CN104667568B - 一种饱和渗透设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种饱和渗透设备，属于压力容器技术领域。它解决了现有的渗透釜对成卷膜材饱和渗透不均匀，不充分且速率较低的问题。本饱和渗透设备包括釜体，在釜体内设有至少一组由两根竖直设置于釜体内的转轴组成的置料组件，每根转轴上均均安装有控制转轴转动的动力机构，在釜体上开设有进气口，本设备还包括供热装置和循环管道，供热装置包覆在釜体外壁上，在循环管道上安装有循环泵且循环管道一端连接至釜体底部并与釜体内部相通，另一端与连接至釜体上部外侧壁上并与釜体内部相通。本发明具有渗透均匀、渗透速度快的优点。

Description

一种饱和渗透设备

技术领域

本发明属于化工行业中的压力容器领域，特别涉及一种超临界流体快速均匀的动态饱和膜片材料的渗透设备。

背景技术

超临界流体是一种既有像气态一样较高的扩散速度，又有像液态一样较高的溶解能力的状态。目前应用较多的超临界流体是超临界二氧化碳(CO₂)和超临界氮气(N₂)。人们可利用超临界CO₂对物质的溶解度受温度和压力的影响较敏感的特性，通过改变超临界状态下CO₂的温度和压力等参数可实现对不同性质的物质进行渗透饱和，或萃取分离出物质的不同成分。由于超临界二氧化碳无毒，不易燃，使用安全，无硝酸盐和重金属离子等。因此，超临界CO₂在医药行业，食品行业，化妆品行业和石油化工行业的应用备受欢迎。

形成超临界CO₂离不开渗透釜等超临界流体设备。目前在一些大型化工企业需要的渗透釜尺寸规格也较大。常规渗透釜都是在将物料放入釜体后密封，充入高压高温气体形成超临界流体进行渗透，饱和渗透一段时间后卸压取出物料。然而大多超临界流体在渗透釜内部进行渗透时，里面的物料都是静止不动的，尤其是成卷的膜材。这样容易出现上下渗透不均匀的现象，而且超临界流体渗透釜体积大和膜材成卷贴合容易造成膜片渗透速率低，饱和不充分的现象，为了提高渗透速率，膜片材料常与透气片材叠合。同时由于气体有走捷径的现象，对于成卷的膜片来讲，静止的成卷的膜片的饱和效果较差。如果直接加装电机驱动内部部件或成卷膜片运动，会存在严重的密封问题，因为釜体工作时是高压高温状态。如何能保证在较好的密封效果的基础上又能让釜体内部的部件和成卷膜片运动起来成了解决超临界CO₂动态快速均匀饱和的关键。

因此，为了解决上述超临界流体渗透釜内部物料静止导致超临界流体对成卷膜材饱和渗透出现不均匀，不充分且速率较低的问题，现提出一种超临界流体动态饱和膜片材料的设备。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用来满足渗透釜体内超临界CO₂能够均匀快速饱和渗透、提升超临界CO₂渗透的均匀性和效率，尤其是针对提升尺寸较大的渗透釜内的超临界CO₂的饱和渗透效果的饱和渗透设备。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种饱和渗透设备，包括釜体，其特征在于，在釜体内设有至少一组由两根竖直设置于釜体内的转轴组成的置料组件，每根转轴上均均安装有控制转轴转动的动力机构，在釜体上开设有进气口，本设备还包括供热装置和循环管道，所述供热装置包覆在釜体外壁上，在循环管道上安装有循环泵且循环管道一端连接至釜体底部并与釜体内部相通，另一端与连接至釜体上部外侧壁上并与釜体内部相通。

在上述的饱和渗透设备中，所述的供热装置包括包覆在釜体外壁上的水夹套和包覆在水夹套外壁上的保温层，在水夹套上开设有进水口和出水口，在进水口处连接有进水管，在出水口处连接有出水管。

在上述的饱和渗透设备中，所述进水口开设在水夹套一端下部，出水口开设于水夹套另一端上部。

在上述的饱和渗透设备中，所述出水管包裹在保温层内。

在上述的饱和渗透设备中，在保温层外壁上包覆有筒套，在筒套下端底部设有下部循环口，在筒套上端侧壁上设有上部循环口，循环管道两端分别穿过相对应的循环口并与釜体内部相通。

在上述的饱和渗透设备中，所述的釜体由两个圆筒状的分釜体连通而成，同一组内的两转轴分别位于两分釜体内，循环管道一端连接至其中一分釜体底部并与该分釜体内部相通，另一端与连接至另一分釜体上部外侧壁上并与该分釜体内部相通，所述的进水口和出水口的位置分别对应布置于两分釜体处。

在上述的饱和渗透设备中，在釜体开口处密封连接有釜盖，在釜盖上向上凸起形成有两安装部，所述动力机构包括定子绕组和转子绕组，转子绕组位于安装部内并与转轴相连，定子绕组固设于安装部上。

在上述的饱和渗透设备中，每根转轴上均套设有用于卷绕膜片材料的圆筒且当转轴转动时能带动圆筒转动，处于同一组中的两转轴的转动方向相反。

在上述的饱和渗透设备中，所述转轴由方轴段及分设在方轴段两端的圆轴段组成,上述的圆筒套设在方轴段上且方轴尺寸与圆筒内径相配合，其中一圆轴段通过轴承与釜体底部相连，另一圆轴段与转子绕组相连且在该圆轴段上安装有抵靠在釜盖上的轴承。

在上述的饱和渗透设备中，在循环管道上连接有排气管道，在排气管道上安装有排气阀。

在上述的饱和渗透设备中，在循环管道上安装有上部控制阀和下部控制阀，所述的排气管道位于上部控制阀和下部控制阀之间。

在上述的饱和渗透设备中，本设备还包括电气控制柜，所述电气控制柜与定子绕组通过三相电路电连接。

与现有技术相比，本发明通过在釜体外壁上设置水夹套和保温层，将热水通入至水夹套内并使热水循环流动，同时还设置有循环管路，使得釜体在高温高压且能保证密封的前提下，超临界CO₂流体能够在釜体内动态循环起来，而且成卷膜片材料在转轴带动下能够转动且不用与透气材料叠合，使得单张膜片材料能够直接浸泡在超临界CO₂中，饱和材料的速率高且均匀，而且饱和更加充分，特别是在大型渗透釜体中时，还能够高效且精确的完成对材料的萃取或成分提纯工作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明打开釜盖后的结构示意图。

图3是本发明剖视结构示意图。

图中：1、釜体；1b、凹槽；1c、分釜体；2、水夹套；2a、进水口；2b、出水口；3、保温层；4、筒套；4a、上部循环口；4b、下部循环口；5、釜盖；5a、安装部；6、转轴；6a、方轴段；6b、圆轴段；7、圆筒；8、轴承；9、转子绕组；10、定子绕组；11、转子吊环；12、釜盖吊环；13、循环管道；14、循环泵；15、上部控制阀；16、下部控制阀；17、排气管道；18排气阀；19、密封圈；20、六角螺栓；21、电气控制柜；22、三相电路；23、膜片材料；25、进气口；26、进气口阀门；27、进水管；28、出水管。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图3所示，本饱和渗透设备包括釜体1，在釜体1内设有至少一组由两根竖直设置于釜体1内的转轴6组成的置料组件，每根转轴6上均均安装有控制转轴6转动的动力机构，在釜体1上开设有进气口25，本设备还包括供热装置和循环管道13，供热装置包覆在釜体1外壁上，在循环管道13上安装有循环泵14且循环管道13一端连接至釜体1底部并与釜体1内部相通，另一端与连接至釜体1上部外侧壁上并与釜体1内部相通。

在本实施例中，以釜体1内安装一组置料组件为例，即釜体1内安装有两根转轴6，转轴6用于卷绕膜片材料23，具体为成卷的膜片材料23套设于一根转轴6上，同时膜片材料23展开一些且展开的一端固定于另一转轴6上，这样当转轴6转动时，膜片材料23能由转轴6处卷绕至另一转轴6处，并使膜片材料23始终以单张模式卷绕至另一转轴6上，这样即可保证膜片材料23能够直接浸泡在超临界CO₂中，饱和材料的速率高且均匀，而且饱和更加充分。

供热装置主要用于提供热量给釜体1，保证釜体1持续处于高温状态。

进气口25开设在釜体1上，具体为开设在釜体1底部中间位置，并且在进气口25处安装有进气口阀门26，当供热装置开始对釜体1进行供热并使釜体1处于高温状态后，打开进气口阀门26，通过进气口25将CO₂输入至釜体1内，在输入一定量后，关闭进气口阀门26，循环泵14开始工作，使得CO₂沿着循环管道13内保持循环流动；

同时，循环管道13的两端分别连通于釜体1的底部和上部，使得CO₂从循环管道13一端流出，从另一端流入至循环管道13内保持循环流动时，CO₂在釜体1内的流向至始至终从釜体1上方流向釜体1下方内，膜片材料23在由一转轴6处卷绕至另一转轴6处时，两转轴6之间的膜片材料23为单张且始终能浸泡在超临界CO₂中，保证了膜片材料23的饱和程度，而且饱和更加充分。

进一步的，供热装置包括包覆在釜体1外壁上的水夹套2和包覆在水夹套2外壁上的保温层3，在水夹套2上开设有进水口2a和出水口2b，在进水口2a处连接有进水管27，在出水口2b处连接有出水管28。当热水由进水管27通过进水口2a进入至水夹套2内时，在水夹套2内的水温传递至釜体1内，从而保证了釜体1的高温状态，保温层3的目的在于阻止水夹套2内的水温散发至外界造成热量损耗，保证釜体1能始终处于高温状态。

进一步的，进水口2a开设在水夹套2一端下部，出水口2b开设于水夹套2另一端上部。由于热水是从水夹套2的底部进入，再由水夹套2的上部流出，这样保证了在热水循环供应时，水夹套2内始终处于充满热水的状态，从而保障了水夹套2持续给釜体1提供热量，使釜体1保持高温状态。

进一步的，出水管28包裹在保温层3内，这样保证了热水循环时，这样从釜体1流入至出水管28内的热水热量不会流失，从而保证了在热水循环时，釜体1内部始终能保持高温状态。若不考虑热水热量流失的问题，可直接使出水管28从釜体1上部延伸出去。

进一步的，在保温层3外壁上包覆有筒套4，在筒套4下端底部设有下部循环口4b，在筒套4上端侧壁上设有上部循环口4a，循环管道13两端分别穿过相对应的循环口并与釜体1内部相通。设置筒套4的目的在于保护保温层3使其不受外力作用而出现破损情况。

进一步的，釜体1由两个圆筒7状的分釜体1c连通而成，同一组内的两转轴6分别位于两分釜体1c内，循环管道13一端连接至其中一分釜体1c底部并与该分釜体1c内部相通，另一端与连接至另一分釜体1c上部外侧壁上并与该分釜体1c内部相通，进水口2a和出水口2b的位置分别对应布置于两分釜体1c处。

具体的说，釜体1的横截面呈“8”字形，形状截面像两个相交的圆，该结构使得两分釜体1c的中心处可以放置两转轴6，并且保证了当两转轴6相互带动旋转带动膜片材料23以单张模式从一转轴6处转动至另一转轴6处时，在两转轴6之间的单层膜片材料23的正反面与釜体1内壁之间的间距相同，从而保证了超临界CO₂流体在釜体1内动态循环流动时，能使单层膜片材料23的正反面均能得到充分的渗透，饱和充分。

同时，循环管道13的两端分别连通于两分釜体1c上，使得CO₂从循环管道13一端流出，从另一端流入至循环管道13内保持循环流动时，CO₂在釜体1内的流向至始至终从一分釜体1c上方流向另一分釜体1c下方内，并且由于两转轴6分别设置于两分釜体1c内，膜片材料23在由一圆筒7卷绕至另一圆筒7上时，两圆筒7之间的膜片材料23为单张且始终能浸泡在超临界CO₂中，保证了模片的饱和程度，而且饱和更加充分。

同理，进水口2a和出水口2b的位置分别设置于两分釜体1c处的目的也在于能保证热水能充满两分釜体1c外壁处，使得两分釜体1c内的温度保持一致。

进一步的，在釜体1开口处密封连接有釜盖5，在釜盖5上向上凸起形成有两安装部5a，动力机构包括定子绕组10和转子绕组9，转子绕组9位于安装部5a内并与转轴6相连，定子绕组10固设于安装部5a上。通过釜盖5密封覆盖在釜体1上，具体的说，在釜盖5上设有凸缘结构和釜体1接触且在与釜体1内壁接触处设有密封圈19，保证了釜体1处于密封状态。

同时安装部5a提供了用于安装转子绕组9的空间，且在转子绕组9的顶部设有螺纹连接的转子吊环11，转子吊环11用于方便取出转轴6，在转轴6顶部，即转轴6面朝转子绕组9一端加工有外螺纹，转子绕组9设有内螺纹且转子绕组9与转轴6螺纹连接，也可以使用销轴等方式将转子绕组9和转轴6连接起来。定子绕组10通过六角螺栓20和釜盖5固定连接，也可以使用凸出的挂钩挡块等固定方式。

为了保证转子绕组9和定子绕组10正常运转，釜盖5和釜体1均为无磁性的材质，例如：304不锈钢，此材质在外部磁场在对转子绕组9作用时，釜盖5和釜体1不会干扰磁场。

进一步的，在釜盖5中间部位设置有釜盖吊环12，该釜盖吊环12与开盖设备相配合，方便釜盖5的打开和闭合。同时，在设计时将釜盖吊环12设置于两安装部5a之间，从而保证开盖时的稳定性。

进一步的，每根转轴6上均套设有用于卷绕膜片材料23的圆筒7且当转轴6转动时能带动圆筒7转动，处于同一组中的两转轴6的转动方向相反。圆筒7套设在转轴6上，主要用于卷绕膜片材料23，在膜片材料23渗透完成后，只需将圆筒7取出再更换新的圆筒7即可。

进一步的，转轴6由方轴段6a及分设在方轴段6a两端的圆轴段6b组成,上述的圆筒7套设在方轴段6a上且方轴尺寸与圆筒7内径相配合，其中一圆轴段6b通过轴承8与釜体1底部相连，另一圆轴段6b与转子绕组9相连且在该圆轴段6b上安装有抵靠在釜盖5上的轴承8。转轴6方轴段6a的尺寸与圆筒7内径相配合，这样当转轴6转动时方便带动圆筒7转动，同时安装在转轴6两端处的轴承8起到支撑旋转作用，其中在釜体1底部开设有一凹槽1b，安装在转轴6面朝釜体1底部一端的轴承8位于该凹槽1b内且与该凹槽1b间隙配合。

进一步的，在循环管道13上连接有排气管道17，在排气管道17上安装有排气阀18。在釜体1内的膜片材料23渗透完成后，需要将釜体1内的CO₂排出以便卸下釜盖5后取出膜片材料23，此时先关闭循环泵14，再将排气阀18打开即可对釜体1内进行卸压。

进一步的，在循环管道13上安装有上部控制阀15和下部控制阀16，排气管道17位于上部控制阀15和下部控制阀16之间。如需要釜体1内的CO₂通过循环管道13循环流动，将排气阀18关闭，打开上部控制阀15和下部控制阀16即可；若需要釜体1内上下同时进行卸压，同时开启上部控制阀15、下部控制阀16和排气阀18即可；若只对釜体1内上部进行卸压，只需要开启上部控制阀15和排气阀18即可实现；若只对釜体1内底部进行卸压，只需要开启下部控制阀16和排气阀18即可实现。

进一步的，本设备还包括电气控制柜21，电气控制柜21与定子绕组10通过三相电路22电连接。电气控制柜21用来人工设置和控制设备的运行，同时电气控制柜21内部设有PLC控制系统，用来控制定子绕组10的运行，从而控制转轴6的转动，实现自动化控制，完成膜片材料23的动态饱和过程。

在使用本设备时，先将成卷的膜片材料23缠绕在圆筒7上，并将该膜片材料23展开一些并使其展开的一端端部固定在另一圆筒7上，然后将这两个圆筒7分别插入到釜体1中的两个转轴6上，盖上釜盖5使釜体1处于密封状态；接着从进水管27处不断进入循环热水，使釜体1内部维持一定的温度，然后打开进气口阀门26，由进气口25通入CO₂，待釜体1内的CO₂达到一定量后，再关闭进气口阀门26；然后打开上部控制阀15和下部控制阀16，并将排气阀18关闭，打开循环泵14，这样CO₂在釜体1内部循环起来；由于每卷膜片材料23的长度尺寸固定，因此在启动设备前应先根据每卷膜片材料23的长度，利用PLC控制系统设定好相关的转动参数和电流切换参数。在相关参数设置好后，开启电气控制柜21上的启动按钮，通入三相电流，使得釜盖5上的其中一个定子绕组10通电，带动相对应的转子绕组9向一个方向转动，从而带动相应的转轴6转动；当达到设定值后，当前定子绕组10断电，另一个定子绕组10通电，带动相应的转子绕组9转动，从而带动相应的转轴6转动，此时转动方向与上一步的转动方向相反，这样来控制两个转轴6分别间隔性的正反转，使得膜片材料23也相应的被来回渗透，整个转动速度和转动时间可调节。当达到饱和时间后，通过调节上部控制阀15、下部控制阀16和排气阀18对釜体1内部进行卸压，卸压后通过釜盖吊环12打开釜盖5，取出膜片材料23，进行后续处理工艺。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种饱和渗透设备，包括釜体，其特征在于，在釜体内设有至少一组由两根竖直设置于釜体内的转轴组成的置料组件，每根转轴上均安装有控制转轴转动的动力机构，在釜体上开设有进气口，本设备还包括供热装置和循环管道，所述供热装置包覆在釜体外壁上，在循环管道上安装有循环泵；所述的供热装置包括包覆在釜体外壁上的水夹套和包覆在水夹套外壁上的保温层，在水夹套上开设有进水口和出水口，在进水口处连接有进水管，在出水口处连接有出水管；所述进水口开设在水夹套一端下部，出水口开设于水夹套另一端上部；所述的釜体由两个圆筒状的分釜体连通而成，同一组内的两转轴分别位于两分釜体内，循环管道一端连接至其中一分釜体底部并与该分釜体内部相通，另一端连接至另一分釜体上部外侧壁上并与该分釜体内部相通，所述的进水口和出水口的位置分别对应布置于两分釜体处。

2.根据权利要求1所述的饱和渗透设备，其特征在于：保温层外壁上包覆有筒套，在筒套下端底部设有下部循环口，在筒套上端侧壁上设有上部循环口，循环管道两端分别穿过相对应的循环口并与釜体内部相通。

3.根据权利要求1或2所述的饱和渗透设备，其特征在于，在釜体开口处密封连接有釜盖，在釜盖上向上凸起形成有两安装部，所述动力机构包括定子绕组和转子绕组，转子绕组位于安装部内并与转轴相连，定子绕组固设于安装部上。

4.根据权利要求3所述的饱和渗透设备，其特征在于，每根转轴上均套设有用于卷绕膜片材料的圆筒且当转轴转动时能带动圆筒转动，处于同一组中的两转轴的转动方向相反。

5.根据权利要求4所述的饱和渗透设备，其特征在于，所述转轴由方轴段及分设在方轴段两端的圆轴段组成,上述的圆筒套设在方轴段上且方轴尺寸与圆筒内径相配合，其中一圆轴段通过轴承与釜体底部相连，另一圆轴段与转子绕组相连且在该圆轴段上安装有抵靠在釜盖上的轴承。

6.根据权利要求1所述的饱和渗透设备，其特征在于，在循环管道上连接有排气管道，在排气管道上安装有排气阀。

7.根据权利要求6所述的饱和渗透设备，其特征在于，在循环管道上安装有上部控制阀和下部控制阀，所述的排气管道位于上部控制阀和下部控制阀之间。