本发明属于物理分离的装置或设备技术领域，具体涉及一种可变体积式超临界萃取装置及使用方法。
背景技术：
超临界流体是指物质体处于其临界温度和临界压力以上状态时，此时，向该状态气体加压，气体不会液化，只是密度增大，具有类似液体的性质，同时还保留气体的性能。超临界流体兼具气体和液体的优点，其密度接近于液体，溶解能力较强，而黏度与气体相近，扩散系数远大于一般的液体，有利于传质。另外，超临界流体具有零表面张力，很容易渗透扩散到被萃取物的微孔内。因此，超临界流体具有良好的溶解和传质特性，能与萃取物很快地达到传质平衡，实现物质的有效分离。
超临界萃取技术是未来油脂萃取的主要方向之一。从目前的文献报道来看，其油脂萃取过程有着“绿色环保、低成本、易于实现”等多种特点，甚至已被部分油脂生产企业所采应用，用于生产高端油脂。然而，在该技术已经出现的数十年里，其至今仍未被广泛应用。在传统的超临界萃取工艺下，萃取剂的流向沿延萃取釜由下至上，萃取剂进口位于萃取釜底部，萃取剂出口位于萃取釜顶部盖子上，或位于萃取釜上端的侧面。尽管曾有多篇文献研究报道超临界萃取工艺的改进，包括萃取压力、萃取温度、二氧化碳流量、萃取时间等因素对萃取得率的影响，但都很难改善超临界萃取油脂时“生产效率偏低”的“顽疾”。
当萃取剂从下到上流经萃取釜时，带动物料向上移动，重力作用下，物料又向下回落，因此物料一直处于松散状态，萃取剂与物料接触时间短，溶解能力有限，难以达到溶解饱和后再输出的效果，因此萃取时间极长。同时，由于现有萃取釜的萃取体积无法改变，导致萃取完成后需要释放釜体内的所有气体，耗时太长，对生产效率影响极大。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于克服现有超临界萃取装置在萃取过程中原料结构松散，进而导致萃取剂快速逸散，萃取效率降低的缺点以及萃取后釜内残余气体过多，放空时间长的问题，提供一种设计合理、结构简单、萃取效率高、操作方便的可变体积超临界萃取釜。
本发明还提供一种可变体积式超临界萃取装置的使用方法。
解决上述技术问题采用的技术方案是:
一种可变体积式超临界萃取装置，包括顶盖、釜体、顶滤盖、挤压装置和推进装置；
所述釜体上下两端开口，釜体上端与所述顶盖密封连接，下端与所述挤压装置密封连接；釜体外部设置控温层，釜体内部形成釜腔；顶滤盖与釜体密封连接；所述釜体底部设置有进口管线；所述釜体侧壁上端设置有上出气管线；上出气管线与顶滤盖内腔连通；
所述挤压装置包括推力圆台、推杆和滤板；推力圆台活动设置在所述釜腔中，推杆与推力圆台连接，推力圆台上设置滤板；所述进口管线上端部设置在推力圆台和滤板之间；
所述挤压装置与推进装置连接。
作为本发明的进一步改进，所述釜体内壁上还设置有若干凹槽；凹槽为弧形槽；
釜体侧壁设置有侧出口管线，上出气管线和侧出口管线均与主出口管线连接；
所述凹槽一侧设置有过滤带，另一侧与侧出口管线连接。
作为本发明的进一步改进，所述凹槽为环形槽，若干环形槽分别设置在釜体中部及以上部位。
作为本发明的进一步改进，所述顶滤盖下部为滤网；所述上出气管线与所述顶滤盖内部空腔连通。
作为本发明的进一步改进，所述推力圆台上表面设置有多个弧形的支撑肋，所述滤板设置在支撑肋上；推力圆台中心设置有进气口，支撑肋间隙与进气口连通，所述进口管线与进气口连接。
作为本发明的进一步改进，所述控温层为水浴层，水浴层设置有进水口和排水口。
作为本发明的进一步改进，所述进口管线部分设置在推杆内部，上端延伸至推力圆台上表面。
作为本发明的进一步改进，所述釜体设置在支撑架上，所述推进装置设置在支撑架下方。
作为本发明的进一步改进，还包括分离釜，所述上出气管线与分离釜连接；分离釜设置有排气口和排液口。
一种可变体积式超临界萃取装置的使用方法，包括以下步骤：
所有出口管线阀门关闭，控温层开启，打开顶盖，将推力圆台放至釜内最低处，开始装料，由下向上堆层严实装料；
打开出口管线，推力圆台持续上移，挤压物料，物料内的部分目标组分在推力圆台压力的作用下穿过顶滤盖，从萃取釜出口流出，待萃取釜出口不再有目标组分流出时，所有管线出口关闭；
推力圆台保持物料压实状态，打开进口管线进气，升压，调节出口管线阀门，维持压力，开始动态萃取……，待出口萃取物流量明显降低接近为0，且推力圆台无法上移时，停止进气，萃取结束；
释放釜内残余气体，待釜体压力表指针为0时，开顶盖，取出顶滤盖，推力圆台继续上移，顶出料渣。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用推力圆台对萃取釜内的物料进行由下向上的增压，协同进入釜内的萃取剂(二氧化碳)推动物料向上移动，可以实现物料的整体上移以及物料与釜内壁的良好密封，使物料始终处于压紧状态，进而阻止萃取剂的无效逸散，对物料进行超临界压榨萃取，萃取效率更高。同时，由于推力圆台的上移，萃取釜有效体积大幅缩小，萃取后的气体放空时间大幅缩短，生产效率得以提高。
进一步，本发明的推力圆台与萃取釜内壁之间设置有密封层，可有效防止萃取剂从萃取釜内壁和推力圆台底盖间隙流过，并具有操作简单，安装方便的特点。
为进一步提高萃取中后期的萃取效率，本发明采用了过滤带或过滤环技术，过滤面积大于单独采用出口管线的出口面积，过滤面积大幅增加，萃取效率大幅提高。
本发明结构简单、操作方便、无需内料筒，装卸料方便，节省人力物力，可推广应用到超临界萃取领域。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明可变体积式超临界萃取装置示意图。
图2是本发明可变体积式超临界萃取装置局部剖面图。
图3是图2上部分局部放大图。
图4是图2中部分局部放大图。
图5是推力圆台示意图。
图6是推力圆台俯视图。
附图标记说明：100、顶盖；200、釜体；300、支撑架；400、挤压装置；500、推进装置；600、分离釜；
101、釜盖；102、顶滤盖；103、滤网；
203、上出气管线；202、排水口；204、控温层；205、过滤带；206、第一侧出口管线；207、釜腔；208、第二侧出口管线；209、主出口管线；210、进水口；201、进口管线；
401、推力圆台；402、推杆；403、滤板；404、支撑肋；405、出料口；
601、排气口；602、排液口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不表示是唯一的实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
如图1至图2所述，本发明一种可变体积式超临界萃取装置，包括顶盖100、釜体200、顶滤盖102、挤压装置400和推进装置500；
顶滤盖102四周与釜内璧接触处带有密封，防止物料向上流串堵塞管路。
所述釜体200上下两端开口，内壁光滑，釜体200上端与所述顶盖100密封连接，下端与所述挤压装置400密封连接，釜体200外部设置控温层204，釜体200内部形成釜腔207；所述釜体200侧壁上端设置有上出气管线203，釜体200底部设置有进口管线201；
所述挤压装置400包括推力圆台401、推杆402和滤板403；推力圆台401活动设置在所述釜腔207中，推杆402与推力圆台401连接，推力圆台401上设置有滤板403；所述底出口管线211端部设置在推力圆台401和滤板403之间；所述挤压装置400与推进装置500连接。
工作原理为：打开出口管线阀门，水浴层控温开启，开顶盖100，将推力圆台401下移至釜内最低处。开始装料，要求待萃取物料(如大豆、菜籽或花生等)在萃取釜内由下向上堆层严实装料，装满后加装顶滤盖102，盖上顶盖100，推力圆台401开始缓慢持续上移，持续压实物料，待上出气管线203出口无萃取物流出时，进口管线201阀门开启，开始进co2气(萃取剂)，增压泵为萃取釜升压，开始动态萃取，待出口萃取物流量降低明显(甚至为0时)，且推力圆台401无法上移时，停止进气，萃取结束，从萃取釜的上出气管线203释放釜内残余气体，待釜体200压力表指针为0时，开顶盖100，推力圆台401继续上移，顶出顶滤盖102和料渣，本次萃取完成。
优选的，还包括分离釜600，所述上出气管线203、主出口管线209均与分离釜600连接；分离釜600设置有排气口601和排液口602。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，所述釜体200内壁上还设置有若干凹槽和若干侧出口管线；凹槽为弧形槽，凹槽一侧设置有过滤带205，另一侧与第一侧出口管线206连接，所有侧出口管线206均与主出口管线209连接。
第二种工作方式为：打开萃取釜的所有出口管线，水浴层控温开启，开顶盖100，将推力圆台401下移至釜内最低处。检查位于釜体200内壁处的过滤带205处于平整状态。开始装料，要求物料在萃取釜内由下向上堆层严实装料，装满后，加装顶滤盖102，盖上顶盖100。推力圆台401开始缓慢持续上移，持续压实物料，待上出气管线203出口无萃取物流出时，关闭过滤带205连接的出口管线阀门后，进口管线211阀门开始进co2气(萃取剂)，增压泵为萃取釜升压，开始动态萃取，待出口萃取物流量降低明显时(甚至为0时)，打开第一侧出口管线206，继续动态萃取，待出口萃取物流量降低明显时(甚至为0时)，且推力圆台401无法继续上移时，停止进气，萃取结束，从萃取釜的上出气管线203释放釜内残余气体，待釜体200压力表指针为0时，开顶盖100，推力圆台401继续上移，顶出顶滤盖102和料渣，本次萃取完成。
实施例3
在实施例2的基础上，如图4所示，所述釜体200内壁上还设置有若干凹槽和若干侧出口管线；凹槽为弧形槽，凹槽一侧设置有过滤带205，另一侧与第一侧出口管线206、第二侧出口管线208连接，所有侧出口管线均与主出口管线209连接。
优选的，所述凹槽为环形槽，若干环形槽分别设置在釜体200中部及以上部位。本实施例的侧出口管线包括第一侧出口管线206和第二侧出口管线208，要求第一侧出口管线206和第二侧出口管线208的端口面积小于凹槽的面积。
打开萃取釜的所有出口管线，水浴层控温开启，开顶盖100，将推力圆台401下移至釜内最低处。检查位于釜体200内壁处的过滤带205处于平整状态。开始装料，要求物料在萃取釜内由下向上堆层严实装料，装满后，加装顶滤盖102，盖上顶盖100。推力圆台401开始缓慢持续上移，持续压实物料，待上出气管线203出口无萃取物流出时，关闭过滤带205连接的出口管线阀门后，进口管线201阀门开始进co2气(萃取剂)，增压泵为萃取釜升压，开始动态萃取，待出口萃取物流量降低明显时(甚至为0时)，打开第一侧出口管线206，继续动态萃取，待出口萃取物流量降低明显时(甚至为0时)，打开第二侧出口管线208，待出口萃取物流量降低明显时(甚至为0时)，且推力圆台401无法继续上移时，停止进气，萃取结束，释放釜内残余气体，待釜体200压力为0时，开顶盖100，推力圆台401继续上移，顶出顶滤盖102和料渣，本次萃取完成。
如图5和图6所示，所述推力圆台401上表面设置有多个弧形的支撑肋404，所述滤板403设置在支撑肋404上；推力圆台401中心设置有进气口405，所述进口管线201与进气口405连接。
作为优选实施例，控温层204为水浴层，水浴层上设置有进水口210和排水口202。当然本发明的控温层204还可以为其他实现方式，如电加热层，通过温控元件进行精确控制，处于成本考虑，水浴层更加便捷。
作为优选实施例，顶滤盖102设计为中间高四周低的圆锥形。当然本发明的顶滤盖102还可以为其他实现方式，如不带弧度的圆片形或不带尖的圆台形。
作为优选实施例，所述底出口管线211部分设置在推杆402内部，上端延伸至推力圆台401上表面。当然本发明的进口管线211也可设置在推杆402外部，上端延伸至推力圆台401上表面。
作为优选实施例，所述釜体200设置在支撑架300上，所述推进装置500设置在支撑架300下方。
作为优选实施例，所述推进装置500为液压千斤顶。当然本发明的推进装置500还可以为其他的驱动装置，例如电机驱动。
使用方法介绍：
1：萃取釜釜体200上端设有釜盖101；顶滤盖102，釜体200设有控温水浴层；进气口201位于釜体200下部进气；釜体200底部设有推力圆台401、环形密封和液压推进装置500，可在釜内上下移动；气体流路沿用下进上出；贴釜体200内壁设有若干环形(含半环形)过滤带205，过滤带205后接出口管线，出口管线设有阀门。
2：设备用法：
所有出口管线打开，水浴层控温开启，开顶盖100，将推力圆台401下移至釜内最低处。检查位于釜体200内壁处的过滤带205处于平整状态。开始装料，要求物料在萃取釜内由下向上堆层严实装料，装满后，加装顶滤盖102，盖上顶盖100。推力圆台401开始缓慢持续上移，持续压实物料，待上出气管线203出口无萃取物流出时，关闭过滤带205连接的出口管线阀门后，进口管线201阀门开始进co2气(萃取剂)，增压泵为萃取釜升压，开始动态萃取，待出口萃取物流量降低明显时(甚至为0时)，打开第一侧出口管线206，继续动态萃取，待出口萃取物流量降低明显时(甚至为0时)，打开第二侧出口管线208，待出口萃取物流量降低明显时(甚至为0时)，且推力圆台401无法继续上移时，停止进气，萃取结束，释放釜内残余气体，待釜体200压力为0时，开顶盖100，推力圆台401继续上移，顶出顶滤盖102和料渣，本次萃取完成。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
1.一种可变体积式超临界萃取装置，其特征在于，包括顶盖(100)、釜体(200)、顶滤盖(102)、挤压装置(400)和推进装置(500)；
所述釜体(200)上下两端开口，釜体(200)上端与所述顶盖(100)密封连接，下端与所述挤压装置(400)密封连接；釜体(200)外部设置控温层(204)，釜体(200)内部形成釜腔(207)；顶滤盖(102)与釜体(200)密封连接；所述釜体(200)底部设置有进口管线(201)；所述釜体(200)侧壁上端设置有上出气管线(203)；上出气管线(203)与顶滤盖(102)内腔连通；
所述挤压装置(400)包括推力圆台(401)、推杆(402)和滤板(403)；推力圆台(401)活动设置在所述釜腔(207)中，推杆(402)与推力圆台(401)连接，推力圆台(401)上设置滤板(403)；所述进口管线(201)上端部设置在推力圆台(401)和滤板(403)之间；
所述挤压装置(400)与推进装置(500)连接。
2.根据权利要求1所述的一种可变体积式超临界萃取装置，其特征在于，所述釜体(200)内壁上还设置有若干凹槽；凹槽为弧形槽；
釜体(200)侧壁设置有侧出口管线(206、208)，上出气管线(203)和侧出口管线(206、208)均与主出口管线(209)连接；
所述凹槽一侧设置有过滤带(205)，另一侧与侧出口管线(206、208)连接。
3.根据权利要求2所述的一种可变体积式超临界萃取装置，其特征在于，所述凹槽为环形槽，若干环形槽分别设置在釜体(200)中部及以上部位。
4.根据权利要求1所述的一种可变体积式超临界萃取装置，其特征在于，所述顶滤盖(102)下部为滤网(103)；所述上出气管线(203)与所述顶滤盖(102)内部空腔连通。
5.根据权利要求1所述的一种可变体积式超临界萃取装置，其特征在于，所述推力圆台(401)上表面设置有多个弧形的支撑肋(404)，所述滤板(403)设置在支撑肋(404)上；推力圆台(401)中心设置有进气口(405)，支撑肋(404)间隙与进气口(405)连通，所述进口管线(201)与进气口(405)连接。
6.根据权利要求1所述的一种可变体积式超临界萃取装置，其特征在于，所述控温层(204)为水浴层，水浴层设置有进水口(210)和排水口(202)。
7.根据权利要求1所述的一种可变体积式超临界萃取装置，其特征在于，所述进口管线(201)部分设置在推杆(402)内部，上端延伸至推力圆台(401)上表面。
8.根据权利要求1所述的一种可变体积式超临界萃取装置，其特征在于，所述釜体(200)设置在支撑架(300)上，所述推进装置(500)设置在支撑架(300)下方。
9.根据权利要求1所述的一种可变体积式超临界萃取装置，其特征在于，还包括分离釜(600)，所述上出气管线(203)与分离釜(600)连接；分离釜(600)设置有排气口(601)和排液口(602)。
10.权利要求1所述的一种可变体积式超临界萃取装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
所有出口管线阀门关闭，控温层(204)开启，打开顶盖(100)，将推力圆台(401)放至釜内最低处，开始装料，由下向上堆层严实装料；
打开出口管线，推力圆台(401)持续上移，挤压物料，物料内的部分目标组分在推力圆台压力的作用下穿过顶滤盖(102)，从萃取釜出口流出，待萃取釜出口不再有目标组分流出时，所有管线出口关闭；
推力圆台(401)保持物料压实状态，打开进口管线(201)进气，升压，调节出口管线阀门，维持压力，开始动态萃取……，待出口萃取物流量明显降低接近为0，且推力圆台(401)无法上移时，停止进气，萃取结束；
释放釜内残余气体，待釜体(200)压力表指针为0时，开顶盖(100)，取出顶滤盖(102)，推力圆台(401)继续上移，顶出料渣。
技术总结