CN108481650A - 一种卧式超临界流体发泡设备 - Google Patents
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Abstract
本发明针对现有超临界流体反应釜存在操作不便、安全保护装置的不足问题，发明了一种卧式超临界流体发泡设备。设备主要由罐体组件、卡箍组件、压紧组件、轨道和齿条组成，罐体组件为卧式放置，罐体整体采用卡箍式封闭，卡箍组件和压紧组件与轨道和齿条配合并与罐体组件形成线性排列，卡箍组件和压紧组件沿轨道方向运动，卡箍组件通过轨道导向与罐体组件端部配合，压紧组件沿轨道导向安装于卡箍组件中。设备利用轨道来进行水平移动配合，罐体锁合采用了两重结构，便于装置的运行操作；罐体带有压力、温度、安全保护装置和气体回收装置安装接口，实现对加工过程的实时监控和安全保障。本发明适用于聚合物颗粒料的超临界流体批量生产加工。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料加工领域，主要涉及发泡材料的超临界加工，特别涉及到一种卧式超临界流体发泡设备。
背景技术
聚合物超临界流体发泡成型方法主要有连续挤出发泡、注射发泡和间歇釜式发泡三种。不同的成型方法具有不同的特点，连续挤出成型适合于规则断面形状的发泡材料，注射发泡成型可以注射形状复杂的发泡制品，这两种成型工艺效率高，但设备投资大，工艺繁琐；间歇釜式发泡虽然比前两者效率低，但是产品质量稳定，在实验研究中应用最为广泛。由于聚合物超临界发泡需要一定的温度、压力等条件，因此釜体和釜盖的密封性对于设备的安全性和使用的效果极其重要。
专利CN2620578Y公开了一种超临界流体反应釜，该反应釜采用六颗紧力螺栓使封盖压紧密封头来达到密封效果。该发明密封方式操作简单，但是在开盖过程中螺栓配合开启操作繁琐，封盖开启时间长效率低。
专利CN201711132U公开了一种带快开盖机构的反应釜，该专利在锅体的人孔口设置可转动打开的密封盖，通过转动手轮带动丝杠转动提起或下压密封盖，密封盖的凸起与锅体的人孔口凹槽配合压紧密封。该专利反应釜的密封压力取决于转动手轮的压紧力，安全性取决于密封盖的凸起与锅体的人孔口凹槽配合锁合。
专利CN205731168U公开了一种快开式聚合物超临界反应釜，该装置釜体为竖式放置，反应釜的釜盖是通过两个半圆形卡箍来锁紧，半圆形卡箍的一端通过连接板和球形接头固定于螺纹销轴上，另一端设置有轴耳，两个半圆形卡箍的轴耳通过凸缘和螺帽紧固于螺纹柱上，从而达到对反应釜的密封作用。该专利反应釜的密封压力取决于两个半圆形卡箍对釜盖与反应釜的锁合，两个半圆形卡箍打开后通过升降装置釜盖可以快速升降操作。该专利存在两方面的不足：1)没有设置专门的泄压保护装置，生产过程中的安全性收到较大的影响；2)该装置仅适合于小批量实验室研究使用，当装置放大作为大规模生产设备使用时釜体高度尺寸、锁紧结构重量会大幅增加，非常不便于生产操作。
发明内容
本发明针对超临界流体反应釜存在操作不便、安全保护装置的不足问题，发明了一种卧式超临界流体发泡设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种卧式超临界流体发泡设备，主要由罐体组件(1)、卡箍组件(2)、压紧组件(3)、轨道(4)和齿条(5)组成，罐体组件(1)为卧式放置，罐体整体采用卡箍式封闭，卡箍组件(2)和压紧组件(3)与轨道(4)和齿条(5)配合并与罐体组件(1)形成线性排列，卡箍组件(2)和压紧组件(3)沿轨道(4)方向运动，卡箍组件(2)通过轨道(4)导向与罐体组件(1)端部配合，压紧组件(3)沿轨道(4)导向安装于卡箍组件(2)中。
本发明的有益效果是：1)设备用于规模化高聚物超临界流体加工生产，采用卧式布置，组件间采用轨道来进行水平移动配合，便于装置运行过程中的监控和操作；2)罐体组件(1)与卡箍组件(2)间锁合时采用专门的转动控制组件(43)与卡箍(45)结构配合进行，操作安全简便；3)罐体锁合采用了两重结构，首先为卡箍锁合，然后进行螺纹配合封闭，锁合封闭部分分为两个部分降低了锁合各部分的重量，更便于锁合操作；4)罐体的压力、温度传感器便于实时监控和调整罐体工作过程，罐体可以连接压力安全保护装置和气体回收装置。
附图说明
图1是本发明一种卧式超临界流体发泡设备工作示意图。
图2是本发明部件组合关系示意图。
图3是图2中罐体组件(1)组合关系示意图。
图4是图2中卡箍组件(2)组合关系示意图。
图5是图4中转动控制组件(43)组合关系示意图。
图6是图4中卡箍(45)结构图。
图7是图2中压紧组件(3)组合关系示意图。
图8是图1的局部剖切主视图。
图中：1.罐体组件，2.卡箍组件，3.压紧组件，4.轨道，5.齿条，11.鞍式支座，12.螺栓A，13.铝垫片，14.罐体锁合端，15.内筒体，16.夹套，21.安全阀接口，22.压力表接口，23.温度传感器接管内伸管，24.导热油出口，25.气体排出孔，26.排污口，27.导热油进口，31.罐体锁紧块，32.锁紧限位块，33.倒角面，41.齿轮，42.螺栓B，43.转动控制组件，44.螺栓C，45.卡箍，46.限位圈，47.连接板，48.辊轴，49.基座A，50.轨道槽A，51.齿轮安装槽，52.卡箍安装槽，61.基座B，62.齿轮手柄，63.转轴，64.限位手柄，71.安装基座，72.齿轮手柄安装平台，73.限位销A，74.轴A，75.搭接头，76.轴限位槽，77.轴B，78.限位销B，79.缺口圆盘，80.手柄，81.锁紧块，82.圆槽，83.配合槽，84.边环槽，85.导向限位槽，86.转动齿，87.锁紧限位槽，88.内螺纹，91.锥面导杆，92.铜垫片，93.T形压紧块，94.基座C，95.锁紧圈，96.圆形转架，97.锥形面，98.杆锁紧槽，99.外螺纹，100.压紧块头部支撑，101.导向孔，102.矩形槽，103.轨道槽B。
具体实施方式
参照附图1和附图2，一种卧式超临界流体发泡设备，主要由罐体组件(1)、卡箍组件(2)、压紧组件(3)、轨道(4)和齿条(5)组成，罐体组件(1)为卧式放置，卡箍组件(2)和压紧组件(3)与轨道(4)和齿条(5)配合并与罐体组件(1)形成线性排列，卡箍组件(2)和压紧组件(3)沿轨道(4)方向运动，卡箍组件(2)通过轨道(4)导向与罐体组件(1)端部配合，压紧组件(3)沿轨道(4)导向安装于卡箍组件(2)中。
参照附图3，罐体组件(1)主要由鞍式支座(11)、螺栓A(12)、铝垫片(13)、罐体锁合端(14)、内筒体(15)和夹套(16)组成，其中罐体锁合端(14)与内筒体(15)开口端焊接在一起，夹套(16)再与罐体锁合端(14)与内筒体(15)焊接在一起，内筒体(15)和夹套(16)组合体之间为中空结构，该组合体固定于一对鞍式支座(11)上，铝垫片(13)通过螺栓A(12)安装于罐体锁合端(14)。
参照附图3和附图1，在内筒体(15)和夹套(16)形成的组合体上，焊接有安全阀接口(21)、压力表接口(22)、温度传感器接管内伸管(23)、导热油出口(24)、气体排出孔(25)、排污口(26)和导热油进口(27)，其中安全阀接口(21)和压力表接口(22)位于组合体上部，三组温度传感器接管内伸管(23)分别位于组合体上部、端部和下部，导热油出口(24)位于组合体球形端上部，气体排出孔(25)位于组合体下部，排污口(26)和导热油进口(27)分别位于组合体下部开口端鞍式支座(11)的两侧；内筒体(15)和夹套(16)的一端为半球形结构。
参照附图3，罐体锁合端(14)在圆周方向上带有三组均布的罐体锁紧块(31)和锁紧限位块(32)，在开口端带有倒角面(33)。
参照附图4，卡箍组件(2)由齿轮(41)、螺栓B(42)、转动控制组件(43)、螺栓C(44)、卡箍(45)、限位圈(46)、连接板(47)、辊轴(48)和基座A(49)组成，其中一组辊轴(48)安装于基座A(49)的卡箍安装槽(52)中，卡箍(45)直接放置于辊轴(48)上方，在卡箍(45)的两端分别安装限位圈(46)于基座A(49)上，在一对限位圈(46)之间安装三块连接板(47)，转动控制组件(43)通过螺栓B(42)和螺栓C(44)分别与基座A(49)和临近的一块连接板(47)进行固定；基座A(49)上带有齿轮安装槽(51)、卡箍安装槽(52)和一对轨道槽A(50)。
参照附图5，转动控制组件(43)由基座B(61)、齿轮手柄(62)、转轴(63)和限位手柄(64)组成：基座B(61)上带有安装基座(71)、齿轮手柄安装平台(72)、限位销A(73)、轴A(74)、搭接头(75)、轴限位槽(76)、轴B(77)和限位销B(78)；安装基座(71)位于基座B(61)的底部，用于与基座A(49)进行固定；齿轮手柄安装平台(72)位于基座B(61)的上部，限位销A(73)和轴A(74)固定于齿轮手柄安装平台(72)，转轴(63)安装于基座B(61)的轴A(74)，齿轮手柄(62)安装于转轴(63)，限位销A(73)用于防止转轴(63)向远离轴限位槽(76)的方向转动，轴限位槽(76)与齿轮手柄安装平台(72)位于同一位置，其槽根部为半圆形；齿轮手柄(62)为齿轮与手柄固定连接，使用时齿轮随手柄运动同步转动；搭接头(75)位于基座B(61)的顶部，用于与连接板(47)进行搭接固定；轴B(77)和限位销B(78)位于基座B(61)底部的侧面，限位手柄(64)安装于基座B(61)的轴B(77)，限位销B(78)用于防止限位手柄(64)向下转动；限位手柄(64)为缺口圆盘(79)与手柄(80)固定连接组成，缺口圆盘(79)的缺口半径为卡箍(45)最大半径。
参照附图6，卡箍(45)整体为管状结构，带有锁紧块(81)、圆槽(82)、配合槽(83)、边环槽(84)、导向限位槽(85)、转动齿(86)、锁紧限位槽(87)和内螺纹(88)结构，其管内一端为内螺纹(88)，另一端为锁紧块(81)、圆槽(82)和配合槽(83)；卡箍(45)管外两端带有边环槽(84)；卡箍(45)管外中部周向带有转动齿(86)和三组导向限位槽(85)及锁紧限位槽(87)，其中转动齿(86)位于卡箍(45)中间，限位槽(85)和锁紧限位槽(87)位于卡箍(45)带有内螺纹(88)的一侧，紧邻转动齿(86)。
参照附图7，压紧组件(3)由锥面导杆(91)、铜垫片(92)、T形压紧块(93)、基座C(94)、锁紧圈(95)和圆形转架(96)组成，T形压紧块(93)安装于基座C(94)的导向孔(101)中，其外螺纹(99)端在压紧块头部支撑(100)放置；圆形转架(96)安装于T形压紧块(93)的小端直径端面，套入铜垫片(92)的锥面导杆(91)其管部插入T形压紧块(93)的中间孔，由锁紧圈(95)在锥面导杆(91)的杆锁紧槽(98)处进行锁合，即完成压紧组件(3)的组装。
参照附图7，锥面导杆(91)由带有杆锁紧槽(98)的杆部和带有锥形面(97)的头部组成，中间为通孔；T形压紧块(93)直径大的一段外侧带有外螺纹(99)；基座C(94)上带有压紧块头部支撑(100)、导向孔(101)、矩形槽(102)和一对轨道槽B(103)，轨道槽B(103)用于压紧组件(3)的基座C(94)与轨道(4)进行移动配合。
实施例1罐体封闭过程
参照附图1至附图8，当罐体组件(1)、卡箍组件(2)、压紧组件(3)三者处于非组合状态时，将需要加工的高聚物放入内筒体(15)，然后通过卡箍组件(2)中的转动控制组件(43)转动卡箍(45)，步骤如下：
1)将限位手柄(64)旋转至手柄与限位销B(78)接触，此时限位手柄(64)的缺口圆盘(79)缺口处正对卡箍(45)，不影响卡箍(45)转动；
2)将安装于转轴(63)上的齿轮手柄(62)绕轴A(74)转动，使齿轮手柄(62)转至基座B(61)的轴限位槽(76)中，此时齿轮手柄(62)的齿轮与卡箍(45)上的转动齿(86)啮合，转动齿轮手柄(62)即可使得卡箍(45)转动；
3)转动卡箍(45)使导向限位槽(85)转至限位手柄(64)的缺口圆盘(79)位置，将限位手柄(64)向上转动，缺口圆盘(79)的非缺口部分正好转入卡箍(45)的导向限位槽(85)中，此时卡箍(45)不能再转动，而且卡箍(45)的配合槽(83)正好与罐体组件(1)上罐体锁合端(14)的罐体锁紧块(31)相对处于同一直线；
4)驱动卡箍组件(2)的齿轮(41)沿齿条(5)向罐体组件(1)运动，当罐体锁合端(14)的罐体锁紧块(31)完全进行入卡箍(45)的圆槽(82)时，卡箍(45)与罐体锁合端(14)形成插入配合；
5)将限位手柄(64)的缺口圆盘(79)非缺口部分与卡箍(45)的导向限位槽(85)脱离接触锁合，继续应用齿轮手柄(62)转动卡箍(45)，使得卡箍(45)的锁紧块(81)与罐体锁合端(14)的罐体锁紧块(31)完全扣合，由锁紧限位块(32)对卡箍(45)的转动进行限位；此时卡箍(45)的锁紧限位槽(87)转至限位手柄(64)的缺口圆盘(79)位置，将限位手柄(64)向上转动，缺口圆盘(79)的非缺口部分正好转入卡箍(45)的锁紧限位槽(87)中，此时卡箍(45)不能再转动，防止装置在工作过程中发生锁合失效；
6)推动压紧组件(3)沿轨道(4)移动，使锥面导杆(91)的锥形面(97)端插入卡箍(45)中间孔，当压紧组件(3)不能再移动时，转动圆形转架(96)使T形压紧块(93)的外螺纹(99)端旋入卡箍(45)的内螺纹(88)端，锥面导杆(91)的锥形面(97)会通过铝垫片(13)与罐体锁合端(14)的倒角面(33)完全密封，完成罐体的封闭过程。
实施例2超临界流体加工过程
参照附图1、附图3、附图7和附图8，超临界流体加工的准备工作步骤：
1)加热介质油液注入、排空及清理
将油液从导热油进口(27)注入罐体锁合端(14)、内筒体(15)和夹套(16)形成的中空空间，多余的油液会从导热油出口(24)排出循环使用，当油液含有杂质需要从罐体中排出时，在排污口(26)处外接导管即可将油液全部排空。
2)罐体监控、安全装置以及外接介质的安装及连接
分别在安全阀接口(21)、压力表接口(22)和温度传感器接管内伸管(23)处安装连接安全阀、压力表和温度传感器，当罐体工作时压力表和温度传感器会实时记录并监控罐体内部的压力和温度，当超过罐内设定压力值时，安全阀接口(21)接口处的阀门自动进行减压排气以保证加工过程的安全性；锥面导杆(91)的管段连接充入气体，在气体排出孔(25)连接气体回收装置。
当准备工作完成后即可进行超临界流体加工：将外接气体充入罐内，保持罐体内气压和温度一定时间后，高聚物的超临界处理完成，罐内充入的气体从气体排出孔(25)排出并进行收集。
实施例3罐体开启过程
参照附图2至附图8，罐体开启过程步骤为：
1)转动圆形转架(96)将压紧组件(3)的T形压紧块(93)从卡箍(45)中旋出，然后将压紧组件(3)沿轨道(4)整体向外移动，直到锥面导杆(91)与卡箍(45)脱离接触；
2)将限位手柄(64)旋转至手柄与限位销B(78)接触，此时限位手柄(64)的缺口圆盘(79)缺口正对卡箍(45)，卡箍(45)处于非锁定状态，然后通过齿轮手柄(62)的齿轮与卡箍(45)上的转动齿(86)啮合，转动齿轮手柄(62)即可使得卡箍(45)转动；
3)反向转动卡箍(45)使导向限位槽(85)转至限位手柄(64)的缺口圆盘(79)位置，将限位手柄(64)向上转动，缺口圆盘(79)的非缺口部分正好转入卡箍(45)的导向限位槽(85)中，此时卡箍(45)不能再转动，卡箍(45)的锁紧块(81)与罐体锁合端(14)的罐体锁紧块(31)完全脱离接触；
4)驱动卡箍组件(2)的齿轮(41)沿齿条(5)向远离罐体组件(1)方向移动，卡箍(45)与罐体锁合端(14)完全脱离接触，罐体组件(1)的口部被完全打开，此时可以将罐体内部的物料取出。
以上所述仅为本发明专利一种卧式超临界流体发泡设备实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种卧式超临界流体发泡设备，主要由罐体组件(1)、卡箍组件(2)、压紧组件(3)、轨道(4)和齿条(5)组成，其特征在于：罐体组件(1)为卧式放置，罐体整体采用卡箍式封闭，卡箍组件(2)和压紧组件(3)与轨道(4)和齿条(5)配合并与罐体组件(1)形成线性排列，卡箍组件(2)和压紧组件(3)沿轨道(4)方向运动，卡箍组件(2)通过轨道(4)导向与罐体组件(1)端部配合，压紧组件(3)沿轨道(4)导向安装于卡箍组件(2)中。
2.根据权利要求1所述的一种卧式超临界流体发泡设备，其特征在于：罐体组件(1)主要由鞍式支座(11)、螺栓A(12)、铝垫片(13)、罐体锁合端(14)、内筒体(15)和夹套(16)组成，其中罐体锁合端(14)与内筒体(15)开口端焊接在一起，夹套(16)再与罐体锁合端(14)与内筒体(15)焊接在一起，内筒体(15)和夹套(16)组合体之间为中空结构，该组合体固定于一对鞍式支座(11)上，铝垫片(13)通过螺栓A(12)安装于罐体锁合端(14)。
3.根据权利要求2所述的一种卧式超临界流体发泡设备，其特征在于：在内筒体(15)和夹套(16)形成的组合体上，焊接有安全阀接口(21)、压力表接口(22)、温度传感器接管内伸管(23)、导热油出口(24)、气体排出孔(25)、排污口(26)和导热油进口(27)，其中安全阀接口(21)和压力表接口(22)位于组合体上部，三组温度传感器接管内伸管(23)分别位于组合体上部、端部和下部，导热油出口(24)位于组合体球形端上部，气体排出孔(25)位于组合体下部，排污口(26)和导热油进口(27)分别位于组合体下部开口端鞍式支座(11)的两侧；内筒体(15)和夹套(16)的一端为半球形结构。
4.根据权利要求2所述的一种卧式超临界流体发泡设备，其特征在于：罐体锁合端(14)在圆周方向上带有三组均布的罐体锁紧块(31)和锁紧限位块(32)，在开口端带有倒角面(33)。
5.根据权利要求1所述的一种卧式超临界流体发泡设备，其特征在于：卡箍组件(2)由齿轮(41)、螺栓B(42)、转动控制组件(43)、螺栓C(44)、卡箍(45)、限位圈(46)、连接板(47)、辊轴(48)和基座A(49)组成，其中一组辊轴(48)安装于基座A(49)的卡箍安装槽(52)中，卡箍(45)直接放置于辊轴(48)上方，在卡箍(45)的两端分别安装限位圈(46)于基座A(49)上，在一对限位圈(46)之间安装三块连接板(47)，转动控制组件(43)通过螺栓B(42)和螺栓C(44)分别与基座A(49)和临近的一块连接板(47)进行固定；基座A(49)上带有齿轮安装槽(51)、卡箍安装槽(52)和一对轨道槽A(50)。
6.根据权利要求5所述的一种卧式超临界流体发泡设备，其特征在于：转动控制组件(43)由基座B(61)、齿轮手柄(62)、转轴(63)和限位手柄(64)组成：基座B(61)上带有安装基座(71)、齿轮手柄安装平台(72)、限位销A(73)、轴A(74)、搭接头(75)、轴限位槽(76)、轴B(77)和限位销B(78)；安装基座(71)位于基座B(61)的底部，用于与基座A(49)进行固定；齿轮手柄安装平台(72)位于基座B(61)的上部，限位销A(73)和轴A(74)固定于齿轮手柄安装平台(72)，转轴(63)安装于基座B(61)的轴A(74)，齿轮手柄(62)安装于转轴(63)，轴限位槽(76)与齿轮手柄安装平台(72)位于同一位置，其槽根部为半圆形；齿轮手柄(62)为齿轮与手柄固定连接；搭接头(75)位于基座B(61)的顶部；轴B(77)和限位销B(78)位于基座B(61)底部的侧面，限位手柄(64)安装于基座B(61)的轴B(77)；限位手柄(64)为缺口圆盘(79)与手柄(80)固定连接组成，缺口圆盘(79)的缺口半径为卡箍(45)最大半径。
7.根据权利要求5所述的一种卧式超临界流体发泡设备，其特征在于：卡箍(45)整体为管状结构，带有锁紧块(81)、圆槽(82)、配合槽(83)、边环槽(84)、导向限位槽(85)、转动齿(86)、锁紧限位槽(87)和内螺纹(88)结构，其管内一端为内螺纹(88)，另一端为锁紧块(81)、圆槽(82)和配合槽(83)；卡箍(45)管外两端带有边环槽(84)；卡箍(45)管外中部周向带有转动齿(86)和三组导向限位槽(85)及锁紧限位槽(87)，其中转动齿(86)位于卡箍(45)中间，限位槽(85)和锁紧限位槽(87)位于卡箍(45)带有内螺纹(88)的一侧，紧邻转动齿(86)。
8.根据权利要求1所述的一种卧式超临界流体发泡设备，其特征在于：压紧组件(3)由锥面导杆(91)、铜垫片(92)、T形压紧块(93)、基座C(94)、锁紧圈(95)和圆形转架(96)组成，T形压紧块(93)安装于基座C(94)的导向孔(101)中，其外螺纹(99)端在压紧块头部支撑(100)放置；圆形转架(96)安装于T形压紧块(93)的小端直径端面，套入铜垫片(92)的锥面导杆(91)其管部插入T形压紧块(93)的中间孔，由锁紧圈(95)在锥面导杆(91)的杆锁紧槽(98)处进行锁合。
9.根据权利要求8所述的一种卧式超临界流体发泡设备，其特征在于：锥面导杆(91)由带有杆锁紧槽(98)的杆部和带有锥形面(97)的头部组成，中间为通孔；T形压紧块(93)直径大的一段外侧带有外螺纹(99)；基座C(94)上带有压紧块头部支撑(100)、导向孔(101)、矩形槽(102)和一对轨道槽B(103)，轨道槽B(103)用于压紧组件(3)的基座C(94)与轨道(4)进行移动配合。
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