CN117732818A - 一种反应容器的清洁系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种反应容器的清洁系统及方法，属于清洁系统技术领域，包括反应容器，还包括超声波发生器以及临时储液罐，反应容器内设置有清洁喷头，清洁喷头与远程等离子体单元连接，远程等离子体单元与清洁剂存储组件连接，清洁剂存储组件、超声波发生器、远程等离子体单元、清洁检测器和清洁喷头与清洁控制器相连；反应容器与临时储液罐之间通过管路循环连接。本发明能够对反应容器进行清洁和表面改性，去除反应容器内表面上的不期望材料，同时改变反应容器的表面性质，提高反应的效率、质量和安全，减少反应的停机时间，节省清洁剂的用量，降低清洁的运行费用，减少清洁剂对环境和人体的危害，避免清洁过程中产生的污染物的处理问题。
Description
技术领域
本发明属于清洁系统技术领域，具体为一种反应容器的清洁系统及方法。
背景技术
反应容器是一种用于进行化学反应的设备，通常由反应室、加热器、冷却器、搅拌器、进出口管道等组成。反应容器在化工、制药、食品等行业中有广泛的应用，但是在反应过程中，反应容器的内壁和内部设备会沉积一些不期望的材料，如反应物、副产物、杂质等，这些材料会影响反应的效率、质量和安全，因此需要定期对反应容器进行清洁。
目前，对反应容器的清洁主要有以下几种方法：
一种方法是使用人工清洁，即将反应容器拆卸，用刷子或者布等工具擦拭反应容器的内壁和内部设备，然后用水或者其他溶剂冲洗，最后重新安装。这种方法的缺点是：操作繁琐，耗时长，清洁效果不佳，容易造成二次污染，还会增加人员的劳动强度和安全风险。
另一种方法是使用在位清洗（CIP）系统，即在反应容器不拆卸的情况下，通过管路将清洁剂输送到反应容器内，利用清洁剂对反应容器的内壁和内部设备进行清洁，然后将清洁剂排出。这种方法的优点是：操作简便，节省时间，清洁效果较好，减少人员的劳动强度和安全风险。
但是在现有技术中，反应容器的清洁系统及方法需要的清洁剂的用量较大，增加了清洁的运行费用和环境负担以及危害人体；清洁剂的清洁效果受到反应容器的温度、压力、流速等参数的影响，需要进行精确的控制和调节，否则会降低清洁的效率和效果；清洁剂的清洁作用主要是通过溶解、乳化、湿润、鳌合、分散、水解、氧化等化学机制，不能改变反应容器的表面性质，如增加表面粗糙度、降低表面张力等，从而提高反应的效率、质量和安全。
综上所述，现有的对反应容器进行清洁的方法都存在一些问题和缺点，需要进一步改进和完善。
发明内容
本发明提供一种反应容器的清洁系统及方法，用于解决上述背景技术中提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种反应容器的清洁系统，包括反应容器，还包括与反应容器连接的超声波发生器以及临时储液罐，所述反应容器内设置有清洁喷头，所述清洁喷头与远程等离子体单元连接，所述远程等离子体单元与清洁剂存储组件连接，所述清洁剂存储组件内存放有清洁剂，所述清洁剂存储组件、超声波发生器、远程等离子体单元和清洁喷头与清洁控制器相连；所述清洁控制器还连接有清洁检测器，所述清洁检测器包括光谱仪和深入反应容器内的摄像头；所述反应容器与临时储液罐之间通过管路循环连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过清洁剂存储组件、超声波发生器、远程等离子体单元、清洁喷头、清洁控制器等结构的配合作用，使本装置能够利用清洁剂、远程等离子体、超声波、清洁检测器等清理部件对反应容器进行清洁和表面改性，去除反应容器内表面上的不期望材料，同时改变反应容器的表面性质，提高反应的效率、质量和安全，减少反应的停机时间，通过与临时储液罐连接的循环回路节省了清洁剂的用量，降低清洁的运行费用，减少清洁剂对环境和人体的危害，避免清洁过程中产生的污染物的处理问题。
作为上述方案的进一步改进，所述反应容器的进水口与临时储液罐的排水口通过第二抽液泵管路连接，所述反应容器的排水口与临时储液罐的进水口通过第一抽液泵管路连接。
上述改进的技术效果为：通过第一抽液泵、第二抽液泵的设置，使本装置能够进一步的方便反应容器和临时储液罐之间的清洁剂的循环利用，进一步的节省了清洁剂的用量，降低了清洁的运行费用。
作为上述方案的进一步改进，所述第一抽液泵一侧的管路上设置有单向阀，所述第一抽液泵以及第二抽液泵与清洁控制器相连。
上述改进的技术效果为：通过单向阀以及第一抽液泵、第二抽液泵与清洁控制器连接的设置，使本装置能够通过单向阀防止清洁剂在反应容器和临时储液罐之间的循环过程中发生回流，避免清洁剂的浪费和污染，同时通过清洁控制器控制第一抽液泵和第二抽液泵的启停，实现清洁剂的精确输送和控制。
作为上述方案的进一步改进，所述清洁控制器调节清洁剂存储组件内清洁剂的流
量、压力、温度T、时间，其参数由以下公式确定：
，
，
，
，
其中，为清洁剂存储组件的截面积，为清洁剂的压差，为清洁剂的密度，为气体常数，为清洁剂的体积，为清洁剂的比热容，为清洁效率，、、、为常数。
所述的清洁效率由以下公式确定：
，
其中，为清洁前反应容器的内表面的污垢质量，为清洁后反应容器的内表
面的污垢质量。
所述反应容器的内表面的污垢质量由以下公式确定：
，
其中，为污垢的密度，为污垢的表面积，为污垢的厚度。
所述的污垢的厚度由以下公式确定：
，
其中，为清洁前反应容器（1）的内表面的反射光强，为清洁后反应容器（1）的
内表面的反射光强，为污垢的吸收系数。
所述以及的数据为清洁检测器（7）摄像头以及光谱仪测得。
上述改进的技术效果为：通过清洁控制器设定各参数公式以及清洁检测器的设置，使本装置能够进一步的方便清洁控制器通过清洁检测器的检测结果对各清理部件参数的设置。
作为上述方案的进一步改进，所述反应容器内还设置有干燥装置。
上述改进的技术效果为：通过干燥装置的设置，使本装置能够进一步的方便烘干反应容器，避免反应容器内残留水渍。
一种反应容器的清洁方法，包括以下步骤：
S1打开清洁控制器，根据储存的记录设置各部件的参数；
S2打开清洁剂存储组件，将清洁剂输送到远程等离子体单元，产生等离子体活化的清洁和表面改性物质；
S3打开清洁喷头，将清洁和表面改性物质喷射到反应容器的内表面，去除污垢和残留物，同时改变反应容器的表面性质；
S4打开超声波发生器，产生超声波，对反应容器进行清洁和活化；
S5打开反应容器的排水口以及临时储液罐的进水口并启动第一抽液泵，将反应容器内的清理过一遍的清洁剂排入临时储液罐内关闭反应容器的排水口以及临时储液罐的进水口，暂存临时储液罐内的清洁剂同时进行沉降；
S6打开清洁检测器，检测反应容器的清洁和表面改性程度，如不满足要求，则打开临时储液罐的排水口以及反应容器的进水口并启动第二抽液泵，重复利用上一遍清理后的清洁剂并重复S2-S5的步骤，直至达到预期效果，此时清洁控制器会记录储存各部件的参数；
S7打开反应容器的排水管道，将清洁和表面改性物质和污垢排出，关闭清洁喷头，清洁检测器，超声波发生器，清洁剂存储组件和远程等离子体单元，清洁过程结束；
S8打开反应容器的干燥装置，将反应容器内部吹干，避免水分对反应的影响。
附图说明
图1为本发明各部件连接结构示意图。
图2位本发明清洁系统的工作流程图。
图中：1、反应容器；2、清洁剂存储组件；3、超声波发生器；4、远程等离子体单元；5、清洁喷头；6、清洁控制器；7、清洁检测器；8、第一抽液泵；9、第二抽液泵；10、临时储液罐；11、单向阀。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解技术方案，下面结合实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
如图1所示，本实施例的具体方案为：一种反应容器的清洁系统，包括反应容器1，还包括与反应容器1连接的超声波发生器3以及临时储液罐10，反应容器1内设置有清洁喷头5，清洁喷头5与远程等离子体单元4连接，远程等离子体单元4与清洁剂存储组件2连接，清洁剂存储组件2内存放有清洁剂，清洁剂存储组件2、超声波发生器3、远程等离子体单元4和清洁喷头5与清洁控制器6相连；清洁控制器6还连接有清洁检测器7，清洁检测器7包括光谱仪和深入反应容器1内的摄像头；反应容器1与临时储液罐10之间通过管路循环连接。本发明通过清洁剂存储组件2、超声波发生器3、远程等离子体单元4、清洁喷头5、清洁控制器6等结构的配合作用，使本装置能够利用清洁剂、远程等离子体、超声波、清洁检测器7等清理部件对反应容器1进行清洁和表面改性，去除反应容器1内表面上的不期望材料，同时改变反应容器1的表面性质，提高反应的效率、质量和安全，减少反应的停机时间，通过与临时储液罐10连接的循环管路节省清洁剂的用量，降低清洁的运行费用，减少清洁剂对环境和人体的危害，避免清洁过程中产生的污染物的处理问题。
实施例2：
如图1所示，作为上述实施例的优选方式，反应容器1的进水口与临时储液罐10的排水口通过第二抽液泵9管路连接，反应容器1的排水口与临时储液罐10的进水口通过第一抽液泵8管路连接。通过第一抽液泵8、第二抽液泵9的设置，使本装置能够进一步的方便反应容器1和临时储液罐10之间的清洁剂的循环利用，进一步的节省了清洁剂的用量，降低了清洁的运行费用。第一抽液泵8一侧的管路上设置有单向阀11，第一抽液泵8以及第二抽液泵9与清洁控制器6相连。通过单向阀11以及第一抽液泵8、第二抽液泵9与清洁控制器6连接的设置，使本装置能够通过单向阀11防止清洁剂在反应容器1和临时储液罐10之间的循环过程中发生回流，避免清洁剂的浪费和污染，同时通过清洁控制器6控制第一抽液泵8和第二抽液泵9的启停，实现清洁剂的精确输送和控制。反应容器1内还设置有干燥装置。通过干燥装置的设置，使本装置能够进一步的方便烘干反应容器1，避免反应容器1内残留水渍。
实施例3：
作为上述实施例的优选方式，清洁控制器6调节清洁剂存储组件2内清洁剂的流量、压力、温度T、时间，其参数由以下公式确定：
，
，
，
，
其中，为清洁剂存储组件2的截面积，为清洁剂的压差，为清洁剂的密度，为气体常数，为清洁剂的体积，为清洁剂的比热容，为清洁效率，、、、为常数。
清洁效率由以下公式确定：
，
其中，为清洁前反应容器1的内表面的污垢质量，为清洁后反应容器1的内
表面的污垢质量。
反应容器1的内表面的污垢质量由以下公式确定：
，
其中，为污垢的密度，为污垢的表面积，为污垢的厚度。
污垢的厚度由以下公式确定：
，
其中，为清洁前反应容器（1）的内表面的反射光强，为清洁后反应容器（1）的
内表面的反射光强，为污垢的吸收系数。
以及的数据为清洁检测器7摄像头以及光谱仪测得。通过清洁控制器6设定各
参数公式以及清洁检测器7的设置，使本装置能够进一步的方便清洁控制器6通过清洁检测
器7的检测结果对各清理部件参数的设置。
在本实施例的实施过程中，参数设置的公式具体推导过程如下：
清洁剂的流量是指单位时间内通过清洁剂存储组件2的截面积的清洁剂的体
积，可以用以下公式表示：
，
其中，为清洁剂的平均流速。
清洁剂的压差与清洁剂的流速有以下关系：
，
其中，为清洁剂的密度。将上式代入流量公式，得到：
。
为了考虑清洁剂的流动特性，引入一个经验系数，为常数，得到：
。
清洁剂的压力与清洁剂的温度和体积有以下关系：
，
其中，为气体常数。
为了考虑清洁剂的压缩特性，我们引入一个经验系数，为常数，得到：
。
清洁剂的温度T与清洁剂的流量和比热容有以下关系：
。
为了考虑清洁剂的热传导特性，我们引入一个经验系数，为常数，得到：
。
清洁剂的时间与清洁效率有以下关系：
，
其中，k为清洁速率常数。
为了考虑清洁剂的反应特性，我们引入一个经验系数，为常数，得到：
，
对上式取对数，得到：
，
将上式变形，得到：
。
综上所述，得到控制调节清洁剂的流量、压力、温度、时间参数的公式：
，
，
，
。
清洁效率由以下公式确定：
，
其中，为清洁前反应容器1的内表面的污垢质量，为清洁后反应容器1的内
表面的污垢质量。
该公式的含义是，清洁效率越高，说明清洁后反应容器1的内表面的污垢质量越少，反应容器1的清洁程度越高。
反应容器1的内表面的污垢质量由以下公式确定：
，
其中，为污垢的密度，为污垢的表面积，为污垢的厚度。
该公式的含义是，污垢质量与污垢的密度、表面积和厚度成正比，即污垢的密度、表面积或厚度越大，污垢质量越大。
反射光强是指从反应容器1的内表面反射出来的光的强度，可以用以下公式表示：
，
其中，为入射光强，为反射率。
反射率是指反射光强与入射光强的比值，可以用以下公式表示：
。
反射率与反应容器1的内表面的折射率，入射角，污垢的吸收系数，污垢的厚
度有关，可以用以下公式表示：
。
为了简化问题方便运算，设定入射角为0，光线垂直于反应容器1的内表面，即清
洁检测器7的摄像头探头检测角度垂直，那么上式可以化简为：
。
将上式代入反射光强公式，得到：
。
为了方便表达，我们可以将该式进一步的化简为：
，
其中，为常数，且满足：
。
对上式取对数，得到：
，
将上式变形，得到：
。
由于等于，我们可以将上式化简为：
。
为了考虑污垢的吸收特性，我们引入一个经验系数，为常数，得到：
。
为了方便表达，我们可以将该式化简为：
。
其中，为污垢的吸收系数即常数，且满足：
。
综上所述，我们得到污垢的厚度的确定公式：
。
实施例4：
如图2所示，一种反应容器的清洁方法，具体包括以下步骤：
S1打开清洁控制器6，根据储存的记录设置各部件的参数；
S2打开清洁剂存储组件2，将清洁剂输送到远程等离子体单元4，产生等离子体活化的清洁和表面改性物质；
S3打开清洁喷头5，将清洁和表面改性物质喷射到反应容器1的内表面，去除污垢和残留物，同时改变反应容器1的表面性质；
S4打开超声波发生器3，产生超声波，对反应容器1进行清洁和活化；
S5打开反应容器1的排水口以及临时储液罐10的进水口并启动第一抽液泵8，将反应容器1内的清理过一遍的清洁剂排入临时储液罐10内关闭反应容器1的排水口以及临时储液罐10的进水口，暂存临时储液罐10内的清洁剂同时进行沉降；
S6打开清洁检测器7，检测反应容器1的清洁和表面改性程度，如不满足要求，则打开临时储液罐10的排水口以及反应容器1的进水口并启动第二抽液泵9，重复利用上一遍清理后的清洁剂并重复S2-S5的步骤，直至达到预期效果，此时清洁控制器6会记录储存各部件的参数；
S7打开反应容器1的排水管道，将清洁和表面改性物质和污垢排出，关闭清洁喷头5，清洁检测器7，超声波发生器3，清洁剂存储组件2和远程等离子体单元4，清洁过程结束；
S8打开反应容器1的干燥装置，将反应容器1内部吹干，避免水分对反应的影响。
在一种具体的清洁实施过程中：以下为已知参数：
清洁剂存储组件2的截面积=0.01m2，
清洁剂的压差=105Pa，
清洁剂的密度=1000kg/m3，
清洁剂的比热容=4200J/(kg⋅K)，
清洁剂的体积=0.1m3，
气体常数=8.314J/(mol⋅K)，
污垢的密度=1000kg/m3，
经验系数=0.8，=0.9，=0.95，=4.5，=0.2，=1.1。
S1打开清洁控制器6，根据储存的记录设置各部件的参数，其设定清洁剂存储组件
2内清洁剂的流量为0.1立方米/秒、压力为1.5兆帕、温度30摄氏度、时间为15秒；
S2打开清洁剂存储组件2，按照设定好的参数将清洁剂输送到远程等离子体单元4，清洁剂是一种含有氨、氢氧化钠、氧气和水的混合液，其浓度为10%，产生等离子体活化的清洁和表面改性物质；
S3打开清洁喷头5，将清洁和表面改性物质喷射到反应容器1的内表面，去除污垢和残留物，同时改变反应容器1的表面性质；
S4打开超声波发生器3，产生超声波，对反应容器1进行清洁和活化；
S5打开反应容器1的排水口以及临时储液罐10的进水口并启动第一抽液泵8，将反应容器1内的清理过一遍的清洁剂排入临时储液罐10内关闭反应容器1的排水口以及临时储液罐10的进水口，暂存临时储液罐10内的清洁剂同时进行沉降；
S6打开清洁检测器7，检测反应容器1的清洁和表面改性程度，如不满足要求，则打开临时储液罐10的排水口以及反应容器1的进水口并启动第二抽液泵9，重复利用上一遍清理后的清洁剂并重复S2-S5的步骤，直至达到预期效果，此时清洁控制器6会记录储存各部件的参数；
经清洁检测器7检测以及清洁控制器6的运算处理得出如下数据：
清洁前反应容器1的内表面的反射光强，
清洁后反应容器1的内表面的反射光强，
清洁前反应容器1的内表面的污垢质量，
清洁后反应容器1的内表面的污垢质量，
污垢的吸收系数，
清洁剂的流量，
清洁剂的压力，
清洁剂的温度，
清洁效率，
清洁剂的时间，
污垢的厚度；
S7打开反应容器1的排水管道，将清洁和表面改性物质和污垢排出，关闭清洁喷头5，清洁检测器7，超声波发生器3，清洁剂存储组件2和远程等离子体单元4，清洁过程结束；
S8打开反应容器1的干燥装置，将反应容器1内部吹干，避免水分对反应的影响。
上述具体清洁实施过程检测结果如表1所示。
表1 清理检测结果参数表
需要说明的是，在本文中，术语包括、包含或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本文中应用了具体个例对本发明技术方案的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种反应容器的清洁系统，包括反应容器（1），其特征在于，还包括与反应容器（1）连接的超声波发生器（3）以及临时储液罐（10），所述反应容器（1）内设置有清洁喷头（5），所述清洁喷头（5）与远程等离子体单元（4）连接，所述远程等离子体单元（4）与清洁剂存储组件（2）连接，所述清洁剂存储组件（2）内存放有清洁剂，所述清洁剂存储组件（2）、超声波发生器（3）、远程等离子体单元（4）和清洁喷头（5）与清洁控制器（6）相连；所述清洁控制器（6）还连接有清洁检测器（7），所述清洁检测器（7）包括光谱仪和深入反应容器（1）内的摄像头；所述反应容器（1）与临时储液罐（10）之间通过管路循环连接。
2.根据权利要求1所述的一种反应容器的清洁系统，其特征在于，所述反应容器（1）的进水口与临时储液罐（10）的排水口通过第二抽液泵（9）管路连接，所述反应容器（1）的排水口与临时储液罐（10）的进水口通过第一抽液泵（8）管路连接。
3.根据权利要求2所述的一种反应容器的清洁系统，其特征在于，所述第一抽液泵（8）一侧的管路上设置有单向阀（11），所述第一抽液泵（8）以及第二抽液泵（9）与清洁控制器（6）相连。
4.根据权利要求1所述的一种反应容器的清洁系统，其特征在于，所述清洁控制器（6）
调节清洁剂存储组件（2）内清洁剂的流量、压力、温度T、时间，其参数由以下公式确
定：
，
，
，
，
其中，为清洁剂存储组件（2）的截面积，为清洁剂的压差，为清洁剂的密度，
为气体常数，为清洁剂的体积，为清洁剂的比热容，为清洁效率，、、、为
常数。
5.根据权利要求4所述的一种反应容器的清洁系统，其特征在于，所述的清洁效率由
以下公式确定：
，
其中，为清洁前反应容器（1）的内表面的污垢质量，为清洁后反应容器（1）的内
表面的污垢质量。
6.根据权利要求5所述的一种反应容器的清洁系统，其特征在于，所述反应容器（1）的
内表面的污垢质量由以下公式确定：
，
其中，为污垢的密度，为污垢的表面积，为污垢的厚度。
7.根据权利要求6所述的一种反应容器的清洁系统，其特征在于，所述的污垢的厚度
由以下公式确定：
，
其中，为清洁前反应容器（1）的内表面的反射光强，为清洁后反应容器（1）的内表
面的反射光强，为污垢的吸收系数。
8.根据权利要求7所述的一种反应容器的清洁系统，其特征在于，所述以及的数据
为清洁检测器（7）摄像头以及光谱仪测得。
9.根据权利要求1所述的一种反应容器的清洁系统，其特征在于，所述反应容器（1）内还设置有干燥装置。
10.一种反应容器的清洁方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1打开清洁控制器（6），根据储存的记录设置各部件的参数；
S2打开清洁剂存储组件（2），将清洁剂输送到远程等离子体单元（4），产生等离子体活化的清洁和表面改性物质；
S3打开清洁喷头（5），将清洁和表面改性物质喷射到反应容器（1）的内表面，去除污垢和残留物，同时改变反应容器（1）的表面性质；
S4打开超声波发生器（3），产生超声波，对反应容器（1）进行清洁和活化；
S5打开反应容器（1）的排水口以及临时储液罐（10）的进水口并启动第一抽液泵（8），将反应容器（1）内的清理过一遍的清洁剂排入临时储液罐（10）内关闭反应容器（1）的排水口以及临时储液罐（10）的进水口，暂存临时储液罐（10）内的清洁剂同时进行沉降；
S6打开清洁检测器（7），检测反应容器（1）的清洁和表面改性程度，不满足要求，则打开临时储液罐（10）的排水口以及反应容器（1）的进水口并启动第二抽液泵（9），重复利用上一遍清理后的清洁剂并重复S2-S5的步骤，直至达到预期效果，此时清洁控制器（6）记录储存各部件的参数；
S7打开反应容器（1）的排水管道，将清洁和表面改性物质和污垢排出，关闭清洁喷头（5），清洁检测器（7），超声波发生器（3），清洁剂存储组件（2）和远程等离子体单元（4），清洁过程结束；
S8打开反应容器（1）的干燥装置，将反应容器（1）内部吹干。
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