一种可自动连续提供脱除气体液体的液体脱气装置及方法
技术领域
本发明属于液体处理设备的技术领域,涉及液体脱除气体环节,特别是一种含有气体的液体的物理脱除气体的装置。
背景技术
目前液体脱气技术与设备尽管名称和外观多种多样,除了化学的方法以外,基本都是围绕压力与温度进行的相关改进,原理都是亨利定律。例如应用较多的锅炉给水除氧器,传统的常用的热力除氧器是将软化水送入除氧器的除氧头并且形成膜状或者喷淋状,同时将蒸汽通入除氧头,使软化水在除氧头内与蒸汽充分接触升温至近沸点,促使软化水中气体逸出,完成脱氧,此类除氧器运行过程必须连续供应蒸汽,当前较为流行的真空除氧器,是将软化水引入真空除氧头,并且成膜或者喷淋状,与真空除氧头相连的真空泵连续运行维持真空除氧头内的真空度,促使软化水中的气体逸出,完成软化水的除氧。又例如有贮存期的饮料的生产过程中多有一个脱气的工序,目的是在灌装前,尽可能将饮料里的游离状空气以及溶解氧脱除,以利于饮料在贮存期内不会因为细菌的滋生而变质,当前使用的多是与真空泵直接相连的单罐脱气模式,脱气过程真空泵需要连续运行。再例如啤酒生产中,为了在灌装前尽可能排出啤酒中的空气和溶解氧,不但使用真空脱气,还要用二氧化碳对相关***备压。还有很多化纤在成丝前也要对料液进行脱气,以减少成丝过程中因为料液中气体存在而发生断丝的可能。这些脱气过程凡是用到真空泵的,脱气过程中真空泵几乎都是要连续运行的;大型真空除氧器配置的真空泵的电动机功率动辄上百或者数百甚至上千KW,需要耗费巨大的成本。在国民经济活动中,脱气技术无论当前还是今后相当长时期都会广泛运用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的脱气设置在脱气过程中真空泵需要连续运行,且需要大功率真空泵的缺陷,提供一种在脱气过程中真空泵无需连续运转的可自动连续提供脱除气体液体的液体脱气装置及方法。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
一种可自动连续提供脱除气体液体的液体脱气装置,其特征在于,由真空***、保护气体***、气体脱除***、液体存储转运***和控制***;
所述真空***包括真空泵、真空罐和真空管道;所述真空罐通过真空管道分别与真空泵和脱气罐相连;真空罐上设置有排空阀、真空/压力表;
所述保护气体***由保护气源、保护气体罐、所述保护气体罐与保护气源通过保护气体源管道连通,保护气体罐上设置有压力表和输出调节阀,通过保护气体管道与脱气罐连通;所述保护气体管道上设置有保护气体回收压缩机;
所述气体脱除***包括至少两个脱气罐,所述脱气罐上设置有压力表、保护气体充装控制阀、真空度控制阀和排空阀;
所述液体存储转运***由待脱气液体存储器、进罐泵和输送管道组成,所述存储器通过输送管道与脱气罐连通。
真空泵在真空罐及与之连通的相邻的管道内建立真空,待脱气液体进入脱气罐后通过管道和阀门将真空罐和脱气罐连通,在脱气罐上部空间形成真空,使得待脱气液体中的气体逸出聚集于脱气罐的上部空间,并且由于真空的存在与维持,使得脱出的气体不断沿真空管道排出,实现从待脱气液体中脱除目标气体的目的。
本发明将若干个较小的间歇运行的脱气罐单元自动编组运行,单个脱气罐间歇运行。可以连续大量对外输出脱气液体。使得用小脱气装置满足大流量连续脱气液体需求成为可能。
对于目标气体脱除以后容易重新溶入的液体,可以在脱气完成后对脱气罐上部空间填充保护气体,对脱气完成液体进行保护。并且,保护气体还可以通过压力对脱气完成液体进行对外推送。而且贵重的保护气体可通过压缩机回收再用。
通过精准地控制脱气罐内待脱气液体的温度和脱气罐上部空间的真空度,建立一个针对待脱气液体,有利于目标气体快速逸出的环境条件(例如对于脱除水中的气体来说,就是建立一个临近沸腾的环境)促使目标气体从待脱气液体中快速逸出。脱气罐顶有真空度控制阀,通过调节这个阀的开度,可以非常精确地控制脱气罐内的真空度,这个真空度控制阀是电动的受可编程逻辑控制器的输出指令控制。
依据待脱气液体和目标气体特性,准确地控制进入脱气罐的待脱气液体的数量,保证脱气罐上部空间足以承担从液体中逸出气体的积聚,且足够小!而又不会有液体随脱出气体排出脱气罐。安装在脱气罐内真空管道口的除沫器同时保证了液体不会随脱除气体排出脱气罐。对于狭小的空间建立真空所耗费的功率是小的,也是比较简单的。
在脱气罐内的上部安装有成膜器,对于那些适用的待脱气液体及目标气体,可以在待脱气液体通过上部入口进入脱气罐的时候,成膜器将待脱气液体变成连续膜状,使得待脱气液体中的目标气体在真空的作用下快速连续脱出。几乎可以在完成进液的同时完成气体的脱除。
本发明的各个罐体都安装有必需的传感器,装置启动以后,这些传感器获得的信号通过转换器输送给可编程逻辑控制器,可编程逻辑控制器内的预设程序(曲线)将这些信号运算、比较后,输出必要的指令,驱动各执行机构完成本发明的自动运行。这些传感器、可编程逻辑控制器与人机对话窗口及其它必需部件构成了本发明的自动控制***,通过人机对话窗口可以便捷地对本发明的运行参数与模式进行调整与设定。本发明自动控制***的存在使得本发明的使用者可以非常方便地将本发明与其已有的自动控制***融合。
设备内安装有压力表、液位计、数码显示器、人机对话窗口等构成了直观可视的的监视界面,使得操作者对于本发明的运行状况的了解及时充足。
用待脱气液体存储器内的换热器对存储器内的待脱气液体进行升、降温预处理,使得待脱气液体在进入脱气罐之前处于接近最有利于脱气的温度。
有益效果:本发明是一种运用物理学中亨利定律原理的,可编程自动运行的,高效低成本脱除液体中气体的,可以广泛运用的技术手段。本装置相较于其他脱气方式具有能耗低,气体脱除率高,脱气速度快,运行稳定,自动化程度高等优势。可以在节约能源的同时给使用者带来可观的经济效益。脱气液体处理量越大,越能凸显效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明的原理图;其中,1、真空泵,2、真空罐,3、真空/压力表,4、真空罐顶自动排空阀,5、真空罐顶手动排空阀,6、真空管道,7、保护气体源管道,8、保护气体逆止阀,9、保护气体罐顶压力表,10、保护气体罐进气调节阀,11、保护气体输出控制阀,12、保护气体罐罐顶排空阀,13、保护气体压缩机,14、脱气罐压力表,15、脱气罐保护气体充装控制阀,16、脱气罐真空度控制阀,17、脱气罐顶手动排空阀,18、脱气罐顶自动排空阀,19、脱气罐成膜器和除沫器,20、脱气罐上部进液阀组,21、脱气罐液位计,22、脱气罐单元,23、自动控制***,24、待脱气液体存储器,25、待脱气液体进罐泵,26、待脱气液体进罐止回阀,27、脱气完成液输出泵,28、脱气罐底部进液阀组,29脱气罐出液阀组,30、脱气罐排污阀,31、脱气罐,32、脱气罐换热器,33、脱气完成液输出止回阀,34、传感器线缆,35保护气体罐,36、保护气体罐排污阀,37、真空罐排污阀。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例
如图1所示,一种可自动连续提供脱除气体液体的液体脱气装置,由真空***、保护气体***、气体脱除***、液体存储转运***和控制***;
真空***由真空泵1、真空罐2、真空管道6及相关阀组组成;真空罐2通过真空管道6分别与真空泵1和脱气罐31相连;真空罐上设置有真空/压力表3、真空罐顶自动排空阀4,真空罐顶手动排空阀5;真空罐2底部设置有真空罐排污阀37;另外真空罐2上还设置有温度传感器和压力传感器。
该***运行后,在真空罐2和真空管道6内形成且保持负压,脱气罐31一旦与之连通,脱气罐31内即产生与之相等压力的趋势,脱气罐31上的换热器32对罐内的待脱气液体进行温度调节,适当的温度和压力组合形成待脱气液体中气体快速逸出的条件。
所述保护气体***由保护气源、保护气体罐35、所述保护气体罐与保护气源通过保护气体源管道7连通,保护气体源管道7上设置有保护气体逆止阀8;保护气体罐35上设置有保护气体罐顶压力表9、保护气体罐进气调节阀10、保护气体输出控制阀11和保护气体罐罐顶排空阀12;保护气体罐35通过保护气体管道与脱气罐31连通;保护气体管道上设置有保护气体回收压缩机,从而可以将贵重的保护气体回收至保护气体罐35;保护气体压缩机13,保护气体压缩机上设置有相关的阀组,从而将保护气体回收至保护气体罐35;保护气体罐底部设置还设置有保护气体罐排污阀36
保护气体罐35上设置有温度传感器、压力传感器和气体检测传感器。
所述气体脱除***包括至少两个脱气罐单元22,脱气罐单元22的脱气罐31罐顶设置有脱气罐压力表14、脱气罐保护气体充装控制阀15,脱气罐真空度控制阀16、脱气罐顶手动排空阀17、脱气罐顶自动排空阀18和脱气罐上部进液阀组19;脱气罐31上设置有成膜器和除沫器19、脱气罐31还上设置有脱气罐液位计21;
脱气罐31底部设置脱气罐底部进液阀组28,脱气罐出液阀组29和脱气罐排污阀30。脱气罐底部还设置有脱气罐换热器32,用于待脱气液体进行温度调节.脱气罐31通过管道与有脱气完成液输出泵27及相关的阀组连接,管道上还设置有脱气完成液输出止回阀33;
保护气体罐35上还设置有温度传感器、压力传感器和气体检测传感器。
所述控制***包括人机对话窗口、可编程逻辑控制器、信号转换器、温度传感器、压力传感器、气体检测传感器和液位传感器;各个传感器通过传感器线缆34与与自动控制***23中的信号转换器连接;传感器测得的信号经过信号转换器输送到可编程逻辑控制器,可编程逻辑控制器内置的预设程序将信号值与预设参数比较运算后输出动作指令,驱动相关执行机构动作,自动完成真空产生与保持、待脱气液体进脱气罐、液体脱气、保护气体充填、脱气液体输出、保护气体回输等动作的整个脱气过程;并且对整个装置多只脱气罐自动编组运行。控制***还包括扩展模块、电器元件、数码管(液晶)显示器、和线缆等必要组件。
所述液体存储转运***由待脱气液体存储器24、待脱气液体进罐泵25和输送管道组成;脱气液体存储器24通过输送管道与脱气罐31连通。输送管道上还设置有待脱气液体进罐止回阀26。所述脱气罐的进液口包括设置在罐顶的上进液口和设置在罐体下部的下进液口,对于通过粘度低,通过成膜器可顺利形成薄膜的待脱气液体,通过上进液口输入脱气罐内;对于黏度高且容易包裹气体的待脱气液体,通过下进液口输入脱气罐内。
对于脱气以后需要保护的液体,在完成脱气以后,保护气体罐35通过保护气体管道与脱气罐31连通,保护气体***对脱气罐31充填保护气体,并且维持至脱气后液体输出完毕;
本装置还包括一些必需的构架、螺栓等附件,各个***通过阀、管道、线缆连接的组合模式不再赘述。
一种可自动连续提供脱除气体液体的液体脱气装置的脱气方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、运行准备:关闭各罐顶手动排空阀,关闭各罐底排污阀,关闭需要运行的真空泵后手动阀,打开需要运行的输入、输出泵后的手动阀、打开保护气体压缩机后手动阀、用置换法将保护气体罐充满保护气体,给可编程逻辑控制器拷入程序并设定运行参数;
S2、液体预处理:将待脱气液体转移至待脱气液体存储器,根据液体特性与工艺要求进行升(降)温、静置、沉淀等预处理,以便脱气处理更顺畅。预处理环节可以单独进行,也可以编入程序交由控制***自动控制运行;
S3、预真空:启动控制***后,可编程逻辑控制器输出指令,真空泵启动,真空罐通过管道与真空泵连通,真空泵持续运行,真空罐内真空度通过真空罐安装的压力传感器经过信号转换器传输给可编程逻辑控制器,达到预设数值后可编程逻辑控制器给出指令,真空泵自动停机;在真空泵与真空罐之间的管道上的止回阀的作用下,真空罐内的真空度得以保持。
S4、进液:在可编程逻辑控制器的指令下,脱气罐顶自动排空阀打开,进罐泵启动,泵前自动阀打开,相应的进罐自动阀(根据液体特征开上部或者下部以及编组运行的相应罐号)打开,待脱气液体开始进入脱气罐,液位传感器经过信号转换器将进罐液体数量实时传输给可编程逻辑控制器,达到预定量时,可编程逻辑控制器输出本罐停止进液指令,关闭进罐自动阀,本罐进液完成;
S5、脱气:在进液动作的同时,脱气罐顶的真空度控制阀开始工作,调节罐内真空度,压力传感器将实时参数经过信号转换器传送给可编程逻辑控制器,可编程逻辑控制器按照预设程序经过计算,自动输出各种控制信号,调节罐内真空度、液体温度、液体进罐速度;气体传感器实时连续将液体含气量转化并传输给可编程逻辑控制器的信号,当气体含量达到预设值时,可编程逻辑控制器输出结束本罐脱气指令,关闭罐顶的真空调节阀,本罐脱气完成;对于无法使用气体传感器检测的气体,可以使用实验的方法确定脱除的温度、压力、时间,将其写入控制程序;脱气完成时机可以是进液结束同时也可以在进液结束一段时间以后;
S6、保护气体充填与回收:在完成脱气以后,可编程逻辑控制器输出指令,打开与保护气体压缩机并联的主管道控制阀,打开脱气罐保护气体充装控制阀,保护气体从保护气体罐流动到脱气罐的上部真空区,完成保护气体的充填,在脱气液体输出的过程中保持脱气罐上部空间保护气体的一定压力,以维持保护;当结束脱气液体输出后,脱气罐重新进液前,保护气体压缩机启动同时关闭与之并联的主管道控制阀打开压缩机前自动控制阀,压缩机将大部分保护气体输送回保护气体罐;
S7、出液:脱气完成后(有保护需求的液体完成保护气体充填),即可转入输出。可编程逻辑控制器输出指令,打开脱气罐出液阀组的自动阀,启动输出泵,打开输出泵前自动控制阀,脱气完成液在输出泵的作用下输出,当罐内液体到达低液位时,可编程逻辑控制器输出指令,停止液体输出,即本罐出液完成;出液时,可编程逻辑控制器输出指令打开脱气罐出液阀的同时打开输出泵阀组的直通阀,增加保护气体的压力,用保护气体将脱气完成液推送输出。此法适用于有隔绝空气要求的液体,如啤酒、果蔬汁等易腐败饮品的灌装。
气体脱除***的多个脱气罐单元22通过并联的方式进行编组,可以轮流或者同时进行工作。脱气罐单元22的个数可以根据需要进行具体的设定,至少包括两个可以轮换工作的脱气罐单元22,确保对外连续、稳定、足量输出脱气后液体。可以通过不同数量脱气罐单元的并联获得符合需求的最佳组合。最佳组合就是在最节约的条件下对脱气液体需求量、单位时间脱气液处理量、脱气时间长度、脱气难度、保护要求、空间限制等约束条件中寻找合适的均衡数值。编组运行就是依托传感器的连续在线检测,用可编程逻辑控制器内的预设程序实现对各个脱气罐的运行管理,进而自动完成整个装置的运行控制。
实际运用中,本发明的脱气罐、真空罐、保护气体罐的形状、体量由工程师依据工艺需求及现场约束条件设计。
运用本发明时脱气罐数量的确定遵循:
N为脱气罐数量;
V1是单位时间内脱气液体需求数量;
V2是单只脱气罐单位时间内可以排出的脱气完成液数量;
比值用进一法取整数;
单位时间长度取脱气罐工作循环时长。
单个脱气罐均相互并联于真空管道、进液管道、出液管道、保护气体管道,因此,脱气罐可以独立进行进液、脱气、保护、出液作业;也可以若干只脱气罐同时进行进液、脱气、保护、出液作业;其间不会发生相互影响与干扰。自动运行时,进液、脱气、保护、出液作业都是依靠自动阀门的开闭实现的,而自动阀门的开闭是由可编程逻辑控制器输出指令控制的,因此,本发明的自动编组运行是极易实现的。
在本实施例中压力表、液位计、传感器数码(液晶)显示器及人机对话窗口构成了外在的运行监视界面,使得值班人员可以非常方便且充分地了解装置的运行状态。直观显示和人机对话窗口显示形成比对,使得监视更可信。装置运行更安全。
由于真空罐的存在,真空***中的真空泵不但较其他类型真空脱气机功率明显减小(可达到数量级的程度),而且在脱气过程中无需连续运转。因此本发明具有显著的节能特点;又由于依托可编程逻辑控制器和在线传感器为主体的自动控制***及换热器的存在,本发明可以非常灵活地自动调节脱气过程中的温度、真空度等脱气条件,由此可获得脱气可靠性好,效率高,应用范围广效果。
本发明中所述的温度传感器可选类型:热电偶、电阻、红外线或半导体等类型;
本发明所述的压力传感器可选类型:压阻、陶瓷、扩散硅、蓝宝石或压电式等类型;
本发明所述的液位传感器可选类型:超声波、激光、电容、磁翻板、浮球、浮筒或静压等类型;
本发明所述的气体传感器可选类型:半导体、固体电解质、电化学、光学或声表面波等类型。
各传感器的具体型号在实际设计时由工程师根据工艺需要进行配置选型。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。