普通的气动球阀，这样也不可避免地会碰到汽爆设备一样的问题。

ZL200720200703.4也注意到了普通蒸球进料存在的问题，提出了一种快开门结构，这种结构其实已广泛用于各种压力容器，如ZL200920127353.2中提到的压力容器和ZL02100176.6中的固态发酵罐，这种快开门结构虽然得到广泛应用，但是机构复杂，开启和关闭都需要电机操作，使用不够方便。

发明内容

【发明目的】本发明的目的就是针对固态物料进出高压容器的难题发明用于高压容器快速进出固态物料的方法和装置，有效地提高固态物料在高压容器中处理的效率，同时确保容器在使用过程的安全性和可靠性。

【本发明的构思】传统的高压容器多用于处理液体反应体系，因此所设计的管路和发明也较为适用于液体物质，当处理的体系变为固态时，这样的高压容器就显的不再适用。其关键问题在于容器的进出料的阀门和管路的设计和安装，在充分考虑了固态物料和液体物料的差别后，本发明专利提出了如下的设计方案，较好的解决了固态物料在高压容器中进出料问题，增加了高压容器的使用效率。

【本发明技术方案】本发明通过在普通高压容器上安装特殊设计的出料阀(图1，图2，图3，图4，图5和6)和进料阀(图7，图8，图9，图10，图11，图12和13)形成特殊的装置，通过出料阀和进料阀的操作实现了固态物料的快速进出：

高压容器罐体材质可以为碳钢或不锈钢，高径比为0.5∶1-5∶1，可以是立式或卧式，罐体上有通入蒸汽、反应底物、催化剂、溶剂等的管路，有用于维修的人孔或手孔。出料阀可以是灯笼式结构(图1，图2，图3和4)，由外套结构(图2)和内芯结构(图1)组成，外套结构和内芯结构的紧密配合通过内芯结构上的o型圈(图1上的标注1)起到密封作用，外套结构通过法兰连接到高压容器罐体的底部，内芯结构安装在外套结构的内部，通过气动设备拉推在内芯结构运动，当内芯结构推到到外套的顶部时(图3)，出料阀密封，当内芯结构拉到外套的底部时(图4)出料阀开启，高压容器中的物料可以在内部压力的作用下迅速排出容器。内芯结构为底部加盖，中间镂空的圆筒结构，中间镂空后剩余的支柱为2-20根，支柱的横切面为三角形、扇形、菱形或有一个锐角的多边形，并将角对准于内芯结构的中轴线。出料阀也可以是r型结构(图5和图6)。出料阀由外套结构和活塞结构组成，外套结构为一个直管和一个1/4圆弧管相交而成，活塞由启动机构拉推，当活塞被推倒外套结构的顶部时(图5)出料阀密封，当活塞被拉到外套结构的底部时(图6)出料阀开启，高压容器中的物料可以在内部压力的作用下迅速排出容器。可以快速进出固态物料的高压容器进料阀是盒式结构(图7，图8，图9，图10和11)。进料阀由料筒和底盖两部分组成，两者由合页结构链接在一起，底盖上有一耳和绳索相连，通过人力或者气动机构拉动绳索可将进料阀关闭(图9和图11)放开绳索时进料阀开启(图7，图8和图10)，料筒底部上开槽装有密封用的o型环，当容器内部充压时，进料阀自然闭紧，料筒截面可以是圆形(图10和图11)，也可以是椭圆型或跑道型(图7，图8和图9)，本进料机构可以通过法兰安装到高压容器的顶部(图11)，也可以通过焊接安装到高压容器的顶部(图7，图8，图9和10)。可以快速进出固态物料的高压容器进料阀也可以是倒V结构(图12和13)。进料阀由料筒和V型底盖两部分组成，料筒安装通过法兰安装于高压容器的顶部，V型底盖由启动机构拉推，当V型底盖被推下时(图12)，进料阀开启，通过料筒可以快速加料，当V型底盖被拉起时(图13)，进料阀关闭，当容器内部充压时，进料阀自然闭紧。可以快速进出固态物料的高压容器，盒式、倒V式进料阀和灯笼式、r式出料阀可以自由组合。

本发明具有以下特点和优势：

1.通过进、出料阀的全新设计，加快了物料进出速度，提高了高压容器的使用效率；

2.进出料阀结构简单实用，使用过程中不容易产生机械故障，安全可靠，维修简单，使用成本低。

3.用途广泛，可以组合不同的进出料阀的设计而体现不同的用途。

附图说明

图1灯笼式出料阀内芯结构示意图，1，o-型圈凹槽；2，支柱；3，内芯底盖。

图2灯笼式出料阀外套结构示意图，1，法兰；2，外套。

图3灯笼式出料阀闭合状态结构示意图，1，内芯；2，外套。

图4灯笼式出料阀开启状态结构示意图，1，内芯；2，外套。

图5r式出料阀闭合状态结构示意图，1，法兰；2，出料筒；3，活塞；4，气动机构。

图6r式出料阀开启状态结构示意图，1，法兰；2，出料筒；3，活塞；4，气动机构。

图7盒式进料阀开启状态结构示意图，1，料筒；2，底盖；3，耳。

图8盒式进料阀开启状态结构示意图，1，料筒；2，底盖；3，合页；4，耳；5，o-型圈凹槽。

图9盒式进料阀闭合状态结构示意图，1，料筒；2，底盖；3，合页；4，耳。

图10盒式进料阀开启状态结构示意图，1，料筒；2，底盖；3，耳。

图11盒式进料阀开启状态结构示意图，1，法兰；2，料筒；3，底盖；4，拉线；5，合页；6，气动机构。

图12倒V型进料阀开启状态结构示意图，1，气动机构；2，料筒；3，V型底盖。

图13倒V型进料阀闭合状态结构示意图，1，气动机构；2，料筒。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

本发明所公开的用于高压容器快速进出固态物料的方法和装置可以用于间歇式汽爆罐。

蒸汽爆破技术简称汽爆技术，是利用饱和蒸汽的高温高压处理生物质等原料的一种方法，将这些原料放置到高压容器中，通入饱和蒸汽到一定压力后维持一段时间，然后迅速将高压容器的阀门打开将物料爆出。目前所使用的汽爆罐基本上为间歇式，间歇式的小型汽爆罐多是在一个圆筒的两端安装高压球阀，一个用于进料一个用于出料，而生产型的间歇式汽爆罐采用的结构多为一个圆柱式罐体在上下安装球阀。球阀是汽爆罐的关键性部件，但是球阀用于固态物料的进出时有许多问题，两个典型的问题是，球阀的孔径一般有限导致进出料速度较慢，影响生产效率，再有就是球阀的密封结构中容易塞入固态物料导致密封效果下降，严重影响球阀的使用寿命。

本发明用作间歇式汽爆罐处理秸秆等纤维质原料时，罐体为5m³，高径比为2∶1，进料阀采用盒式进料阀，出料阀采用灯笼式出料阀，出料阀的内芯结构的支柱数选择为3根以适合纤维质原料的处理。

实施例2

本发明用于间歇式汽爆罐时，也可以采用如下配置，罐体为10m³，高径比为3.5∶1，进料阀采用倒V型进料阀，进料筒的直径选择为300mm，出料阀采用灯笼式出料阀，出料阀的内芯结构的支柱数选择为4根。

实施例3

本发明所公开的用于高压容器快速进出固态物料的方法和装置可以用于固态物料蒸料罐。固态物料的蒸煮广泛应用在酿造行业，比如固态发酵白酒的物料在入窖前一般需要经过1-2小时的蒸煮，传统的蒸煮方式多采用常压蒸煮，所需的时间较长，能耗较高，生产效率低下。本发明可以配置为固态物料蒸料罐。

本发明用于固态物料蒸料罐时罐体为6m³，高径比为3∶1，进料阀采用盒式进料阀，出料阀采用r型出料阀，出料阀的出料筒直径选择为200mm，可以直接从处理车间连接到发酵车间。采用本发明可以将蒸料时间从1-2h缩短到10-20min左右，能耗降低40-60％。同时物料的发酵效果有所提高。

实施例4

本发明所公开的用于高压容器快速进出固态物料的方法和装置可以用于固态物料灭菌罐。固态物料的灭菌是固态发酵行业必不可少的一个重要环节。传统的固态物料的灭菌设备多采用蒸球，蒸球多采用蝶阀作为物料进出的阀门，开关速度较慢，生产效率较低，尤其是物料难以自动从蒸球中排出，常需要人工将物料从中铲出，势必导致灭菌后的物料又污染杂菌。

本发明用于固态物料灭菌罐时罐体选择为3m³，高径比为2.5∶1，采用倒V型进料阀，进料阀进料筒的直径选择为250mm，足可以满足常用固态基质的进料需要，选用出料筒直径为120mm的r型出料阀，出料筒和固态发酵的装料间直接相连。

Claims

1.用于高压容器快速进出固态物料的装置，其特征在于通过在普通高压容器上安装特殊设计的灯笼式结构或r式结构出料阀和盒式结构或倒V式结构进料阀形成特殊的装置。

2.用于高压容器快速进出固态物料的方法，其特征在于，利用权利要求1所述的装置，通过出料阀和进料阀的操作实现固态物料的快速进出。

3.如权利要求1所述的高压容器，其特征在于，所述的高压容器罐体材质可以为碳钢或不锈钢，高径比为0.5∶1-5∶1，可以是立式或卧式，罐体上有通入蒸汽、反应底物、催化剂、溶剂等的管路，有用于维修的人孔或手孔。

4.如权利要求1所述的用于高压容器快速进出固态物料的装置，其特征在于所述的盒式结构或倒V式结构进料阀和灯笼式结构或r式结构出料阀可以自由组合。

5.如权利要求1所述的灯笼式结构出料阀，其特征在于，所述的出料阀由外套结构(图2)和内芯结构(图1)组成，外套结构和内芯结构的紧密配合通过内芯结构上的o型圈起到密封作用，外套结构通过法兰连接到高压容器罐体的底部，内芯结构安装在外套结构的内部，通过气动设备拉推在外套结构运动。

6.如权利要求5所述的灯笼式出料阀的内芯结构，其特征在于，所述的内芯结构为底部加盖，中间镂空的圆筒结构，中间镂空后剩余的支柱为2-20根，支柱的横切面为三角形、扇形、菱形或有一个锐角的多边形，并将角对准于内芯结构的中轴线。

7.如权利要求1所述的r型结构出料阀，其特征在于，所述的出料阀由外套结构和活塞结构组成，外套结构为一个直管和一个1/4圆弧管相交而成，活塞由启动机构拉推。

8.如权利1所述的盒式结构进料阀，其特征在于，所述的进料阀由料筒和底盖两部分组成，两者由合页结构链接在一起，底盖上有一耳和绳索相连。

9.如权利要求1所述的倒V结构进料阀，其特征在于，所述的进料阀由料筒和V型底盖两部分组成，料筒安装通过法兰安装于高压容器的顶部，V型底盖由启动机构拉推。

10.如权利要求1所述的用于高压容器，其特征在于，可用作间歇式汽爆罐、固态物料蒸料罐、固态物料灭菌罐。