一种高浓度臭氧水的制备装置及制备方法与流程

本发明涉及臭氧水制备装置技术领域，尤其是一种高浓度臭氧水的制备装置及制备方法。

背景技术：

臭氧是通过臭氧发生器现生产现用，无论对气体或液体都具有广谱、高效的杀菌作用，并且作用后能自然分解而不留任何有害残留物。臭氧在实际消毒应用中可以气体熏蒸或臭氧水的作用方式。臭氧杀灭微生物能力与其作用方式有很大关系，用臭氧对室内空气消毒时，一般空气中臭氧浓度达到70mg/m³以上，并且要在密闭空间作用较长时间，才能达到杀灭微生物的作用，此外臭氧气体有难闻的鱼腥味，因此臭氧气体的杀菌应用受到很多限制。臭氧在水中易生成氧化性更强的活性自由基(·oh)，比在空气中能更好发挥其杀菌功效，用于水体杀菌消毒，效果极强。因此，臭氧水能达到快速高效的杀菌消毒效果，可用于食品加工设备、瓜果蔬菜表面的消毒以及车间地面环境的杀菌消毒。

常温常压条件下，臭氧发生器制备的臭氧在水中的溶解符合亨利定律，溶解度较低，不利于溶液中的臭氧氧化反应，影响了其杀菌效果。现有技术中，制备臭氧水通常采用曝气盘等装置，其存在臭氧在水中传质效果差、利用率低等问题，臭氧的溶解度只能达到3-5mg/l，且溶解过程速度慢，很难达到8mg/l高效杀菌的浓度要求。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的高浓度臭氧水的制备装置及高效的制备方法，从而解决臭氧水制备过程中传质效果差、利用率低，难以满足高效杀菌浓度要求的技术问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种高浓度臭氧水的制备装置，包括储液罐，其输出管路上安装有离心泵，离心泵的出口连接至文丘里管，文丘里管顶部的输入端通过管道连接至臭氧发生器，文丘里管的输出端连接有一个或多个串联连接的静态螺旋切割器，静态螺旋切割器的输出端连接至储液罐的输入端形成回路。

其进一步技术方案在于：

所述静态螺旋切割器包括壳体，壳体内安装有切割片安装杆，其结构为：包括一根芯轴，其头部安装有导流锥，导流锥后端的芯轴上沿径向均匀间隔安装有多条叶片，每条叶片在芯轴的轴向上成螺旋状延伸至其末端，芯轴末端面上安装有压块，所述压块通过锁紧螺母将叶片末端固定在芯轴上。

导流锥后端的芯轴上沿径向间隔安装有四条叶片，每条叶片在芯轴的轴向上按照由大变小的螺距成螺旋状延伸，在切割片安装杆与壳体之间形成四个螺旋形流道，叶片与芯轴之间间隙配合。

每条叶片采用若干切割片沿叶片回旋方向拼叠而成，每个切割片的厚度为0.08-0.1mm。

所述离心泵的出口与文丘里管连接的管道上安装有液体流量调节阀，臭氧发生器出口与文丘里管连接的管道上安装有气体流量调节阀。

文丘里管与静态螺旋切割器的连接管路上安装有液体压力表一，静态螺旋切割器与储液罐的连接管路上安装有液体压力表二。

储液罐上端安装有驱动其内部搅拌装置的搅拌电机，储液罐下部出口处安装有放料阀，储液罐上还安装有连接至其罐体内部的温度传感器。

臭氧发生器的气源入口通过管道连接至氧气瓶，所述管道上安装有减压阀和气体流量计。

一种高浓度臭氧水的制备装置的制备方法，其具体过程包括以下步骤：

第一步：将纯净水注入储液罐，打开离心泵出口的液体流量调节阀，开启离心泵，待整个管道中形成稳定的水路循环，打开氧气瓶的减压阀，配合气体流量计调节至所需的气体流量，并开启臭氧发生器；

第二步：调节气体流量调节阀，开启静态螺旋切割器，文丘里管中形成负压并吸气，待产生的臭氧气体流量稳定后，通过液体流量调节阀调节管道中的水流量，使得臭氧气体在静态螺旋切割器中进行循环切割、高度细化分散，得到高浓度的臭氧水。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，在文丘里管和储液罐之间设置静态螺旋切割器，实现臭氧气泡的微纳米化，显著提高了臭氧在水中的传质效果和臭氧利用率。同时本发明还具有如下优点：

1、本发明使用文丘里管组合变螺距的螺旋切割器，极大地强化了气液传质，通过文丘里管实现进口处臭氧气体和水流的雾化，混合雾化的气液两相流通过螺旋切割器中轴向螺距不断减小的螺旋曲面，会使臭氧气体受到表面xyz三个方向的剪切，在轴向压缩力作用下腔体内部形成高度湍流旋流场，从而实现气泡的进一步微纳米化和高度的分散，显著增强了臭氧在水中的溶解度。

2、本发明可根据实际需求，通过对静态螺旋切割器进行串联连接，进一步提高臭氧水的制备浓度和效率。

3、本发明可根据实际需求，对气液两相流量调节，获得不同浓度的臭氧水，解决了臭氧应用溶解度低的工程瓶颈，可广泛应用于食品、医疗和环境工业等领域，具有极好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明工艺流程图。

图3为本发明切割片安装杆的结构示意图。

其中：1、离心泵；2、液体流量调节阀；3、文丘里管；4、液体压力表一；5、静态螺旋切割器；6、液体压力表二；7、储液罐；8、温度传感器；9、搅拌电机；10、放料阀；11、气体流量调节阀；12、臭氧发生器；13、气体流量计；14、减压阀；15、氧气瓶；16、芯轴；17、导流锥；18、叶片；19、压块；20、锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实施例的高浓度臭氧水的制备装置，包括储液罐7，其输出管路上安装有离心泵1，离心泵1的出口连接至文丘里管3，文丘里管3顶部的输入端通过管道连接至臭氧发生器12，文丘里管3的输出端连接有一个或多个串联连接的静态螺旋切割器5，静态螺旋切割器5的输出端连接至储液罐7的输入端形成回路。

如图3所示，静态螺旋切割器5包括壳体，壳体内安装有切割片安装杆，其结构为：包括一根芯轴16，其头部安装有导流锥17，导流锥17后端的芯轴16上沿径向均匀间隔安装有多条叶片18，每条叶片18在芯轴16的轴向上成螺旋状延伸至其末端，芯轴16末端面上安装有压块19，压块19通过锁紧螺母20将叶片18末端固定在芯轴16上。

导流锥17后端的芯轴16上沿径向间隔安装有四条叶片18，每条叶片18在芯轴16的轴向上按照由大变小的螺距成螺旋状延伸，在切割片安装杆与壳体之间形成四个螺旋形流道，叶片18与芯轴16之间间隙配合。

每条叶片18采用若干切割片沿叶片18回旋方向拼叠而成，每个切割片的厚度为0.08-0.1mm。

离心泵1的出口与文丘里管3连接的管道上安装有液体流量调节阀2，臭氧发生器12出口与文丘里管3连接的管道上安装有气体流量调节阀11。

文丘里管3与静态螺旋切割器5的连接管路上安装有液体压力表一4，静态螺旋切割器5与储液罐7的连接管路上安装有液体压力表二6。

储液罐7上端安装有驱动其内部搅拌装置的搅拌电机9，储液罐7下部出口处安装有放料阀10，储液罐7上还安装有连接至其罐体内部的温度传感器8。

臭氧发生器12的气源入口通过管道连接至氧气瓶15，管道上安装有减压阀14和气体流量计13。

本实施例一的高浓度臭氧水的制备装置的制备方法，其具体过程包括以下步骤：

第一步：将50升纯净水注入储液罐7，打开离心泵1出口的液体流量调节阀2，开启离心泵1，待整个管道中形成稳定的水路循环，打开氧气瓶15的减压阀14，配合气体流量计13调节至所需的气体流量，并开启臭氧发生器12；

第二步：调节气体流量调节阀11，开启二级静态螺旋切割器(串联连接的两个静态螺旋切割器5)，文丘里管3中形成负压并吸气，将臭氧气体流速稳定为2升/分钟,通过液体流量调节阀2调节管道中的水的流速6升/分钟，其中二级静态螺旋切割器切割的直径d＝25mm,长度l＝280mm，压缩系数m＝0.5，循环切割10分钟，制得浓度15.6mg/l的臭氧水。此臭氧水用于蔬菜、水果的清洗，大肠杆菌等的杀菌率达到99.9％。

本实施例二的高浓度臭氧水的制备装置的制备方法，其具体过程包括以下步骤：

第一步：将50升纯净水注入储液罐7，打开离心泵1出口的液体流量调节阀2，开启离心泵1，待整个管道中形成稳定的水路循环，打开氧气瓶15的减压阀14，配合气体流量计13调节至所需的气体流量，并开启臭氧发生器12；

第二步：调节气体流量调节阀11，不使用静态螺旋切割器5(去掉其内部的切割片安装杆)，将臭氧气体流速稳定为2升/分钟,通过液体流量调节阀2调节管道中的水的流速6升/分钟，循环10分钟，制得臭氧水浓度为4.6mg/l。

本实施例三的高浓度臭氧水的制备装置的制备方法，其具体过程包括以下步骤：

第一步：将50升纯净水注入储液罐7，打开离心泵1出口的液体流量调节阀2，开启离心泵1，纯净水不经过文丘里管3，直接经三级螺旋切割混合器(串联连接的三个静态螺旋切割器5)，每个螺旋切割器切割的直径d＝25mm,长度l＝280mm，压缩系数m＝0.5，待整个管道中形成稳定的水路循环，打开氧气瓶15的减压阀14，配合气体流量计13调节至所需的气体流量，并开启臭氧发生器12；

第二步：调节气体流量调节阀11，将臭氧气体流速稳定为2升/分钟,通过液体流量调节阀2调节管道中的水的流速6升/分钟，循环10分钟，制得臭氧水浓度为6.1mg/l。

下表1为不同工艺条件下处理10分钟纯水中的臭氧浓度。

表1(臭氧气体压力0.15mpa,流速2升/分钟；水的流速6升/分钟)

由表1可知，在相同的操作和结构参数下，螺旋切割混合器串联的个数臭氧的溶解度影响较大，二级串联比一级提高14.6％，三级串联比二级提高3.2％，四级串联切割器降解率只提高0.1％，说明三级串联切割器已使臭氧微纳米化和溶解传质达到了极限。如果不设文丘里管，单独使用三级螺旋切割器切割，得到的臭氧水的浓度也只有6.1mg/l；如果只使用文丘里管喷射混合，不使用螺旋切割器切割，得到的臭氧水的浓度也只有4.6mg/l。说明文丘里喷射混合和螺旋切割混合器的组合并不是两者简单的相加，要制备高浓度臭氧水，两者缺一不可。因此本发明螺旋切割器和文丘里管的组合强化臭氧溶解作用明显。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。