专利名称：一种电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置与方法。
背景技术：
二氧化碳是食品发酵过程中最重要的副产品之一，同时二氧化碳螺旋藻光合作用生长以及啤酒生产等过程中必不可少的工作介质和添加剂。因此，将食品发酵过程中产生的二氧化碳进行回收，将产生很大的经济效益。一般食品发酵生产线都有二氧化碳回收装置，主要流程(以广州市珠江啤酒厂为例)是:来自啤酒发酵罐中的二氧化碳气体，先经除沫器除去气体夹带的泡沫，进入洗涤塔洗涤，除去大部分有机杂质，使得气体得到初步净化，然后进入气囊和二氧化碳压缩机增压，再经活性炭处理，接着进入冷冻干燥器除掉水分，再经分子筛干燥器除去气体中残余的水分，使得常压路店温度达到零下45摄氏度，最后进入冷凝装置，转化为液态二氧化碳。分析可知，该过程复杂，涉及过程转化多，占地面积大，而且涉及增压，能耗也较大。针对此，本发明设计的电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置只需简单的三步骤就能完成二氧化碳的回收:初步净化——电动力迁移回收——后续液化。
发明内容
本发明的目的是克服现技术的不足，提供一种电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置及其方法。电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置包括发酵液罐、初步净化装置、在线监控器、电动回收二氧化碳装置、压力计、二氧化碳回收罐、阴极液罐、阳极液罐、控制阀门、喷淋头；电动回收二氧化碳装置包括阳极板、阴极板、电源、阴离子交换膜、惰性填充物、阳极室、阴极室，电动回收二氧化碳装置本体用阴离子交换膜分隔成阳极室、阴极室，阳极室和阴极室内填充有惰性填充物，阳极室内设有阳极板，阳极板与直流电源正极相连，阴极室内设有阴极板，阴极板与直流电源负极相连，发酵液罐经初步净化装置及在线监控器与电动回收二氧化碳装置的阴极室相连，阴极室顶端经在线检测器、分别经控制阀门与第一出气口、第二出气口相连，第一出气口与阴极液罐底部气体入口相连，阳极室下部液体出口经在线监控器、阳极液罐、控制阀门与阳极室内的喷淋头相连，阴极室下部液体出口经在线监控器、阴极液罐、控制阀门与阴极室内的喷淋头相连，阳极室顶部气体出口经压力控制仪与二氧化碳回收罐相连。所述的惰性填充物为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。所述的阳极板和阳极板的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物。所述的导电金属或导电金属氧化物表面涂敷有Pb02、Ru02、Ir02、Ti02、Mn02中至少一种。
电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的方法是:电动回收二氧化碳装置在20V以上产生直流电，促使阳极室内产生大量H+，形成酸性氛围，pH < 1.0，阴极室产生大量0H—，形成碱性氛围，pH ^ 13.0 ;发酵液罐中的发酵液在初步净化装置中将含杂质的溶液与含有大量二氧化碳的泡沫分离，泡沫在吹气状态下经在线监控器进入电动回收二氧化碳装置，而二氧化碳在水中的存在状态与酸碱度存在的关系为:当pH>7.8时，以HC03_+C032_为主，当pH〈6.0时，以CO2气体形式释放；在阴极室强碱性氛围中，存在大量的阴离子HC03_和C032_，在电场的作用下迁移，经过阴离子交换膜进入阳极室，并生成纯净的CO2气体，生成的CO2气体进入二氧化碳回收罐，获得纯度近似99.8%纯度的CO2气体，作为产品回用。进入阴极室经过处理的二氧化碳废气经在线监控器检测后，达标气体通过第二气体出口排放，未达标的气体通过第一气体出口重新回到阴极液罐进行吸收；阴极液罐和阳极液罐内的初始储液为含NaCl、Na2S04、Na3P04、Na2HP04、NaN03中至少一种的含盐水，含盐量为0.01% 10%，进行间歇或连续喷淋进入电动回收二氧化碳装置，在电动废气处理装置中不断产生的阴极液和阳极液被弓I出，分别进入阴极液罐、阳极液罐，形成碱性吸收液和酸性二氧化碳再生液。
与现有技术相比，本发明具有以下优点: 1)流程简单，实现三步骤回收二氧化碳； 2)阴极室电动产生氢氧根，形成碱性氛围，作为吸收液使用； 3)极液作为喷淋液，形成循环； 4)易于拆卸检查。
图1是电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳装置结构示意图； 图2是电动力迁移回收二氧化碳方法原理图； 图中:发酵液罐1、初步净化装置2、在线监控器3、电动回收二氧化碳装置4、压力计5、二氧化碳回收罐6、阳极板7、阴极板8、电源9、阴离子交换膜10、惰性填充物11、阳极室12、阴极室13、阴极液罐14、阳极液罐15、控制阀门16、喷淋头17。
具体实施方式
如图1所示，电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置包括发酵液罐1、初步净化装置2、在线监控器3、电动回收二氧化碳装置4、压力计5、二氧化碳回收罐6、阴极液罐14、阳极液罐15、控制阀门16、喷淋头17 ;电动回收二氧化碳装置4包括阳极板7、阴极板8、电源9、阴离子交换膜10、惰性填充物11、阳极室12、阴极室13，电动回收二氧化碳装置4本体用阴离子交换膜10分隔成阳极室12、阴极室13，阳极室12和阴极室13内填充有惰性填充物11，阳极室12内设有阳极板7，阳极板7与直流电源9正极相连，阴极室13内设有阴极板8，阴极板8与直流电源9负极相连，发酵液罐I经初步净化装置2及在线监控器3与电动回收二氧化碳装置4的阴极室13相连，阴极室13顶端经在线检测器3、分别经控制阀门16与第一出气口、第二出气口相连，第一出气口与阴极液罐14底部气体入口相连，阳极室12下部液体出口经在线监控器3、阳极液罐15、控制阀门16与阳极室12内的喷淋头17相连，阴极室13下部液体出口经在线监控器3、阴极液罐14、控制阀门16与阴极室13内的喷淋头17相连，阳极室12顶部气体出口经压力控制仪5与二氧化碳回收罐6相连。所述的惰性填充物11为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。所述的阳极板7和阳极板8的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物。所述的导电金属或导电金属氧化物表面涂敷有Pb02、Ru02、IrO2, TiO2^MnO2中至少一种。
电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的方法是:电动回收二氧化碳装置4在20V以上产生直流电，促使阳极室12内产生大量H+，形成酸性氛围，pH < 1.0，阴极室13产生大量0H_，形成碱性氛围，pH ^ 13.0 ;发酵液罐I中的发酵液在初步净化装置2中将含杂质的溶液与含有大量二氧化碳的泡沫分离，泡沫在吹气状态下经在线监控器3进入电动回收二氧化碳装置4，而二氧化碳在水中的存在状态与酸碱度存在的关系为:当pH>7.8时，以HC03_+C032_为主，当pH〈6.0时，以CO2气体形式释放；在阴极室13强碱性氛围中，存在大量的阴离子HC03_和C032_，在电场的作用下迁移，经过阴离子交换膜10进入阳极室12，并生成纯净的CO2气体，生成的CO2气体进入二氧化碳回收罐6，获得纯度近似99.8%纯度的CO2气体，作为产品回用。进入阴极室13经过处理的二氧化碳废气经在线监控器3检测后，达标气体通过第二气体出口排放，未达标的气体通过第一气体出口重新回到阴极液罐14进行吸收；阴极液罐14和阳极液罐15内的初始储液为含NaCl、Na2S04、Na3P04、Na2HP04、NaN03中至少一种的含盐水，含盐量为0.019Γ10%，进行间歇或连续喷淋进入电动回收二氧化碳装置4，在电动废气处理装置中不断产生的阴极液和阳极液被引出，分别进入阴极液罐14、阳极液罐15，形成碱性吸收液和酸性二氧化碳再生液。实施例1:
采用如图一所示电动力迁移回收食品发酵产二氧化碳装置回收啤酒发酵过程中产生的二氧化碳，将啤酒发酵罐中的发酵液与含二氧化碳的泡沫分离，分离后的气体和泡沫部分进入电动二氧化碳装置，经过电动装置的处理后获得的二氧化碳气体纯度高达99.8%，该部分回收的二氧化碳直接作为啤酒制作过程的添加剂和工作介质，例如清酒罐背压、灌装机背压、过滤添加、制脱氧水等，同时在该过程中阴极室PH保持大于13.0,阳极室pH保持小于1.6。实施例2:
实施例2中采用电动力迁移回收食品发酵产二氧化碳装置回收味精发酵过程中产生的二氧化碳，操作步骤、二氧化碳回收原理与实施例1相同。将味精发酵排出的二氧化碳和氧气的混合气体通入阴极室，经过电动装置的处理后获得的二氧化碳气体纯度高达97.6%，回收的二氧化碳气体应用于螺旋藻的培养，同时在该过程中阴极室PH保持大于13.3，阳极室PH保持小于1.0。实施例3:
实施例3中采用两组串联电动力迁移回收食品发酵产二氧化碳装置回收空气中产生的二氧化碳，操作步骤、二氧化碳回收原理与实施例1相同。直接从阴极室底端通入空气，一级阴极室和阳极室出水为二级阴极室和阳极室喷淋液，二级阴极室和阳极室出水重新作为一级阴极室和阳极室喷淋液，两级二氧化碳装置内阴极室PH均维持在13.0以上，阳极室pH均维持在1.0以下，最终获得的二氧化碳气体纯度高达95.2%，二氧化碳回收量提高一倍，二氧化碳回收罐与螺旋藻培养室相连接，获得的二氧化碳作为食用螺旋藻生产的原料。
权利要求
1.一种电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置，其特征在于包括发酵液罐(I)、初步净化装置(2)、在线监控器(3)、电动回收二氧化碳装置(4)、压力计(5)、二氧化碳回收罐(6)、阴极液罐(14)、阳极液罐(15)、控制阀门(16)、喷淋头(17);电动回收二氧化碳装置(4)包括阳极板(7)、阴极板(8)、电源(9)、阴离子交换膜(10)、惰性填充物(11)、阳极室(12)、阴极室(13)，电动回收二氧化碳装置(4)本体用阴离子交换膜(10)分隔成阳极室(12 )、阴极室(13 )，阳极室(12 )和阴极室(13 )内填充有惰性填充物(11)，阳极室(12 )内设有阳极板(7)，阳极板(7)与直流电源(9)正极相连，阴极室(13)内设有阴极板(8)，阴极板(8 )与直流电源(9 )负极相连，发酵液罐(I)经初步净化装置(2 )及在线监控器(3 )与电动回收二氧化碳装置(4)的阴极室(13)相连，阴极室(13)顶端经在线检测器(3)、分别经控制阀门(16)与第一出气口、第二出气口相连，第一出气口与阴极液罐(14)底部气体入口相连，阳极室(12)下部液体出口经在线监控器(3)、阳极液罐(15)、控制阀门(16)与阳极室(12)内的喷淋头(17)相连，阴极室(13)下部液体出口经在线监控器(3)、阴极液罐(14)、控制阀门(16)与阴极室(13)内的喷淋头(17)相连，阳极室(12)顶部气体出口经压力控制仪(5)与二氧化碳回收罐(6)相连。
2.根据权利要求1所述的一种电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置，其特征在于所述的惰性填充物(11)为凸凹沟槽开孔瓷球、活性瓷球、开孔瓷球、微孔瓷球、蓄热瓷球、研磨瓷球、三形多孔瓷质、树脂填料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置，其特征在于所述的阳极板(7)和阳极板(8)的材料为石墨、活性炭纤维毡、活性炭纤维布、导电金属或导电金属氧化物。
4.根据权利要求3所述的一种电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置，其特征在于所述的导电金属或导电金属氧化物表面涂敷有Pb02、Ru02、Ir02、Ti02、Mn02中至少一种。
5.一种使用如权利要求1所述装置的电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的方法，其特征在于电动回收二氧化碳装置(4)在20V以上产生直流电，促使阳极室(12)内产生大量H"，形成酸性氛围，pH彡1.0，阴极室(13)产生大量OH_，形成碱性氛围，pH彡13.0 ;发酵液罐(I)中的发酵液在初步净化装置(2)中将含杂质的溶液与含有大量二氧化碳的泡沫分离，泡沫在吹气状态下经在线监控器(3 )进入电动回收二氧化碳装置(4 )，而二氧化碳在水中的存在状态与酸碱度存在的关系为:当pH>7.8时，以HC03_+C032_为主，当pH〈6.0时，以CO2气体形式释放；在阴极室(13)强碱性氛围中，存在大量的阴离子HC03_和C032_，在电场的作用下迁移，经过阴离子交换膜(10)进入阳极室(12)，并生成纯净的CO2气体，生成的CO2气体进入二氧化碳回收罐(6)，获得纯度近似99.8%纯度的CO2气体，作为产品回用，进入阴极室(13)经过处理的二氧化碳废气经在线监控器(3)检测后，达标气体通过第二气体出口排放，未达标的气体通过第一气体出口重新回到阴极液罐(14)进行吸收；阴极液罐(14)和阳极液罐(15)内的初始储液为含NaCl、Na2S04、Na3P04、Na2HP04、NaN03中至少一种的含盐水，含盐量为0.019Γ10%，进行间歇或连续喷淋进入电动回收二氧化碳装置(4)，在电动废气处理装置中不断产生的阴极液和阳极液被引出，分别进入阴极液罐(14)、阳极液罐(15)，形成碱性吸收液和酸性二氧化碳再生液。
全文摘要
本发明公开了一种电动力迁移回收食品发酵过程产二氧化碳的装置与方法。该装置的主要部分为电动回收二氧化碳装置，电动回收二氧化碳装置由阳极室和阴极室组成，由阴离子交换膜隔开，在装置两端加上电压，发酵产生的含二氧化碳废气进入阴极室转化为HCO3-以及CO32-形式，并在电迁移作用下透过离子交换膜进入阳极室，强酸性环境下获得高浓度CO2气体，被CO2回收储罐收集回用。将该装置应用于食品发酵过程中或空气中CO2的回收，作为合成食用螺旋藻等的原料，或成为啤酒生产过程中必不可少的工作介质和添加剂，具有流程简单、实现三步骤回收二氧化碳、极液形成循环、易于拆卸检查等优点。
文档编号B01D53/32GK103170227SQ20131012094
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者吴祖成, 廖文, 任琼 申请人:浙江大学