CN103349924B - 促进臭氧气体溶解到液体的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种促进臭氧气体溶解到液体的系统，包括臭氧气体发生器、液体输送装置、气体增压泵，以及动态搅拌器。所述动态搅拌器包括：壳体、定子和转子，所述壳体的一端设置有输入端，另一端设置有输出端，各排定子齿和转子齿沿轴向或与轴向垂直的方向交错排列。所述臭氧气体发生器通过所述气体增压泵增压后与所述输入端导通连接，所述液体输送装置与所述输入端导通连接。本发明通过增压泵对臭氧气体先进行增压，并采用动态搅拌器使增压后的臭氧气体与液体在压力条件下充分传质，可以显著促进臭氧气体溶解到液体中，极大的缩短臭氧气体溶解到液体的时间，大大的提高了臭氧气体与液体的传质速度和混合效率。

Description

促进臭氧气体溶解到液体的系统

技术领域

本发明涉及气液溶解的技术领域，尤其涉及一种促进臭氧气体溶解到液体的系统。可应用于饮用水洁净，污水处理，工业氧化，医疗卫生、洗浴保健、食品加工和保鲜，空间灭菌消毒等领域。

背景技术

臭氧的氧化能力很强，氧化还原电位仅次于氟，具有高效的脱色、除味及杀菌等特性。而当臭氧溶解于液体中时，氧化能力几乎与氟相当，与气态臭氧相比具有更快、更强的氧化能力，可迅速将液体中的污染物质氧化为无害物质，且快速分解无残留，应用安全。

例如将臭氧溶解于水中制成的臭氧水已成为一种广谱高效的灭菌消毒剂和氧化剂。在医疗卫生领域，一定浓度的臭氧水在极短时间内对于病毒、细菌、真菌等具有极强的杀灭性，可用于治疗因各类细菌、真菌、病毒而引发的妇科病、肛肠病和皮肤病，以及对创口、医疗器械的消毒等；将臭氧溶解于水中可以氧化、分解水中的污染物，在水处理中对除异味、脱色、杀菌、去除金属离子和降低COD、BOD等都具有显著的效果。

目前，如何使臭氧有效溶解到液体中、提高臭氧的溶解效率已成为制约其应用的关键问题。

根据亨利定律，在一定温度下，臭氧气体在液体中的溶解度，与臭氧气体作用在该液体上的分压成正比。因此在臭氧气体与液体混合过程中施加压力至关重要。

另外，根据气液两相的传质原理得出，增大臭氧气体与液体的接触表面积，增加混合时的压力将加快臭氧气体在液体中的溶解速率和效率。

目前普遍采用的溶解臭氧的技术主要包括：曝气法、文丘里射流混合法和涡轮泵-气液混合塔技术等。

曝气法是一种气水顺流、逆流或多级串联交迭逆顺流，连续运行或间断批量运行的运行方式，具有能耗低的特点，但是需要大型空压机和昂贵的氧化反应塔，占地面积大，在喷头堵塞时布气不均匀，气体与液体混合不充分，导致臭氧气体在液体中溶解极少，大量未混合的臭氧气体溢出并难以处理，对周边空间和操作人员造成危害。

文丘里射流混合法主要是利用文丘里管的作用，液体高速流经文丘里管时产生负压，将臭氧气体吸入，使气液强制混合，具有体积小、使用方便等特点，但经过射流混合器后的臭氧气体与液体在低压力条件下混合，混合时间短，气液两相接触面积少，造成混合不充分，臭氧在液体中的溶解量仍很少。

涡轮泵-气液混合塔技术通过将臭氧吸入水中，采用涡轮泵进行气液混合后进入混合塔中，在一定压力条件下进一步混合，在出口处由循环泵将混合塔中的水循环泵送，使水反复与臭氧混合后再排出。该方法与曝气法、文丘里射流混合法相比混合效率有所提高，但工艺复杂，操作繁琐，制备时间长，由于臭氧在水中的半衰期较短，造成制备过程中部分臭氧分解，成本较高。

为了解决上述问题，亟需发明一种促进臭氧气体溶解到液体的系统，来有效提高臭氧气体与液体的混合效率，实现制备迅速，节约臭氧，降低成本，最终推动臭氧液体广泛应用的有益效果。

发明内容

鉴于现有技术的上述不足，本发明提出一种能有效提高臭氧气体与液体混合效率的促进臭氧气体溶解到液体的系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种促进臭氧气体溶解到液体的系统，包括用于提供臭氧气体的臭氧气体发生器，用于提供液体的液体输送装置，用于对臭氧气体进行增压的气体增压泵，以及用于动态混合搅拌所述臭氧气体和所述液体的动态搅拌器。

所述动态搅拌器包括：壳体，所述壳体的一端设置有用于导入所述臭氧气体和所述液体的输入端，所述壳体的另一端设置有用于输出臭氧液体的输出端；设置在所述壳体内的定子，所述定子沿轴向或与轴向的垂直方向形成多排定子齿，每排定子齿包括沿圆周方向排列的多个齿；以及设置在所述壳体内的转子，所述转子位于所述定子的内侧，并通过转轴可相对所述定子旋转，所述转子沿轴向或与轴向垂直方向形成多排转子齿，每排转子齿包括沿圆周方向排列的多个齿，各排定子齿和转子齿沿轴向或与轴向垂直的方向交错排列。

所述臭氧气体发生器通过所述气体增压泵增压后与所述输入端导通连接，所述液体输送装置与所述输入端导通连接。

所述气体增压泵对臭氧气体增压时，采用压力或流量控制使增压后的臭氧气体流量与臭氧发生装置产生的臭氧气体流量保持一致。

作为本发明的进一步改进，所述输入端的端口处设置有一混合管路，所述臭氧气体发生器通过所述气体增压泵增压后与所述液压输送装置均导通连接在所述混合管路上，在所述混合管路上预先初步混合后通过所述输入端导入所述动态搅拌器内。

作为本发明的进一步改进，所述输入端包括一用于导入所述臭氧气体的气体输入端和一用于导入所述液体的液体输入端，所述臭氧气体发生器通过所述气体增压泵增压后与所述气体输入端导通连接，所述液体输送装置与所述液体输入端导通连接。

作为本发明的进一步改进，所述输出端的压力的建立是通过在输出端管路中增加阻力,或通过管路调压方式进行的，所述输出端的压力比所述输入端的最低压力小5%-90%。

作为本发明的进一步改进，所述输出端的压力比所述输入端的最低压力小5%-90%；同时所述液体输入端的压力比气体输入端的压力小5%-90%。

作为本发明的进一步改进，所述壳体内的定子沿与轴向的垂直方向形成多排定子齿，设置在所述壳体内的转子沿与轴向的垂直方向形成多排转子齿，各排定子齿的齿顶与转子齿的齿根的轴向距离以及各排转子齿的齿顶与定子齿的齿根的轴向距离相等，所述轴向距离的范围为0.1-20mm。

作为本发明的进一步改进，所述壳体内的定子沿与轴向的垂直方向形成多排定子齿，设置在所述壳体内的转子沿与轴向的垂直方向形成多排转子齿，各排定子齿和所述转子齿的径向间隙相等，所述间隙范围为0.1-20mm。

作为本发明的进一步改进，所述壳体内的定子沿轴向形成多排定子齿，设置在所述壳体内的转子沿轴向形成多排转子齿，各排定子齿的齿顶与转子齿的齿根的径向距离以及各排转子齿的齿顶与定子齿的齿根的径向距离相等，所述径向距离的范围为0.1-20mm。

作为本发明的进一步改进，所述壳体内的定子沿轴向形成多排定子齿，设置在所述壳体内的转子沿轴向形成多排转子齿，各排定子齿和所述转子齿的轴向间隙相等，所述间隙范围为0.1-20mm。

本发明的促进臭氧气体溶解到液体的系统具有的主要有益效果如下：

1、本系统可以显著促进臭氧气体溶解到液体中，极大的缩短臭氧气体溶解到液体的时间，大大的提高了臭氧气体与液体的传质速度和混合效率。具体为通过增压泵对臭氧气体先进行增压，并采用转子或转子与定子相结合的动态搅拌器使增压后的臭氧气体与带有一定压力的液体在压力条件下充分传质，从而加快臭氧气体溶解到液体中的速率，提高混合效率，最后输出溶解充分的臭氧液体。

2、本系统使用过程安全环保，不会对周边空间和操作人员造成危害。

3、采用本系统进行臭氧液体的制备十分方便，其制备工艺简单，所需制备时间较短，能有效节约臭氧，降低成本，有利于推动臭氧液体的广泛应用。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图。

图2为实施例一的动态搅拌器的示意图。

图3为实施例二的结构示意图。

图4为实施例二的动态搅拌器的示意图。

图5为实施例三的动态搅拌器的示意图。

图6为其他实施例中的动态搅拌器的示意图。

图中标记说明：1-臭氧气体发生器,2-液体输送装置,3-气体增压泵,4-动态搅拌器,5-壳体,6-定子,7-转子,8-输出端,9-转轴,10-气体输入端,11-液体输入端,12-尾气消除装置,13-定子齿,14-转子齿,L1-轴向间隙,L2-径向距离,15-总输入端,16-混合管路,L3-轴向距离,L4-径向间隙。

具体实施方式

实施例一：

图1为实施例一的结构示意图。如图1所示，本实施例提出一种促进臭氧气体溶解到液体的系统，包括用于提供臭氧气体的臭氧气体发生器1，用于提供液体的液体输送装置2，用于对臭氧气体进行增压的气体增压泵3，以及用于动态混合搅拌所述臭氧气体和所述液体的动态搅拌器4。

图2为实施例一的动态搅拌器的示意图。如图2所示，动态搅拌器4包括：壳体5、定子6和转子7。

壳体5的一端设置有用于导入所述臭氧气体和所述液体的输入端，壳体5的另一端设置有用于输出臭氧液体的输出端8。

定子6设置在壳体5内，定子6沿轴向形成多排定子齿13，每排定子齿13包括沿圆周方向排列的多个齿，具体如图2所示，每一定子齿13沿与轴向的垂直方向延伸。

转子7设置在壳体5内，转子7位于定子6的内侧，并通过转轴9可相对定子6旋转，转子7沿轴向形成多排转子齿14，每排转子齿14包括沿圆周方向排列的多个齿，各排定子齿13和转子齿14沿轴向交错排列。具体如图2所示，每一转子齿14沿与轴向的垂直方向延伸，在沿轴向方向上定子齿13和转子齿14交错设置。

臭氧气体发生器1通过气体增压泵3增压后与所述输入端导通连接，液体输送装置2与所述输入端导通连接。

具体的，如图2所示，本实施例的动态搅拌器4的输入端包括一用于导入所述臭氧气体的气体输入端10和一用于导入所述液体的液体输入端11，臭氧气体发生器1通过气体增压泵3增压后与气体输入端10导通连接，液体输送装置2与液体输入端11导通连接。

本实施例的臭氧气体发生器1通过管路输出臭氧气体到气体增压泵3中进行增压，然后直接通过气体输入端10输入动态搅拌器4内。同时液体输送装置2直接通过液体输入端11直接输入动态搅拌器4内。本实施例的臭氧气体和液体分别进入动态搅拌器4内进行充分搅拌混合后，由输出端8输出臭氧液体。

示例性的，本实施例的臭氧气体发生装置1的气源由氧气源或空气源提供。液体输送装置2的输出压力可为0—10kgf，液体可为水或其它液体。气体增压泵3可选用隔膜泵、柱塞泵、真空泵等所有可用于对气体进行增压的增压泵。此外，为了进一步消除输出臭氧液体时可能含有的少量臭氧气体组分，本实施例还在动态搅拌器输出端上设置一尾气消除装置12。

如图1所示，通过管路将上述各部件按照图1所示进行导通连接，为了进一步防止臭氧气体的衰减分解，可在各部件之间的管路上加设风冷或水冷等冷却装置（图中未示出）。

为了进一步提高臭氧气体在液体中的溶解速率和效率，本实施例的动态搅拌器4的输出端8的压力比所述输入端的最低压力小5%-90%，本实施例中所述液体输入端11的压力比气体输入端10的压力小5%-90%。具体的，气体输入端10的压力可为1—10kgf，液体输入端11的压力可为0.5—9kgf，输出端8的压力范围可为0.1—8kgf。

具体的，本实施例的动态搅拌器4的背压是通过输入端臭氧气体的进气压力和液体的进液压力，并通过在输出端增加阻力，或通过调压方式（如调压阀）建立的。另外，为了进一步控制臭氧气体在液体中的溶解速率和效率，可对臭氧气体进气量和进液量分别进行调节。本实施例中还可通过对压力和流量的控制使增压后的臭氧气体流量与臭氧气体发生装置产生的臭氧气体流量保持一致。

示例性的，本实施例的具体应用情况如下：

如图1所示，臭氧气体由臭氧气体发生装置1输出，通过气体增压泵3增压后，由气体输入端10导入动态搅拌器4内；与此同时，液体由液体输送装置2输出，通过液体输入端11导入动态搅拌器4内。如图2所示，动态搅拌器4具有壳体5，壳体5上设有定子6，壳体5内设有转子7，转子7位于定子6的内侧，并通过转轴9可相对定子6旋转，本实施例中的转子7转速范围为0-900rpm，气体输入端10和液体输入端11位于壳体的一端，臭氧液体的输出端8位于壳体5的另一端。当在一定压力条件下，转子7相对于定子6旋转时，输入的臭氧和液体经高速搅拌而充分接触，极大的提高了传质速率和混合效率。

如图2所示，定子6上沿轴向形成多排定子齿13，每排定子齿13包括沿圆周方向排列的多个齿，转子7上沿轴向形成多排转子齿14，每排转子齿14包括沿圆周方向排列的多个齿，每一定子齿13和转子齿14均沿与轴向的垂直方向延伸凸起，各排定子齿13和转子齿14沿轴向交错排列，且截面形状大致为矩形，但也可为其它截面形状，如梯形、三角形等。

各排定子齿13与转子齿14的轴向间隙L1最好相等，间隙范围为0.1—20mm，各排定子齿13的齿顶到转子齿14的齿根的径向距离L2以及各排转子齿14的齿顶到定子齿13的齿根的径向距离L2最好相等，间隙范围为0.1—20mm。

在本实施例中，臭氧气体发生装置1的臭氧产量为50g/h，流量为5L/min，臭氧气体经气体增压泵3增压后输入动态搅拌器4，气体输入端10的压力为4kgf，水流量为5L/min。液体经液体输送装置2输入动态搅拌器4，液体输入端11的压力为3.5kgf，输出端8的压力为3kgf，动态搅拌器4的转速为500rpm，经输出端8输出的最终臭氧水浓度为60ppm。

通过本实施例将高浓度臭氧气体溶解到液体时，会产生微小气泡在液体中一起从输出端8排出，由于微气泡中可能含有少量的臭氧及其它不溶性气体组分，这些气体通过输出端8进入尾气消除装置12处理后排放或回收，臭氧液体则继续排出并进行应用，或为继续增加对臭氧的溶解而重新循环进入动态搅拌器4，与臭氧进行多次混合后排出。

由上可见，本实施例能够极大加快臭氧气体溶解到液体中的速率，并提高其混合效率，反应迅速，安全环保。

实施例二：

图3为实施例二的结构示意图，图4为实施例二的动态搅拌器的示意图。如图3和图4所示，本实施例的与实施例一的不同之处在于：本实施例的动态搅拌器4的输入端为一个同时导入所述臭氧气体和所述液体的总输入端15，且在总输入端15的端口处还设置有一混合管路16，臭氧气体发生器1通过气体增压泵3增压后与液压输送装置2均导通连接在混合管路16上，在混合管路16上预先初步混合后通过总输入端15导入动态搅拌器4内。

实施例三：

图5为实施例三的动态搅拌器的示意图。如图5所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例的动态搅拌器的结构与实施例一中动态搅拌器的结构不同。本实施例的动态搅拌器4的壳体5内的定子6沿与轴向的垂直方向形成多排定子齿13，设置在壳体5内的转子7沿与轴向的垂直方向形成多排转子齿14，结合图5可见，每一定子齿13和转子齿14均沿轴向延伸，在沿与轴向的垂直方向上定子齿13和转子齿14交替插设。各排定子齿13的齿顶与转子齿14的齿根的轴向距离L3以及各排转子齿14的齿顶与定子齿13的齿根的轴向距离L3相等，轴向距离L3的范围为0.1-20mm。此外，各排定子齿13和转子齿14的径向间隙L4相等，径向间隙L4范围为0.1-20mm。结合图1和实施例一所述，本实施例三的动态搅拌器同样包括一气体输入端10和一液体输入端11，臭氧气体和液体均分别导入到动态搅拌器4内后才进行混合搅拌，此处就不再赘述。

图6为其他实施例中的动态搅拌器的示意图。如图6所示，在其他实施例中，本实施例的动态搅拌器的输入端也可以设为一个同时导入所述臭氧气体和所述液体的总输入端15，然后在输入端处设置一混合管路，臭氧气体和液体在所述混合管路上预先初步混合后再一起通过所述输入端导入所述动态搅拌器内。

在其他实施例中，动态搅拌器既可采用转子与定子相结合的搅拌方式，也可采用单个转子或多个转子高速旋转的搅拌方式。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种促进臭氧气体溶解到液体的系统，其特征在于：包括用于提供臭氧气体的臭氧气体发生器，用于提供液体的液体输送装置，用于对臭氧气体进行增压的气体增压泵，以及用于动态混合搅拌所述臭氧气体和所述液体的动态搅拌器；

所述气体增压泵对臭氧气体增压时，采用压力或流量控制使增压后的臭氧气体流量与臭氧发生装置产生的臭氧气体流量保持一致；

所述动态搅拌器包括：

壳体，所述壳体的一端设置有用于导入所述臭氧气体和所述液体的输入端，所述壳体的另一端设置有用于输出臭氧液体的输出端；

设置在所述壳体内的定子，所述定子沿轴向或与轴向的垂直方向形成多排定子齿，每排定子齿包括沿圆周方向排列的多个齿；以及

设置在所述壳体内的转子，所述转子位于所述定子的内侧，并通过转轴可相对所述定子旋转，所述转子沿轴向或与轴向垂直方向形成多排转子齿，每排转子齿包括沿圆周方向排列的多个齿，各排定子齿和转子齿沿轴向或与轴向垂直的方向交错排列；

所述臭氧气体发生器通过所述气体增压泵增压后与所述输入端导通连接，所述液体输送装置与所述输入端导通连接；

在动态搅拌器输出端上设置一尾气消除装置；

另外，在各部件之间的管路上加设冷却装置。

2.如权利要求1所述的促进臭氧气体溶解到液体的系统，其特征在于：所述输入端包括一用于导入所述臭氧气体的气体输入口和一用于导入所述液体的液体输入口，所述臭氧气体发生器通过所述气体增压泵增压后与所述气体输入口导通连接，所述液体输送装置与所述液体输入口导通连接。

3.如权利要求1所述的促进臭氧气体溶解到液体的系统，其特征在于：所述输入端的端口处设置有一混合管路，所述臭氧气体发生器通过所述气体增压泵增压后与所述液体输送装置均导通连接在所述混合管路上，在所述混合管路上预先初步混合后通过所述输入端导入所述动态搅拌器内。

4.如权利要求1-3任一权利要求所述的促进臭氧气体溶解到液体的系统，其特征在于：所述输出端的压力的建立是通过在输出端管路中增加阻力,或通过管路调压方式进行的，所述输出端比所述输入端的最低压力小5％-90％。

5.如权利要求2所述的促进臭氧气体溶解到液体的系统，其特征在于：所述输出端的压力比所述输入端的最低压力小5％-90％；同时所述液体输入端的压力比气体输入端的压力小5％-90％。

6.如权利要求1所述的促进臭氧气体溶解到液体的系统，其特征在于：所述壳体内的定子沿与轴向的垂直方向形成多排定子齿，设置在所述壳体内的转子沿与轴向的垂直方向形成多排转子齿，各排定子齿的齿顶与转子齿的齿根的轴向距离以及各排转子齿的齿顶与定子齿的齿根的轴向距离相等，所述轴向距离的范围为0.1-20mm。

7.如权利要求1或6所述的促进臭氧气体溶解到液体的系统，其特征在于：所述壳体内的定子沿与轴向的垂直方向形成多排定子齿，设置在所述壳体内的转子沿与轴向的垂直方向形成多排转子齿，各排定子齿和所述转子齿的径向间隙相等，所述间隙范围为0.1-20mm。

8.如权利要求1所述的促进臭氧气体溶解到液体的系统，其特征在于：所述壳体内的定子沿轴向形成多排定子齿，设置在所述壳体内的转子沿轴向形成多排转子齿，各排定子齿的齿顶与转子齿的齿根的径向距离以及各排转子齿的齿顶与定子齿的齿根的径向距离相等，所述径向距离的范围为0.1-20mm。

9.如权利要求1或8所述的促进臭氧气体溶解到液体的系统，其特征在于：所述壳体内的定子沿轴向形成多排定子齿，设置在所述壳体内的转子沿轴向形成多排转子齿，各排定子齿和所述转子齿的轴向间隙相等，所述间隙范围为0.1-20mm。