CN112791439A

CN112791439A - 一种超临界流体分离器

Info

Publication number: CN112791439A
Application number: CN202110017147.1A
Authority: CN
Inventors: 景显东; 姜涛; 张宏雷
Original assignee: Zhonghao Guangming Research and Design Institute of Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Zhonghao Guangming Research and Design Institute of Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2021-05-14

Abstract

本发明公开了一种超临界流体分离器，涉及超临界流体技术领域，包括分离釜、立柱式通道管、螺旋板和温控装置，温控装置设置在分离釜内用于调控分离釜内部的温度，立柱式通道管固定连接在分离釜内侧顶部，螺旋板固定连接在立柱式通道管外壁上，螺旋板的外边缘紧贴分离釜内壁，分离釜外侧壁上设有进口管，分离釜顶部设有出口管，分离釜底部设有排污管，进口管与出口管及排污管分别与分离釜内部连通。通过采用温控装置实现分离釜内部温度的调控，使超临界流体气化，进而与混合的溶解物质进行分离，且设置螺旋板，采用混合物自身重力、离心力作用及气流流动使超临界流体与溶解物质分离效果好，设置排污管使溶解物质回收更方便。

Description

一种超临界流体分离器

技术领域

本发明涉及超临界流体技术领域，特别是涉及一种超临界流体分离器。

背景技术

超临界流体是区别于气体、液体而存在的第三流体。当温度和压力达到临界点时，物质就进入了超临界状态，超临界状态下的物质出现为一种既非气体又非液体的状态，叫超临界流体。作为主要温室气体的二氧化碳，是最为常用的超临界流体，其临界温度和临界压力较为温和，分别为31.1℃和7.38MPa。超临界CO₂具有以下特殊性质：(1)具有和液体相近的密度，黏度虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10～100倍，表面张力低，因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，能够将物料中某些成分提取出来。(2)具有四级矩结构，分子成对称结构，分子极性弱，根据相似相溶原理，能溶解大量的非极性或低极性的有机物，可以应用作为有机反应的溶剂或介质；(3)价格低廉，安全非易燃易爆，无毒无害，无腐蚀性。(4)超临界CO₂流体的溶解能力受其密度的影响，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。近年来，超临界CO₂流体技术从基础理论研究到实际应用方面都得到了显著的提高和拓展，已深入到超临界流体染色、超临界流体萃取、超临界流体化学反应、超临界流体清洗技术等诸多领域。

在超临界状态下，将超临界CO₂流体与待溶解的物质接触，同时超临界流体的密度，极性和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，利用预定程序的升压可将不同极性的成分进行溶解，超临界CO₂流体携带被溶解物进行染色、萃取、清洗等过程。然后借助减压，升降温的方法使超临界流体变成普通气体，被溶解物质则自动完全析出，从而达到染色、萃取、清洗等目的。而分离釜作为超临界CO₂流体装置分离回收系统的关键部件，其先进性程度直接影响着溶质与二氧化碳流体的分离效果。现有的多重膜分离器存在结构复杂、分离效果不理想等问题。因此，发明一种高效、适用的超临界CO₂流体装置中的分离釜具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种超临界流体分离器，以解决上述现有技术存在的问题，使超临界流体分离效果好、溶解物质回收方便。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种超临界流体分离器，包括分离釜、立柱式通道管、螺旋板和温控装置，所述温控装置设置在所述分离釜内用于调控所述分离釜内部的温度，所述立柱式通道管固定连接在所述分离釜内侧顶部，所述螺旋板固定连接在所述立柱式通道管外壁上，所述螺旋板的外边缘紧贴所述分离釜内壁，所述分离釜外侧壁上设有进口管，所述分离釜顶部设有出口管，所述分离釜底部设有排污管，所述进口管与所述出口管及所述排污管分别与所述分离釜内部连通。

优选的，所述分离釜包括密封盖、分离内筒体和内筒体封头，所述分离内筒体顶部设有承接槽，所述密封盖固定连接在所述分离内筒体的所述承接槽内，所述立柱式通道管固定连接在所述密封盖上，所述内筒体封头固定连接在所述分离内筒体底部，所述分离内筒体外侧壁上设有所述进口管，所述内筒体封头外壁上设有所述排污管，所述密封盖外壁上设有所述出口管。

优选的，所述温控装置包括夹套筒体、肩环板、夹套筒体封头、温度传感器、温度控制系统和制冷机组，所述夹套筒体设置在所述分离内筒体外壁，所述夹套筒体的顶部与所述肩环板的一端固定连接，所述肩环板的另一端与所述分离内筒体外壁固定连接，所述夹套筒体的底部与所述夹套筒体封头的一端固定连接，所述夹套筒体封头的另一端与所述内筒体封头外壁固定连接，所述肩环板与所述夹套筒体及所述夹套筒体封头共同组成一个密封的腔室，所述温度传感器设置在所述出口管上且与所述温度控制系统电连接，所述夹套筒体上设有冷却剂出口管，所述夹套筒体封头上设有冷却剂入口管，所述冷却剂出口管与所述冷却剂入口管分别与所述腔室连通，所述冷却剂出口管和所述冷却剂入口管分别与所述制冷机组连通，所述制冷机组与所述温度控制系统电连接。

优选的，还包括若干个耳式支座，所述耳式支座固定连接在所述夹套筒体外壁上。

优选的，还包括若干个吊环螺钉，所述吊环螺钉固定连接在所述密封盖外壁上。

优选的，还包括空心管，所述空心管封底，所述空心管封底一端设置在所述出口管内部，所述空心管另一端设置在所述出口管外部，所述温度传感器安装在所述空心管内部。

优选的，还包括若干个安装螺栓，所述密封盖上设有若干个通孔，所述承接槽上设有若干个螺纹孔，所述安装螺栓穿过所述密封盖的所述通孔与所述承接槽的所述螺纹孔螺纹连接。

优选的，还包括若干个启盖螺钉，所述密封盖上设有若干个启盖螺纹孔，所述启盖螺钉螺纹连接在所述密封盖的所述启盖螺纹孔并能够抵接于所述分离内筒体的所述承接槽平面上，所述启盖螺钉的螺纹长度大于所述密封盖的厚度。

优选的，所述密封盖与所述分离内筒体的所述承接槽之间还设有密封圈。

优选的，所述温度控制系统为PLC控制系统。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的超临界流体分离器，通过采用温控装置实现分离釜内部温度的调控，使超临界流体气化，进而与混合的溶解物质进行分离，且设置螺旋板，采用混合物自身重力、离心力作用及气流流动使超临界流体与溶解物质分离效果好，设置排污管使溶解物质回收更方便。

进一步的，分离釜包括密封盖、分离内筒体和内筒体封头三部分，密封盖、立柱式通道管及螺旋板可以从分离内筒体中取出，便于对分离器内部清洗，且分为三部分可以不会因某个零部件的损坏而导致整个装置的报废，且在分离内筒体顶部设置承接槽，将密封盖固定在承接槽内，使密封盖与分离内筒体之间密封效果好。

进一步的，采用夹套筒体、温度传感器、温度控制系统和制冷机组等组成的温控装置，夹套筒体内部的冷却剂与分离内筒体中超临界流体的流场形成逆流式换热，实现分离釜的低温调控，通过温度控制系统对温度的升降进行控制，使其更智能化。

进一步的，设置多个耳式支座，便于将超临界流体分离器固定。

进一步的，设置吊环螺钉，便于采用吊车将密封盖吊起来，进而实现密封盖的拆卸与安装。

进一步的，采用空心管且空心管底部封底，可以保证温度传感器与分离器内部的密封性，也可以保证温度传感器与分离器内部的超临界流体的接触进而引起的温度传感器的损坏，延长温度传感器的使用寿命。

进一步的，采用安装螺栓用于密封盖的紧固，便于密封盖的拆卸。

进一步的，采用启盖螺钉，仅需拧启盖螺钉就可以将密封盖顶起，进而将密封盖拆卸，操作简单、方便，也避免暴力拆卸密封盖带来的损坏。

进一步的，采用密封圈，保证了密封盖与分离内筒体之间的密封效果。

进一步的，温度控制系统采用PLC控制系统，具有使用方便、可靠性高和抗干扰能力强的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的超临界流体分离器的整体结构示意图。

图中：100-超临界流体分离器；1-分离釜；11-密封盖；111-通孔；112-启盖螺纹孔；12-分离内筒体；121-承接槽；1211-螺纹孔；13-内筒体封头；2-立柱式通道管；3-螺旋板；4-温控装置；41-夹套筒体；411-冷却剂出口管；42-肩环板；43-夹套筒体封头；431-冷却剂入口管；44-温度传感器；45-温度控制系统；46-制冷机组；47-腔室；5-进口管；6-出口管；7-排污管；8-耳式支座；9-吊环螺钉；10-空心管；14-安装螺栓；15-启盖螺钉；16-密封圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种超临界流体分离器，以解决现有技术存在的问题，使超临界流体分离效果好、杂质回收方便。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种超临界流体分离器100，可以用于超临界CO₂流体的分离，包括分离釜1、立柱式通道管2、螺旋板3和温控装置4，温控装置4设置在分离釜1内用于调控分离釜1内部的温度，立柱式通道管2固定连接在分离釜1内侧顶部，螺旋板3固定连接在立柱式通道管2外壁上，螺旋板3的外边缘紧贴分离釜1内壁，分离釜1外侧壁上设有进口管5，分离釜1顶部设有出口管6，分离釜1底部设有排污管7，进口管5与出口管6及排污管7分别与分离釜1内部连通。进入超临界流体分离器100内的超临界CO₂流体(压力范围在7.38～20MPa，温度范围在31.1～100℃)进入分离釜1前先通过气动阀装置进行降压处理并已达到临界压强(小于7.38MPa)，再通过采用温控装置4实现分离釜1内部温度的调控将温度调至31.1℃以下，使超临界流体气化，进而与混合的溶解物质进行分离，且设置螺旋板3，采用混合物自身重力、离心力作用及气流流动使超临界流体与溶解物质分离效果好，设置排污管7使溶解物质回收更方便。

分离釜1包括密封盖11、分离内筒体12和内筒体封头13，分离内筒体12顶部设有承接槽121，密封盖11固定连接在分离内筒体12的承接槽121内，且立柱式通道管2固定连接在密封盖11上，内筒体封头13固定连接在分离内筒体12底部，分离内筒体12外侧壁上设有进口管5，且进口管5与分离内筒体12外壁相切，内筒体封头13外壁上设有排污管7，密封盖11外壁上设有出口管6。分离釜1包括密封盖11、分离内筒体12和内筒体封头13三部分，密封盖11、立柱式通道管2及螺旋板3可以从分离内筒体12中取出，便于对超临界分离器100内部清洗，且分为三部分可以不会因某个零部件的损坏而导致整个装置的报废，且在分离内筒体12顶部设置承接槽121，将密封盖11固定在承接槽121内，使密封盖11与分离内筒体12之间密封效果好；且经流体仿真软件分析显示，当进口管5与分离内筒体12外壁相切时，超临界流体分离效果优于其他连接形式的分离效果。

温控装置4包括夹套筒体41、肩环板42、夹套筒体封头43、温度传感器44、温度控制系统45和制冷机组46，夹套筒体41设置在分离内筒体12外壁，夹套筒体41的顶部与肩环板42的一端固定连接，肩环板42的另一端与分离内筒体12外壁固定连接，夹套筒体41的底部与夹套筒体封头43的一端固定连接，夹套筒体封头43的另一端与内筒体封头13外壁固定连接，肩环板42与夹套筒体41及夹套筒体封头43共同组成一个密封的腔室47，温度传感器44设置在出口管6上且与温度控制系统45电连接，夹套筒体41上设有冷却剂出口管411，夹套筒体封头43上设有冷却剂入口管431，冷却剂出口管411与冷却剂入口管431分别与腔室47连通，冷却剂出口管411和冷却剂入口管431分别与制冷机组46连通，制冷机组46与温度控制系统45电连接。采用夹套筒体41、温度传感器44、温度控制系统45和制冷机组46等组成的温控装置4，夹套筒体41内部的冷却剂与分离内筒体12中超临界流体的流场形成逆流式换热，温度控制系统45根据温度传感器44测量的温度值控制制冷机组46释放冷却剂量的多少，进而实现对分离釜1的低温调控，通过温度控制系统45对分离釜1内的温度进行控制，使其更智能化。

超临界流体分离器100还包括若干个耳式支座8，耳式支座8固定连接在夹套筒体41外壁上。设置多个耳式支座8，便于将超临界流体分离器100固定。

超临界流体分离器100还包括若干个吊环螺钉9，吊环螺钉9固定连接在密封盖11外壁上。设置吊环螺钉9，便于采用吊车将密封盖11吊起来，进而实现密封盖11的拆卸与安装。

超临界流体分离器100还包括空心管10，空心管10封底，空心管10封底一端设置在出口管6内部，空心管10另一端设置在出口管6外部，温度传感器44安装在空心管10内部。采用空心管10且空心管10底部封底，可以保证温度传感器44与分离器内部的密封性，也可以保证温度传感器44与分离器内部的超临界流体的接触进而引起的温度传感器44的损坏，延长温度传感器44的使用寿命。

超临界流体分离器100还包括若干个安装螺栓14，密封盖11上设有若干个通孔111，承接槽121上设有若干个螺纹孔1211，安装螺栓14穿过密封盖11的通孔111与承接槽121的螺纹孔1211螺纹连接。采用安装螺栓14用于密封盖11的紧固，便于密封盖11的拆卸。

超临界流体分离器100还包括若干个启盖螺钉15，密封盖11上设有若干个启盖螺纹孔112，启盖螺钉15螺纹连接在密封盖11的启盖螺纹孔112并能够抵接于分离内筒体12的承接槽121平面上，启盖螺钉15的螺纹长度大于密封盖11的厚度。采用启盖螺钉15，仅需拧启盖螺钉15就可以将密封盖11顶起，进而将密封盖11拆卸，操作简单、方便，也避免暴力拆卸密封盖11带来的损坏。

密封盖11与分离内筒体12的承接槽121之间还设有密封圈16。保证了密封盖11与分离内筒体12之间的密封效果。

温度控制系统45为PLC控制系统。温度控制系统45采用PLC控制系统，具有使用方便、可靠性高和抗干扰能力强的效果。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种超临界流体分离器，其特征在于：包括分离釜、立柱式通道管、螺旋板和温控装置，所述温控装置设置在所述分离釜内用于调控所述分离釜内部的温度，所述立柱式通道管固定连接在所述分离釜内侧顶部，所述螺旋板固定连接在所述立柱式通道管外壁上，所述螺旋板的外边缘紧贴所述分离釜内壁，所述分离釜外侧壁上设有进口管，所述分离釜顶部设有出口管，所述分离釜底部设有排污管，所述进口管与所述出口管及所述排污管分别与所述分离釜内部连通。

2.根据权利要求1所述的超临界流体分离器，其特征在于：所述分离釜包括密封盖、分离内筒体和内筒体封头，所述分离内筒体顶部设有承接槽，所述密封盖固定连接在所述分离内筒体的所述承接槽内，所述立柱式通道管固定连接在所述密封盖上，所述内筒体封头固定连接在所述分离内筒体底部，所述分离内筒体外侧壁上设有所述进口管，所述内筒体封头外壁上设有所述排污管，所述密封盖外壁上设有所述出口管。

3.根据权利要求2所述的超临界流体分离器，其特征在于：所述温控装置包括夹套筒体、肩环板、夹套筒体封头、温度传感器、温度控制系统和制冷机组，所述夹套筒体设置在所述分离内筒体外壁，所述夹套筒体的顶部与所述肩环板的一端固定连接，所述肩环板的另一端与所述分离内筒体外壁固定连接，所述夹套筒体的底部与所述夹套筒体封头的一端固定连接，所述夹套筒体封头的另一端与所述内筒体封头外壁固定连接，所述肩环板与所述夹套筒体及所述夹套筒体封头共同组成一个密封的腔室，所述温度传感器设置在所述出口管上且与所述温度控制系统电连接，所述夹套筒体上设有冷却剂出口管，所述夹套筒体封头上设有冷却剂入口管，所述冷却剂出口管与所述冷却剂入口管分别与所述腔室连通，所述冷却剂出口管和所述冷却剂入口管分别与所述制冷机组连通，所述制冷机组与所述温度控制系统电连接。

4.根据权利要求3所述的超临界流体分离器，其特征在于：还包括若干个耳式支座，所述耳式支座固定连接在所述夹套筒体外壁上。

5.根据权利要求2所述的超临界流体分离器，其特征在于：还包括若干个吊环螺钉，所述吊环螺钉固定连接在所述密封盖外壁上。

6.根据权利要求3所述的超临界流体分离器，其特征在于：还包括空心管，所述空心管封底，所述空心管封底一端设置在所述出口管内部，所述空心管另一端设置在所述出口管外部，所述温度传感器安装在所述空心管内部。

7.根据权利要求2所述的超临界流体分离器，其特征在于：还包括若干个安装螺栓，所述密封盖上设有若干个通孔，所述承接槽上设有若干个螺纹孔，所述安装螺栓穿过所述密封盖的所述通孔与所述承接槽的所述螺纹孔螺纹连接。

8.根据权利要求2所述的超临界流体分离器，其特征在于：还包括若干个启盖螺钉，所述密封盖上设有若干个启盖螺纹孔，所述启盖螺钉螺纹连接在所述密封盖的所述启盖螺纹孔并能够抵接于所述分离内筒体的所述承接槽平面上，所述启盖螺钉的螺纹长度大于所述密封盖的厚度。

9.根据权利要求2所述的超临界流体分离器，其特征在于：所述密封盖与所述分离内筒体的所述承接槽之间还设有密封圈。

10.根据权利要求3所述的超临界流体分离器，其特征在于：所述温度控制系统为PLC控制系统。