CN107308831A - 一种罐装气体溶液的制备装置和罐装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种罐装气体溶液的制备装置，该装置设有气液分离罐（21）和阻气排液蓄能溶气罐（13），气液分离罐（21）的中部设置了聚四氟乙烯微孔滤膜（19），将气液分离罐（21）分为上下两个空腔，所述的阻气排液蓄能溶气罐（13）内部设有柔性隔膜（11），分为蓄能腔（12）和工作腔（10），工作腔（10）内设有阻气排液阀（7），经管道连接器（4）、第三控制阀（26）、流量计（25）与气液分离罐（21）下端的排液管道（24）相连；另外，所述的溶液管道（18）与气体溶液（16）和游离的溶质气体（17）相连通。本发明发能迅速地、大流量地、连续不断地排除气体溶液中未能溶解的游离气体，能保证罐装后气液混合物各个组分的精确占比。
Description
技术领域
本发明属于气体溶液制备方法技术领域，尤其涉及一种罐装气体溶液的制备装置和罐装方法，把微溶气体的气体溶液提高溶气量，实现罐装化，继而商品化的方法。
背景技术
气体溶液有各种用途，但是部分气体不容易溶解于水形成溶液，或者说溶气量很小，为了增加溶气量一般采用加压方案，现有的加压方案一般采用高压溶气泵或用高压溶气罐来实现高浓度气体溶液的制造方案，高压气体溶液需要气体和水在高压环境中进行充分接触与混合，高压气液混合泵主要在高压泵腔和管道环境中实现混合与搅拌，增加溶气量。高压溶气罐主要是将高压气体与高压水灌注于高压罐体中，通过体积效应，实现部分气体溶于水。现有溶气罐一般不能独立工作，其内部气体溶液的排出，需要外部动力向内部输送压力气体和水加以代换，独立的罐体一旦排出少量气体或水，内部压力会骤然降低，失去溶气压力，溶气量会迅速减小。高压气体溶液随造随用，一般不容易作为中间产品实现包装、储存、运输和随时取用。
发明内容
本发明的目的是根据部分微溶气体的溶解特性、生产工艺、储运条件，提供一种罐装气体溶液的制备装置和制备方法，实现气体溶液的制作、罐装、持久保持溶气量、随时取用和安全，为高压气体溶液这种中间产品的直接商品化提供了基础。实现本发明的目的所采取的技术方案是：一种罐装气体溶液的制备装置，其特征在于：该装置设有气液分离罐和阻气排液蓄能溶气罐，所述的气液分离罐的中部设置了与罐壳密封的聚四氟乙烯微孔滤膜，通过密封聚四氟乙烯微孔滤膜将气液分离罐分为上、下两个空腔，在聚四氟乙烯微孔滤膜的上、下两侧设置多孔透气板，其中下部空腔内充满气液混合物，上部空腔负责收集经过聚四氟乙烯微孔滤膜滤出的气体，气液分离罐的上端设有排气管道，气液分离罐的下端设有排液管道，气液分离罐的下部的侧面设有溶液管道，所述的阻气排液蓄能溶气罐的的罐壳内部设有柔性隔膜，柔性隔膜其边缘与罐壳内壁密封连接，柔性隔膜的上、下两侧分别是容纳气体和气液混合物的蓄能腔和工作腔，工作腔内设有阻气排液阀，阻气排液阀设有浮子和弹簧，蓄能腔一侧的罐壳上装有充气单向阀和压力表，阻气排液阀通过进排管道、第二控制阀、管道连接器、第三控制阀、流量计与气液分离罐下端的排液管道相连；同时，在管道连接器和第三控制阀之间通过第一控制阀和气体管道与溶质气体相连，同时，通过逆止阀与气液分离罐上端的排气管道相连，另外，所述的溶液管道与气体溶液和游离的溶质气体相连通。
本发明罐装气体溶液的罐装方法如下：
一种罐装气体溶液的制备方法，其特征在于：方法步骤如下：
第一步：阻气排液蓄能溶气罐在空罐状态下，通过罐体上的压力表检验蓄能腔内气体的压强，如果气压不足，通过充气单向阀补充一定量的气体，保证阻气排液蓄能溶气罐的正常的蓄能状态。
第二步：第一控制阀和第二控制阀打开，第三控制阀关闭，气源提供的溶质气体通过气体管道、第一控制阀、管道连接器、第二控制阀，输送到进排管道，再经过阻气排液阀注入阻气排液蓄能溶气罐的工作腔，工作腔容积增大，柔性隔膜上浮，蓄能腔被压缩。根据阻气排液蓄能溶气罐蓄能腔一侧的压力表读数，确定注入气体的数量，即达到一定压力后关闭第一控制阀。在此过程中罐体蓄能腔中的气体和被注入到工作腔内的溶质气体都会被压缩，继续蓄积一部分压力势能。
第三步：第一控制阀关闭、第二控制阀和第三控制阀打开，气体溶液和其中未能溶解的部分游离的溶质气体从溶液管道进入本发明的新型气液分离罐，其中的游离气体上浮，并经过聚四氟乙烯微孔膜和多孔板逸出，这部分游离气体经过排气管道和逆止阀合并到气体管道中加以回收。新型气液分离罐中的液体只能向下经过排液管道、流量计、第三控制阀、管道连接器、第二控制阀，输送到进排管道，再经过阻气排液阀注入阻气排液蓄能溶气罐的工作腔，工作腔容积继续增大，柔性隔膜继续上浮，阻气排液蓄能溶气罐中的气体再次被压缩，注液工作会蓄积更多的势能到阻气排液蓄能溶气罐。根据阻气排液蓄能溶气罐的压力表和管道上的流量计，控制注入其中的气体溶液数量，即达到设定的注入量后，关闭第二控制阀和第三控制阀。
第四步：解离管道连接器，形成能够独立工作的阻气排液蓄能溶气罐。阻气排液蓄能溶气罐可以用于运输、储存。
第五步：从阻气排液蓄能溶气罐取用气体溶液时，打开第二控制阀，内部的气体溶液就会在内部压强的作用下从进排管道流出，罐中被压缩的气体体积膨胀，释放所蓄积的能量。当阻气排液蓄能溶气罐中的溶液被释放完成后，阻气排液阀的浮子在自重和弹簧压力下向下移动，关闭阻气排液蓄能溶气罐的进排管道不再排放任何流体。独立的阻气排液蓄能溶气罐在储存、运输、使用及维修过程中，只有在直立状态，才能排出液体，不会排出罐中的气体。在任何非直立状态或内部液体已经放空的工况下，即使打开第二控制阀，其内部的阻气排液阀都会首先切断进排管道，不能释放任何流体。
本发明发能迅速地、大流量地、连续不断地排除气体溶液中未能溶解的游离气体，能保证罐装后气液混合物各个组分的精确占比。
附图说明
图1是本发明充填溶质气体状态示意图；
图2是本发明充填气体溶液状态示意图。
其中：1、溶质气体，2、气体管道，3、第一控制阀，4、管道连接器，5、第二控制阀，6、进排管道，7、阻气排液阀，8、浮子，9、弹簧，10、工作腔，11、柔性隔膜，12、蓄能腔，13、阻气排液蓄能溶气罐，14、充气单向阀，15、压力表，16、气体溶液，17、游离的溶质气体，18、溶液管道，19、聚四氟乙烯微孔滤膜，20、多孔板，21、气液分离罐，22、排气管道，23、逆止阀，24、排液管道，25、流量计，26、第三控制阀。
具体实施方式
参照附图，一种罐装气体溶液的制备装置，其特征在于：该装置设有气液分离罐21和阻气排液蓄能溶气罐13，所述的气液分离罐21的中部设置了与罐壳密封的聚四氟乙烯微孔滤膜19，通过密封聚四氟乙烯微孔滤膜19将气液分离罐21分为上、下两个空腔，在聚四氟乙烯微孔滤膜19的上、下两侧设置多孔透气板20，其中下部空腔内充满气液混合物，上部空腔负责收集经过聚四氟乙烯微孔滤膜滤出的气体，气液分离罐21的上端设有排气管道22，气液分离罐21的下端设有排液管道24，气液分离罐21的下部的侧面设有溶液管道18，所述的阻气排液蓄能溶气罐13的的罐壳内部设有柔性隔膜11，柔性隔膜11其边缘与罐壳内壁密封连接，柔性隔膜11的上、下两侧分别是容纳气体和气液混合物的蓄能腔12和工作腔10，工作腔10内设有阻气排液阀7，阻气排液阀7设有浮子8和弹簧9，蓄能腔12一侧的罐壳上装有充气单向阀14和压力表15，阻气排液阀7通过进排管道6、第二控制阀5、管道连接器4、第三控制阀26、流量计25与气液分离罐21下端的排液管道24相连；同时，在管道连接器4和第三控制阀26之间通过第一控制阀3和气体管道2与溶质气体1相连，同时，通过逆止阀23与气液分离罐21上端的排气管道22相连，另外，所述的溶液管道18与气体溶液16和游离的溶质气体17相连通。
本发明中的气液分离罐21的中部设置了与罐壳密封的聚四氟乙烯微孔滤膜19，聚四氟乙烯微孔滤膜19的具有斥水特性，能透气，不能透水。通过聚四氟乙烯微孔滤膜19将气液分离罐21分为上下两个空腔，在聚四氟乙烯微孔滤膜19的上下两侧设置多孔板20。其中下部空腔内充满气液混合物，上部空腔负责收集经过聚四氟乙烯微孔滤膜19滤出的溶质气体1。
本发明中的阻气排液蓄能溶气罐13其硬质的罐壳内部设有柔性隔膜11，其边缘与罐壳内壁密封连接，柔性隔膜11的两侧分别是容纳气体和气液混合物的蓄能腔12和工作腔10，工作腔10内设有阻气排液阀7。蓄能腔12一侧的罐壳上装有充气单向阀14和压力表15。通过充气单向阀14，蓄能腔12内充填一定数量的压力气体用作蓄能持压的气弹簧，工作腔10主要用于储存溶质气体1和气体溶液16。阻气排液蓄能溶气罐13内部能够在气弹簧的作用下保持一定压力，并随时从工作腔10通过进排管道6释放所储存的气体溶液16。阻气排液阀7能够在正确的工作状态（罐内有充足的溶液，并且罐体直立）下允许气体液体16流出，不允许溶质气体1流出；在不正确的工作状态（罐内无充足的溶液、罐体倒伏、罐体倒立）下直接切断进排管道6，既不允许液体流出，也不允许气体流出，确保使用安全。阻气排液阀7以浮子8作为液位的敏感元件，浮子8的浮力大于弹簧9的弹力和浮子8的自重之和，其中弹簧9的弹力又大于浮子8的自重。阻气排液阀7在直立状态，并且有充足气体溶液16的情况下，浮子8的浮力会克服弹簧9的压力和浮子8的自重，向上漂移，打开工作腔10的进出口，允许液体排出。在无充足的气体溶液16时，浮子8会在重力和弹簧9的压力作用下，向下移动，关闭工作腔10的进出口，防止内部溶质气体1和气体溶液16的排出；在罐体倒伏时，浮子8的浮力和自重都在竖直方向上，浮子8在弹簧9的推力下水平移动，同样会关闭工作腔10的进出口；在罐体倒立时，浮子8将会失去浮力，弹簧9的压力将克服浮子8的自重向上移动，也会关闭工作腔10的进出口。
本发明的罐装气体溶液制备系统如图1和图2所示。主要包含气液分离罐21、阻气排液蓄能溶气罐13、管道和控制阀。其中气液分离罐21的进口连接着溶液管道18，用于罐入气体溶液16和其中未能溶解的游离的溶质气体17。新型气液分离罐21的排气口连接着排气管道22，并将排出的溶质气体17经过逆止阀23，输送到供应溶质气体1的气体管道2。气液分离罐21的排液口连接着排液管道24，并将排出的气体溶液16经过流量计25、第三控制阀26、管道连接器4、第二控制阀5，输送到阻气排液蓄能溶气罐13的进排管道6。气源提供的溶质气体1通过气体管道2、第一控制阀3、管道连接器4、第二控制阀5，输送到阻气排液蓄能溶气罐13的进排管道6，继而注入阻气排液蓄能溶气罐13。溶质气体1将通过气体管道2、第一控制阀3、管道连接器4、第二控制阀5，输送到进排管道6，再经过阻气排液阀7注入阻气排液蓄能溶气罐13。
本发明罐装气体溶液的罐装方法如下：
一种罐装气体溶液的罐装方法，其特征在于：方法步骤如下：
第一步：阻气排液蓄能溶气罐13在空罐状态下，通过罐体上的压力表15检验蓄能腔12内气体的压强，如果气压不足，通过充气单向阀14补充一定量的气体，保证阻气排液蓄能溶气罐13的正常的蓄能状态；
第二步：第一控制阀3和第二控制阀5打开，第三控制阀26关闭，气源提供的溶质气体1通过气体管道2、第一控制阀3、管道连接器4、第二控制阀5，输送到进排管道6，再经过阻气排液阀7注入阻气排液蓄能溶气罐13的工作腔10，工作腔10容积增大，柔性隔膜11上浮，蓄能腔12被压缩。根据阻气排液蓄能溶气罐13的蓄能腔12一侧的压力表15的读数，确定注入溶质气体1的数量，即达到一定压力后关闭第一控制阀3，在此过程中蓄能腔12中的气体和被注入到工作腔内的溶质气体1都会被压缩，继续蓄积一部分压力势能；
第三步：第一控制阀3关闭、第二控制阀5和第三控制阀26打开，气体溶液16和其中未能溶解的部分游离的溶质气体17从溶液管道18进入新型气液分离罐21，其中的游离的溶质气体17上浮，并经过聚四氟乙烯微孔膜19和多孔板20逸出到上部空腔，这部分游离的溶质气体17经过排气管道22和逆止阀23合并到气体管道2中加以回收，新型气液分离罐21中的气体溶液16只能向下经过排液管道24、流量计25、第三控制阀26、管道连接器4、第二控制阀5，输送到进排管道6，再经过阻气排液阀7注入阻气排液蓄能溶气罐13的工作腔10，工作腔10容积继续增大，柔性隔膜11继续上浮，阻气排液蓄能溶气罐13中的气体再次被压缩，注液工作会蓄积更多的势能到阻气排液蓄能溶气罐13，根据阻气排液蓄能溶气罐13的压力表15和管道上的流量计25，控制注入其中的气体溶液16的数量，即达到设定的注入量后，关闭第二控制阀5和第三控制阀26；
第四步：解离管道连接器4，形成能够独立工作的阻气排液蓄能溶气罐13。阻气排液蓄能溶气13可以用于运输、储存；
第五步：从阻气排液蓄能溶气罐13取用气体溶液16时，打开第二控制阀5，内部的气体溶液16就会在内部压强的作用下从进排管道6流出，罐中被压缩的气体体积膨胀，释放所蓄积的能量，当阻气排液蓄能溶气罐13中的溶液被释放完成后，阻气排液阀7的浮子8在自重和弹簧9的压力下向下移动，关闭进排管道6，不再排放任何流体，独立的阻气排液蓄能溶气罐13在储存、运输、使用及维修过程中，只有在直立状态，才能排出液体，不会排出罐中的溶质气体1，在任何非直立状态或内部气体溶液16已经放空的工况下，即使打开第二控制阀5，其内部的阻气排液阀7都会首先切断进排管道6，不能释放任何流体。
Claims (3)
1.一种罐装气体溶液的制备装置，其特征在于：该装置设有气液分离罐（21）和阻气排液蓄能溶气罐（13），所述的气液分离罐（21）的中部设置了与罐壳密封的聚四氟乙烯微孔滤膜（19），通过密封聚四氟乙烯微孔滤膜（19）将气液分离罐（21）分为上、下两个空腔，在聚四氟乙烯微孔滤膜（19）的上、下两侧设置多孔透气板（20），其中下部空腔内充满气液混合物，上部空腔负责收集经过聚四氟乙烯微孔滤膜滤出的气体，气液分离罐（21）的上端设有排气管道（22），气液分离罐（21）的下端设有排液管道（24），气液分离罐（21）的下部的侧面设有溶液管道（18），所述的阻气排液蓄能溶气罐（13）的的罐壳内部设有柔性隔膜（11），柔性隔膜（11）其边缘与罐壳内壁密封连接，柔性隔膜（11）的上、下两侧分别是容纳气体和气液混合物的蓄能腔（12）和工作腔（10），工作腔（10）内设有阻气排液阀（7），阻气排液阀（7）设有浮子（8）和弹簧（9），蓄能腔（12）一侧的罐壳上装有充气单向阀（14）和压力表（15），阻气排液阀（7）通过进排管道（6）、第二控制阀（5）、管道连接器（4）、第三控制阀（26）、流量计（25）与气液分离罐（21）下端的排液管道（24）相连；同时，在管道连接器（4）和第三控制阀（26）之间通过第一控制阀（3）和气体管道（2）与溶质气体（1）相连，同时，通过逆止阀（23）与气液分离罐（21）上端的排气管道（22）相连，另外，所述的溶液管道（18）与气体溶液（16）和游离的溶质气体（17）相连通。
2.按照权利要求1所述的罐装气体溶液的制备装置，其特征在于：浮子（8）的浮力大于弹簧（9）的弹力和浮子（8）的自重之和，其中弹簧（9）的弹力又大于浮子（8）的自重。
3.一种罐装气体溶液的罐装方法，其特征在于：方法步骤如下：
第一步：阻气排液蓄能溶气罐（13）在空罐状态下，通过罐体上的压力表（15）检验蓄能腔（12）内气体的压强，如果气压不足，通过充气单向阀（14）补充一定量的气体，保证阻气排液蓄能溶气罐（13）的正常的蓄能状态；
第二步：第一控制阀（3）和第二控制阀（5）打开，第三控制阀（26）关闭，气源提供的溶质气体（1）通过气体管道（2）、第一控制阀（3）、管道连接器（4）、第二控制阀（5），输送到进排管道（6），再经过阻气排液阀（7）注入阻气排液蓄能溶气罐（13）的工作腔（10），工作腔（10）容积增大，柔性隔膜（11）上浮，蓄能腔（12）被压缩，根据阻气排液蓄能溶气罐（13）的蓄能腔（12）一侧的压力表（15）的读数，确定注入溶质气体（1）的数量，即达到一定压力后关闭第一控制阀（3），在此过程中蓄能腔（12）中的气体和被注入到工作腔内的溶质气体（1）都会被压缩，继续蓄积一部分压力势能；
第三步：第一控制阀（3）关闭、第二控制阀（5）和第三控制阀（26）打开，气体溶液（16）和其中未能溶解的部分游离的溶质气体（17）从溶液管道（18）进入新型气液分离罐（21），其中的游离的溶质气体（17）上浮，并经过聚四氟乙烯微孔膜（19）和多孔板（20）逸出到上部空腔，这部分游离的溶质气体（17）经过排气管道（22）和逆止阀（23）合并到气体管道（2）中加以回收，新型气液分离罐（21）中的气体溶液（16）只能向下经过排液管道（24）、流量计（25）、第三控制阀（26）、管道连接器（4）、第二控制阀（5），输送到进排管道（6），再经过阻气排液阀（7）注入阻气排液蓄能溶气罐（13）的工作腔（10），工作腔（10）容积继续增大，柔性隔膜（11）继续上浮，阻气排液蓄能溶气罐（13）中的气体再次被压缩，注液工作会蓄积更多的势能到阻气排液蓄能溶气罐（13），根据阻气排液蓄能溶气罐（13）的压力表15和管道上的流量计（25），控制注入其中的气体溶液（16）的数量，即达到设定的注入量后，关闭第二控制阀（5）和第三控制阀（26）；
第四步：解离管道连接器（4），形成能够独立工作的阻气排液蓄能溶气罐（13），阻气排液蓄能溶气（13）可以用于运输、储存；
第五步：从阻气排液蓄能溶气罐（13）取用气体溶液（16）时，打开第二控制阀（5），内部的气体溶液（16）就会在内部压强的作用下从进排管道（6）流出，罐中被压缩的气体体积膨胀，释放所蓄积的能量，当阻气排液蓄能溶气罐（13）中的溶液被释放完成后，阻气排液阀（7）的浮子（8）在自重和弹簧（9）的压力下向下移动，关闭进排管道（6），不再排放任何流体，独立的阻气排液蓄能溶气罐（13）在储存、运输、使用及维修过程中，只有在直立状态，才能排出液体，不会排出罐中的溶质气体（1），在任何非直立状态或内部气体溶液（16）已经放空的工况下，即使打开第二控制阀（5），其内部的阻气排液阀（7）都会首先切断进排管道（6），不能释放任何流体。
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