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[摘 要]本文介绍了一种新型萃取釜气动快速开闭装置，该装置结构尺寸小、重量轻、制造成本低、无污染、便于安装调试、使用过程中不易变形、操作方便，萃取釜开闭速度快，自动化程度高。该装置由主体部件和执行机构两大部分组成，在整个装置设计中，利用压缩空气作为气缸的动力源，特别适合超临界萃取釜的频繁开启，且要求快速开闭的工作场合，该装置利用各执行气缸对萃取釜上平盖进行升降、旋转；对卡箍进行开闭、自动锁紧。
[关键词]超临界萃取；快速开闭；自动锁紧；安全环保
中图分类号：TQ052 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0363-01
1.引言
高压萃取釜是超临界CO2萃取技術（Supercritical Fluid Extraction， SPE）装备中的核心设备，高压萃取釜开闭的快速、安全可靠对超临界CO2萃取技术装置运行起决定作用。通常情况下，高压萃取釜实现快速开闭自动工作的动力为电动、液动和气动，电动和液动开闭装置均存在装置的外形尺寸大、结构笨重、制造成本高、安装调试难度大，液动会出现漏油对食品和药物萃取造成产品污染等超临界工作环境不允许的情况，因此，研究一种萃取釜气动快速开闭装置，对于超临界CO2萃取成套装备具有很重要的意义。
2.技术背景
超临界流体萃取技术是提取与分离结合的一项新型化工工艺技术，是利用CO2相平衡理论在多元相行为的超临界状态下的流体作为萃取溶剂，对物料进行渗透溶解，从中萃取、分离出有效组分的一种新型技术。
一般工业化装置是在小型试验萃取研究与中型试验完成后进行工业化放大的产品提取批生产装置，其萃取釜工作压力常为35～55MP左右，为既能实现釜体的快速开闭，又能确保釜体开闭安全、操作可靠、自动化程度高。
3.萃取釜气动快速开闭装置的组成及工作原理分析
超临界CO2流体萃取釜气动快速开闭装置的组成如图1所示。该装置由主体部件和执行机构两部分组成，其中主体结构有：立架、转臂、连接件、滚轮组件、轨道架、行程开关组件、感应装置等。执行机构有：升降气缸1件、转臂气缸1件、卡箍锁止气缸2件、插销气缸2件、空压机及相关附属件1套。见图1。
其工作原理就是，萃取工作结束后，确认萃取釜内压力为0时，启动开盖程序，插销气缸动作到位后，卡箍气缸动作，带动卡箍转動到位，平盖气缸动作，平盖缓慢升起到位后转臂离开萃取釜体中心开盖结束，进行物料装卸。当萃取釜装好待萃取的物料，启动关盖程序，转臂气缸动作转臂到位（自动对正萃取釜体中心），平盖提升气缸动作，平盖缓慢下降到位，卡箍气缸动作，带动卡箍转动到位，压紧平盖，插销气缸动作，插销锁止卡箍，关盖完成。萃取釜开盖与关盖全过程均一键完成，自动化程度高、工作稳定安全可靠。
气动原理图见图2。
此新型结构快速开闭装置结构尺寸小、重量轻、制造成本低、无污染、便于安装调试、使用过程中不易变形、操作方便，萃取釜开闭速度快，机械化程度高。
4.执行机构气缸及气动元件的选型
4.1 确定气缸的缸径
4.1.1 提升气缸的理论推、拉力计算：
提升气缸以上、下垂直形式安装操作，即：
气缸实际推力
查广东肇庆方大气动样本，取D=250mm，P=0.6MPa
提升重量=上平盖重854kg+上平盖与萃取釜内壁摩擦力约200kg=1054kg
气缸理论拉力
根据D=250mm查得d=63mm
式中：——气缸理论推力（kgf）
——气缸理论拉力（kgf）
D——气缸缸筒内径（cm）
d——气缸活塞杆直径（cm）
P——气缸工作压力（）
其中：1kgf=9.8N，1=1bar
因提升气缸以上、下垂直形式安装，其实际推力为理论推力的一半，所以气缸的选型应以理论拉力计算为选型依据。综合考虑在操作过程中，压缩空气的不稳定性、萃取釜卡箍、上平盖、筒体端部结构尺寸以及萃取釜的使用情况，取安全系数不低于2.5，确定提升气缸型号为QGBⅠ-FQ250x350-L3。完全能满足使用要求。
4.1.2 卡箍气缸的理论推、拉力计算：
卡箍气缸以横向水平安装操作，考虑机械惯性因素，气缸实际推力与理论推力相等，即实际≈F
卡箍重为773kg，水平方向的分力约为285kg，取D=125mm，P=0.6MPa
因卡箍气缸以横向水平形式安装，其实际推力与理论推力相等，气缸的选型应以理论推力计算为选型依据。同样综合考虑在操作过程中，压缩空气的不稳定性、、萃取釜卡箍、上平盖、筒体端部结构尺寸以及萃取釜的使用情况，取安全系数不低于2.5，确定提升气缸型号为QGB-J125x200-L3。完全能满足使用要求。
4.1.3 转臂气缸的理论推、拉力计算：
转臂气缸所承受的推、拉力为上平盖重量在水平方向上的分力：
上平盖重854 kg，推、拉力与重力间的夹角为30°，即水平分力
F=854/tg30°=854/0.577=1480 kg
转套与主轴之间采用调心滚子轴承，查机械设计手册得调心滚子轴承的摩擦系数一般为0.002～0.0025，取摩擦系数为0.0025，为此水平分力转换成的摩擦力f=mμ=1480x0.0025=3.7，为此转臂气缸所克服的摩擦力很小。则所需的推、拉力也很小。但考虑到制造过程中公差累积，轴承与主轴间的表面精度达不到以及长期磨损、气压不稳等因数。同时考虑方便采购，确定转臂气缸型号与卡箍气缸一样为QGB-Z125x500-L3。完全能满足使用要求。
[关键词]超临界萃取；快速开闭；自动锁紧；安全环保
中图分类号：TQ052 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0363-01
1.引言
高压萃取釜是超临界CO2萃取技術（Supercritical Fluid Extraction， SPE）装备中的核心设备，高压萃取釜开闭的快速、安全可靠对超临界CO2萃取技术装置运行起决定作用。通常情况下，高压萃取釜实现快速开闭自动工作的动力为电动、液动和气动，电动和液动开闭装置均存在装置的外形尺寸大、结构笨重、制造成本高、安装调试难度大，液动会出现漏油对食品和药物萃取造成产品污染等超临界工作环境不允许的情况，因此，研究一种萃取釜气动快速开闭装置，对于超临界CO2萃取成套装备具有很重要的意义。
2.技术背景
超临界流体萃取技术是提取与分离结合的一项新型化工工艺技术，是利用CO2相平衡理论在多元相行为的超临界状态下的流体作为萃取溶剂，对物料进行渗透溶解，从中萃取、分离出有效组分的一种新型技术。
一般工业化装置是在小型试验萃取研究与中型试验完成后进行工业化放大的产品提取批生产装置，其萃取釜工作压力常为35～55MP左右，为既能实现釜体的快速开闭，又能确保釜体开闭安全、操作可靠、自动化程度高。
3.萃取釜气动快速开闭装置的组成及工作原理分析
超临界CO2流体萃取釜气动快速开闭装置的组成如图1所示。该装置由主体部件和执行机构两部分组成，其中主体结构有：立架、转臂、连接件、滚轮组件、轨道架、行程开关组件、感应装置等。执行机构有：升降气缸1件、转臂气缸1件、卡箍锁止气缸2件、插销气缸2件、空压机及相关附属件1套。见图1。
其工作原理就是，萃取工作结束后，确认萃取釜内压力为0时，启动开盖程序，插销气缸动作到位后，卡箍气缸动作，带动卡箍转動到位，平盖气缸动作，平盖缓慢升起到位后转臂离开萃取釜体中心开盖结束，进行物料装卸。当萃取釜装好待萃取的物料，启动关盖程序，转臂气缸动作转臂到位（自动对正萃取釜体中心），平盖提升气缸动作，平盖缓慢下降到位，卡箍气缸动作，带动卡箍转动到位，压紧平盖，插销气缸动作，插销锁止卡箍，关盖完成。萃取釜开盖与关盖全过程均一键完成，自动化程度高、工作稳定安全可靠。
气动原理图见图2。
此新型结构快速开闭装置结构尺寸小、重量轻、制造成本低、无污染、便于安装调试、使用过程中不易变形、操作方便，萃取釜开闭速度快，机械化程度高。
4.执行机构气缸及气动元件的选型
4.1 确定气缸的缸径
4.1.1 提升气缸的理论推、拉力计算：
提升气缸以上、下垂直形式安装操作，即：
气缸实际推力
查广东肇庆方大气动样本，取D=250mm，P=0.6MPa
提升重量=上平盖重854kg+上平盖与萃取釜内壁摩擦力约200kg=1054kg
气缸理论拉力
根据D=250mm查得d=63mm
式中：——气缸理论推力（kgf）
——气缸理论拉力（kgf）
D——气缸缸筒内径（cm）
d——气缸活塞杆直径（cm）
P——气缸工作压力（）
其中：1kgf=9.8N，1=1bar
因提升气缸以上、下垂直形式安装，其实际推力为理论推力的一半，所以气缸的选型应以理论拉力计算为选型依据。综合考虑在操作过程中，压缩空气的不稳定性、萃取釜卡箍、上平盖、筒体端部结构尺寸以及萃取釜的使用情况，取安全系数不低于2.5，确定提升气缸型号为QGBⅠ-FQ250x350-L3。完全能满足使用要求。
4.1.2 卡箍气缸的理论推、拉力计算：
卡箍气缸以横向水平安装操作，考虑机械惯性因素，气缸实际推力与理论推力相等，即实际≈F
卡箍重为773kg，水平方向的分力约为285kg，取D=125mm，P=0.6MPa
因卡箍气缸以横向水平形式安装，其实际推力与理论推力相等，气缸的选型应以理论推力计算为选型依据。同样综合考虑在操作过程中，压缩空气的不稳定性、、萃取釜卡箍、上平盖、筒体端部结构尺寸以及萃取釜的使用情况，取安全系数不低于2.5，确定提升气缸型号为QGB-J125x200-L3。完全能满足使用要求。
4.1.3 转臂气缸的理论推、拉力计算：
转臂气缸所承受的推、拉力为上平盖重量在水平方向上的分力：
上平盖重854 kg，推、拉力与重力间的夹角为30°，即水平分力
F=854/tg30°=854/0.577=1480 kg
转套与主轴之间采用调心滚子轴承，查机械设计手册得调心滚子轴承的摩擦系数一般为0.002～0.0025，取摩擦系数为0.0025，为此水平分力转换成的摩擦力f=mμ=1480x0.0025=3.7，为此转臂气缸所克服的摩擦力很小。则所需的推、拉力也很小。但考虑到制造过程中公差累积，轴承与主轴间的表面精度达不到以及长期磨损、气压不稳等因数。同时考虑方便采购，确定转臂气缸型号与卡箍气缸一样为QGB-Z125x500-L3。完全能满足使用要求。