一种用于萃取分离的自动化沉降釜及控制方法
文献发布时间:2024-04-18 19:58:30
技术领域
本发明属于反应釜技术领域,具体涉及一种用于萃取分离的自动化沉降釜及控制方法。
背景技术
固液分离是将离散的难溶固体颗粒从液体中分离出来的机械方法,其中包括过滤、重力沉降、浮选以及在离心机和旋流器中借助离心力进行分离等方法。这些方法区别于蒸馏、结晶、吸附以及扩散等单元操作,这些操作单元的物料均为溶液,而不是固液两相混合物。固液分离技术运用领域极其广泛,从环境控制,到化工和食品产品的生产,从水净化到保护飞行器的敏感液压回路,液体中固体颗粒的质量分数从大于50%,到低于百万分之几,均能用到分离技术。化工生产过程中往往需要对混合物进行萃取和固液分离操作,通常是在反应釜中加入溶剂进行萃取,而后以压滤的方式达到反应釜中介质固液分离的目的,此法操作方便,设备简单,但存在自动化程度低、操作流程长、后续固体物料洗涤溶剂用量大、效率低、不能连续操作等问题。随着工业的发展和多样化,有大量的固液分离问题需要解决,这就促进了固液分离机械及其附属设备的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于萃取分离的自动化沉降釜及控制方法,用于实现萃取分离过程的自动化连续操作,减少溶剂用量,提高萃取分离效率。
本发明所述的用于萃取分离的自动化沉降釜,包括釜体(1)和盖合于釜体(1)开口处的釜盖(2),其特征在于:还包括与控制系统连接的进料组件(3)、搅拌组件(4)和压力转料组件(5);
所述釜盖(2)上固定有与控制系统连接的电磁液位计(6),用于检测釜体(1)内气液界面、固液界面的高度;
所述进料组件(3),用于溶剂加料,包括固定于釜盖(2)上的进料管(31),该进料管(31)一开口伸入至釜体(1)内部,另一开口贯穿釜盖(2)并延伸至釜体(1)的外部,所述进料管(31)位于釜体(1)外的部分固定有与控制系统连接的第一切断阀(32);
所述进料管(31)上设有第一支管(33)和第二支管(34),所述第一支管(33)和第二支管(34)位于第一切断阀(32)与釜盖(2)之间;
所述第一支管(33)上固定有与控制系统连接的气动球阀(35)和气体压力计(36),用于向釜体内通入保护气;
所述第二支管(34)上固定有与控制系统连接的单向阀(37)和电磁流量计(38),用于溶剂加料;
所述搅拌组件(4),用于固液搅拌萃取,包括变频电机(41)、搅拌轴(42)和搅拌片(43),所述搅拌轴(42)与釜盖(2)密封连接,一端与变频电机(41)的输出端连接,另一端伸入至釜体(1)内且连接有若干搅拌片(43),所述搅拌片(43)轴线与地面夹角小于90°;
所述压力转料组件(5),用于萃取后液体物质转移,包括压力转料管(51)、可伸缩波纹管(52)、浮标(53)、旋流防止器(54)和支撑板(55),所述压力转料管(51)一开口伸入至釜体(1)内部与可伸缩波纹管(52)的一端固定连接;可伸缩波纹管(52)的另一端与旋流防止器(54)连接;所述旋流防止器(54)上固定有浮标(53),下端固定有支撑板(55);所述浮标(53)通过滑轮(58)与釜体(1)内侧的导轨(59)滑动连接;所述压力转料管(51)位于釜体(1)外的部分固定有与控制系统连接的电导率仪(56)。
进一步的,搅拌片(43)的数量为四个,周向均匀布置于安装座(44)上,所述搅拌轴(42)与安装座(44)螺纹活动连接。
进一步的,釜盖(2)上设有排气管(7),该排气管(7)内固定有与控制系统连接的排气阀(8),用于釜内气体排出,避免釜内压力过高。
进一步的,釜体(1)底部设有出料口(9),该出料口(9)上固定有与控制系统连接的截止阀(10),防止物料泄漏。
进一步的,釜体(1)外侧壁套接有保温夹套,内侧壁固定有与控制系统连接的温度传感器,保温夹套用于萃取时保温,提高萃取效率。
进一步的,压力转料管(51)位于釜体(1)外的部分固定有与控制系统连接的第二切断阀(57),用于上层清液排出至外置储罐后防止液体倒流。
本发明还提供一种用于萃取分离的自动化沉降釜的控制方法,包括进料过程控制、萃取过程控制和固液分离控制;
进料过程控制为:控制系统控制进料组件实现进料,萃取结束后,固相不溶物在重力作用下沉降于釜体(1)底部,上层清液通过压力转料组件(5)排出,释放沉降釜有效容积,利用萃取后释放的容积,继续加料萃取,如此反复,直到混合物进料小于阈值为止;
萃取过程控制为:控制系统通过调节萃取温度和搅拌时间,将萃取组分有效溶解于溶剂中,控制系统通过电磁液位计(6)检测固液界面变化,待不溶固相物沉淀完全后,开始压力转料;
固液分离控制为:通过压力转料组件(5)将上层清液排出至外置储罐,对沉降釜进行加压处理,利用罐间的压力差进行压力转料,通过电导率仪(56)检测上清液电导率变化判断是否洗涤达标。
本发明的有效收益如下:
本发明由于在旋流防止器上固定有浮标,且旋流防止器与可伸缩波纹管连接,在压力转料时,能够有效防止沉淀物返混入上清液,提高了固液分离效果。
本发明搅拌轴与安装座螺纹活动连接,安装座周向均匀布置有多个搅拌片,通过改变搅拌轴转动方向,安装座能够上下移动,增强了搅拌效果。并且搅拌片轴线与地面夹角小于90°,扩大了搅拌范围。
本发明通过控制系统控制进料组件、搅拌组件和压力转料组件协同工作,一次萃取结束后,固相不溶物在重力作用下沉降于釜体底部,上层清液通过压力转料组件排出。此时沉降釜有效容积得到释放,利用萃取后释放的容积,继续加料萃取,如此反复,直到混合物进料小于某限值为止。在萃取分离的过程中,利用释放的有效容积,可以进行多次萃取后再进行沉淀物洗涤,极大地减少了溶剂用量。
本发明实现了自动加料、萃取和分离,降低了操作人员的劳动强度,提高了工作效率和操作精准度,减少了因人为因素造成的失误。
本发明结构简单,操作方便快捷,实用性高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明搅拌片的结构示意图;
图3是本发明浮标与滑轨的配合示意图;
图4是本发明旋流防止器与支撑板的配合示意图。
图中,1—釜体,2—釜盖,3—进料组件,31—进料管,32—第一切断阀,33—第一支管,34—第二支管,35—气动球阀,36—气体压力计,37—单向阀,38—电磁流量计,4—搅拌组件,41—变频电机,42—搅拌轴,43—搅拌片,44—安装座,5—压力转料组件,51—压力转料管,52—可伸缩波纹管,53—浮标,54—旋流防止器,55—支撑板,56—电导率仪,57—第二切断阀,58—滑轮,59—导轨,6—电磁液位计,7—排气管,8—排气阀,9—出料口,10—截止阀
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明的概念。
参见图1至图4,所示的用于萃取分离的自动化沉降釜,包括釜体1、密封盖合于釜体1开口处的釜盖2、进料组件3、搅拌组件4和压力转料组件5,所述进料组件3、搅拌组件4和压力转料组件5均与控制系统连接。
所述釜盖2上固定有与控制系统连接的电磁液位计6,用于检测釜体1内气液界面、固液界面高度。所述釜盖2上还固定有排气管7,该排气管7内固定有与控制系统连接的排气阀8,用于释放釜体压力。
所述进料组件3包括固定于釜盖2上的进料管31,该进料管31一开口伸入至釜体1内部,另一开口贯穿釜盖2并延伸至釜体1的外部,所述进料管31位于釜体1外的部分固定有与控制系统连接的第一切断阀32,通过第一切断阀32的开关实现进料控制。所述进料管31在第一切断阀32与釜盖2之间设有第一支管33和第二支管34。所述第一支管33上固定有与控制系统连接的气动球阀35和气体压力计36,通过气动球阀35的开关实现向釜体1内通入保护气,气体压力计36能够实时检测通入保护气的压力。所述第二支管34上固定有与控制系统连接的单向阀37和电磁流量计38,通过单向阀37的开关实现溶剂的加料,电磁流量计38用于检测溶剂流量,进而确定加料量。
所述搅拌组件4包括变频电机41、搅拌轴42和搅拌片43,所述搅拌轴42与釜盖2密封连接,一端与变频电机41的输出端连接,另一端伸入至釜体1内且通过安装座44连接有四个搅拌片43,四个搅拌片43周向均匀布置于安装座44上,所述搅拌轴42与安装座44螺纹活动连接,当调整变频电机的输出端的转动方向时,安装座44能够沿搅拌轴42上下移动,增强了搅拌效果。所述搅拌片43轴线与地面夹角小于90°,扩大了单次搅拌范围,提高了搅拌效率。
所述压力转料组件5包括压力转料管51、可伸缩波纹管52、浮标53、旋流防止器54和支撑板55,所述压力转料管51一开口伸入至釜体1内部与可伸缩波纹管52一端固定连接,所述可伸缩波纹管52另一端与旋流防止器54连接,该旋流防止器54上固定有浮标53,所述浮标53通过滑轮58与釜体1内侧的导轨59滑动连接。为了防止旋流防止器54与釜体1底部沉淀物接触,在旋流防止器54下端固定有支撑板55,通过支撑板55将旋流防止器54与沉淀物隔开。
所述压力转料管51位于釜体1外的部分固定有与控制系统连接的电导率仪56,用于检测上清液中萃取组分含量。所述压力转料管51位于釜体外的部分还固定有与控制系统连接的第二切断阀57,能够实时开启或关闭转料管路。
所述釜体1底部设有出料口9,该出料口9上固定有与控制系统连接的截止阀10,用于排出固相沉淀物。
所述釜体1外侧壁套接有保温夹套,内侧壁固定有与控制系统连接的温度传感器,实时检测釜体1内的温度情况。
所述的用于萃取分离的自动化沉降釜的控制方法,包括进料过程控制、萃取过程控制和固液分离控制。
进料过程控制为:根据沉降釜有效容积和萃取组分在一定温度下溶剂中的溶解度,并考虑实际操作中溶剂损失、溶质扩散速度以及搅拌难度,确定加入沉降釜内最大混合物质量和溶剂体积。控制系统通过电磁流量计38信号控制单向阀37的开闭,通过空气压力计36控制釜体1内压力,通过温度传感器信号实现釜体内温度控制。萃取结束后,固相不溶物在重力作用下沉降于釜体1底部,上层清液通过压力转料组件5排出,此时沉降釜有效容积得到释放,利用萃取后释放的容积,继续加料萃取,如此反复,直到混合物进料小于某限值为止。释放的有效容积可通过电磁液位计6信号获得,进而获得每次混合物和溶剂的加样量。通过释放的有效容积,可以进行多次萃取后再进行沉淀物洗涤,极大地减少了溶剂用量。为了使固相沉淀物再次起浮,同时减少变频电机41所受载荷压力,通过改变转向使与地面呈倾角的搅拌片43上下移动,增强搅拌效果。最后对沉淀物进行多次洗涤,降低固相沉淀物中萃取组分含量。
萃取过程控制为:控制系统通过调节萃取温度和搅拌时间,将萃取组分有效溶解于溶剂中,萃取过程中采用氮气等惰性气体作为保护气,防止溶剂挥发。控制系统通过电磁液位计6检测固液界面变化,待不溶固相物沉淀完全后,开始压力转料。
固液分离控制为:萃取过程结束后进行固液分离,通过压力转料组件5将上层清液排出至外置储罐,对沉降釜进行加压处理,利用罐间的压力差进行压力转料。首先设定安全流速,进而通过伯努利能量方程确定转料压力,为提高分离的效率,首先通过粗分快速分离掉釜体1中部分液相,使用电磁液位计6检测分离相的高度,快速分离的液相值达到釜体1内液相总量的70%±10%时停止粗分。快速转料停止后即进行慢转料,通过控制流速确定转料压力,当剩余液相的高度接近10%时停止。固相沉淀物经多次洗涤后,通过电导率仪56检测上清液电导率变化判断是否洗涤达标,最后,通过釜体1底部的出料口9排出。
本发明控制系统连接各个部件,通过预设各项参数,实现流量、液位、温度、转速、阀门开关等连锁控制,进而控制进料组件3、搅拌组件4和压力转料组件5协同工作,实现了进料、萃取、分离的自动化连续操作,极大地减少了溶剂用量,降低了操作人员的劳动强度,提高了工作效率和操作精准度,减少了因人为因素造成的失误。并且结构简单,操作方便快捷,达到实际工程应用要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
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