一种利用热泵机组循环供热供冷的香辛料萃取系统的制作方法

【技术领域】

本实用新型属于香辛料油树脂提取领域，尤其涉及一种利用热泵机组循环供热供冷的香辛料萃取系统。

背景技术：

复合香辛料超临界萃取出的油树脂，相比原生物料混合所散发出的香气存在一定的差异，这是因为复合香辛料中的成分复杂，又因其沸点、比重、及原生物料对其精油挥发的束缚等不同因素，共同造就了复合香辛料的和谐风味。

在超临界二氧化碳萃取过程中需要对萃取釜和分离釜供热，还需要对从分离釜流出的二氧化碳气体进行冷却得到液体二氧化碳，并将液体二氧化碳通过冷却器送回二氧化碳储罐进行循环萃取，在现有技术中均是采用蒸汽锅炉对分离釜和萃取釜进行供热，采用制冷机组对冷却器和二氧化碳储罐进行冷却，因此冷却完二氧化碳储罐和冷却器的流体中的热量被散失，没有回收利用，造成了极大的浪费，而且工业用电和燃气费用高，极大的增加了生产成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种利用热泵机组循环供热供冷的香辛料萃取系统，以降低现有萃取系统中蒸汽锅炉和制冷机组耗能高的问题。

本实用新型采用以下技术方案：一种利用热泵机组循环供热供冷的香辛料萃取系统，包括沿香辛料萃取通路依次串联的二氧化碳储罐、萃取釜、分离釜，以及为二氧化碳储罐供冷、为萃取釜和分离釜供热的热泵机组；热泵机组由多个热泵组成，每个热泵包括冷凝器、压缩机、蒸发器，

萃取釜和分离釜的热源出口分别与热泵机组的冷凝器的低温水入口相连通，冷凝器的高温水出口分别与萃取釜和分离釜的热源入口相连通，冷凝器用于从低温水入口进入的低温水吸收气态冷媒的热量变成高温水，该高温水为萃取釜和分离釜供热；

二氧化碳储罐的冷却水出口与热泵机组的蒸发器的冷冻水入口相连通，蒸发器的冷冻水出口与二氧化碳储罐的冷却水入口相连通，蒸发器用于液体冷媒吸收从冷冻水入口进入的冷却水的热量，使得该冷却水变成冷冻水，该冷冻水为二氧化碳储罐供冷。

进一步地，二氧化碳储罐与萃取釜之间还设置有萃取换热器，萃取换热器用于为即将进入萃取釜的液体二氧化碳进行预热，萃取换热器的热源出口也与冷凝器的低温水入口相连通，冷凝器的高温水出口也与萃取换热器的热源入口相连通，冷凝器用于从低温水入口进入的低温水吸收气态冷媒的热量变成高温水，该高温水为萃取换热器供热。

进一步地，萃取釜与分离釜之间还设置有分离换热器，分离换热器用于为即将进入分离釜的液体二氧化碳进行预热，分离换热器的热源出口也与冷凝器的低温水入口相连通，冷凝器的高温水出口也与分离换热器的热源入口相连通，冷凝器用于从低温水入口进入的低温水吸收气态冷媒的热量变成高温水，该高温水为分离换热器供热。

进一步地，分离釜的出口还与二氧化碳储罐的入口相连通，并形成循环的香辛料萃取通路，分离釜与二氧化碳储罐之间还设置有冷却器，冷却器用于冷凝液化从分离釜中流出的二氧化碳，冷却器的冷源出口与蒸发器的冷冻水入口相连通，蒸发器的冷冻水出口与冷却器的冷源入口相连通，蒸发器用于液体冷媒吸收从冷冻水入口进入的冷却水的热量，使得该冷却水变成冷冻水，该冷冻水为冷却器供冷。

进一步地，分离换热器和分离釜设置有两组或三组。

进一步地，分离换热器和分离釜串联或并联在香辛料萃取通路上。

进一步地，萃取釜设置有六个，六个萃取釜均用于盛放香辛料，并通入超临界co2萃取香辛料中的精油，相邻的两个萃取釜之间通过串阀连通、且各萃取釜均与超临界二氧化碳储罐和分离釜相互连通形成六个萃取通路，六个萃取通路由依次相邻的三个萃取釜与超临界二氧化碳储罐和分离釜连通而成。

进一步地，六个萃取釜分别为第一萃取釜、第二萃取釜、第三萃取釜、第四萃取釜、第五萃取釜和第六萃取釜，六个萃取通路为第一通路、第二通路、第三通路、第四通路、第五通路和第六通路；

第一通路为：超临界二氧化碳储罐、第一萃取釜、第二萃取釜、第三萃取釜、分离釜依次串联；

第二通路为：超临界二氧化碳储罐、第二萃取釜、第三萃取釜、第四萃取釜、分离釜依次串联；

第三通路为：超临界二氧化碳储罐、第三萃取釜、第四萃取釜、第五萃取釜、分离釜依次串联；

第四通路为：超临界二氧化碳储罐、第四萃取釜、第五萃取釜、第六萃取釜、分离釜依次串联；

第五通路为：超临界二氧化碳储罐、第五萃取釜、第六萃取釜、第一萃取釜、分离釜依次串联；

第六通路为：超临界二氧化碳储罐、第六萃取釜、第一萃取釜、第二萃取釜、分离釜依次串联。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用热源水泵的原理将冷却完二氧化碳储罐和冷却器中的流体中的热量输送给分离釜和萃取釜利用，大大降低了能好，降低了生产成本；通过六个萃取通路将六个萃取釜相互连通循环萃取，保证了萃取时间不间断，提高了萃取效率。

【附图说明】

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型热泵机组的结构示意图。

其中：1.二氧化碳储罐；2.加压泵；3.萃取换热器；4.萃取釜；5.分离换热器；6.分离釜；7.冷却器；8.热泵机组；9.冷凝器；10.压缩机；11.蒸发器；12.膨胀阀。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型公开了一种利用热泵机组循环供热供冷的香辛料萃取系统，如图1所示，包括沿香辛料萃取通路依次串联的二氧化碳储罐1、萃取釜4、分离釜6，以及为二氧化碳储罐1供冷、为萃取釜4和分离釜6供热的热泵机组8；热泵机组8由多个热泵组成，每个热泵由冷凝器9、压缩机10、蒸发器11和膨胀阀12组成，如图2所示，本实用新型中热泵机组8的工作原理与地温空调机组的原理相同，地温空调机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中；在冬季，则从相对恒定温度的水源中提取能量，利用热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。

萃取釜4和分离釜6的热源出口分别与热泵机组8的冷凝器9的低温水入口相连通，冷凝器9的高温水出口分别与萃取釜4和分离釜6的热源入口相连通，冷凝器9用于从低温水入口进入的低温水吸收气态冷媒的热量变成高温水，该高温水为萃取釜4和分离釜6供热；即萃取釜4与冷凝器9形成一个封闭的循环通路，分离釜6也与冷凝器9形成一个封闭的循环通路。

二氧化碳储罐1的冷却水出口与蒸发器11的冷冻水入口相连通，蒸发器11的冷冻水出口与二氧化碳储罐1的冷却水入口相连通，蒸发器11用于液体冷媒吸收从冷冻水入口进入的冷却水的热量，使得该冷却水变成冷冻水，该冷冻水为二氧化碳储罐1供冷，二氧化碳储罐1与蒸发器11也形成了一个封闭的循环通路。

将冷却完二氧化碳储罐1的水与即将进入分离釜6和萃取釜4的供热的水进行换热，将冷却完二氧化碳储罐1的水中所携带的热量输送给即将进入分离釜6和萃取釜4的供热的水，马上进入分离釜6和萃取釜4供热的水吸收气态冷媒的热量，而即将进入分离釜6和萃取釜4供热的水中所携带的冷量输送给气态冷媒，使得气态冷媒降温变成液态，然后经过压缩机10再次循环，当循环至蒸发器11时，再次由液态变为气态，吸收热量，进而进入二氧化碳储罐1进行降温。

二氧化碳储罐1与萃取釜4之间还设置有萃取换热器3，萃取换热器3用于为即将进入萃取釜4的液体二氧化碳进行预热，萃取换热器3的热源出口也与冷凝器9的低温水入口相连通，冷凝器9的高温水出口也与萃取换热器3的热源入口相连通，冷凝器9从低温水入口进入的低温水吸收气态冷媒的热量变成高温水，该高温水为萃取换热器3供热。萃取换热器3用于二氧化碳储罐1内的二氧化碳通过萃取换热器3吸热供给萃取釜4，二氧化碳达到预定温度后供给萃取釜4，虽然萃取釜4中也可以对二氧化碳进行加热，但是萃取釜4内的热量无法快速满足萃取的要求，因此需要在进入萃取釜4之前对二氧化碳在萃取换热器3内进行预热。

萃取釜4与分离釜6之间还设置有分离换热器5，分离换热器5用于为即将进入分离釜6的液体二氧化碳进行预热，分离换热器5的热源出口也与冷凝器9的低温水入口相连通，冷凝器9的高温水出口也与分离换热器5的热源入口相连通，冷凝器9用于从低温水入口进入的低温水吸收气态冷媒的热量变成高温水，该高温水为分离换热器5供热。分离换热器5用于对内含有萃取物的液体二氧化碳进行预热后输送给分离釜6，虽然分离釜6中也可有对二氧化碳进行加热，但是分离釜6内的热量无法快速满足分离的要求，因此需要在进入分离釜6前对二氧化碳在分离换热器5内进行预热。

分离釜6还与二氧化碳储罐1相连通，并形成循环的香辛料萃取通路，分离釜6与二氧化碳储罐1之间还设置有冷却器7，冷却器7用于冷凝液化从分离釜6中流出的二氧化碳，并回流至二氧化碳储罐1，继续下一周期的萃取循环，冷却器7的冷源出口与蒸发器11的冷冻水入口相连通，蒸发器11的冷冻水出口与冷却器7的冷源入口相连通，蒸发器11用于通过液态冷媒吸收自冷冻水入口进入的冷却水的热量，然后将该冷却水变成冷冻水后输送给冷却器7，为冷却器7供冷，而冷媒在蒸发器11与冷凝器9之间循环使用，在冷凝器9时向来自萃取釜4和分离釜6的水放热，在蒸发器11时吸收来自二氧化碳储罐1和冷却器7的热量。

二氧化碳储罐1就是一个循环储罐，因此本实用新型的萃取通路包括依次串联的二氧化碳储罐1、萃取换热器3、萃取釜4、分离换热器5、分离釜6、冷却器7，而冷却器7又与二氧化碳储罐1相连通，进而形成一个循环系统，萃取换热器3是对进入萃取系统之前的二氧化碳按照工艺要求进行加热，分离换热器5是按照分离的工艺要求对介质进行加热，分离釜6就是分离二氧化碳和萃取物，三个分离釜6是萃取工艺的要求，第一分离釜6没有完全分离的成分在第二个分离釜6和第三个分离釜6中再此分离，冷却器7对分离气化的二氧化碳进行冷凝液化。

分离换热器5和分离釜6设置有两组或三组，分离换热器5和分离釜6串联或并联设置在香辛料萃取通路上，通过设置多个分离釜6可以对萃取釜4中的萃取产物进行多级分离，通过将多个分离釜6的压力设置不同，可以得到不同的精油成分，满足更多客户需求。

萃取釜4设置有六个，六个萃取釜4均用于盛放香辛料，并通入超临界co2萃取香辛料中的精油，相邻的两个萃取釜4之间通过串阀连通、且各萃取釜均与超临界co2储罐1和分离釜6相互连通形成六个萃取通路，六个萃取通路由依次相邻的三个萃取釜4与超临界co2储罐1和分离釜6连通而成。

六个萃取釜4分别为第一萃取釜、第二萃取釜、第三萃取釜、第四萃取釜、第五萃取釜和第六萃取釜，各萃取釜4的萃取时间为2小时，相邻的两个萃取釜4的萃取启动时间以公差为2小时的等差数列依次分布，六个萃取通路为第一通路、第二通路、第三通路、第四通路、第五通路和第六通路，六个萃取通路串联循环工作。

六个萃取釜4分别为第一萃取釜、第二萃取釜、第三萃取釜、第四萃取釜、第五萃取釜和第六萃取釜，六个萃取通路为第一通路、第二通路、第三通路、第四通路、第五通路和第六通路；第一通路为：超临界二氧化碳储罐1、第一萃取釜、第二萃取釜、第三萃取釜、分离釜6依次串联；第二通路为：超临界二氧化碳储罐1、第二萃取釜、第三萃取釜、第四萃取釜、分离釜6依次串联；第三通路为：超临界二氧化碳储罐1、第三萃取釜、第四萃取釜、第五萃取釜、分离釜6依次串联；第四通路为：超临界二氧化碳储罐1、第四萃取釜、第五萃取釜、第六萃取釜、分离釜6依次串联；第五通路为：超临界二氧化碳储罐1、第五萃取釜、第六萃取釜、第一萃取釜、分离釜6依次串联；第六通路为：超临界二氧化碳储罐1、第六萃取釜、第一萃取釜、第二萃取釜、分离釜6依次串联。

通过调整依次串联的六个萃取釜4的开启时间、启闭各个萃取釜4之间的串阀、启闭各个萃取釜4与超临界co2储罐1之间的阀门、启闭各个萃取釜4与分离釜6之间的阀门，保证在任意时间段内相邻的三个萃取釜4在进行萃取过程，并使得六个萃取釜4循环萃取。通过六个萃取通路将六个萃取釜4相互连通循环萃取，保证了萃取不间断，提高了萃取效率，通过对各个萃取釜4的连通，保证了任何时间均有三个萃取釜4在进行萃取工作，循环交替，彻底避免了因萃取釜4更换物料而延长工作时间。

本实用新型中萃取系统的使用流程如下：

萃取开始时，先利用启动方法开启预备通路和启动通路，启动方法为先开启超临界co2储罐1、第一萃取釜1、分离釜6相互之间的阀门形成循环的预备通路，即开启第一萃取釜1的进气阀，使得第一萃取釜1与超临界co2储罐1连通，开启第一萃取釜1的出气阀，使得第一萃取釜1与分离釜6连通，然后在预定时间，即2小时后开启超临界co2储罐1、第一萃取釜1、第二萃取釜2、分离釜6相互之间的阀门形成循环的启动通路，即关闭第一萃取釜1的出气阀，开启第一萃取釜1与第二萃取釜2之间的串阀，开启第二萃取釜2的出气阀，关闭第二萃取釜2的进气阀，使得第二萃取釜2与分离釜6连通。

待启动通路开启2小时后，开启第二萃取釜2与第三萃取釜3之间的串阀，开启第三萃取釜3的出气阀，使得第三萃取釜3与分离釜6连通；关闭第二萃取釜2的出气阀，关闭第三萃取釜3的进气阀，此时第一通路开始通入超临界co2，开始萃取。

待第一通路萃取2小时后，开始倒釜作业，即开启换料工作，开启第三萃取釜与第四萃取釜的串阀，开启第四萃取釜的出气阀，关闭第四萃取釜的进气阀，关闭第三萃取釜的出气阀，此时第一萃取釜、第二萃取釜、第三萃取釜和第四萃取釜开始工作。然后开启第二萃取釜的进气阀，关闭第一萃取釜与第二萃取釜的串阀，关闭第一萃取釜的进气阀，此时第二萃取釜、第三萃取釜、第四萃取釜正常运行，第二通路开始通入超临界二氧化碳，开始萃取，倒釜工作完成，对第一萃取釜进行排空作业，排空后对第一萃取釜进行装料作业。

待第二通路萃取2小时后，开始倒釜作业，即开启换料工作，开启第四萃取釜与第五萃取釜的串阀，开启第五萃取釜的出气阀，关闭第五萃取釜的进气阀，关闭第四萃取釜的出气阀，此时第二萃取釜、第三萃取釜、第四萃取釜和第五萃取釜开始工作。然后开启第三萃取釜的进气阀，关闭第二萃取釜与第三萃取釜的串阀，关闭第二萃取釜的进气阀，此时第三萃取釜、第四萃取釜、第五萃取釜正常运行，第三通路开始通入超临界二氧化碳，开始萃取，倒釜工作完成，对第二萃取釜进行排空作业，排空后对第二萃取釜进行装料作业。

待第三通路萃取2小时后，开始倒釜作业，即开启换料工作，开启第五萃取釜与第六萃取釜的串阀，开启第六萃取釜的出气阀，关闭第六萃取釜的进气阀，关闭第五萃取釜的出气阀，此时第三萃取釜、第四萃取釜、第五萃取釜和第六萃取釜开始工作。然后开启第四萃取釜的进气阀，关闭第三萃取釜和第四萃取釜的串阀，关闭第三萃取釜的进气阀，此时第四萃取釜、第五萃取釜、第六萃取釜正常运行，第四通路开始通入超临界二氧化碳，开始萃取，倒釜工作完成，对第三萃取釜进行排空作业，排空后对第三萃取釜进行装料作业。

待第四通路萃取2小时后，开始倒釜作业，即开启换料工作，开启第六萃取釜与第一萃取釜的串阀，开启第一萃取釜的出气阀，关闭第一萃取釜的进气阀，关闭第六萃取釜的出气阀，此时第四萃取釜、第五萃取釜、第六萃取釜和第一萃取釜开始工作。然后开启第五萃取釜的进气阀，关闭第四萃取釜与第五萃取釜的串阀，关闭第四萃取釜的进气阀，此时第五萃取釜、第六萃取釜、第一萃取釜正常运行，第五通路开始通入超临界二氧化碳，开始萃取，倒釜工作完成，对第四萃取釜进行排空作业，排空后对第四萃取釜进行装料作业。

待第五通路萃取2小时后，开始倒釜作业，即开启换料工作，开启第一萃取釜与第二萃取釜的串阀，开启第二萃取釜的出气阀，关闭第二萃取釜的进气阀，关闭第一萃取釜的出气阀，此时第五萃取釜、第六萃取釜、第一萃取釜、第二萃取釜开始工作。然后开启第六萃取釜的进气阀，关闭第五萃取釜与第六萃取釜的串阀，关闭第五萃取釜的进气阀，此时第六萃取釜、第一萃取釜、第二萃取釜正常运行，第六通路开始通入超临界二氧化碳，开始萃取，倒釜工作完成，对第五萃取釜进行排空作业，排空后对第五萃取釜进行装料作业。

待第六通路萃取2小时后，开始倒釜作业，即开启换料工作，开启第二萃取釜与第三萃取釜的串阀，开启第三萃取釜的出气阀，关闭第二萃取釜的出气阀，关闭第三萃取釜的进气阀，此时第六萃取釜、第一萃取釜、第二萃取釜、第三萃取釜开始工作。然后开启第一萃取釜的进气阀，关闭第六萃取釜与第一萃取釜的串阀，关闭第六萃取釜的进气阀，此时第一萃取釜、第二萃取釜、第三萃取釜正常运行，第一通路开始通入超临界二氧化碳，开始萃取，倒釜工作完成，对第六萃取釜进行排空作业，排空后对第六萃取釜进行装料作业。

待第一通路萃取2小时后，开始倒釜作业，即开启换料工作，开启第三萃取釜与第四萃取釜的串阀，开启第四萃取釜的出气阀，关闭第四萃取釜的进气阀，关闭第三萃取釜的出气阀，此时第一萃取釜、第二萃取釜、第三萃取釜和第四萃取釜开始工作。然后开启第二萃取釜的进气阀，关闭第一萃取釜与第二萃取釜的串阀，关闭第一萃取釜的进气阀，此时第二萃取釜、第三萃取釜、第四萃取釜正常运行，第二通路开始通入超临界二氧化碳，开始萃取，倒釜工作完成，对第一萃取釜进行排空作业，排空后对第一萃取釜进行装料作业。

实施例1

二氧化碳储罐1内的二氧化碳进入加压泵2，加压泵2按工艺要求给二氧化碳加压，然后二氧化碳进入萃取换热器3后被加热至40-50度，然后通入萃取釜4中，在萃取釜4中对物料进行萃取，萃取完成后，含有萃取物的液体二氧化碳进入分离换热器5和分离釜6被减压气化分离，分离釜6分离二氧化碳和萃取物，分离出的纯净二氧化碳再通过冷却器7冷凝液化，回到二氧化碳储罐1，继续下一周期的萃取循环。

利用本实用新型替代现有的萃取系统中的制冷机组和蒸汽锅炉后，能耗大幅度降低，下面以本实施例进行简单的计算：制冷机组的功率为250kw/h，工业电价为1.8元/度计算，每天需要1.08万元，每月需要33.48万，每年需要39.42万。蒸汽锅炉的功率为200kw/h，天然气锅炉需消耗天然气25方/小时，一天消耗600方天然气，天然气按3元/方计算，每天需要1800元，每月需要5.4万，每年需要64.8万。共计需要39.42+64.8＝104万，利用本实用新型后，每年可节约104万，本实用新型中只需为压缩机供电即可，而压缩机用电相比现有技术中的制冷机组和蒸汽锅炉用电大幅度降低。