CN1085866A - 液体储罐和储槽 - Google Patents

Abstract

一种在一容器(10)中蓄存液体的方法，该容器 具有入口和出口(117，127)以及带有所述入口(117) 中之一的可移动的从动件，该液体被同时并连续地馈 入容器和从容器中排出，容器中液体体积随着因从动 件的运动而变更进给和需求速率而变化。

Description

本发明涉及一种操纵液体储罐的方法，具体地说，涉及一种连续操纵液体储罐，特别是用于蓄存性质随时间变化的液体的储罐的的操纵方法。

一般地，在化学加工厂中，受约束的液体是通过一液体容器或各加工工序之间的一系列液体容器而传送的。这种液体容器可被称为（连同别的名称一起）储罐、缓冲罐、中间罐或容量罐。它们可被连续操纵或非连续操纵（分批的）。在连续操纵时，液体基本上连续地供给到容器中并基本上连续地从罐中排出。对于被连续操纵的容器来说，一般都安装有用仪器的液位测量和控制系统，这样，就可控制蓄存在容器内的液体的容量或滞留时间。该仪器系统可如此设计，即需求量的正常变化产生一可输送到加工过程的较早阶段的信号，在较早阶段中该信号开始产生相应的供给量的变化。已知这种控制为反馈控制。连续操纵的储罐也可以安装有控制系统，该控制系统对较激烈的变化起反应，例如：供给或需求的暂停，因此控制系统起缓冲或平衡罐的作用。如果暂时中断供给，那么对容器中所蓄液体的体积的需求可在有限的时间内完成。如果暂时中断需求，那么供给可在相同或降低的速度下利用储罐的剩余容积继续进行，直至恢复需求。

某些流体具有随时间变化的特性，并且最好在加工厂中控制它们在显微镜以及显微刻度尺上的加工的滞留时间。这种液体的例子有用于制造再生纤维素物品，例如纤维和薄膜的聚合物涂料。这种类型的液体的例子包括在叔胺·N-氧化物中的纤维素的溶液，例如，N-甲基吗啉-N-氯化物，它们在制造再生纤维素物品例如纤维和薄膜时是有用的。最好使这些在一制造装置中的溶液的滞留时间减到最小，并且确保均匀和匀速液流，这样可避免滞流。这种液体的另一个例子为粘胶液。这种液体可通过将纤维素黄酸钠溶解在含水氢氧化钠中来配制;然后过滤、脱氧，通过一适当模具挤压而形成再生纤维素纤维或薄膜。刚配好的（初期）粘胶液被称作“未成熟的”并且必须蓄存一受控制时间，同时在其中发生化学变化以使之变得适合挤压（成熟的”）。老的粘胶液被称为“过于成熟的”。并且它也不适用于挤压。另外，在储罐外的粘胶液凝结为固体并且变成无用的，它可以对加工装置本身造成危害。最后，已知成熟的粘胶液具有可将过成熟粘胶液和未成熟粘胶液的混合成相同成熟度的优良性能。

上文所描述的储罐形式作为蓄存具有随时间变化的性能的液体的连续操纵的容器都是不尽如人意的，因为它们可能会产生不均匀和不连续的液流区域以及滞留区域。一般地，这些容器都安装有一适当的机械搅拌器以混合蓄存在容器中的液体。对于粘性高的液体使用搅拌器是极为必要的，比如说，在叔胺·N-氧化物中的纤维素溶液和粘胶液，因为这些液体循着一层流状态流动，所以特别易于发生滞流。相反地，低粘性液体，比如水，一般都循紊流状态流动，因而发生滞流的很可能较小。采用这样一个搅拌器包含了用于安装搅拌器自身的额外投资以及用于运转该搅拌器的所需能源的投资。另外，搅拌器将容器内的未成熟和过于成熟液体混合在一起，液体在显微刻度尺上的滞留时间不能如所需的那样精确地控制。通过这样一个搅拌式容器的液体流动，不能接近一“先进、先出”的规律。

GB-A-841，403提出一连续地供给一粘性材料（例如：人造黄油）供给设备，以及一间歇地接收大量的材料的接收设备，最好是插入一补偿设备，它可用于补偿供给和接收率的差异。理想的一种补偿设备，它包括一具有出口的腔室，一可在腔室内运动的活塞，用于改变其容量并适宜于促使腔室容量的减小，以及用来在加压下将粘性材料引导向到活塞面上的进口装置。至少部分进口装置是位于活塞面和出口之间的腔室中，并且可随活塞运动。活塞可通过一机械联动的方式操纵一供应管线上的阀，从而减少腔室容量以起到打开阀的作用，腔室容量的增加起关闭阀的作用。使用时，间歇地动作的活塞将部分的粘性材料从腔室排放到接收设备中，这样诸如人造黄油可被安放在多根小管中。GB-A-841，403仅描述了一个过程，其中接收设备间歇地接收材料，而没有提及任何连续供给和接收的过程。

DE-A-3，416，899描述了一装饰糕饼用的机器，例如，使用巧克力装饰成印刷体字的糕饼机器。通过操纵作用在圆柱形容器内部的压缩空气驱动的活塞，容纳在圆柱容器中的一定批量的巧克力原料通过多个喷嘴被排到待装饰的糕饼上。在巧克力原料的排放过程中，向较低位置的活塞运动启动一低位行程开关。这个开关的启动产生输出信号，该信号可中止活塞的运作并且开动一齿轮泵。齿轮泵将巧克力原料从一外部料斗泵经过一与空心活塞杆内部连接的软管，并由此进入圆柱容器。这种泵吸使活塞运动到一较高位置，从而启动一高位行程开关，表示该圆柱容器已充满批量的新鲜的巧克力原料。这一开关的启动产生的输出信号，信号停止齿轮泵的运转并允许继续进行活塞的排放操作。如果必要的话，可重复这一循环。DE-A-3，416，899没有提及别的过程，其中，或是连续地从圆柱容器中供给巧克力，或是将巧克力连续地从该圆柱容器排出。

根据本发明，提供一种用于将液体蓄存在一容器中的方法，容器具有一使液体可从一供给源馈入到该容器中的入口，以及一使液体可从容器传送到一需求源的出口，液体的体积可由容器的一端、容器的壁或多处壁以及容器中的一个可活动的从动件来决定，所述口之一个位于或靠近该容器的所述端，所述口的另一个固定到可活动的从动件上并随其运动，液体被同时和连续地馈入容器和从容器中输出，容器中的液体体积的变化响应于输入和需求的速度变化。

在本发明的一个实施例中，容器的端部是容器的基底，壁或多处壁是/都是基本上垂直的，并且可活动的从动件是一个浮体，当容器中的液体的液位上升和下降时它向上和向下运动。较佳地，从动件基本上应该遍布在液体的整个表面上，例如，用来防止物件落入该容器。实质上，这种类型的浮体是一钝态从动件，它的上下运动不会直接影响通过容器的液体流动。

在本发明的另一个实施例中（它可能是较佳的实施例）其中，容器的壁或多处壁构成一均匀的横截面，可活动的从动件是一活塞，并且在壁或多处壁和活塞之间有一密封圈。容器最好有一圆形横截面，这样它就具有一单一的圆柱形壁。液体被完全地密封在容器的端部和壁（多处壁）以及活塞之间。这种结构具有这样的优点，即液体与大气隔离并被完全装在容器中。在此实施例中，容器可能实质上被安装成任一定向，虽然一般地它最佳地安装成这样，即活塞沿一基本上垂直的方向运动并且位于所装液体之上，或者，活塞沿一基本上水平的方向运动。

该活塞可以是一完全被动的装置，仅响应于容器内的液体体积的变化而移动。或者，将外部压力施加到活塞上，这样活塞就起到一锤头的作用以使液体增压。这样一个锤头一般不用来将液体排出容器，而仅用于增加液体的压力。使用锤头是有好处的，即当通过一进给泵将液体输送到容器时，将正压力施加到其输出侧，活塞工作得最有效;而当通过一排出泵将液体排出容器时，将正压力施加到其吸入侧，则活塞工作得最有效。这对于某些类型的容积计量泵，例如齿轮泵来说也是正确的。压力可通过诸如压缩空气，液压或机械操作的，或者这些技术的结合方式而被施加到活塞上。在一较佳实施例中，该活塞装有一中心杆，它将机械压力传递到活塞上。容器可以是一由空气或一种惰性气体增压的密闭容器，以使穿过活塞和容器的壁或多处壁之间的密封件上的压力差最小。

在本发明的一个实施例中，进口是位于或靠近容器的端部的开口，出口固定到可移动的从动件上并随其运动。在本发明的另一个实施例中，采用了相反的结构。各个开口可能是一单一的开口，或者可能是一复式开口或分配环。

固定到可移动的从动件上的开口与一相对于容器而固定的管子连接。这种连接方式可以采取软管形式。在本发明一较佳实施例中，连接采取伸缩套管的形式。这种套管可设置在液体外部，因此，固定管位于远离容器的一端，另一开口位于或靠近容器的一端。在一较佳结构中，套管被侵入液体中，这样固定管位于另一开口附近。其优点是容器结构可做得较为紧凑。如果容器中的液体必须被保持在一控制温度下，该结构还有别的优点，即不必给伸缩套管加上隔热套或者别的温度控制措施。这样一种需要控制温度的液体的实例为在室温下会固化的呈N-甲基吗啉-N-氧化物的纤维素的溶液。如果容器中的液体被增压，将套管浸入容器液体中另一优点，即在套管的各节伸缩管之间都不需要高质量的密封件。在其最简单的形式中，伸缩套管可由固定到从动件上的一节套管配合固定到容器一端并穿过此端部的另一节套管啮合而与固定管连接。还可设想较为复杂结构的伸缩套管可包括多节套管。

当套管被浸入液体时，固定在可移动从动件上并可随其运动的开口可由在邻近可活动从动件的管端上的套管中的多个孔构成。套管最好以如下方式固定到可活动从动件上，即允许套管可相对于从动件作一定程度的摆动。将套管安装到可活动的从动件的一种容易的方法是采用一枢销和环，并在各节伸缩套管之间提供一些间隙，以确保伸缩操作并降低对各节套管间的同轴度和直线度的精确性要求。

容器最好具有保温层和/或一加热或冷却套以将容器内的液体保持在一恒定的温度下。该套可以是电加热的或者可以是一含有循环的传热液体，例如：盐水、水或蒸汽的空心套。

液体可以是一种纯液体，或者是多种液体的混合物或者是一种溶液，也可以是一种悬浮液或者是一种固体浆液。

容器中的液体最好处于一种层流状态;即，雷诺数大约少于2000～3000。这意味着，容器中的混合程度将较小且因此通过容器的液体的流动接近于“先入，先出”流。如果液体是一种高粘度液体，例如：聚合物涂料、特别是一种用于制造再生纤维素纤维或薄膜的涂料，较具体地是粘胶或者较佳的是叔胺N-氧化物中的纤维素溶液，那么层流是最容易完成的。

本发明的操作方法最好是借助于仪器控制的。相当于容器中的液体的所需体积或滞留时间的所需的从动件的位置可被设定为在一仪表控制器中的一设定点。需求率的变化使从动件移离其设定点。所产生的仪器信号用来控制容器入口侧的装置，例如改变进给泵的速度，以便调整来自供给源的液体的进给速度，且同时使从动件恢复到其设定点。所需体积或滞留时间可通过设定点的简单调节而改变，于是仪器控制器始建立一新的从动件平衡位置。通过容器的液流量是连续的，并且遵循一“先进、先出”的状况。

最理想的是，在一加工工厂中，容器被设计成连续操纵的以获得最大可能程度的操纵持续性。如果根据本发明的方法操纵的容器进给源，由于某种原因被中断时，蓄存在容器中的液体将可能以一降低的速度满足一定时间内的需求，直至恢复供给为止，随着进给速率的暂时增大将使从动件返回其设定点。蓄存在容器内的液体体积将暂增加从适应向容器供料的计划中断，例如在改换过滤器过程中，可确保向一需求源的连续输送。对需求源的连续流量的中断会使连续运转的设备（例如纤维纺纱机或薄膜挤压机）停止生产，前述的特点是特别有利的。众所周知，随着停车而恢复生产后的一段时间中产品（纤维或薄膜）质量经常会有所下降。并且已知，在这样一种停止过程中循环处理液的配制，例如使溶液和选液的凝固，频繁地移离其设定点的值;因此，在恢复生产后一段时间内所生产的纤维或薄膜可能不合格，例如其染色亲合力不合格。如果根据本发明的方法所操纵的容器的需求由于某种原因被中断，而供给予容器的液体可以在下述情况下继续进行，即可以在相同或减少的速率下采用容器的剩余容积作为缓冲容积，直至重新恢复需求为止。在另一方面，保持穿过容器的液体的一般的“先进、先出”流动状态，这对于具有随时间变化的特性的液体来说是重要的。

以下将通过实例，结合附图对本发明作较具体的描述，其中：

图1是本发明中所用的容器的一个实施例的纵向剖视图，以及

图2是放大的局部视图，表示图1中所示的容器的壳体和其中的活塞之间的密封件的一种变化形式。

参见图1，一垂直安装的不锈钢容器101由一安装在一基本上呈半球形的基座103的圆柱形壳体102组成。壳体102的内径为500mm，高为1120mm，并装有绕其周边等距离布置的四个低碳钢支承凸缘104。一位于壳体102和基底103之间的水平圆形板105，它具有多个钻孔106和一贯穿的中心圆形开口107。各个孔106直径都为25mm，并且布置在有八个孔的内圈（直径大约为240mm）和有十二个孔的外圈（直径大约为420mm）的位置上。孔106用于将液流分配到容器101的横截面上。利用位于壳体102最低端和基底103最高端上的外部圆形法兰108将壳体102、板105和基座103夹在一起。

具有一标称尺寸为150mm的孔的不锈钢出口管109轴向地穿过且安装到基座103上。管109向上延伸以便容纳在开口107的周边上的板105的下侧。管109的底端从基座103向下延伸以与一需求源（未示）相连接。液体从一供给源（未示）通过与一在出口管109周围且置于基座103中央的环状开口127连接的具有标称尺寸为150mm的孔的水平入口管110而被输送到容器101中。该环状开口127的外径为250mm。

一如图1中所示的处于最高位置的不锈钢活塞111，它们于壳体102内部并且装有一丁腈橡胶U形环112和一聚四氟乙烯O形环113，它们以一不透液方式使活塞111与壳体102的壁114隔离。具有一标称尺寸为130mm的孔的不锈钢管115通过一枢销和环116可转动地安装在活塞111的底面中央，并且从其底面向下延伸出1050mm的距离。管115在靠近活塞111处且在管115的周围钻有四个等距离的圆形节流口117，它们一起构成一出口。各个节流口117的直径都为75mm，并且各个节流口117的中心离开活塞111的下侧为50mm。管115的向下延伸端118穿过板105上的开口107并且滑动地配合到出口管109中。管115和开口107间的间隙接近1mm。管115在活塞111上的转动的安装方式可使在装配和运转过程中简化管115和开口107的对齐。

一坐落在壳体102上的圆形盖19，通过位于壳体102最高部的外部圆形法兰120而被夹持到壳体上。一安装在盖119上的液压缸121，通过一与液压缸121连接的中心杆122将机械压力向下施加在活塞111上。容器101内部液体的正常的工作压力是0.5Mpa，最大工作压力为1.3Mpa。活塞111的冲程接近1000mm。容器101的正常工作容积近似于0.1m³，最大工作容积接近0.2m³。液体可以是一种在胺.N-氧化物，例如N-甲基吗啉N-氧化物中的纤维素溶液。

一测温热耦探头123被安装在基座103上。容器101和其有关的管道系统都装有外套124，一传热流体，例如水可通过外套而流动。外套124的宽度一般为25mm，并且都安装有用于提供均匀分配传热流体的内挡板125，活塞111的上表面安装有一层纯热材料126。

工作时，通过对杆122的垂直位置的连续测量而监控与容器121有关的活塞111的垂直位置，并且与一侧量仪器（未示）中的设定点作比较。活塞111的垂直位置与设定点的偏差产生一输送到供给源的电信号。如果活塞位置处于设定点之上，那么说明目前容器内所装液体的体积太大了，该信号起降低供给率的作用，直到使设定点被复位为止，且容器中再次容纳所需体积的液体。如果活塞位置低于设定点，那么说明目前容器内所装液体的体积太小，该信号起增大供给率的作用，直至使设定点复位为止，容器中再次容纳所需体积的液体。

如果需要变化容器中液体的体积或滞留时间，可改变设定点以反应出新的所需值。那么仪器系统自动地运转以调整活塞的平衡位置，这样就可达到所需值。

如果容器的供给率由于某种原因而暂时减少或中断，但没有影响到需求源，那么容器中所装的液体体积开始下降。所获得的活塞位置与设定点的偏差的连续增加将产生一输送到需求源的信号。一信号也可以从供给源传送到需求源以表示事情的状况。需求源可根据该信号或多个信号输出的动作以降低需求速率，利用容器内所装液体体积的下降作为一缓冲器，直至供给恢复原状为止。

如果容器的需求由于某种原因而暂时减少或中断，但没有影响供给源，装在容器中的液体体积开始上升。所获得的活塞位置离开设定点的偏差的连续增加将产生一输送到供给源信号。一信号也可从需求源传送到供给源以表示事情的状况。供给源可根据该信号或多个信号恰当地动作以降低供给率，利用容器的剩余容积作为一缓冲容积。直到需求恢复为止。

图2表示另一种构成壳体102的壁114和活塞111之间的密封件的方法。该密封件由一聚四氟乙烯O形圈201、一环状聚四氟乙烯支承带202以及一由一保持环204保持的U形截面的环状聚四氟乙烯凸出环203组成。

Claims (13)

1、一种在容器(101)中蓄存液体的方法，该容器具有一端部(103)和至少一面壁(114)，一入口(127)，从而将所述液体从供给源输入所述容器中，以及一出口(117)从而将所述液体从所述容器输送到一需求源，所述液体的体积由所述容器的所述端部(103)限定，所述至少一面壁(114)和一可移动的从动件(111)位于所述容器中，所述口(127)之一位于或靠近所述容器的所述端部(103)，且所述口(117)之另一个固定到所述可移动的从动件(111)上并随其运动，其特征在于：所述液体同时且连续地馈给容器(101)并从所述容器(101)中排出，所述容器中所述液体的体积根据所述供给率和需求率的变化而改变。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述可移动的从动件是一个和所述容器（101）的至少一面壁（114）密封的活塞（111）。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于：将外界压力施加到所述活塞上。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述外界压力通过一中心杆（122）施加到所述活塞（111）上。

5、如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述固定到所述可移动的从动件（111）上并可随其移动的所述入口（117）通过伸缩套管（115，109）连接到所述供给源上或所述需求源。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述伸缩套管被浸入所述液体中，并且穿过所述容器的所述端部（103）。

7、如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述固定到所述可移动的从动件（111）上并可随其移动的所述入口（117）是可转动地固定（116），在所述可移动的从动件上的。

8、如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述容器中的所述液体的体积通过相应于所述可移动从动件（111）的运动的进给率的调节而控制。

9、如权利要求1-7中任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述进给速率由一容积计量泵调节。

10、如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述需求速率由一容积计量泵调节。

11、如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述容器（101）中的所述液体基本上呈层流状态。

12、如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述液体是一种用于制造再生纤维素纤维式薄膜的聚合物涂料。

13、如权利要求12所述的方法，其特征在于：所述液体是一种在叔胺·N-氧化物中的纤维素溶液。

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