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超临界流体萃取过程是利用处于临界压力和临界温度以上的流体具有溶解能力增加而发展起来的化工分离新技术。由于超临界状态流体溶解度增加的现象是普遍存在,因而理论上超临界流体萃取技术可作为一种通用高效的分离技术而广泛应用。超临界流体兼具有气体和液体特性,因而超临界流体既有液体的溶解能力,又有气体良好的流动和传递性能,并且在临界点附近,压力和温度的少量变化有可能显著改变流体溶解能力,控制分离过程。超临界萃取只由萃取器和分离器二部分组成,不需要溶剂回收设备,与传统分离工艺流程相比不但流程简化,且节省能源。
超临界流体萃取技术的工业化应用关键在于设备。超临界高压萃取设备开关频繁、操作压力高,缺乏设计经验和有效的设计方法,密封元件无法反复使用,工业化发展受到了制约。本文通过研究超临界流体高压萃取设备快开密封结构形式,改进了密封结构和密封材料,提出了一种超临界高压萃取釜快开密封结构一无楔入作用的卡箍快开密封结构。该结构主要由顶盏、简体端部、C形密封环和卡箍组成。
参照日本工业协会标准JIS B8284-1993和中国行业标准HG20582-1998,给出了该卡箍快开密封结构的理论设计方法和公式,特点如下:
(1)密封材料摒弃了传统的橡胶材料,使用聚四氟乙烯材料,保证了密封材料在高压下的密封性能及避免了传统橡胶材料在超临界CO2流体下高溶涨现象;
(2)改进结构,将C形密封环设计在顶盖内,开启萃取釜的时候密封圈随顶盖一起拿出,密封圈一次性装入即可,无须多次装拆,减少了装拆次数和密封圈装卸时的磨损,操作简便,延长了密封圈的使用寿命:
(3)顶盖和萃取釜简体端部使用快开式的两瓣卡箍进行连接和紧固,卡箍密封面为平面,使卡箍和简体端部、顶盖的装配更加方便,操作便捷、减少装卸时间;
(4)本结构的初始预紧力靠装配精度获得,不同于传统的卡箍密封结构是由锥面配合使顶盖产生轴向移动后,靠卡箍的卡入量来进行预紧,依靠装配精度对C形密封环进行预紧,易于实现自动化控制。
最后利用ANSYS软件对该卡箍快开密封结构进行了应力分析,高压作用下强度满足要求。
通过上述研究,证明该卡箍快开密封结构使用性能良好,设备满足设计要求,具有良好的工业化应用前景。