CN111676627A - 一种超临界二氧化碳流体闪爆机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超临界二氧化碳流体闪爆机，包括高温高压流体闪爆系统、二氧化碳介质增压系统、循环处理系统、二氧化碳分离回收系统。在高温高压流体闪爆系统中设置了高温高压流体处理区及流体闪爆区，通过快开阀连通，快开阀可根据要求便捷地实现对不同开度及开启速率的调整，可有效实现处理终态时对不同温度和压力的要求，达到对不同工况的材料闪爆加工；在高温高压流体处理区配置磁力搅拌系统，以及外置流体循环系统，大大提高了被处理材料的处理均匀性；本发明提供的流体闪爆区可实现材料的无水干态加工，缩短了工艺流程，具有显著的生态、环保特点，实现并提高对紧密型难渗透性材料的高效闪爆处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种超临界二氧化碳流体闪爆机，属压力容器及纺织染整加工设备制造技术领域。
背景技术
近年来，传统纺织印染行业由于水资源消耗高、生态环保问题突出等原因，其生存和发展遇到了前所未有的挑战。因而，开发环境友好型加工技术及工艺，越来越得到行业及相关企业的普遍关注和重视。而超临界二氧化碳流体介质，因其具有独特的技术特点和优势，近年来备受关注。特别是该介质的临界温度和临界压力（31.1℃和7.38MPa）不高，容易达到超临界流体状态，对设备的要求也相对较低，气源易得，故容易实现工业化生产加工。其次，该介质无色无味、不燃、不爆、生物相容性优良、无毒，具有显著的生态环保特性。而且该介质的超临界流体还具有低粘度、高扩散性、高渗透及穿透性特点，对固体或难穿透、难渗透的加工对象具有高效性，可有效缩短工艺时间，降低成本。在加工过程中，无需使用和消耗水资源，被加工物呈干态；工艺结束后该介质也非常容易分离回收和循环使用，在加工产品上无有害物质的化学物质残留，加工产品也无需干燥等。因而，超临界二氧化碳流体介质的这些独特优势，使其在纺织品的无水染色等领域得到了不断发展。
然而，对于利用超临界二氧化碳流体介质的相关特点和优势，实现对相关纺织品纤维，以及其他材料的物理闪爆加工，目前现有文献报道较少，在实际应用中则更为少见。特别是为实现上述工艺目的所依赖的专用设备，目前还未见相关报道和产品应用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种具有操作简单、适用性广、处理效率高、系统稳定、生态环保、无噪音影响等优点，可有效实现对各类纤维及其他种类材料的超临界二氧化碳流体闪爆加工的闪爆机。
为实现本发明目的所采用的技术方案是：提供一种超临界二氧化碳流体闪爆机，它包括高温高压流体闪爆系统、二氧化碳介质增压系统、循环处理系统、二氧化碳分离回收系统；所述的高温高压流体闪爆系统包括高温高压流体处理区和流体闪爆区，通过快开阀相连通；所述的高温高压流体闪爆系统的高温高压流体处理区通过管路与循环处理系统相连，高温高压流体闪爆系统的流体闪爆区通过另一条管路与循环处理系统相连；所述的循环处理系统一端与二氧化碳分离回收系统相连，另一端与二氧化碳介质增压系统相连通。
本发明提供的超临界二氧化碳流体闪爆机，高温高压流体处理区的顶部为装料口，设有快开结构密封盖，高温高压流体处理区的内部设有搅拌机构，上部设有流体入口，下部设有流体出口，底部设有出口通道；所述的流体闪爆区的顶部设有入口通道，上部设有高压视窗，下部设有快开结构的手孔，多孔网板或承接板置于流体闪爆区的下部，底部设有出口，通过管道依次与过滤器、截止阀连接；高温高压流体处理区底部的出口通道通过快开阀与流体闪爆区顶部的入口通道相连通。
本发明提供的超临界二氧化碳流体闪爆机，其高温高压流体处理区，温度达到180℃或以上，压力达到30MPa或以上；其流体闪爆区，温度达到-50℃～150℃或以上，压力达到0.1MPa～20MPa或以上。
本发明提供的超临界二氧化碳流体闪爆机，所述的二氧化碳介质增压系统包括CO2储罐、质量流量计、热交换器和增压泵；所述的循环处理系统包括双向流体介质循环泵、换热器和流量计；所述的二氧化碳分离回收系统包括热交换器、泄压泵、分离单元、过滤器、冷凝器和二氧化碳储罐；在工作状态，将流体闪爆系统内的气体分离回收至1.01×105Pa。
本发明提供的超临界二氧化碳流体闪爆机，高温高压流体处理区和流体闪爆区的周围分别设有加热装置；搅拌机构包括磁力搅拌转子和磁力搅拌磁缸，磁力搅拌磁缸固定于快开结构密封盖上；快开结构密封盖上和流体闪爆区的顶部，分别设有压力表、温度表及传感器接口；快开阀为球阀、闸阀、柱塞阀中的一种，阀门开度从0到100%的开启时间为0.070s～10s。
与现有技术方案相比，本发明具有以下显著优点：
1.本发明提供的超临界二氧化碳流体闪爆机在流体闪爆系统，由于设立了高温高压流体处理区，并协调其循环处理系统，可有效实现对各类纺织纤维及其他材料的超高压、超高温的超临界流体快速均匀处理。同时，闪爆系统中设立的流体闪爆区可有效实现处理终态对不同温度和压力的要求，达到材料对不同工况的闪爆加工，扩展了该设备的应用范围和功能。
2. 本发明连接高温高压流体处理区及流体闪爆区的闪爆球阀或其他快开阀，可根据要求便捷地实现对不同开度及开启速率的调整，从而达到对不同程度的闪爆处理控制和调控。由于超临界二氧化碳流体的低粘度及高渗透性和高扩散性，故本发明技术可有效实现并提高对紧密型难渗透性材料的高效闪爆处理。
3. 本发明采用超临界二氧化碳流体，无需传统水介质的参与，可彻底实现材料的干态处理加工，减少了后续干燥加工流程，也大大降低了处理介质对材料的不良影响，并有利于节约能源。
4.本发明在超临界二氧化碳流体闪爆机中配置了二氧化碳分离回收系统，可有效实现处理介质的高效分离及回收，提高了介质的重复利用效率，并可实现常压直接开盖。
5.本发明技术可有效实现和显著提高各类纺织纤维及其他类材料的物理闪爆加工效果及效率，特别是利用超临界二氧化碳流体介质的低粘度、高渗透及穿透性强等特点，可容易实现对固体和难渗透材料的闪爆加工，并能缩短工艺时间。这对开展纺织纤维及其他材料的绿色、生态化加工，并改善和提高处理材料的结构、性能等具有重要意义，同时也具有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的超临界CO2流体闪爆机的系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的超临界CO2流体闪爆机中高温高压流体闪爆系统的剖面结构示意图；
图1中：1.CO2 储罐；2、3、21和24.截止阀；4.增压泵；5.质量流量计；6、7、12、13、15和22.电磁阀； 8和16.热交换器；9.体积流量计；10.双向流体介质循环泵；14. 高温高压流体闪爆系统； 17.泄压泵；18.分离单元；20.过滤器；23.冷凝器；25.CO2气体入口；
图2中：14-1.流体入口；14-1'.流体出口；14-2、14-2'和14-16.截止阀；14-3.磁力搅拌转子；14-4.快开结构密封盖；14-5.磁力搅拌磁缸；14-6.压力传感器/压力表接口；14-7.温度传感器接口；14-8和14-8'.加热套；14-9.高温高压流体处理区；14-10.快开阀;14-11.流体闪爆区；14-12.高压视窗；14-13. 快开结构手孔；14-14.多孔网板或承接板；14-15.过滤器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步描述。
实施例1
本发明提供的一种超临界二氧化碳流体闪爆机，它包括高温高压流体闪爆系统、二氧化碳介质增压系统、循环处理系统、二氧化碳分离回收系统。高温高压流体闪爆系统包括高温高压流体处理区及流体闪爆区，它们通过装有闪爆球阀或其他快开阀的通道相连。高温高压流体闪爆系统的高温高压流体处理区通过管路与循环处理系统相连，高温高压流体闪爆系统的流体闪爆区通过另一条管路与循环处理系统相连；循环处理系统一端与二氧化碳分离回收系统相连，另一端与二氧化碳介质增压系统相连。
参见附图1，它是本实施例提供的超临界二氧化碳流体闪爆机的剖面结构示意图，各系统的结构描述如下：
二氧化碳介质增压系统由CO2气体入口25设截止阀 24与CO2储罐1连通，CO2 储罐1的底部出口设截止阀2，CO2储罐1的输出端口依次连接截止阀3、增压泵4、质量流量计5、电磁阀6、电磁阀7、热交换器8、体积流量计9后，与流体闪爆系统14连通。
循环处理系统由流体闪爆系统14与电磁阀13和电磁阀12组成的回路，再依次通过双向流体介质循环泵10、热交换器8、体积流量计9，循环至流体闪爆系统14。
二氧化碳分离回收系统由流体闪爆系统14依次连接电磁阀15、热交换器16、泄压泵17、分离单元18、过滤器20，再经截止阀21或经冷凝器23、电磁阀22与二氧化碳储罐1连通。
参见附图2，它是本实施例提供的高温高压流体闪爆系统的剖面结构示意图；流体闪爆系统包括呈上下结构的高温高压流体处理区14-9和流体闪爆区14-11，具体结构描述如下：
高温高压流体处理区14-9的顶部为装料口，设有快开结构密封盖14-4，高温高压流体处理区的内部设有搅拌机构，本实施例中采用磁力搅拌转子14-3和磁力搅拌磁缸14-5，磁力搅拌磁缸固定于快开结构密封盖上；快开结构密封盖14-4上，设有压力传感器/压力表接口14-6和温度传感器接口14-7；处理区的上部设有流体入口14-1和截止阀14-2，底部设有出口通道，通道上设有流体出口14-1'和截止阀14-2'；处理区的周围设有加热装置，本实施例采用加热套14-8。
流体闪爆区的顶部设有入口通道，还设有压力传感器/压力表接口14-6和温度传感器接口14-7；闪爆区的周围别设有加热装置，本实施例采用加热套14-8'；闪爆区的上部设有一对高压视窗14-12，下部设有快开结构的手孔14-13，手孔下部设有多孔网板或承接板14-14，底部出口通过管道依次与过滤器14-15、截止阀14-16连接；高温高压流体处理区底部的出口通道通过快开阀与流体闪爆区顶部的入口通道相连通。
本实施例提供的超临界二氧化碳流体闪爆机，高温高压流体处理区的温度可达180℃或以上，压力可达30MPa或以上；流体闪爆区的温度可达-50℃～150℃或以上，压力可达0.1MPa～20MPa或以上。
连接高温高压流体处理区及流体闪爆区的闪爆球阀或其他快开阀，其阀门开度从0到100%的开启时间为0.070s～10s。
二氧化碳分离回收系统，在协同工作时将流体闪爆系统内的气体分离回收至1.01×105Pa，实现系统的常压直接开盖。
本发明提供的超临界二氧化碳流体闪爆机工作时，首先将开启图2中流体闪爆系统14的快开结构密封盖14-4，并使闪爆球阀或其他快开阀14-10处于关闭状态，然后向高温高压流体处理区14-9装填适量被处理的纺织纤维或其他待处理材料。装填完成后，按附图2中所示的流体闪爆系统14结构，关闭其快开结构密封盖14-4，并按序组装好磁力搅拌转子14-3、磁力搅拌磁缸14-5，使压力传感器/压力表接口14-6、温度传感器接口14-7与对应传感器或仪表连接良好，同时关闭闪爆区手孔快开结构14-13、截止阀14-16。然后打开截止阀14-2和3、电磁阀6和7，开启增压泵4，并根据处理工艺要求，利用由CO2储罐1、增压泵4、质量流量计5、热交换器8、体积流量计9等组成的二氧化碳介质增压系统，从流体入口14-1对高温高压流体处理区14-9进行介质的定量增压。同时，开启系统设置的加热套14-8，按预定升温条件对高温高压流体处理区14-9进行加热升温。流体介质增压结束后，关闭增压泵4、电磁阀6，并开启截止阀14-2'、电磁阀13和12、双向流体介质循环泵10，利用由流体闪爆系统14中高温高压流体处理区14-9、流体出口14-1'、电动阀13和12连接的回路、双向流体介质循环泵10、热交换器8、体积流量计9等组成的循环处理系统，对高温高压流体处理区14-9中的纺织纤维等材料进行预定条件的高温高压流体处理加工。同时，也可以根据工艺要求，采用双向流体介质循环泵10的换向功能，对高温高压流体处理区14-9中的流体进行正反向循环处理。并可利用系统设置的磁力搅拌磁缸14-5和磁力搅拌转子14-3对被处理材料进行搅拌，提高其流体处理的均匀性。
根据预定的高温高压流体处理工艺结束后，停止双向流体介质循环泵10的运行。根据对处理材料的闪爆时间、压差、终态时的温度和压力要求，利用加热套14-8'对流体闪爆区进行条件准备，然后按预定速率和开度开启闪爆球阀或其他快开阀14-10，对经过高温高压流体处理区14-9处理的材料进行流体闪爆处理。同时，在进行流体闪爆过程中，还可以借助流体闪爆区14-11设置的高压视窗14-12，对材料的流体闪爆全过程进行观察及检查记录，为研究不同条件下流体对不同材料的闪爆过程及机理等，提供了支撑。闪爆处理结束后，依次开启截止阀14-16、冷凝器23、电磁阀22和15，利用由热交换器16、泄压泵17、分离单元18、过滤器25、冷凝器23、CO2储罐1等组成的二氧化碳分离回收系统，对流体闪爆系统14及其相应管路中的二氧化碳介质进行分离和回收。当流体闪爆系统14及其相应管路中的介质经充分分离回收后，其系统压力降低至大气压（1.01×105Pa）时，泄压泵17停止工作，并关闭电磁阀15。然后打开闪爆区手孔快开结构14-13，取出经流体闪爆处理后的被处理材料，完成一次预定工艺条件下流体闪爆处理加工。
重复上述操作，可实现下一轮预定条件下材料的流程闪爆处理加工。
Claims (10)
1.一种超临界二氧化碳流体闪爆机，其特征在于：它包括高温高压流体闪爆系统、二氧化碳介质增压系统、循环处理系统、二氧化碳分离回收系统；所述的高温高压流体闪爆系统包括高温高压流体处理区和流体闪爆区，通过快开阀相连通；所述的高温高压流体闪爆系统的高温高压流体处理区通过管路与循环处理系统相连，高温高压流体闪爆系统的流体闪爆区通过另一条管路与循环处理系统相连；所述的循环处理系统一端与二氧化碳分离回收系统相连，另一端与二氧化碳介质增压系统相连通。
2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳流体闪爆机，其特征在于：所述的高温高压流体处理区的顶部为装料口，设有快开结构密封盖，高温高压流体处理区的内部设有搅拌机构，上部设有流体入口，下部设有流体出口，底部设有出口通道；所述的流体闪爆区的顶部设有入口通道，上部设有高压视窗，下部设有快开结构的手孔，多孔网板或承接板置于流体闪爆区的下部，底部设有出口，通过管道依次与过滤器、截止阀连接；高温高压流体处理区底部的出口通道通过快开阀与流体闪爆区顶部的入口通道相连通。
3.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳流体闪爆机，其特征在于：所述的二氧化碳介质增压系统包括CO2储罐、质量流量计、热交换器和增压泵。
4.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳流体闪爆机，其特征在于：所述的循环处理系统包括双向流体介质循环泵、换热器和流量计。
5.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳流体闪爆机，其特征在于：所述的二氧化碳分离回收系统包括热交换器、泄压泵、分离单元、过滤器、冷凝器和二氧化碳储罐；在工作状态，将流体闪爆系统内的气体分离回收至1.01×105Pa。
6.根据权利要求1或2所述的一种超临界二氧化碳流体闪爆机，其特征在于：高温高压流体处理区和流体闪爆区的周围分别设有加热装置。
7.根据权利要求1或2所述的一种超临界二氧化碳流体闪爆机，其特征在于：所述的快开阀为球阀、闸阀、柱塞阀中的一种，阀门开度从0到100%的开启时间为0.070s～10s。
8.根据权利要求1或2所述的一种超临界二氧化碳流体闪爆机，其特征在于：所述的高温高压流体处理区，温度达到180℃或以上，压力达到30MPa或以上；所述的流体闪爆区，温度达到-50℃～150℃或以上，压力达到0.1MPa～20MPa或以上。
9.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳流体闪爆机，其特征在于：快开结构密封盖上和流体闪爆区的顶部，分别设有压力表、温度表及传感器接口。
10.根据权利要求2所述的一种超临界二氧化碳流体闪爆机，其特征在于：所述的搅拌机构包括磁力搅拌转子和磁力搅拌磁缸，磁力搅拌磁缸固定于快开结构密封盖上。
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