CN207206913U - 一种超临界状态流体供液装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超临界状态流体供液装置，包括液态二氧化碳储罐、截止阀、制冷机组、高压计量泵、三通阀和输出管，所述液态二氧化碳储罐、截止阀、制冷机组、高压计量泵、三通阀和输出管依次管路相连，所述三通阀上设置有放空阀，所述输出管包括入口端和出口端，所述输出管上设有针阀；所述制冷机组包括工业冰柜、乙二醇水溶液、冷却箱和冷凝管，所述冷却箱安装在所述工业冰柜内，所述乙二醇水溶液盛放在所述冷却箱内，所述冷凝管浸泡在所述乙二醇水溶液内。本实用新型的超临界状态流体供液装置能提供超临界状态的二氧化碳，整个设计结构紧凑，成本低，注入精度高，稳定性好，能在超临界二氧化碳/聚丙烯挤出发泡扁带的生产中进行应用。

Description

一种超临界状态流体供液装置

技术领域

本实用新型涉及二氧化碳发泡成型领域，具体是涉及一种超临界状态流体供液装置。

背景技术

超临界二氧化碳的定义：1、随着压力、温度的变化，物质都存在气态、液态、固态三种状态，液态、气态共同存在状态的点叫做临界点；2、超临界流体指的是温度和压力都高于其临界点的流体；3、超临界二氧化碳就是CO2的超临界状态。

超临界状态既不是气态也不是液态，但是具有气态和液态的双重优点，极容易扩散，又有很强的溶解能力。超临界二氧化碳由于无毒、无味、不燃、便宜、容易收得等特点倍受青睐。超临界二氧化碳具有以下的优势：溶解能力随着温度的和压力的变化而变化，聚合物被溶胀的程度及渗透到聚合物和溶剂之间的分配均可通过调节温度和压力来实现；增塑作用能力大幅度提升渗透剂在溶胀后聚合物中扩散的速度；运用范围广泛的环境友好的介质。

超临界二氧化碳由于对聚合物拥有渗透能力和溶胀能力，可以作为发泡剂替代当前对环境有相当大污染的有机溶剂用于聚合物多孔材料、气凝胶的制备。另外，二氧化碳自己本身就具有增塑作用，在溶胀聚合物的过程中，同时降低了玻璃化转变温度，从而使超临界二氧化碳挤出发泡可在更低的温度下进行。

在挤出发泡的工艺中，注入发泡机的CO2必须要求是超临界状态，但是二氧化碳在通常状态下是气态的，因此要让挤出发泡工艺成为可能，就一定有一种超临界二氧化碳供液装置来实现生产工艺要求。

此外，现有的超临界二氧化碳供液装置结构复杂，产品稳定性低、供给精度低，不能满足高精度使用环境的要求。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种超临界状态流体供液装置。

(二)技术方案

二氧化碳的临界温度Tc＝31.1℃，临界压力P c＝7.38MPa。为了使二氧化碳成为超临界状态，必须泵送装置将低压的二氧化碳转变为超临界状态，即压力高于临界压力。液态的二氧化碳储罐容积一般为 5-15m³，设计压力为2.5MPa，最低设计温度为-30℃，多采用外包扎聚氨酯发泡塑料的绝热结构，因此，液态二氧化碳储罐需要自备增压蒸发器，罐体内设置冷凝管。从图1可以看出，二氧化碳在2.5MPa 时，如果要将其维持在液态，其温度必须在-12℃或者以下。

为使二氧化碳成为超临界状态，必须增加泵送装置。隔膜式计量泵和柱塞式计量泵为两种主要的高压计量泵，这两种泵的工作介质都需要液态。由于计量泵入口端与液态的二氧化碳储罐直接相连，因此，计量泵入口端的压力与二氧化碳储罐内的压力相同。当打开液态二氧化碳储罐后，液态二氧化碳会迅速气化而成为气态，从而造成计量泵无法正常工作。因此，在挤出发泡用超临界二氧化碳供液系统中必须设计一套冷却系统以维持二氧化碳注入管路中始终为液态，以保证注入的可靠性和准确性。经过冷凝管将从液态二氧化碳储罐液体出口所流出的二氧化碳冷凝成为液态才能满足柱塞式计量泵入口端完成后续工作的条件。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种超临界状态流体供液装置，包括液态二氧化碳储罐、截止阀、制冷机组、高压计量泵、三通阀和输出管，所述液态二氧化碳储罐、截止阀、制冷机组、高压计量泵、三通阀和输出管依次管路相连，所述三通阀上设置有放空阀，所述输出管包括入口端和出口端，所述输出管上设有针阀，所述输出管路的长度大于6m，所述入口端管口直径大于所述出口端管口直径；

所述制冷机组包括工业冰柜、乙二醇水溶液、冷却箱和冷凝管，所述冷却箱安装在所述工业冰柜内，所述乙二醇水溶液盛放在所述冷却箱内，所述冷凝管浸泡在所述乙二醇水溶液内。

进一步，还包括保温套，所述保温套套在管路上，所述保温套为防热辐射型聚氨酯发泡保温材料。

进一步，所述乙二醇水溶液中乙二醇的质量分数为40％-50％。

进一步，所述高压计量泵为柱塞式计量泵，所述高压计量泵的输出压力不低于30MPa。

进一步，还包括循环泵，所述循环泵抽取所述乙二醇水溶液并用所述乙二醇水溶液对所述高压计量泵的泵头进行冷却。

进一步，所述工业冰柜的功率大于100瓦。

(三)有益效果

本实用新型超临界状态流体供液装置能提供超临界状态的二氧化碳，整个设计结构紧凑，成本低，注入精度高，稳定性好，能在超临界二氧化碳/聚丙烯挤出发泡扁带的生产中进行应用。

附图说明

图1为本实用新型超临界状态流体供液装置的结构示意图；

其中，1为液态二氧化碳储罐，2为截止阀，3为冷却箱，4为高压计量泵，5为三通阀，6为针阀，7为放空阀，8为输出管，9为冷凝管， 10为乙二醇水溶液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的一种超临界状态流体供液装置的结构如图1所示，包括液态二氧化碳储罐1、截止阀2、制冷机组、高压计量泵4、三通阀5和输出管6，所述液态二氧化碳储罐1、截止阀2、制冷机组、高压计量泵4、三通阀5和输出管6依次管路相连。

制冷机组选用设计温度为-30℃或者以下的工业冰柜作为冷却机，用乙二醇水溶液10作为冷却介质。为了防止乙二醇对工业冰柜的污染以及挥发，在工业冰柜中放入用不锈钢制作的冷却箱3盛放乙二醇水溶液10。液态二氧化碳储罐1与高压计量泵4之间的管路用 10m不锈钢管盘成冷凝管9置于乙二醇水溶液10中，将流经的二氧化碳冷凝成液态。

高压计量泵4为柱塞式计量泵，柱塞式计量泵是通过柱塞在缸体中来回运动，通过进出阀门套管组件的来回交替关闭与打开来工作的。柱塞式计量泵的主要优点是：能产生相当高的压力；出口压力可以随注入后端的压力来进行调节；有自吸功能。因此，在此装置中是最佳的选择。但是，其缺点在于存在流量脉冲。为了保证注入的稳定性且降低脉冲对发泡制品成品率的影响，在柱塞式计量泵出口端与发泡装置之间安装一只针阀6，同时，将此段输出管8设计的长一点，一般不少于6m，所述输出管8包括入口端和出口端，出口端不锈钢管直径小于入口端。此装置中的柱塞式计量泵选用J系列计量泵，J 系列计量泵的额定输出压力可达到30MPa，最高压力可达到50MPa，有很高的适应性。

按柱塞式计量泵的工作原理，柱塞与缸体的摩擦会产生大量的热量。为了减少能耗，外露部分的铜管及二氧化碳输送不锈钢管应尽量短一些，与此同时，将所有外露部分管路用防热辐射型聚氨酯发泡保温材料制成的保温套做保温处理。

为了保证高压计量泵4体内的二氧化碳始终为液态，必须将摩擦热迅速换走，因此，在装置中用流量1m/h的水泵作为循环泵，将乙二醇水溶液对泵头进行冷却。

为了减少能耗，外露部分的铜管及二氧化碳输送不锈钢管应尽量短一些，与此同时，将所有外露部分管路用防热辐射型聚氨酯发泡保温材料制成的保温套做保温处理。

不同浓度下的乙二醇水溶液的热物理性质

表1

表1为不同浓度下的乙二醇水溶液热物理性质。高压计量泵4入口端的二氧化碳必须保持在-12℃或以下。为了使冷却液能够再次温度下正常的使用，选用冰点低于-20℃的乙二醇水溶液。从下表再结合使用要求，选用质量浓度为45％的乙二醇水溶液作为冷却介质是对系统最安全可靠的。

要使挤出发泡用超临界二氧化碳供液装置能够安全、可靠的使用，必须要让二氧化碳在高压计量泵4入口端始终保持液态。因此在使用的过程中，必须将二氧化碳的汽化热和热交换热量用冷却系统快速换出系统，此时，工业冷柜的功率必须达到一定要求。

Q＝mγ

式中：Q为汽化热；m为质量；为比潜热(比潜热是指单位质量(1Kg)的物质在相变点发生相变时所产生的热，很确定)。

表2

表2为不同温度下二氧化碳的饱和蒸汽压；温度-12℃、压力 2.5MPa下液态的二氧化碳密度是993.8kg/m³、定压比热容为 2.286KJ/(kg·℃)、比潜热为265.79KJ/kg。

以注入量为20ml/min来设计装置，则每分钟流过冷凝管的质量 m＝0.2kg。即每分钟所要交换的汽化热Q＝5.32KJ。

则消耗的功率P＝5.32×1000/60＝88.7W。

此装置配置的工业冰柜的功率在100W即可满足此设计的需求。

本实用新型的有益效果：能提供超临界状态的二氧化碳，整个设计结构紧凑，成本低，注入精度高，稳定性好，能在超临界二氧化碳 /聚丙烯挤出发泡扁带的生产中进行应用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种超临界状态流体供液装置，其特征在于，包括液态二氧化碳储罐(1)、截止阀(2)、制冷机组、高压计量泵(4)、三通阀(5)和输出管(8)，所述液态二氧化碳储罐(1)、截止阀(2)、制冷机组、高压计量泵(4)、三通阀(5)和输出管(8)依次管路相连，所述三通阀(5)上设置有放空阀(7)，所述输出管(8)包括入口端和出口端，所述输出管(8)上设有针阀(6)，所述输出管(8)的长度大于6m，所述入口端管口直径大于所述出口端管口直径；

所述制冷机组包括工业冰柜、乙二醇水溶液(10)、冷却箱(3)和冷凝管(9)，所述冷却箱(3)安装在所述工业冰柜内，所述乙二醇水溶液(10)盛放在所述冷却箱(3)内，所述冷凝管(9)浸泡在所述乙二醇水溶液(10)内。

2.如权利要求1所述的超临界状态流体供液装置，其特征在于，还包括保温套，所述保温套套在管路上，所述保温套为防热辐射型聚氨酯发泡保温材料。

3.如权利要求1所述的超临界状态流体供液装置，其特征在于，所述高压计量泵(4)为柱塞式计量泵，所述高压计量泵(4)的输出压力不低于30MPa。

4.如权利要求1所述的超临界状态流体供液装置，其特征在于，还包括循环泵，所述循环泵抽取所述乙二醇水溶液(10)并用所述乙二醇水溶液对所述高压计量泵(4)的泵头进行冷却。

5.如权利要求1所述的超临界状态流体供液装置，其特征在于，所述工业冰柜的功率大于100瓦。