CN110156017A - 生产干冰用活塞式结晶缸筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产干冰用活塞式结晶缸筒，包括位于活塞行程两个末端在筒壁上分别开设的第一排气口和第二排气口；活塞行程中部的筒壁上开设有废气输出口；第一排气口、第二排气口，以及废气输出口通过管道及一个管道四通连接件共同连至一个第二废气输出管道；通过将第一排气口、第二排气口与废气输出口同时密封连通于第二废气输出管道，在起到平衡压力作用的同时，还能够防止空气进入结晶缸筒结冰而导致对于结晶缸筒以及活塞拉杆的损害。

Description

生产干冰用活塞式结晶缸筒

技术领域

本发明涉及干冰生产领域，更具体地说，涉及一种生产干冰用活塞式结晶缸筒。

背景技术

1、如图1所示，干冰生产过程中，往往是将液态二氧化碳存储罐11直接连接于结晶缸筒4(虽然图中并非这样直接连接)，令液态二氧化碳在结晶缸筒4中结晶并挤成型。但随着液态二氧化碳存储罐11内的液态二氧化碳存储量逐渐减少，其内压强会降低，从而供给结晶缸筒4液态二氧化碳的速度就会变慢，结晶缸筒4中的活塞51运动频率就要进行相应调整，操作麻烦且效率降低；而且因为结晶缸筒4中的压强会随液态二氧化碳的供给速度的变化而变化，令生产变得不稳定，使得最后生产出来的干冰良莠不齐。

2、如图2所示，在现有技术中，结晶缸筒4的中部连接第二废气输出管道44，两端分别设置第一排气口45和第二排气口46；第二废气输出管道44用于输出结晶时形成的气态二氧化碳；第一排气口45和第二排气口46均与外界空气连通，用于平衡结晶缸筒4两端缸室的压力；

但存在一个问题，当活塞51进行抽拉运动的时候，空气就会通过两个排气口进入结晶缸筒4，空气中带有的水分会在结晶缸筒4内壁结冰，结出的冰会大大阻碍活塞51的运动，甚至损害活塞51拉杆，造成不必要的损失。

3、如图1所示，从干冰机内会出来两种废气，一种是从液压站6输出的连续废气71，另一种是从预结晶罐3以及结晶缸筒4输出且汇为一股的间歇废气72(从预结晶罐3的废气通过安全阀导出，而安全阀并非经常打开，所以输出为间歇；结晶缸筒4中的活塞51运动是有频率的，因此输出也是间歇)。连续废气71与间歇废气72为不同的废气，若分开处理，则需要两套装置，成本过大；若同时处理，则可能因为压强不稳定从而效果差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生产干冰用活塞式结晶缸筒，已解决背景技术中的第二个问题。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种生产干冰用活塞式结晶缸筒，包括位于活塞行程两个末端在筒壁上分别开设的第一排气口和第二排气口；活塞行程中部的筒壁上开设有废气输出口；第一排气口、第二排气口，以及废气输出口通过管道及一个管道四通连接件共同连至一个第二废气输出管道。

优选的，四通连接件包括分别通过两个管道连接第一排气口、第二排气口的两个入口；以及置于活塞行程中部筒壁上与废气输出口密封连通的密闭腔体，密闭腔体连通第二废气输出管道。

优选的，四通连接件包括容纳第一排气口、第二排气口以及废气输出口于腔室内部的密闭腔室，密闭腔室连通第二废气输出管道。

本发明的优点在于，通过将第一排气口、第二排气口与废气输出口同时密封连通于第二废气输出管道，当活塞朝某一排气口移动时，受挤压的气体可以经过该排气口及连通管道转移到其他任一开口或第二废气输出管道，起到平衡压力作用；同时，还能够防止空气进入结晶缸筒结冰而导致对于结晶缸筒以及活塞拉杆的损害。

附图说明

图1是本发明干冰机的示意图；

图2是现有技术中结晶缸筒示意图；

图3是本发明结晶缸筒示意图；

图4是本发明尾气处理装置的示意图；

图5是本发明尾气处理的流程图。

图中，11、液态二氧化碳存储罐，12、气态二氧化碳存储罐，2、第一换热器，3、预结晶罐，31、第一废气输出管道，4、结晶缸筒，44、第二废气输出管道，45、第一排气口，46、第二排气口，47、第一外接管道，48、第二外接管道，5、液压油缸，51、活塞，6、液压站，71、连续废气，72、间歇废气，81、第一缓冲罐，82、第二缓冲罐，83、压缩机，84、第二换热器，85、吸附床，86、液化器，87、制冷机，88、闪蒸器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作描述。

如图1所示为本发明干冰机的示意图，液态二氧化碳存储罐11存储有液态二氧化碳，可设置两个，其中一个专门用于存储液态二氧化碳原料，另一个专门用于存储经尾气回收后的液态二氧化碳；当然，原则上将其二者设为一个也是可行的。除此之外还设置有气态二氧化碳存储罐12，用于存储气态二氧化碳，且其内的气态二氧化碳压强都较高。

液态二氧化碳存储罐11通过液态二氧化碳输入管道连接于预结晶罐3的顶部，预结晶罐3的底部连接有液态二氧化碳输出管道，液态二氧化碳输出管道与结晶缸筒4的液态二氧化碳输入端连接；如此一来，便可将液态二氧化碳依次从液态二氧化碳存储罐11输送至预结晶罐3和结晶缸筒4。

本发明干冰机通过控制预结晶罐3内的压强稳定，就能给有效地解决背景技术中的第一个问题。而且预结晶罐3能够对液态二氧化碳进行预冷却处理，使得最后输送给结晶缸筒4的液态二氧化碳转化为干冰的效率得到提升。

更具体地说，为控制预结晶罐3内的压强稳定，可采取这样的设置：

在预结晶罐3的顶部连接气态二氧化碳输入管道和气态二氧化碳输出管道，气态二氧化碳输入管道连接于气态二氧化碳存储罐12，在预结晶罐3内压强过低时，可打开气态二氧化碳输入管道上的电磁阀进行补气增压；

在液态二氧化碳输入管道上设置有减压阀，减压阀的输出端朝向预结晶罐3；气态二氧化碳输出管道上设置有背压阀，背压阀的输入端朝向预结晶罐3；由于减压阀稳定输出端压强，背压阀稳定输入端压强，就可以很好地稳定住预结晶罐3内的压强。

为进一步保证安全，还在预结晶罐3的顶部设置第一废气输出管道31，第一废气输出管道31上设置有安全阀；当压力过高时安全阀会打开放出多余气体。

可控制预结晶罐3内的压强处于5-10bar中的某一恒定压强。

预结晶罐3在保证压强稳定的同时，还要保证液态二氧化碳的液位稳定。一般设定液位为20％到80％，这可通过对液态二氧化碳输入管道上的减压阀以及液态二氧化碳输出管道上的电磁阀进行控制做到。为监控液位，可在预结晶罐3内设置液位传感器。

在液态二氧化碳进入结晶缸筒4前，会先通过液态二氧化碳输入管道进入预结晶罐3，并在预结晶罐3中部分转化为气态二氧化碳并通过气态二氧化碳输出管道排出。由于气态二氧化碳的产生会吸热，就会使得剩余部分的液态二氧化碳温度更低，这部分液态二氧化碳在传输至结晶缸筒4后转化为干冰的转化效率会得到大大提升。这是设置预结晶罐3的另外一大好处。经试验，本发明干冰机的转化效率最高48％，最低40％以上。

连接于预结晶罐3的气态二氧化碳输出管道内会输出带有大量冷量的气体，由热力学知识可知，这些气体的温度比输入液态二氧化碳输入管道内的液态二氧化碳更低，从而完全可以将前者的冷量回收至后者。具体来说使用第一换热器2。

将液态二氧化碳输入管道和气态二氧化碳输出管道内的气体通入第一换热器2的两个可互相传热的通路，那么便可用后者的气体去进一步冷却前者的液体。此气体还可用于冷却下面说到的液压站6。

结晶缸筒4内设置有活塞51，活塞51用于挤压干冰粉末使其成型。活塞51通过液压油缸5驱动，液压油缸5通过液压站6驱动。液压站6的工作往往会产生大量的热，其内一般设置有冷却盘管，将第一换热器2中输出的气态二氧化碳与冷却盘管相连通，就可利用还带有部分冷量的气态二氧化碳冷却液压站6内的液压油，最终从液压站6输出的气态二氧化碳为连续废气71。

接下来解决背景技术中第二个问题。

如图3所述，本发明中将第一排气口45与第一外接管道47连接，将第二排气口46与第二外接管道48连接，并且将第一外接管道47、第二外接管道48同时与一个管道四通连接件连接，管道四通连接件置于活塞行程中部筒壁上的废气输出口，并与废气输出口密封连通；管道四通连接件与第二废气输出管道44连通。如此一来便将结晶缸筒4与外界空气隔离，又同时能够稳定结晶缸筒4内两个缸室的压强稳定。

而当然，还有其他方式可以对废气输出口、第二废气输出管道44、第一排气口45以及第二排气口46进行密封式导通，比如设置密闭腔室：第一排气口45、第二排气口46以及废气输出口均设置于密闭腔室内部，密闭腔室连通第二废气输出管道44。

接下来解决背景技术中的第三个问题。

如图4所示为废气处理装置。首先要将两股废气汇为一股且进行压缩，以便于后续操作。为此可将连续废气71通入第一缓冲罐81，将间歇废气72通入第二缓冲罐82；第一缓冲罐81与第二缓冲罐82相连通。让其中一个缓冲罐，比如第二缓冲罐82与压缩机83的输入端连通。

两股废气经过压缩机83压缩后温度升高，可用原始废气对其进行降温，方法是将第一缓冲罐81内的废气以及第二缓冲罐82内的废气与压缩机83的输出废气用第二换热器84进行换热；具体如图所示：将第一缓冲罐81和第二缓冲罐82分别连接于第二换热器84的一个通路的两端，将压缩机83输出端与第二换热器84的另一个通路的一端连接，此通路的另一端就能够输出冷却后的废气。

为了很好地控制两个缓冲罐内的压强，还做了这样的设置：

将两个缓冲罐均分割为通过阀门连接的高压层和低压层，其中低压层作为主体，用于废气的通入以及各装置的连接等，而高压层用于调节低压层的气压；高压层的气体来源于压缩机83输出的废气或气态二氧化碳存储罐12。具体如下：

第一缓冲罐81的内部分为通过阀门连接的第一高压层和第一低压层；第一高压层与压缩机83的输出端通过阀门连通；第一低压层用于与第二缓冲罐82以及第二换热器84连接；第一低压层还用于通入连续废气71。

如此一来，连续废气71通入第一低压层，且可通过打开阀门调节第一低压层的压力。可将第一高压层内的压强设为1.2-2.5MPa；第一低压层内的压强设为0.1-0.8MPa；压缩机83的输出废气压强设为2.0-3.0MPa。

第二缓冲罐82的内部也分为通过阀门连接的第二高压层和第二低压层；第二高压层与压缩机83的输出端通过阀门连通；第二低压层用于与第一缓冲罐81、压缩机83的输入端以及第二换热器84连接；第二低压层还用于通入间歇废气72。

如此一来，间歇废气72通入第二低压层，且可通过第二高压层调节第二低压层的压力。第二高压层内的压强可设为1.2-2.5MPa；第二低压层内的压强可设为0.1-0.8MPa；压缩机83输出废气压强可设为2.0-3.0MPa。

上述阀门均可采取电磁阀或其他阀门。

从第二换热器84的第二通路输出的冷却后的废气输入吸附床85，吸附床85用于对废气中的杂质及水分等进行吸附；吸附床85的输出端连通于液化器86的输入端，液化器86内设置有制冷机87；液化器86用于对废气进行液化；液化器86的输出端连通于闪蒸器88的输入端，闪蒸器88根据不同物质的沸点不同的原理，用于对液态二氧化碳内的杂质进行进一步精馏。闪蒸器88输出纯净的液态二氧化碳于液态二氧化碳存储罐11。在吸附床85以及闪蒸器88上都连接有废气输出的管道，用于对杂质废气进行输出。

图5所示为废气回收的流程图。其中，干燥对应于吸附床85，液化对应于液化器86，精馏对应于闪蒸器88。可见，可采取其他装置实现该流程图的各个步骤。

最后说明整个系统的工作过程。

将液态二氧化碳从液态二氧化碳存储罐11中输送给预结晶罐3中，然后对预结晶罐3内的压强以及液态二氧化碳的液面高度进行控制，使压强稳定于5-10bar中的某一恒定压强，使液态二氧化碳液面高度处于20％～80％；

而后将预结晶罐3内的液态二氧化碳传输给结晶缸筒4中，使液态二氧化碳在结晶缸筒4内结晶成干冰颗粒，并用活塞51对干冰颗粒进行挤压成型；在此过程中，还要动态控制预结晶罐3内的液态二氧化碳的输入和输出以及气态二氧化碳的输入和输出，以保持预结晶罐3内的压强以及液面稳定；

由于结晶缸筒4中由活塞51分割开的两个缸室同时与第二废气输出管道44连通，因此，当活塞51朝某个缸室移动时，该缸室的气体就会通过连通通道转移至第二废气输出管道44或另一缸室，使得两个缸室的压强在活塞51运动的过程中动态平衡，且该过程无需与外界空气接触，减少了水汽结冰可能带来的对活塞51运动的阻碍，以及对于结晶缸筒4和活塞拉杆等的损害。

从预结晶罐3输出的气态二氧化碳含有大量的冷量，可用于对液态二氧化碳原料以及为活塞51提供动力的液压站6进行冷却，最终输出为连续废气71。从连接于预结晶罐3的第一废气输出管道31以及连接于结晶缸筒4的第二废气输出管道44还会输出间歇废气72。

连续废气71和间歇废气72分别通入第一缓冲罐81和第二缓冲罐82，第一缓冲罐81和第二缓冲罐82相连通，从而可将连续废气71和间歇废气72相混合；混合后的废气输入压缩机83，压缩机83将两股废气压缩输出，输出的废气经过原来的连续废气71和间歇废气72冷却后输送至吸附床85，吸附床85对废气中的杂质及水分等进行吸附，并将干燥后的废气输送至液化器86，液化器86内设置有制冷机87，可对于废气进行制冷并液化形成液态二氧化碳；液化器86将液态二氧化碳输送给闪蒸器88，闪蒸器88对其中还存有的杂质进行蒸发排去，最后产生的高纯度液态二氧化碳输送回原来的液态二氧化碳存储罐11，完成循环。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种生产干冰用活塞式结晶缸筒，包括位于活塞(51)行程两个末端在筒壁上分别开设的第一排气口(45)和第二排气口(46)；所述活塞(51)行程中部的筒壁上开设有废气输出口，其特征在于：

所述第一排气口(45)、所述第二排气口(46)，以及所述废气输出口通过管道及一个管道四通连接件共同连至一个第二废气输出管道(44)。

2.根据权利要求1所述生产干冰用活塞式结晶缸筒，所述四通连接件包括分别通过两个管道连接所述第一排气口(45)、所述第二排气口(46)的两个入口；以及置于所述活塞(51)行程中部筒壁上与所述废气输出口连通的密闭腔体，所述密闭腔体连通所述第二废气输出管道(44)。

3.根据权利要求1所述生产干冰用活塞式结晶缸筒，所述四通连接件包括容纳所述第一排气口(45)、所述第二排气口(46)以及所述废气输出口于腔室内部的密闭腔室，所述密闭腔室连通所述第二废气输出管道(44)。