專利名稱：用于高壓容器快速進(jìn)出固態(tài)物料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及用于高壓容器快速進(jìn)出固態(tài)物料的方法和裝置。
背景技術(shù)：
一般而言化學(xué)反應(yīng)速度隨著溫度的升高而增加，而在常壓下反應(yīng)體系的溫度一般是有一定的限制的，因此許多化學(xué)反應(yīng)都是在一定壓力的高壓容器中進(jìn)行的。早期的化工生產(chǎn)主要以石油化工為主，石油化工的反應(yīng)原料多為液體狀態(tài)，因此傳統(tǒng)的高壓容器大多是通過(guò)管路來(lái)進(jìn)出物料的，和這些液體物料的輸送相關(guān)的也多采用球閥等這樣的控制結(jié)構(gòu)。但是這樣的結(jié)構(gòu)往往是不適用于固態(tài)物料的處理的。現(xiàn)在隨著石油儲(chǔ)量的減少，以生物質(zhì)為原料的生物煉制工業(yè)將具有更為廣闊的前景。生物煉制就需要處理更多的固態(tài)物料， 因此發(fā)展適用于固態(tài)物料處理的高壓容器就十分重要。汽爆設(shè)備就是一種廣泛使用的固態(tài)物料處理設(shè)備，其廣泛用于生物質(zhì)的初級(jí)煉制，用于木質(zhì)纖維素原料的預(yù)處理。但是目前汽爆設(shè)備，例如ZL01240306. 7，ZL00243852. 6 一般采用高壓球閥作為物料的進(jìn)出口閥門。高壓球閥雖然可以很好的密閉反應(yīng)器，但是球閥的口徑往往較小，因此進(jìn)出料的速度難以保證，生產(chǎn)效率較低，再有就是球閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其用于固態(tài)物料的進(jìn)出時(shí)很容易導(dǎo)致球閥中塞入纖維等物料導(dǎo)致球閥的漏氣，這實(shí)際上也導(dǎo)致球閥的使用壽命較液體物料短的多。因此開發(fā)適用于固態(tài)物料進(jìn)出高壓容器的閥門結(jié)構(gòu)就非常迫切。申請(qǐng)?zhí)枮?00710141271. 9的發(fā)明提出了一種新的汽爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其主體思想是將閥門的開口在可能的情況下作的的盡量大以保證汽爆速度的快，但是這種設(shè)計(jì)雖然保證了汽爆速度，但汽爆時(shí)的功率太大，導(dǎo)致汽爆罐只能做的很小，而無(wú)法放大，實(shí)際上汽爆過(guò)程的作用不只體現(xiàn)在汽爆速度上，過(guò)分強(qiáng)調(diào)汽爆速度只會(huì)導(dǎo)致誤入歧途。ZL200720079330. X也注意到了普通蒸球出料存在的問(wèn)題，提出了用安裝控制閥來(lái)解決出料問(wèn)題的思路，這種方法雖然在一定程度上有效，但是所采用的閥門也是普通的氣動(dòng)球閥，這樣也不可避免地會(huì)碰到汽爆設(shè)備一樣的問(wèn)題。ZL200720200703.4也注意到了普通蒸球進(jìn)料存在的問(wèn)題，提出了一種快開門結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)其實(shí)已廣泛用于各種壓力容器，如ZL200920127353.2中提到的壓力容器和 ZL02100176. 6中的固態(tài)發(fā)酵罐，這種快開門結(jié)構(gòu)雖然得到廣泛應(yīng)用，但是機(jī)構(gòu)復(fù)雜，開啟和關(guān)閉都需要電機(jī)操作，使用不夠方便。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的就是針對(duì)固態(tài)物料進(jìn)出高壓容器的難題發(fā)明用于高壓容器快速進(jìn)出固態(tài)物料的方法和裝置，有效地提高固態(tài)物料在高壓容器中處理的效率，同時(shí)確保容器在使用過(guò)程的安全性和可靠性。本發(fā)明的構(gòu)思傳統(tǒng)的高壓容器多用于處理液體反應(yīng)體系，因此所設(shè)計(jì)的管路和發(fā)明也較為適用于液體物質(zhì)，當(dāng)處理的體系變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，這樣的高壓容器就顯的不再適用。其關(guān)鍵問(wèn)題在于容器的進(jìn)出料的閥門和管路的設(shè)計(jì)和安裝，在充分考慮了固態(tài)物料和液體物料的差別后，本發(fā)明專利提出了如下的設(shè)計(jì)方案，較好的解決了固態(tài)物料在高壓容器中進(jìn)出料問(wèn)題，增加了高壓容器的使用效率。本發(fā)明技術(shù)方案本發(fā)明通過(guò)在普通高壓容器上安裝特殊設(shè)計(jì)的出料閥(圖1， 圖2，圖3，圖4，圖5和6)和進(jìn)料閥(圖7，圖8，圖9，圖10，圖11，圖12和13)形成特殊的裝置，通過(guò)出料閥和進(jìn)料閥的操作實(shí)現(xiàn)了固態(tài)物料的快速進(jìn)出高壓容器罐體材質(zhì)可以為碳鋼或不銹鋼，高徑比為0.5 1-5 1，可以是立式或臥式，罐體上有通入蒸汽、反應(yīng)底物、催化劑、溶劑等的管路，有用于維修的人孔或手孔。出料閥可以是燈籠式結(jié)構(gòu)(圖1，圖2，圖3和4)，由外套結(jié)構(gòu)(圖2)和內(nèi)芯結(jié)構(gòu)(圖1)組成，外套結(jié)構(gòu)和內(nèi)芯結(jié)構(gòu)的緊密配合通過(guò)內(nèi)芯結(jié)構(gòu)上的ο型圈(圖1上的標(biāo)注1)起到密封作用，外套結(jié)構(gòu)通過(guò)法蘭連接到高壓容器罐體的底部，內(nèi)芯結(jié)構(gòu)安裝在外套結(jié)構(gòu)的內(nèi)部， 通過(guò)氣動(dòng)設(shè)備拉推在內(nèi)芯結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)內(nèi)芯結(jié)構(gòu)推到到外套的頂部時(shí)(圖3)，出料閥密封， 當(dāng)內(nèi)芯結(jié)構(gòu)拉到外套的底部時(shí)(圖4)出料閥開啟，高壓容器中的物料可以在內(nèi)部壓力的作用下迅速排出容器。內(nèi)芯結(jié)構(gòu)為底部加蓋，中間鏤空的圓筒結(jié)構(gòu)，中間鏤空后剩余的支柱為2-20根，支柱的橫切面為三角形、扇形、菱形或有一個(gè)銳角的多邊形，并將角對(duì)準(zhǔn)于內(nèi)芯結(jié)構(gòu)的中軸線。出料閥也可以是r型結(jié)構(gòu)(圖5和圖6)。出料閥由外套結(jié)構(gòu)和活塞結(jié)構(gòu)組成，外套結(jié)構(gòu)為一個(gè)直管和一個(gè)1/4圓弧管相交而成，活塞由啟動(dòng)機(jī)構(gòu)拉推，當(dāng)活塞被推倒外套結(jié)構(gòu)的頂部時(shí)(圖5)出料閥密封，當(dāng)活塞被拉到外套結(jié)構(gòu)的底部時(shí)(圖6)出料閥開啟，高壓容器中的物料可以在內(nèi)部壓力的作用下迅速排出容器?？梢钥焖龠M(jìn)出固態(tài)物料的高壓容器進(jìn)料閥是盒式結(jié)構(gòu)(圖7，圖8，圖9，圖10和11)。進(jìn)料閥由料筒和底蓋兩部分組成，兩者由合頁(yè)結(jié)構(gòu)鏈接在一起，底蓋上有一耳和繩索相連，通過(guò)人力或者氣動(dòng)機(jī)構(gòu)拉動(dòng)繩索可將進(jìn)料閥關(guān)閉(圖9和圖11)放開繩索時(shí)進(jìn)料閥開啟(圖7，圖8和圖10)，料筒底部上開槽裝有密封用的ο型環(huán)，當(dāng)容器內(nèi)部充壓時(shí)，進(jìn)料閥自然閉緊，料筒截面可以是圓形 (圖10和圖11)，也可以是橢圓型或跑道型(圖7，圖8和圖9)，本進(jìn)料機(jī)構(gòu)可以通過(guò)法蘭安裝到高壓容器的頂部(圖11)，也可以通過(guò)焊接安裝到高壓容器的頂部(圖7，圖8，圖9 和10)?？梢钥焖龠M(jìn)出固態(tài)物料的高壓容器進(jìn)料閥也可以是倒V結(jié)構(gòu)(圖12和13)。進(jìn)料閥由料筒和V型底蓋兩部分組成，料筒安裝通過(guò)法蘭安裝于高壓容器的頂部，V型底蓋由啟動(dòng)機(jī)構(gòu)拉推，當(dāng)V型底蓋被推下時(shí)(圖12)，進(jìn)料閥開啟，通過(guò)料筒可以快速加料，當(dāng)V型底蓋被拉起時(shí)(圖13)，進(jìn)料閥關(guān)閉，當(dāng)容器內(nèi)部充壓時(shí)，進(jìn)料閥自然閉緊。可以快速進(jìn)出固態(tài)物料的高壓容器，盒式、倒V式進(jìn)料閥和燈籠式、r式出料閥可以自由組合。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)1.通過(guò)進(jìn)、出料閥的全新設(shè)計(jì)，加快了物料進(jìn)出速度，提高了高壓容器的使用效率；2.進(jìn)出料閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，使用過(guò)程中不容易產(chǎn)生機(jī)械故障，安全可靠，維修簡(jiǎn)單，使用成本低。3.用途廣泛，可以組合不同的進(jìn)出料閥的設(shè)計(jì)而體現(xiàn)不同的用途。


圖1燈籠式出料閥內(nèi)芯結(jié)構(gòu)示意圖，1，ο-型圈凹槽；2，支柱；3，內(nèi)芯底蓋。
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圖2燈籠式出料閥外套結(jié)構(gòu)示意圖，1，法蘭；2，外套。圖3燈籠式出料閥閉合狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，內(nèi)芯；2，外套。圖4燈籠式出料閥開啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，內(nèi)芯；2，外套。圖5r式出料閥閉合狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，法蘭；2，出料筒；3，活塞；4，氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖6r式出料閥開啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，法蘭；2，出料筒；3，活塞；4，氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖7盒式進(jìn)料閥開啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，料筒；2，底蓋；3，耳。圖8盒式進(jìn)料閥開啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，料筒；2，底蓋；3，合頁(yè)；4，耳；5，o_型圈凹槽。圖9盒式進(jìn)料閥閉合狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，料筒；2，底蓋；3，合頁(yè)；4，耳。圖10盒式進(jìn)料閥開啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，料筒；2，底蓋；3，耳。圖11盒式進(jìn)料閥開啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，法蘭；2，料筒；3，底蓋；4，拉線；5，合頁(yè)；6，氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖12倒V型進(jìn)料閥開啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，氣動(dòng)機(jī)構(gòu)；2，料筒；3，V型底蓋。圖13倒V型進(jìn)料閥閉合狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖，1，氣動(dòng)機(jī)構(gòu)；2，料筒。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1本發(fā)明所公開的用于高壓容器快速進(jìn)出固態(tài)物料的方法和裝置可以用于間歇式
汽爆罐。蒸汽爆破技術(shù)簡(jiǎn)稱汽爆技術(shù)，是利用飽和蒸汽的高溫高壓處理生物質(zhì)等原料的一種方法，將這些原料放置到高壓容器中，通入飽和蒸汽到一定壓力后維持一段時(shí)間，然后迅速將高壓容器的閥門打開將物料爆出。目前所使用的汽爆罐基本上為間歇式，間歇式的小型汽爆罐多是在一個(gè)圓筒的兩端安裝高壓球閥，一個(gè)用于進(jìn)料一個(gè)用于出料，而生產(chǎn)型的間歇式汽爆罐采用的結(jié)構(gòu)多為一個(gè)圓柱式罐體在上下安裝球閥。球閥是汽爆罐的關(guān)鍵性部件，但是球閥用于固態(tài)物料的進(jìn)出時(shí)有許多問(wèn)題，兩個(gè)典型的問(wèn)題是，球閥的孔徑一般有限導(dǎo)致進(jìn)出料速度較慢，影響生產(chǎn)效率，再有就是球閥的密封結(jié)構(gòu)中容易塞入固態(tài)物料導(dǎo)致密封效果下降，嚴(yán)重影響球閥的使用壽命。本發(fā)明用作間歇式汽爆罐處理秸稈等纖維質(zhì)原料時(shí)，罐體為5m3，高徑比為2 1， 進(jìn)料閥采用盒式進(jìn)料閥，出料閥采用燈籠式出料閥，出料閥的內(nèi)芯結(jié)構(gòu)的支柱數(shù)選擇為3 根以適合纖維質(zhì)原料的處理。實(shí)施例2本發(fā)明用于間歇式汽爆罐時(shí)，也可以采用如下配置，罐體為10m3，高徑比為 3.5 1，進(jìn)料閥采用倒V型進(jìn)料閥，進(jìn)料筒的直徑選擇為300mm，出料閥采用燈籠式出料閥， 出料閥的內(nèi)芯結(jié)構(gòu)的支柱數(shù)選擇為4根。實(shí)施例3本發(fā)明所公開的用于高壓容器快速進(jìn)出固態(tài)物料的方法和裝置可以用于固態(tài)物料蒸料罐。固態(tài)物料的蒸煮廣泛應(yīng)用在釀造行業(yè)，比如固態(tài)發(fā)酵白酒的物料在入窖前一般需要經(jīng)過(guò)1-2小時(shí)的蒸煮，傳統(tǒng)的蒸煮方式多采用常壓蒸煮，所需的時(shí)間較長(zhǎng)，能耗較高，生產(chǎn)效率低下。本發(fā)明可以配置為固態(tài)物料蒸料罐。本發(fā)明用于固態(tài)物料蒸料罐時(shí)罐體為6m3，高徑比為3 1，進(jìn)料閥采用盒式進(jìn)料閥，出料閥采用r型出料閥，出料閥的出料筒直徑選擇為200mm，可以直接從處理車間連接到發(fā)酵車間。采用本發(fā)明可以將蒸料時(shí)間從l-2h縮短到10-20min左右，能耗降低40-60%。 同時(shí)物料的發(fā)酵效果有所提高。實(shí)施例4本發(fā)明所公開的用于高壓容器快速進(jìn)出固態(tài)物料的方法和裝置可以用于固態(tài)物料滅菌罐。固態(tài)物料的滅菌是固態(tài)發(fā)酵行業(yè)必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的固態(tài)物料的滅菌設(shè)備多采用蒸球，蒸球多采用蝶閥作為物料進(jìn)出的閥門，開關(guān)速度較慢，生產(chǎn)效率較低，尤其是物料難以自動(dòng)從蒸球中排出，常需要人工將物料從中鏟出，勢(shì)必導(dǎo)致滅菌后的物料又污染雜菌。本發(fā)明用于固態(tài)物料滅菌罐時(shí)罐體選擇為3m3，高徑比為2.5 1，采用倒V型進(jìn)料閥，進(jìn)料閥進(jìn)料筒的直徑選擇為250mm，足可以滿足常用固態(tài)基質(zhì)的進(jìn)料需要，選用出料筒直徑為120mm的r型出料閥，出料筒和固態(tài)發(fā)酵的裝料間直接相連。
權(quán)利要求
1.用于高壓容器快速進(jìn)出固態(tài)物料的裝置，其特征在于通過(guò)在普通高壓容器上安裝特殊設(shè)計(jì)的燈籠式結(jié)構(gòu)或r式結(jié)構(gòu)出料閥和盒式結(jié)構(gòu)或倒V式結(jié)構(gòu)進(jìn)料閥形成特殊的裝置。
2.用于高壓容器快速進(jìn)出固態(tài)物料的方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1所述的裝置， 通過(guò)出料閥和進(jìn)料閥的操作實(shí)現(xiàn)固態(tài)物料的快速進(jìn)出。
3.如權(quán)利要求1所述的高壓容器，其特征在于，所述的高壓容器罐體材質(zhì)可以為碳鋼或不銹鋼，高徑比為0.5 1-5 1，可以是立式或臥式，罐體上有通入蒸汽、反應(yīng)底物、催化劑、溶劑等的管路，有用于維修的人孔或手孔。
4.如權(quán)利要求1所述的用于高壓容器快速進(jìn)出固態(tài)物料的裝置，其特征在于所述的盒式結(jié)構(gòu)或倒V式結(jié)構(gòu)進(jìn)料閥和燈籠式結(jié)構(gòu)或r式結(jié)構(gòu)出料閥可以自由組合。
5.如權(quán)利要求1所述的燈籠式結(jié)構(gòu)出料閥，其特征在于，所述的出料閥由外套結(jié)構(gòu)(圖 2)和內(nèi)芯結(jié)構(gòu)(圖1)組成，外套結(jié)構(gòu)和內(nèi)芯結(jié)構(gòu)的緊密配合通過(guò)內(nèi)芯結(jié)構(gòu)上的0型圈起到密封作用，外套結(jié)構(gòu)通過(guò)法蘭連接到高壓容器罐體的底部，內(nèi)芯結(jié)構(gòu)安裝在外套結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，通過(guò)氣動(dòng)設(shè)備拉推在外套結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5所述的燈籠式出料閥的內(nèi)芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的內(nèi)芯結(jié)構(gòu)為底部加蓋，中間鏤空的圓筒結(jié)構(gòu)，中間鏤空后剩余的支柱為2-20根，支柱的橫切面為三角形、 扇形、菱形或有一個(gè)銳角的多邊形，并將角對(duì)準(zhǔn)于內(nèi)芯結(jié)構(gòu)的中軸線。
7.如權(quán)利要求1所述的r型結(jié)構(gòu)出料閥，其特征在于，所述的出料閥由外套結(jié)構(gòu)和活塞結(jié)構(gòu)組成，外套結(jié)構(gòu)為一個(gè)直管和一個(gè)1/4圓弧管相交而成，活塞由啟動(dòng)機(jī)構(gòu)拉推。
8.如權(quán)利1所述的盒式結(jié)構(gòu)進(jìn)料閥，其特征在于，所述的進(jìn)料閥由料筒和底蓋兩部分組成，兩者由合頁(yè)結(jié)構(gòu)鏈接在一起，底蓋上有一耳和繩索相連。
9.如權(quán)利要求1所述的倒V結(jié)構(gòu)進(jìn)料閥，其特征在于，所述的進(jìn)料閥由料筒和V型底蓋兩部分組成，料筒安裝通過(guò)法蘭安裝于高壓容器的頂部，V型底蓋由啟動(dòng)機(jī)構(gòu)拉推。
10.如權(quán)利要求1所述的用于高壓容器，其特征在于，可用作間歇式汽爆罐、固態(tài)物料蒸料罐、固態(tài)物料滅菌罐。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于高壓容器快速進(jìn)出固態(tài)物料的方法和裝置。通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的盒式、倒V式進(jìn)料閥和燈籠式、r型出料閥使高壓容器特別適用于固態(tài)物料的快速進(jìn)出，從而避免了使用常規(guī)液體閥門而導(dǎo)致的閥門易損、更換頻繁等問(wèn)題，同時(shí)減少了固態(tài)物料進(jìn)出容器所需的時(shí)間，提高了處理的速度，增加了效益。本發(fā)明典型地可以被用于間歇式汽爆罐、固態(tài)物料蒸料罐、固態(tài)物料滅菌罐等，為日益增加的固態(tài)物料高溫高壓的處理提供了合適的設(shè)備選型。
文檔編號(hào)F16K3/22GK102297262SQ20101021544
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者李宏強(qiáng), 陳洪章 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所