一种基于超临界萃取技术的二氧化碳萃取设备的制作方法

本发明涉及二氧化碳萃取技术领域，更具体地说，涉及一种基于超临界萃取技术的二氧化碳萃取设备。

背景技术：

超临界二氧化碳萃取分离过程的原理是利用超临界二氧化碳对某些特殊天然产物具有特殊溶解作用，利用超临界二氧化碳的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界二氧化碳溶解能力的影响而进行的。超临界二氧化碳作为最常用的超临界流体，是一种无毒、惰性且对环境无害的反应介质。由于其在超临界状态具有极优异的溶解性，而当降低其压力时，其溶解性可以快速降低，并且可以挥发掉而不会有有害溶剂残留，因此其在药物萃取方面，有极大的发挥余地。

在二氧化碳超临界萃取过程中，二氧化碳作为萃取剂在进行加压泵前需要进行冷却降温放出热量，使得液化后的二氧化碳满足后续充当溶剂使用的条件后输送到萃取装置，该加压泵在加压二氧化碳的过程中，能够保持运转顺畅。现有技术中一般通过冷却水对气态的二氧化碳进行降温，降温速度慢，液化效果较差，导入至加压泵内的二氧化碳中还存有少量的气态二氧化碳，不利于加压泵的顺畅运转。如何为超临界二氧化碳萃取设备中的二氧化碳提供一种高效率的液化冷却方式，就成了值得解决的问题。

为此，我们提出一种基于超临界萃取技术的二氧化碳萃取设备来对萃取剂在进行加压泵前进行高效冷却降温。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于超临界萃取技术的二氧化碳萃取设备，通过在水冷热交换罐的内部设置用于对二氧化碳气体分流的冷凝柱,冷凝柱内侧的水冷腔内嵌设有与冷却源供应管相连接的水冷运输管，水冷运输管用于冷却液的导入、导出，且水冷运输管的外侧壁上环形分布多个制冷体，多个制冷体摆动于流动的冷却液中，与冷却液充分接触，有效降低冷却液水温，进一步提高了水冷腔的制冷效果，而冷凝柱上的流通腔通过导热体与水冷腔相连通，二氧化碳通过多个流通腔向上分流运动，借助导热体与制冷体的配合，在流动过程中实现热交换，提高对二氧化碳液化降温的均匀性以及充分性，以实现对二氧化碳高效率的制冷降温。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种基于超临界萃取技术的二氧化碳萃取设备，包括二氧化碳存储罐、水冷热交换罐、萃取罐、加压泵以及萃取物收集筒，所述水冷热交换罐的上下端分别嵌设安装有下封头和上封头，所述下封头、上封头以及水冷热交换罐相互连通设置，所述二氧化碳存储罐的底端通过进气管与下封头相连通，所述上封头的顶端一侧通过输送管与加压泵相相连接，所述加压泵的另一端通过加压管与萃取罐相连接，所述萃取罐内装载有待萃取物，所述萃取罐的底端出口通过萃取物提取管与萃取物收集筒的顶端相连接，所述萃取物收集筒的底端设有萃取物排出管，所述水冷热交换罐的内部嵌设安装有冷凝柱，所述冷凝柱的外侧壁上环形开设有多个与下封头、上封头相连通的流通腔，所述冷凝柱的内侧开设有水冷腔，所述水冷腔的内部贯穿插设有水冷运输管，所述水冷腔的上下端均安装有套设于水冷运输管外侧壁上的密封套，所述水冷运输管的顶端贯穿上封头并连接有冷却源供应管，所述水冷运输管的底端贯穿下封头并延伸向外，所述水冷运输管位于水冷腔内部的一端侧壁上环形分布有多个制冷体，所述水冷腔与多个流通腔之间嵌设有导热体。

进一步的，所述萃取罐的上下端均安装有加热装置，所述萃取罐的顶端一侧设有萃取物进料管，所述加压管的一端贯穿位于萃取罐下端的加热装置并延伸至萃取罐内，在萃取罐的上下端均安装上加热装置，位于下方的加热装置对从加压泵加压导出的二氧化碳进行预热，以修饰二氧化碳超临界极性，位于上方的加热装置用于对萃取罐内部进行升温，以实现待萃取物及二氧化碳气体达到临界萃取所需的温度。

进一步的，两个所述加热装置的内部均嵌设安装有电热丝，所述电热丝与外接工控器相连接，所述萃取罐上安装有延伸至其内部的温度探测头以及压力探测头，所述萃取罐的外端壁上安装有与温度探测头以及压力探测头电信连接的显示器。

进一步的，所述水冷运输管包括固定连接与冷却源供应管底端的进液管，所述进液管的底端延伸至水冷腔内并固定连接有承托管，所述承托管的底端固定连接有出液管，所述出液管贯穿位于水冷热交换罐下方的密封套以及下封头并延伸向外，所述进液管以及出液管的相对一端分别开设有上进液口以及下进液口。

进一步的，所述上进液口以及下进液口分别位于水冷腔的上下端，所述下进液口上安装有电磁阀，多个所述制冷体环形分布于承托管的外壁上，通过冷却源供应管向水冷运输管内导入冷却液，冷却液通过进液管底端的上进液口导入至水冷腔内，待水冷腔内的冷却液淹没制冷体的顶部后，打开下进液口上的电磁阀，此时，水冷腔内的冷却液通过下进液口导入至出液管内，并通过出液管向外排出，该出液管可直接于冷却源供应管相连接，实现冷却液的循环流通。

进一步的，所述制冷体包括固定连接于承托管外壁上的水冷片，所述水冷片上嵌设分布有多个制冷囊剂。

进一步的，所述水冷片采用柔性导热材料制成，所述制冷囊剂包括嵌设于水冷片上的选择性半透膜，所述选择性半透膜内部填充有制冷剂，所述制冷剂选用硝石颗粒剂，当水冷腔内填充有冷却液后，冷却液浸湿水冷片以及位于水冷片上的多个制冷囊剂,由于水冷片具有一定的柔性，从而能够在流动的冷却液中实现适当的摆动，提高水冷效果，同时水分子通过选择性半透膜浸湿制冷剂，制冷剂遇水降温，并局部结冰，从而使得水冷腔内的温度快速骤降，低温传递至冷凝柱处，以有效对流经流通腔处的二氧化碳进行降温液化，相对比直接利用冷却液进行降温，该方式降温速度快，且多个多个流通腔对二氧化碳进行分流传送，利于二氧化碳的均匀降温。

进一步的，所述导热体包括位于流通腔内侧的多个冷却板，多个冷却板内外层叠设置，内外所述冷却板之间插设有多个热传导杆，所述热传导杆的内端贯穿水冷腔并固定连接有导热球。

进一步的，所述导热球、热传导杆以及冷凝柱、冷却板均采用导热材料制成，所述导热球以及冷却板内部开设有相互连通的导热腔，所述导热腔内填充有导热填料。

进一步的，所述冷却板上设有网孔，所述导热填料由导热油以及石墨颗粒剂混合配制而成，二氧化碳气体依次通过进气管、下封头导入至多个流通腔内，并通过流通腔向外运动，在流通的过程中，将其本身热量通过冷却板、导热球以及热传导杆所构成的导热体传递至水冷腔内，再利用流动的冷却液对其进行降温液化，导热体的设置进一步提高热交换效率。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案通过在水冷热交换罐的内部设置用于对二氧化碳气体分流的冷凝柱,冷凝柱内侧的水冷腔内嵌设有与冷却源供应管相连接的水冷运输管，水冷运输管用于冷却液的导入、导出，且水冷运输管的外侧壁上环形分布多个制冷体，多个制冷体摆动于流动的冷却液中，与冷却液充分接触，有效降低冷却液水温，进一步提高了水冷腔的制冷效果，而冷凝柱上的流通腔通过导热体与水冷腔相连通，二氧化碳通过多个流通腔向上分流运动，借助导热体与制冷体的配合，在流动过程中实现热交换，提高对二氧化碳液化降温的均匀性以及充分性，以实现对二氧化碳高效率的制冷降温。

(2)萃取罐的上下端均安装有加热装置，萃取罐的顶端一侧设有萃取物进料管，加压管的一端贯穿位于萃取罐下端的加热装置并延伸至萃取罐内，两个加热装置的内部均嵌设安装有电热丝，电热丝与外接工控器相连接，萃取罐上安装有延伸至其内部的温度探测头以及压力探测头，萃取罐的外端壁上安装有与温度探测头以及压力探测头电信连接的显示器，在萃取罐的上下端均安装上加热装置，位于下方的加热装置对从加压泵加压导出的二氧化碳进行预热，以修饰二氧化碳超临界极性，位于上方的加热装置用于对萃取罐内部进行升温，以实现待萃取物及二氧化碳气体达到临界萃取所需的温度。

(3)冷运输管包括固定连接与冷却源供应管底端的进液管，进液管的底端延伸至水冷腔内并固定连接有承托管，承托管的底端固定连接有出液管，出液管贯穿位于水冷热交换罐下方的密封套以及下封头并延伸向外，进液管以及出液管的相对一端分别开设有上进液口以及下进液口，上进液口以及下进液口分别位于水冷腔的上下端，下进液口上安装有电磁阀，多个制冷体环形分布于承托管的外壁上，通过冷却源供应管向水冷运输管内导入冷却液，冷却液通过进液管底端的上进液口导入至水冷腔内，待水冷腔内的冷却液淹没制冷体的顶部后，打开下进液口上的电磁阀，此时，水冷腔内的冷却液通过下进液口导入至出液管内，并通过出液管向外排出，该出液管可直接于冷却源供应管相连接，实现冷却液的循环流通。

(4)制冷体包括固定连接于承托管外壁上的水冷片，水冷片上嵌设分布有多个制冷囊剂，水冷片采用柔性导热材料制成，能够随流动的冷却液适度摆动，制冷囊剂包括嵌设于水冷片上的选择性半透膜，选择性半透膜内部填充有制冷剂，制冷剂选用硝石颗粒剂，当水冷腔内填充有冷却液后，冷却液浸湿水冷片以及位于水冷片上的多个制冷囊剂,由于水冷片具有一定的柔性，从而能够在流动的冷却液中实现适当的摆动，提高水冷效果，同时水分子通过选择性半透膜浸湿制冷剂，制冷剂遇水降温，并局部结冰，从而使得水冷腔内的温度快速骤降，低温传递至冷凝柱处，以有效对流经流通腔处的二氧化碳进行降温液化，相对比直接利用冷却液进行降温，该方式降温速度快，且多个多个流通腔对二氧化碳进行分流传送，利于二氧化碳的均匀降温。

(5)导热体包括位于流通腔内侧的多个冷却板，多个冷却板内外层叠设置，内外冷却板之间插设有多个热传导杆，热传导杆的内端贯穿水冷腔并固定连接有导热球，导热球、热传导杆以及冷凝柱、冷却板均采用导热材料制成，导热球以及冷却板内部开设有相互连通的导热腔，导热腔内填充有导热填料，冷却板上设有网孔，导热填料由导热油以及石墨颗粒剂混合配制而成，二氧化碳气体依次通过进气管、下封头导入至多个流通腔内，并通过流通腔向外运动，在流通的过程中，将其本身热量通过冷却板、导热球以及热传导杆所构成的导热体传递至水冷腔内，再利用流动的冷却液对其进行降温液化，导热体的设置进一步提高热交换效率。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的水冷热交换罐处的拆分示意图；

图3为本发明的冷凝柱与水冷输送管相结合处的立体图；

图4为为本发明的冷凝柱与水冷输送管相拆分时的立体图；

图5为本发明的导热体处的立体图；

图6为本发明的制冷体处的部分剖视图。

图中标号说明：

1二氧化碳存储罐、2水冷热交换罐、201下封头、202上封头、3萃取罐、4加压泵、5萃取物收集筒、6进气管、7输送管、8加压管、9萃取物提取管、10加热装置、11冷却源供应管、12水冷运输管、121进液管、1211上进液口、122承托管、123出液管、1231下进液口、13水冷片、14制冷囊剂、141选择性半透膜、142制冷剂、15冷凝柱、151流通腔、16冷却板、17导热球、18热传导杆、19密封套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-4，一种基于超临界萃取技术的二氧化碳萃取设备，包括二氧化碳存储罐1、水冷热交换罐2、萃取罐3、加压泵4以及萃取物收集筒5，水冷热交换罐2的上下端分别嵌设安装有下封头201和上封头202，下封头201、上封头202以及水冷热交换罐2相互连通设置，二氧化碳存储罐1的底端通过进气管6与下封头201相连通，上封头202的顶端一侧通过输送管7与加压泵4相相连接，加压泵4的另一端通过加压管8与萃取罐3相连接，萃取罐3内装载有待萃取物，萃取罐3的底端出口通过萃取物提取管9与萃取物收集筒5的顶端相连接，萃取物收集筒5的底端设有萃取物排出管，水冷热交换罐2的内部嵌设安装有冷凝柱15，冷凝柱15的外侧壁上环形开设有多个与下封头201、上封头202相连通的流通腔151，冷凝柱15的内侧开设有水冷腔，水冷腔的内部贯穿插设有水冷运输管12，水冷腔的上下端均安装有套设于水冷运输管12外侧壁上的密封套19，水冷运输管12的顶端贯穿上封头202并连接有冷却源供应管11，冷却液通过冷却源供应管11导入，水冷运输管12的底端贯穿下封头201并延伸向外，水冷运输管12包括固定连接与冷却源供应管11底端的进液管121，进液管121的底端延伸至水冷腔内并固定连接有承托管122，承托管122为实体管，承托管122的底端固定连接有出液管123，出液管123贯穿位于水冷热交换罐2下方的密封套19以及下封头201并延伸向外，进液管121以及出液管123的相对一端分别开设有上进液口1211以及下进液口1231。

上进液口1211以及下进液口1231分别位于水冷腔的上下端，下进液口1231上安装有电磁阀，多个制冷体环形分布于承托管122的外壁上，通过冷却源供应管11向水冷运输管12内导入冷却液，冷却液通过进液管121底端的上进液口1211导入至水冷腔内，待水冷腔内的冷却液淹没制冷体的顶部后，打开下进液口1231上的电磁阀，此时，水冷腔内的冷却液通过下进液口1231导入至出液管123内，并通过出液管123向外排出，该出液管123可直接于冷却源供应管11相连接，实现冷却液的循环流通。

请参阅图3-6，水冷运输管12位于水冷腔内部的一端侧壁上环形分布有多个制冷体，制冷体包括固定连接于承托管122外壁上的水冷片13，水冷片13上嵌设分布有多个制冷囊剂14，水冷片13采用柔性导热材料制成，制冷囊剂14包括嵌设于水冷片13上的选择性半透膜141，选择性半透膜141内部填充有制冷剂142，制冷剂142选用硝石颗粒剂，当水冷腔内填充有冷却液后，冷却液浸湿水冷片13以及位于水冷片13上的多个制冷囊剂14,由于水冷片13具有一定的柔性，从而能够在流动的冷却液中实现适当的摆动，提高水冷效果，同时水分子通过选择性半透膜141浸湿制冷剂142，制冷剂142遇水降温，并局部结冰，从而使得水冷腔内的温度快速骤降，低温传递至冷凝柱15处，以有效对流经流通腔151处的二氧化碳进行降温液化，相对比直接利用冷却液进行降温，该方式降温速度快，且多个多个流通腔151对二氧化碳进行分流传送，利于二氧化碳的均匀降温，在使用完毕后，通过出液管123排除冷却液，硝石颗粒剂制冷囊剂14内析出，以便于下次使用，本领域技术人员也可选用其他制冷材料以辅助冷却液的降温。

水冷腔与多个流通腔151之间嵌设有导热体，导热体包括位于流通腔151内侧的多个冷却板16，多个冷却板16内外层叠设置，内外冷却板16之间插设有多个热传导杆18，热传导杆18的内端贯穿水冷腔并固定连接有导热球17，导热球17、热传导杆18以及冷凝柱15、冷却板16均采用导热材料制成，导热球17以及冷却板16内部开设有相互连通的导热腔，导热腔内填充有导热填料，冷却板16上设有网孔，导热填料由导热油以及石墨颗粒剂混合配制而成，二氧化碳气体依次通过进气管6、下封头201导入至多个流通腔151内，并通过流通腔151向外运动，在流通的过程中，将其本身热量通过冷却板16、导热球17以及热传导杆18所构成的导热体传递至水冷腔内，再利用流动的冷却液对其进行降温液化，导热体的设置进一步提高热交换效率。

请参阅图1，萃取罐3的上下端均安装有加热装置10，萃取罐3的顶端一侧设有萃取物进料管，加压管8的一端贯穿位于萃取罐3下端的加热装置10并延伸至萃取罐3内，在萃取罐3的上下端均安装上加热装置10，位于下方的加热装置10对从加压泵4加压导出的二氧化碳进行预热，以修饰二氧化碳超临界极性，位于上方的加热装置10用于对萃取罐3内部进行升温，以实现待萃取物及二氧化碳气体达到临界萃取所需的温度，两个加热装置10的内部均嵌设安装有电热丝，电热丝与外接工控器相连接，萃取罐3上安装有延伸至其内部的温度探测头以及压力探测头，萃取罐3的外端壁上安装有与温度探测头以及压力探测头电信连接的显示器，已精准控制萃取罐3内的临界温度。

本发明通过在水冷热交换罐2的内部设置用于对二氧化碳气体分流的冷凝柱15,冷凝柱15内侧的水冷腔内嵌设有与冷却源供应管11相连接的水冷运输管12，水冷运输管12用于冷却液的导入、导出，且水冷运输管12的外侧壁上环形分布多个制冷体，制冷体与冷却液充分接触配合，进一步提高了水冷腔的制冷效果，而冷凝柱15上的流通腔151通过导热体与水冷腔相连通，二氧化碳通过多个流通腔151向上分流运动，在流动过程中实现热交换，完成对气体二氧化碳的充分液化，以实现对二氧化碳高效率的制冷降温；

降温后的二氧化碳通过加压泵4导入至萃取罐3内，在导入萃取罐3内之前利用位于萃取罐3下方的加热装置10对二氧化碳进行预热，以修饰二氧化碳超临界极性，预热后的二氧化碳再导入至萃取罐3内，与萃取罐3内的待萃取物相混合，位于萃取罐3上方的加热装置10对位于上方的加热装置10用于对萃取罐3内部进行升温，以实现待萃取物及二氧化碳气体达到临界萃取所需的温度，在萃取完毕后将萃出物导入至萃取物收集筒5内进行与二氧化碳的分离，技术人员可在萃取物收集筒5的顶端处连接一个用于手机二氧化碳的收集装置，萃取后的萃取物通过萃取物收集筒5底端的萃取物排出管排出；

在此需要补充的是，进气管6、输送管7、加压管8、萃取物提取管9上均安装有相匹配的控制阀门，此为现有技术，在此不做过多赘述，以实现定量输入以及输出。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。