制备干冰的装置的制作方法

本实用新型涉及制备干冰的装置，具体是涉及一种干冰应用现场以液态二氧化碳制备干冰的装置。

背景技术：

二氧化碳于常温下是无色、无味的气体,分子量为44,在标准状况下密度为1.977g/L，比重约为空气的1.5倍；在水中的溶解度随着温度的升高而降低，随压力的升高而增加,温度为0℃,压力为0.1MPa时,溶解度为1.79Ncm³/g,而在温度相同,压力为1.0MPa时,其溶解度为15.92Ncm³/g，20℃常压下每100体积水可溶88体积二氧化碳，二氧化碳溶于水一部分跟水反应生成碳酸；二氧化碳的临界点温度为31.06℃,临界压力为7.382MPa,临界密度为468kg/m³；熔点（三相点温度）为-56.57℃，三相点压力为0.416MPa；沸点为-78.45℃(升华为干冰)；当CO₂处于-56.57℃时，其为三相点即气态、液态、固态共存；当温度处于31.06℃～-56.57℃时，CO₂为气态、液态共存；当温度处于-56.57℃～-78.45℃时，CO₂为气态、固态共存。在大气条件下,二氧化碳不能以液体的形式存在。在20℃时，将二氧化碳加压到5.73Mpa即可变成无色液体，一般于常温下7.092MPa(70大气压)液化成无色液体，液体二氧化碳密度1.101g/cm³，常压缩在钢瓶中储存，在－56.6℃、0.527Mpa时变为固体。液态二氧化碳的密度受压力的影响甚微,而受温度的影响则较大,如31.0℃时,密度为463.9kg/m³,-30℃时密度为1074.2kg/m。二氧化碳液化后体积仅为气体二氧化碳的约1/356,固化成形后体积仅为气态的约1/764。液体二氧化碳蒸发时或在加压冷却时可凝成固体二氧化碳，俗称“干冰”，是一种低温致冷剂，密度为1.56g/cm³。液态二氧化碳减压迅速蒸发时，一部分气化吸热，另一部分骤冷变成雪状固体，将雪状固体压缩，成为冰状固体“干冰”，干冰在0.1-0.13MPa、－78.5℃时可直接升华变成气体。

随着社会环境保护意识的提高，工业碳减排技术的推广如CCS技术的应用，捕集的二氧化碳转化为液态二氧化碳，大量的液态二氧化碳的稳定储存或应用将成为一个新的技术难题，而将液态二氧化碳固化制干冰则是一个有效的出路，干冰即固化成型的二氧化碳，干冰因其吸热可直接升华为体积数百倍的气体，且无残留、无毒、无味、不燃及可灭菌特性，应用日益广泛，可应用于餐饮、食品、化工、医药、卫生、工业、影视、气象等行业及其清洗技术中。

当前，干冰制备可分为高压法（8MPa）和中压法（1.6MPa～2.5MPa）、低压法（0.7MPa～0.9MPa）。高压法可实现气体CO₂在常温下液化，再经节流膨胀变为低温液体后进入干冰机制备干冰，压缩机一般为三级压缩或四级压缩，能耗非常大。中低压法可实现气体CO₂在低温条件（如深冷技术）下液化，再经节流膨胀进一步降温后进入干冰机制备干冰，压缩机功耗相对高压法减少很多。

现有干冰机一般是利用高压或中低压液体CO₂的节流膨胀降温，使部分液体CO₂凝结成固体雪状CO₂，然后，在干冰成型机内经柱塞紧压成密实的块状或粒状产品。通常，可以将液态CO₂在中压（1.6MPa～2.5MPa）或低压（0.7MPa～0.9MPa）下通过自动加料阀引入干冰压制机的雪桶，桶内压力稍高于三相点压力（约0.55MPa）；加料量由定时器控制或根据雪桶内液面高度进行调节。节流膨胀降压使部分液态CO₂汽化，产生的冷蒸汽通过热交换使液态CO₂进一步冷却。当冷却到三相点温度（-56.6℃）以下，压力降到0.518MPa时，液态CO₂固化成雪状干冰。最后用压机把生成的雪状CO₂压成干冰块或颗粒。传统干冰机通过较高压力的液体节流汽化部分凝固后制成干冰，即将液态二氧化碳节流汽化分离气体二氧化碳后，压缩放热固化的部分雪状二氧化碳才能得到干冰，其中损失的二氧化碳气体的量约为获得的干冰量的二倍，干冰产率仅为0.3～0.4。

另一方面，因干冰易于爆炸（固态转化为气态可膨胀约760倍）的原因，平时干冰不便于储存在体积较小且密闭的容器中，而现有制干冰装置结构复杂，体积大，投资较大，生产成本也较高，不能适应于面广量小及需现产现用的干冰用户要求，因此，如何利用CO2的物理性质，生产一种结构简单、投资小、干冰产率较高、干冰制作简单的干冰制备装置是一个较为迫切的需求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种结构简单，投资小，干冰产率高，干冰制作简单的制备干冰的装置。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是，一种制备干冰的装置，包括千斤顶和制干冰机构，所述千斤顶设于制干冰机构底部或顶部，所述制干冰机构包括圆筒、底板/顶板、模头和扣盖，所述圆筒的内衬、底板/顶板的内衬为聚四氟乙烯树脂，所述圆筒的内衬和底板/顶板的内衬构成内衬室，所述底板/顶板设置在圆筒内的底部或顶部，可在圆筒的内衬内上下滑动，所述模头设置在圆筒的内衬上部或下部，所述扣盖设置在模头的上部或下部，且设于圆筒的顶部或底部，可扣紧且封闭圆筒；所述千斤顶的顶杆和制干冰机构的底板/顶板相连，千斤顶的顶杆通过升降推动底板/顶板在圆筒的内衬内上下移动。

进一步，还设有进液阀、排气阀、压力表和安全阀，所述进液阀、排气阀、压力表和安全阀分别设置在圆筒外筒壁上，且与圆筒内相连通。

进一步，还设有支架，所述制干冰机构固定在支架上。

进一步，所述千斤顶和制干冰机构的数量均为两个以上，一个千斤顶和一个制干冰机构组成一个制干冰单元。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

（1）结构简单、体积小，造价低、投资小，干冰制作简单；

（2）干冰产率高，可达0.48～0.62，远高于一般干冰机的干冰产率0.3～0.4，能够大幅提高液态CO₂的干冰转化率，具有良好的经济性；

（3）能耗极低，能满足广泛的需用干冰但需用冰量较小的用户需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图。

图2是图1所示实施例的制干冰机构的结构示意图。

图3是本实用新型实施例2的结构示意图。

图4是本实用新型实施例3的结构示意图。

图中：1—千斤顶，2—制干冰机构，3—支架，201—圆筒，202—底板，202'—顶板， 203—模头，204—扣盖，205—进液阀，206—排气阀，207—压力表，208—安全阀，209—圆筒内衬，210—底板内衬，210'—顶板内衬。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

参照图1、图2，本实施例包括千斤顶1、制干冰机构2和支架3，千斤顶1和制干冰机构2的数量均为一个；千斤顶1设于制干冰机构2底部，千斤顶1固定在支架3的下部，制干冰机构2固定在支架3的上部。

制干冰机构2包括圆筒201、底板202、模头203、扣盖204、进液阀205、排气阀206、压力表207和安全阀208，圆筒201的圆筒内衬209、底板202的底板内衬210为聚四氟乙烯树脂，圆筒内衬209和底板内衬210构成内衬室，底板202设置在圆筒201内的底部，可在圆筒内衬209内上下滑动，进液阀205、排气阀206、压力表207和安全阀208分别设置在圆筒201外筒壁上，且与圆筒201内相连通，模头203设置在圆筒内衬209的上部，扣盖204设置在模头203的上部，且设于圆筒201的顶部，可扣紧且封闭圆筒201；千斤顶1的顶杆和制干冰机构2的底板202相连，千斤顶1的顶杆通过升降推动底板202在圆筒内衬209内上下移动。

千斤顶为普及应用的手动式千斤顶或脚踏式千斤顶或电功液压千斤顶。

实施例2

参照图3，本实施例与实施例1的区别仅在于：千斤顶1和制干冰机构2的数量均为两个，一个千斤顶1和一个制干冰机构2组成一个制干冰单元，两个制干冰单元固定在支架3上。

实施例3

参照图4，本实施例与实施例1的区别仅在于：千斤顶1和制干冰机构2整体倒置后固定在支架3。

千斤顶1设于制干冰机构2顶部，制干冰机构2固定在支架3的上部；制干冰机构2包括圆筒201、顶板202'、模头203、扣盖204、进液阀205、排气阀206、压力表207和安全阀208，圆筒201的圆筒内衬209、顶板202'的顶板内衬210'为聚四氟乙烯树脂，圆筒内衬209和顶板内衬210'构成内衬室，顶板202'设置在圆筒201内的顶部，可在圆筒内衬209内上下滑动，进液阀205、排气阀206、压力表207和安全阀208分别设置在圆筒201外筒壁上，且与圆筒201内相连通，模头203设置在圆筒内衬209的下部，扣盖204设置在模头203的下部，且设于圆筒201的底部，可扣紧且封闭圆筒201；千斤顶1的顶杆和制干冰机构2的顶板202'相连，千斤顶1的顶杆通过升降推动顶板202'在圆筒内衬209内上下移动。其余同实施例1。

本实用新型工作原理如下：

液态二氧化碳经进液阀205进入圆筒201内，自然热交换转化为固态雪状干冰积聚于底板202或顶板202'上，升华的部分冷态二氧化碳经排气阀206排出后另行收集，底板内衬210或顶板内衬210'上的雪状固体二氧化碳经千斤顶1对底板202或顶板202'的顶压和模头203的共同作用成型为致密的固态干冰。

本实用新型利用聚四氟乙烯树脂的高润滑具有塑料中最小的摩擦系数0.04、不粘性具有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质、低的导热系数和极好的绝缘性及比冰还要光滑、且在-196～260℃的较广温度范围内均保持优良的力学性能的特点，利用CO₂的物理性质，以聚四氟乙烯树脂作为制干冰机构2的内衬室，将液态二氧化碳直接加入制干冰机构2的内衬室，可获得50～62%的自然固化率，以千斤顶1的顶压直接压实成型为干冰，干冰产率可达0.48～0.62，远高于一般干冰机的干冰产率0.3～0.4，能够大幅提高液态CO₂的干冰转化率，同时，本实用新型能耗极低，能满足广泛的需用干冰但需用冰量较小的用户需求，且结构简单、体积小，造价低、投资小，干冰制作简单，具有良好的经济性。

本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本实用新型的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。