CN203620302U

CN203620302U - 一种超临界流体分离釜结构

Info

Publication number: CN203620302U
Application number: CN201320882095.5U
Authority: CN
Inventors: 祝勇仁
Original assignee: Zhejiang Institute of Mechanical and Electrical Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Institute of Mechanical and Electrical Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2023-12-31

Abstract

一种超临界流体分离釜结构，包括釜体，釜体上端设有开口，釜体上部侧壁开有流体进口，流体进口连接进口管，进口管向下弯曲且内部出口朝向釜体内壁，流体进口的相对位置开有位于釜体上部侧壁的流体出口，釜体的底部设有挡板，挡板的下方设有贯通釜体的回收漏斗，釜体的外设有水夹套，水夹套与釜体间形成交换腔，交换腔的下部设有进水管，交换腔的上部设有出水管。

Description

一种超临界流体分离釜结构

技术领域

本实用新型涉及超临界流体分离釜结构。

背景技术

目前，与超临界流体（二氧化碳是最常用的超临界流体）分离釜最接近的同类技术主要是用于医药、食品、香料、石油化工及环保等领域的超临界流体萃取釜技术，由于工艺过程（压力一般在8-35MPa或更高）的特殊性，需要解决其产生的机械、热交换、流体输送和安全保证等问题。其结构组成主要有釜体、换热结构和密封结构组成，典型的超临界CO²萃取工艺流程，将被萃取物粉碎后放入萃取釜中密封，设定好萃取釜的温度和压力。CO²经高压计量泵增压进入萃取器，与其中的原料接触、传质，节流膨胀后进入分离器。这时由于溶质在CO₂中的溶解度降低而凝聚析出，汇集在分离器底部，而CO₂溶剂则从分离器顶端引出，循环使用。而应用在超临界流体染色上进行染料与CO₂溶剂超临界流体进行分离的分离釜目前主要应用还在实验室及中试阶段，相关的研究还比较少，其工作压力一般在12MPa-30MPa或更高，因此设计条件比萃取分离釜要求要高，其釜体设计、密封性、换热结构设计对分离效果具有较大影响。分离釜的工作流程是：当制冷机和主泵工作，染色釜达到工艺要求主要是温度、压力、流量等条件的条件时，缓慢打开进入分离釜的节流阀，保持染色釜的压力不变，分离釜慢慢升压，达到设定的分离压力时，打开并调节分离釜出口的流量阀，保持分离釜压力不变，此时会有一定量的超临界CO₂流体不断的从分离釜流入汇流排，净化器，冷凝器又到主泵形成了如下循环：主泵→染色釜→分离釜→汇流排→净化器→冷凝器→主泵的循环，带有染料的超临界流体在分离釜中进行了降温降压，实现染料和超临界流体的分离，并从分离器底部析出回收，超临界CO₂流体则回到主泵再次循环使用。由于不同染色对象和染料，要达到不同织物的上染率和染色深度的不同，导致染色温度、压力和流量会有区别，因此分离釜也要适应这种变化，同时由于染色操作是一种间歇操作，分离釜作为受交变载荷作用的疲劳设备，以及超临界流体的强腐蚀性，设计时必须考虑容器的耐热、耐疲劳、耐腐蚀性能及综合性能的要求，这样使得染色分离釜的设计要求比较高，因此在材料和密封的选择上就导致了不同的结构的出现以满足这些要求。

实用新型内容

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种能耐热、耐疲劳、耐腐蚀的超临界流体分离釜结构，满足了超临界流体中染料成功分离对密封和换热过程的需求。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种超临界流体分离釜结构，包括釜体，釜体上端设有开口，釜体上部侧壁开有流体进口，流体进口连接进口管，进口管向下弯曲且内部出口朝向釜体内壁，流体进口的相对位置开有位于釜体上部侧壁的流体出口，釜体的底部设有挡板，挡板的下方设有贯通釜体的回收漏斗，釜体的外设有水夹套，水夹套与釜体间形成交换腔，交换腔的下部设有进水管，交换腔的上部设有出水管。

开口内设有密封座，开口外端设有用于压紧密封座的压紧封头，密封座内设有伸入釜体内的压力表及温度计。密封座与压紧密封座的压紧封头间设有挡圈。

密封座的外侧上开有贯穿密封座下端的安装槽，安装槽上安装有V型密封圈组，在密封座的下端面上固定有内板，内板的外沿限位顶压在V型密封圈组下端面的内部分，开口的内壁设有限位台阶，限位台阶限位顶压在V型密封圈组下端面的外部分，限位台阶的内壁与内板外壁之间设有间隙。V型密封圈组包括上压环和下压环，上压环和下压环之间设有一组呈倒V形结构的密封圈，下压环的上表面为倒V形凸起并顶压在密封圈，密封圈下表面的中间开有展开槽。流体进口与进口管通过管接头锁母固定。交换腔的外设有保温层。

在超临界CO₂流体染色、分离过程中，CO₂流体在不同压力和温度下冷凝、升压、升温、汽化及节流膨胀等是超临界流体染色工艺的基本要求，同时由于染色过程是间歇的，因此染色釜、分离釜都应用能承受交变载荷的能力，在设计上，经过分离釜的超临界CO₂流体要实现染色介质从超临界CO₂流体中分离析出，必须考虑在不同条件下发生的相变过程伴随的大量热效应，因此，在工业化染色装置研制过程中，过程热平衡的计算及CO₂和染色介质的回收利用以及釜体的承压和可靠密封是工业化染色装置的需要。综合考虑这些需求设计的分离釜要具有换热、耐疲劳、耐腐蚀、承压和密封等综合性能，釜体设计应符合GB4732-1995钢制压力容器分析设计标准，由于分离釜的釜体受交变载荷的作用，因此还需需按JB4732-1995标准对其进行疲劳分析设计，为保证釜体的可靠密封，需进行液压试验，保压24小时，无压降，试压用水的氯离子小于25ppm。结构上分离釜包括了超临界流体降温过程换热的水夹套、釜体和密封结构。水夹套与分离釜釜体采用焊接结构，要求焊接牢固，无泄漏，水夹套外敷保温层，以防与外界进行热交换，影响换热效率。由于高压下超临界流体的CO2渗透性强，密封采用组合的V型密封，上下压环则采用金属材料0Cr18Ni9,中间的V型密封圈垫采用改性的增强聚四氟乙烯以避免密封圈的溶胀现象出现，防止泄露。密封座用螺旋式封头固定，需要进行分离釜内部清洗时，开合方便。

本实用新型有益的效果是：本实用新型螺旋式压紧组合V型密封对于不经常打开的分离釜设计而言，提高了密封效果，组合V型密封圈环环绕在在密封座的外表面，可防止密封圈的脱落，提高开启效率，在材料的选择上，密封圈都采用了改性的增强聚四氟乙烯，有效减少了传统橡胶材料在超临界CO₂流体下的高溶胀现象，密封垫的上下压环采用0Cr18Ni9，可有效减少超临界CO₂流体对密封垫的溶蚀，增加了密封垫的使用寿命，在实际超临界流体染色分离的应在中，该密封结构保证密封圈的长时间使用且不出现泄露和压降，表明这种密封设计形式在应用上是可以推广使用的。通过调节进水口温度和流量，分离釜的换热过程在实际应用中能满足超临界流体的染料和染剂的分离，实现成本低。结构设计易于实现，值得推广应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中A部分的放大示意图；

图3为本实用新型中V型密封圈组的结构示意图。

附图标记说明：釜体1，开口2，流体进口3，进口管4，流体出口5，挡板6，回收漏斗7，水夹套8，交换腔9，进水管9-1，出水管9-2，密封座10，安装槽10-1，压紧封头11，压力表及温度计12，挡圈13，V型密封圈组14，上压环14-1，下压环14-2，密封圈14-3，展开槽14-4，内板15，间隙16，管接头锁母17，保温层18。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

参照附图：这种超临界流体分离釜结构，包括釜体1，釜体1上端设有开口2，釜体1上部侧壁开有流体进口3，流体进口3连接进口管4，进口管4向下弯曲且内部出口朝向釜体1内壁，流体进口3的相对位置开有位于釜体1上部侧壁的流体出口5，釜体1的底部设有挡板6，挡板6的下方设有贯通釜体1的回收漏斗7，釜体1的外设有水夹套8，水夹套8与釜体1间形成交换腔9，交换腔9的下部设有进水管9-1，交换腔9的上部设有出水管9-2。开口2内设有密封座10，开口2外端设有用于压紧密封座10的压紧封头11，密封座10内设有伸入釜体1内的压力表及温度计12。密封座10与压紧封头11之间设有挡圈13。

密封座10的外侧上开有贯穿密封座10下端的安装槽10-1，安装槽10-1上安装有V型密封圈组14，在密封座10的下端面上固定有内板15，内板15的外沿限位顶压在V型密封圈组14下端面的内部分，开口2的内壁设有限位台阶2-1，限位台阶2-1限位顶压在V型密封圈组14下端面的外部分，限位台阶2-1的内壁与内板15外壁之间设有间隙16。V型密封圈组14包括上压环14-1和下压环14-2，上压环14-1和下压环14-2之间设有一组呈倒V形结构的密封圈14-3，下压环14-1的上表面为倒V形凸起并顶压在密封圈14-3，密封圈14-3下表面的中间开有展开槽14-4。

流体进口3与进口管4通过管接头锁母17固定。交换腔9的外设有保温层18。

超临界流体分离釜封结构主要构成：分离釜釜体，水夹套、螺旋式压盖，密封座，V型组合密封组等。分离釜的分离过程可描述如下：带染料的超临界流体从左边的管路流进釜体，右边的管路流出釜体，同时水流从右边进水口通过调节阀门进入水夹套，再从左边的出水口流出，换热过程中实现超临界流体的温降，同时流入分离釜前的超临界流体已经过压降，经过分离，超临界流体气化后流出，循环利用，分离析出的染料则经过釜体下部的管道重新收集，实现染料的重复使用。

虽然本实用新型已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims

1.一种超临界流体分离釜结构，包括釜体（1），釜体（1）上端设有开口（2），其特征是：所述釜体（1）上部侧壁开有流体进口（3），流体进口（3）连接进口管（4），进口管（4）向下弯曲且内部出口朝向釜体（1）内壁，流体进口（3）的相对位置开有位于釜体（1）上部侧壁的流体出口（5），釜体（1）的底部设有挡板（6），挡板（6）的下方设有贯通釜体（1）的回收漏斗（7），所述釜体（1）的外设有水夹套（8），水夹套（8）与釜体（1）间形成交换腔（9），交换腔（9）的下部设有进水管（9-1），交换腔（9）的上部设有出水管（9-2）。

2.根据权利要求1所述的超临界流体分离釜结构，其特征是：所述开口（2）内设有密封座（10），开口（2）外端设有用于压紧密封座（10）的压紧封头（11），密封座（10）内设有伸入釜体（1）内的压力表及温度计（12）。

3.根据权利要求2所述的超临界流体分离釜结构，其特征是：所述密封座（10）与压紧封头（11）之间设有挡圈（13）。

4.根据权利要求2所述的超临界流体分离釜结构，其特征是：所述密封座（10）的外侧上开有贯穿密封座（10）下端的安装槽（10-1），安装槽（10-1）上安装有V型密封圈组（14），在密封座（10）的下端面上固定有内板（15），内板（15）的外沿限位顶压在V型密封圈组（14）下端面的内部分，开口（2）的内壁设有限位台阶（2-1），限位台阶（2-1）限位顶压在V型密封圈组（14）下端面的外部分，限位台阶（2-1）的内壁与内板（15）外壁之间设有间隙（16）。

5.根据权利要求4所述的超临界流体分离釜结构，其特征是：所述V型密封圈组（14）包括上压环（14-1）和下压环（14-2），上压环（14-1）和下压环（14-2）之间设有一组呈倒V形结构的密封圈（14-3），下压环（14-1）的上表面为倒V形凸起并顶压在密封圈（14-3），密封圈（14-3）下表面的中间开有展开槽（14-4）。

6.根据权利要求1所述的超临界流体分离釜结构，其特征是：所述流体进口（3）与进口管（4）通过管接头锁母（17）固定。

7.根据权利要求1所述的超临界流体分离釜结构，其特征是：所述交换腔（9）的外设有保温层（18）。