張怡++周玉琴++朱啟波
[摘 要]本文介紹了一種新型萃取釜?dú)鈩涌焖匍_閉裝置,該裝置結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕、制造成本低、無污染、便于安裝調(diào)試、使用過程中不易變形、操作方便,萃取釜開閉速度快,自動化程度高。該裝置由主體部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分組成,在整個裝置設(shè)計中,利用壓縮空氣作為氣缸的動力源,特別適合超臨界萃取釜的頻繁開啟,且要求快速開閉的工作場合,該裝置利用各執(zhí)行氣缸對萃取釜上平蓋進(jìn)行升降、旋轉(zhuǎn);對卡箍進(jìn)行開閉、自動鎖緊。
[關(guān)鍵詞]超臨界萃?。豢焖匍_閉;自動鎖緊;安全環(huán)保
中圖分類號:TQ052 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)22-0363-01
1.引言
高壓萃取釜是超臨界CO2萃取技術(shù)(Supercritical Fluid Extraction, SPE)裝備中的核心設(shè)備,高壓萃取釜開閉的快速、安全可靠對超臨界CO2萃取技術(shù)裝置運(yùn)行起決定作用。通常情況下,高壓萃取釜實現(xiàn)快速開閉自動工作的動力為電動、液動和氣動,電動和液動開閉裝置均存在裝置的外形尺寸大、結(jié)構(gòu)笨重、制造成本高、安裝調(diào)試難度大,液動會出現(xiàn)漏油對食品和藥物萃取造成產(chǎn)品污染等超臨界工作環(huán)境不允許的情況,因此,研究一種萃取釜?dú)鈩涌焖匍_閉裝置,對于超臨界CO2萃取成套裝備具有很重要的意義。
2.技術(shù)背景
超臨界流體萃取技術(shù)是提取與分離結(jié)合的一項新型化工工藝技術(shù),是利用CO2相平衡理論在多元相行為的超臨界狀態(tài)下的流體作為萃取溶劑,對物料進(jìn)行滲透溶解,從中萃取、分離出有效組分的一種新型技術(shù)。
一般工業(yè)化裝置是在小型試驗萃取研究與中型試驗完成后進(jìn)行工業(yè)化放大的產(chǎn)品提取批生產(chǎn)裝置,其萃取釜工作壓力常為35~55MP左右,為既能實現(xiàn)釜體的快速開閉,又能確保釜體開閉安全、操作可靠、自動化程度高。
3.萃取釜?dú)鈩涌焖匍_閉裝置的組成及工作原理分析
超臨界CO2流體萃取釜?dú)鈩涌焖匍_閉裝置的組成如圖1所示。該裝置由主體部件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成,其中主體結(jié)構(gòu)有:立架、轉(zhuǎn)臂、連接件、滾輪組件、軌道架、行程開關(guān)組件、感應(yīng)裝置等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有:升降氣缸1件、轉(zhuǎn)臂氣缸1件、卡箍鎖止氣缸2件、插銷氣缸2件、空壓機(jī)及相關(guān)附屬件1套。見圖1。
其工作原理就是,萃取工作結(jié)束后,確認(rèn)萃取釜內(nèi)壓力為0時,啟動開蓋程序,插銷氣缸動作到位后,卡箍氣缸動作,帶動卡箍轉(zhuǎn)動到位,平蓋氣缸動作,平蓋緩慢升起到位后轉(zhuǎn)臂離開萃取釜體中心開蓋結(jié)束,進(jìn)行物料裝卸。當(dāng)萃取釜裝好待萃取的物料,啟動關(guān)蓋程序,轉(zhuǎn)臂氣缸動作轉(zhuǎn)臂到位(自動對正萃取釜體中心),平蓋提升氣缸動作,平蓋緩慢下降到位,卡箍氣缸動作,帶動卡箍轉(zhuǎn)動到位,壓緊平蓋,插銷氣缸動作,插銷鎖止卡箍,關(guān)蓋完成。萃取釜開蓋與關(guān)蓋全過程均一鍵完成,自動化程度高、工作穩(wěn)定安全可靠。
氣動原理圖見圖2。
此新型結(jié)構(gòu)快速開閉裝置結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕、制造成本低、無污染、便于安裝調(diào)試、使用過程中不易變形、操作方便,萃取釜開閉速度快,機(jī)械化程度高。
4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸及氣動元件的選型
4.1 確定氣缸的缸徑
4.1.1 提升氣缸的理論推、拉力計算:
提升氣缸以上、下垂直形式安裝操作,即:
氣缸實際推力
查廣東肇慶方大氣動樣本,取D=250mm,P=0.6MPa
提升重量=上平蓋重854kg+上平蓋與萃取釜內(nèi)壁摩擦力約200kg=1054kg
氣缸理論拉力
根據(jù)D=250mm查得d=63mm
式中:——?dú)飧桌碚撏屏Γ╧gf)
——?dú)飧桌碚摾Γ╧gf)
D——?dú)飧赘淄矁?nèi)徑(cm)
d——?dú)飧谆钊麠U直徑(cm)
P——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γǎ?/p>
其中:1kgf=9.8N,1=1bar
因提升氣缸以上、下垂直形式安裝,其實際推力為理論推力的一半,所以氣缸的選型應(yīng)以理論拉力計算為選型依據(jù)。綜合考慮在操作過程中,壓縮空氣的不穩(wěn)定性、萃取釜卡箍、上平蓋、筒體端部結(jié)構(gòu)尺寸以及萃取釜的使用情況,取安全系數(shù)不低于2.5,確定提升氣缸型號為QGBⅠ-FQ250x350-L3。完全能滿足使用要求。
4.1.2 卡箍氣缸的理論推、拉力計算:
卡箍氣缸以橫向水平安裝操作,考慮機(jī)械慣性因素,氣缸實際推力與理論推力相等,即實際≈F
卡箍重為773kg,水平方向的分力約為285kg,取D=125mm,P=0.6MPa
因卡箍氣缸以橫向水平形式安裝,其實際推力與理論推力相等,氣缸的選型應(yīng)以理論推力計算為選型依據(jù)。同樣綜合考慮在操作過程中,壓縮空氣的不穩(wěn)定性、、萃取釜卡箍、上平蓋、筒體端部結(jié)構(gòu)尺寸以及萃取釜的使用情況,取安全系數(shù)不低于2.5,確定提升氣缸型號為QGB-J125x200-L3。完全能滿足使用要求。
4.1.3 轉(zhuǎn)臂氣缸的理論推、拉力計算:
轉(zhuǎn)臂氣缸所承受的推、拉力為上平蓋重量在水平方向上的分力:
上平蓋重854 kg,推、拉力與重力間的夾角為30°,即水平分力
F=854/tg30°=854/0.577=1480 kg
轉(zhuǎn)套與主軸之間采用調(diào)心滾子軸承,查機(jī)械設(shè)計手冊得調(diào)心滾子軸承的摩擦系數(shù)一般為0.002~0.0025,取摩擦系數(shù)為0.0025,為此水平分力轉(zhuǎn)換成的摩擦力f=mμ=1480x0.0025=3.7,為此轉(zhuǎn)臂氣缸所克服的摩擦力很小。則所需的推、拉力也很小。但考慮到制造過程中公差累積,軸承與主軸間的表面精度達(dá)不到以及長期磨損、氣壓不穩(wěn)等因數(shù)。同時考慮方便采購,確定轉(zhuǎn)臂氣缸型號與卡箍氣缸一樣為QGB-Z125x500-L3。完全能滿足使用要求。