CN112028028A - 一种高纯度臭氧提取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯度臭氧提取装置及方法，包括臭氧发生器、气液混合泵和分离室，所述装置还包括臭氧析出器以及依次连通臭氧发生器、气液混合泵、分离室、臭氧析出器的管路。利用臭氧和氧气在低温水中的溶解度不同，使臭氧溶于水中形成臭氧水溶液，从而分离臭氧与氧气，分离出的氧气循环利用，然后再利用水冰相变过程，解析提纯臭氧水溶液中的臭氧。该装置制备臭氧成本低，且可有效提高臭氧浓度和氧气利用率。

Description

一种高纯度臭氧提取装置及方法

技术领域

本发明涉及臭氧制备领域，更具体的说，它涉及一种高纯度臭氧提取装置及方法。

背景技术

目前制备臭氧的方法有很多种，主要有电晕法、电解法、紫外线法、等离子体法等，其中工业上应用较为广泛的为电晕放电和电解法。电解法制备出的臭氧具有浓度高、成分纯净等优势，但是与电晕放电法相比，电解法具有制备臭氧量小，能耗大等缺点。而电晕放电法虽然具有产量高、规模大等优点，但是该方法制备出的臭氧浓度较低，转化率仅为10%左右，90%左右的氧气被浪费掉，增加了臭氧制备成本。

其中，专利号为201420495203.8、名称为“一种高纯度臭氧提取石英装置”的专利，利用氧气和臭氧沸点不同而设计一种特殊的多层石英装置对氧气和臭氧进行分离，分离后臭氧浓度可以达到80~90%。该装置是通过液氮冷却提供低温环境，将不同沸点的臭氧和氧气进行分离，并进一步利用变色硅胶吸附液态形式的臭氧。但是利用该装置进行臭氧浓缩，需要消耗大量液氮，增加了制备成本。在公布号为CN106242023A、名称为“氧气循环利用臭氧催化氧化装置”的专利申请中，臭氧发生器制备出来的臭氧经过催化反应室与原水发生催化反应后，生成的氧气经过冷干室和增压机后由循环管道送回至臭氧发生器，供下一步循环使用。该专利中的装置虽然提高了氧气利用率，但是氧气与臭氧的分离效果差，无法应用于尾气回收的工艺中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯度臭氧提取装置及方法，利用臭氧和氧气在低温水中的溶解度不同，使臭氧溶于水中形成臭氧水溶液，从而分离臭氧与氧气，分离出的氧气循环利用，然后再利用水冰相变过程，解析提纯臭氧水溶液中的臭氧。该装置制备臭氧成本低，且可有效提高臭氧浓度和氧气利用率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高纯度臭氧提取装置，包括臭氧发生器、气液混合泵和分离室，所述装置还包括臭氧析出器以及依次连通臭氧发生器、气液混合泵、分离室、臭氧析出器的管路，其中，气液混合泵中含有用以溶解臭氧的水，水温为4℃-6℃，分离室设有氧气排出口和臭氧水溶液出口，氧气排出口通过氧气循环管道与臭氧发生器进气口连接，溶解有臭氧的臭氧水溶液经臭氧水溶液出口进入臭氧析出器，臭氧析出器设有臭氧排出口、回收水出口和换热器，回收水出口通过水循环管道与气液混合泵进水口连接，换热器连接冷源和热源，连通冷源、臭氧水溶液冷却结冰、臭氧析出后经臭氧排出口排出，连通热源、析出臭氧后的回收冰加热至4℃-6℃并经水循环管道进入气液混合泵。

优选的，水为蒸馏水。

优选的，臭氧发生器连接氧气通入管道，氧气通入管道设置第一止回阀。

优选的，氧气循环管道具有进气口和出气口，进气口与氧气排出口连通，出气口与臭氧发生器连通，氧气循环管道设置第二止回阀和冷干机，冷干机在前，第二止回阀在后。

优选的，分离室具有空腔，氧气排出口位于空腔顶部，空腔设有气液混合物入口和臭氧水溶液出口，气液混合物入口和臭氧水溶液出口位于空腔侧部。

优选的，空腔具有一定的容积。

优选的，腔内设置用于抑制臭氧水溶液流动的流动抑制装置。流动抑制装置具有三种形式。

第一种：流动抑制装置包括流动抑制板，流动抑制板平行设置多个，将空腔分割成多个副腔，流动抑制板具有一定的开度使副腔上方连通，流动抑制板沿着臭氧水溶液流动方向高度递减。

第二种：流动抑制装置包括流动抑制板，流动抑制板将空腔分割为左封闭腔和右封闭腔，流动抑制板开有孔，左封闭腔连通气液混合物入口，右封闭腔连通臭氧水溶液出口，左封闭腔和右封闭腔顶部均开有氧气排出口。

优选的，孔具有多个，且均匀分布。其中，孔的形状、大小和数量不限，但应满足减缓气液混合物流动的作用。

第三种：流动抑制装置包括流动抑制板，流动抑制板平行设置多个，将空腔分割成多个副腔，流动抑制板具有一定的开度使副腔上方连通，流动抑制板高度平齐，流动抑制板上部开有孔。优选的，孔具有多个，且均匀分布。其中，孔的形状、大小和数量不限，但应满足减缓气液混合物流动的作用。

三种形式的流动抑制装置中，空腔最好为对称形状，为一个流动抑制板时，流动抑制板沿空腔中线竖直设置，例如，空腔为圆柱状，流动抑制板沿空腔直径竖直设置。当然，空腔的形状不限于圆柱状，还可以是正方体、长方体，或者不规则的形状等。

优选的，分离室三种形式的流动抑制装置中，气液混合物入口方向与流动抑制板垂直，臭氧水溶液出口方向与流动抑制板垂直。

当然，可以理解的是，流动抑制装置不限于上述三种形式。

优选的，分离室设置多个，且并联连接。

优选的，所述臭氧析出器设有容腔，容腔设有臭氧水溶液入口，臭氧水溶液入口和回收水出口开于容腔侧部，臭氧排出口开于容腔顶部，容腔外部设有换热器。

优选的，换热器包覆于容腔整个外侧。

优选的，臭氧水溶液入口在上，回收水出口在下。

优选的，臭氧水溶液入口和回收水出口开于容腔同侧，或者不同侧。优选同侧。

优选的，换热器具有换热器入口和换热器出口，换热器入口在下，换热器出口在上。

优选的，换热器为管式换热器或板式换热器。

优选的，通入换热器的介质为饱和蒸汽或低温氮气。

优选的，臭氧析出器设置多个，多个臭氧析出器以并联的形式连接。

优选的，热源的热介质为饱和蒸汽。

优选的，冷源的冷介质为低温氮气。

优选的，同一臭氧析出器设置多个换热器，多个换热器沿容腔侧部上下分布。

优选的，热介质和冷介质从换热器出口排出后，在条件允许的情况下，可回收利用。若是受限于场地制约等因素，且换热介质无毒（如水蒸气、氮气）的情况下，可直接排空。

一种高纯度臭氧提取方法，包括以下步骤：

步骤1、氧气进入臭氧发生器，臭氧发生器利用氧气制备臭氧，臭氧和剩余氧气通过含有4℃-6℃水溶液的气液混合泵，臭氧溶解于水中形成臭氧水溶液；

步骤2、剩余氧气和臭氧水溶液通过分离室，剩余氧气经分离室的氧气排出口排出形成回收氧气，并经氧气循环管道进入臭氧发生器中，臭氧水溶液经分离室的臭氧水溶液出口排出；

步骤3、排出的臭氧水溶液进入臭氧析出器，臭氧析出器连接有冷源和热源，连通冷源、臭氧水溶液冷却结冰、臭氧析出并形成回收冰，连通热源、回收冰加热至4℃-6℃形成回收水、经水循环管道进入气液混合泵。

优选的，臭氧水溶液和剩余氧气在分离室停留20-25min。

优选的，臭氧水溶液中添加臭氧稳定剂。优选的，臭氧稳定剂为磷酸或乙酸，浓度为0.1L/mol。优选的，臭氧稳定剂调节后的臭氧水溶液PH值为5-6。

优选的，臭氧水溶液在臭氧析出器中冷却结冰时间为10-20min。

优选的，臭氧发生器利用氧气制备臭氧时，O₃/O₂的比例为1:9。

本发明的优点在于：

1、该装置可有效提高提取的臭氧浓度和氧气利用率。

2、本装置制备臭氧无需液氮，制备过程中需要的水和氧气能循环利用，臭氧制备成本低。

3、相较于变压吸附、离心分离等技术该装置运行简单，投入少。

4、整个过程在较低的温度区间内运行，且在水溶液中添加了一定量的臭氧稳定剂，能大幅度地降低臭氧在水中的分解率。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为分离室流动抑制装置第一种形式中一个流动抑制板的结构图。

图3为分离室流动抑制装置第一种形式中多个流动抑制板的结构图。

图4为分离室流动抑制装置第二种形式的结构图。

图5为分离室流动抑制装置第三种形式的结构图。

图6为臭氧析出器中一个换热器的结构图。

图7为臭氧析出器中多个换热器的结构图。

图中标识：1-臭氧发生器，2-气液混合泵，3-分离室，30-气液混合物入口，31-臭氧水溶液出口，32-氧气排出口，33-空腔，34-流动抑制板，331-副腔，333-左封闭腔，334-右封闭腔，341-孔，4-臭氧析出器，40-臭氧水溶液入口，41-臭氧排出口，42-回收水出口，43-容腔，401-第一臭氧析出器，402-第二臭氧析出器，5-氧气循环管道，51-进气口，52-出气口，53-第二止回阀，54-冷干机，6-换热器，61-换热器入口，62-换热器出口，7-水循环管道，8-冷源，9-热源，10-氧气通入管道，101-第一止回阀，102-第一电动阀，103-第二电动阀，104-第三电动阀，105-第四电动阀，110-回水泵，106-第五电动阀，107-第六电动阀，108-第七电动阀，109-第八电动阀；a-氧气，b-O²/O³混合气体，c-气液混合物，d-回收氧气，e-臭氧稳定剂，f-臭氧水溶液，g-析出臭氧，h-回收水，i-水，j-热介质，k-冷介质，m-第一臭氧析出器换热出口介质，n-第二臭氧析出器换热出口介质。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”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位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一方面，本发明提供了一种高纯度臭氧提取装置，如图1-7所示，包括臭氧发生器1、气液混合泵2和分离室3，所述装置还包括臭氧析出器4以及依次连通臭氧发生器1、气液混合泵2、分离室3、臭氧析出器4的管路，其中，气液混合泵2中含有用以溶解臭氧的水，水温为4℃-6℃，分离室3设有氧气排出口32和臭氧水溶液出口31，氧气排出口32通过氧气循环管道5与臭氧发生器1进气口连接，溶解有臭氧的臭氧水溶液经臭氧水溶液出口31进入臭氧析出器4，臭氧析出器4设有臭氧排出口41、回收水出口42和换热器6，回收水出口42通过水循环管道7与气液混合泵2进水口连接，换热器6连接冷源8和热源9，连通冷源8、臭氧水溶液冷却结冰、臭氧析出并经臭氧排出口41排出，连通热源9、析出臭氧后的回收冰加热至4℃-6℃并经水循环管道7进入气液混合泵2。

通过管路向臭氧发生器1中通入氧气，臭氧发生器1利用氧气制备臭氧，臭氧和剩余的氧气通入装有4℃-6℃水的气液混合泵2中，在气液混合泵2中臭氧能快速溶解于水中形成臭氧水溶液，并和剩余氧气形成气液混合物c通入分离室3，剩余氧气以及未溶解于水的少量臭氧经分离室3的氧气排出口32排出并经氧气循环管道5进入臭氧发生器1中，臭氧水溶液经臭氧水溶液出口31排出并进入臭氧析出器4，臭氧析出器4连接有冷源8和热源9，连通冷源8、臭氧水溶液冷却结冰、臭氧析出并形成回收冰，连通热源9、回收冰加热至4℃-6℃形成回收水、回收水经水循环管道7进入气液混合泵2。臭氧在4℃-6℃水中的溶解度较大，臭氧水溶液从4℃-6℃冷却至结冰状态时臭氧能析出，利用臭氧和氧气在低温水中的溶解度不同，来分离臭氧与氧气，再利用水冰相变过程，解析提纯臭氧水溶液中的臭氧，从而得到高浓度的臭氧；同时对分离出的氧气，以及对从臭氧水溶液中解析出臭氧后剩余的水进行循环利用，极大降低了臭氧制备成本。

优选的，水为蒸馏水。水质对臭氧在水中的稳定性有较大影响，其中，臭氧在水中的稳定性是指臭氧在水中的分解程度。一般地，臭氧在水中的稳定性依次是双蒸水＞蒸馏水＞自来水。考虑到运行成本，优选蒸馏水。

管路

管路为运输气体和液体的运输通道，以及连通各个设备的连通通道，包括氧气循环管道5和水循环管道7。

优选的，臭氧发生器1连接氧气通入管道10，氧气通入管道10设置第一止回阀101。通过氧气通入管道10向臭氧发生器输送氧气。第一止回阀101的作用是使氧气a单向进入臭氧发生器1中，避免由从分离室3排出的回收氧气d进入提供氧气的管路中。

优选的，氧气循环管道5具有进气口51和出气口52，进气口51与氧气排出口32连通，出气口52与臭氧发生器1连通，氧气循环管道5设置第二止回阀53和冷干机54，冷干机在54前，第二止回阀53在后。冷干机54的作用是去除回收氧气d携带的水蒸气，避免水蒸气进入到臭氧发生器1中产生电弧，危害装置安全运行。第二止回阀53的作用是使分离室3的氧气单向循环至臭氧发生器1中，避免运行阶段氧气a从氧气循环管道5直接进入分离室3中。冷干机54在前，第二止回阀53在后，分离出的氧气先经过冷干机54，再经过第二止回阀53。如果第二止回阀53在前，冷干机54在后，氧气会反向进入冷干机54，影响分离氧气的干燥。

臭氧发生器

臭氧发生器是利用高压电离(或化学、光化学反应)，使氧气分解聚合为臭氧，是氧的同素异形转变过程。臭氧发生器为成熟的现有技术，其原理、结构在此不作详细赘述。本发明采用放电式方法制备臭氧。

气液混合泵

气液混合泵是通过泵内加压混合，使气体与液体充分溶解。本发明中，通过气液混合泵能使臭氧快速、充分地溶解于水中。气液混合泵为成熟的现有技术，其原理、结构在此不作详细赘述。

分离室

分离室3用于将臭氧水溶液与氧气分离。

优选的，分离室3具有空腔33，氧气排出口32位于空腔33顶部，空腔33设有气液混合物入口30和臭氧水溶液出口31，气液混合物入口30和臭氧水溶液出口31位于空腔33侧部。来自气液混合泵2的气液混合物c（包括臭氧水溶液和剩余氧气）通过气液混合物入口30进入到分离室3的空腔33中，剩余氧气经氧气排出口32排出，臭氧水溶液经臭氧水溶液出口31排出。

优选的，空腔33具有一定的容积。由于在开车阶段，气液混合物c在分离室3中不断累积，因此在一定的流速下，空腔33的容积满足储存一定时间累积的气液混合物c。

优选的，腔内设置用于抑制臭氧水溶液流动的流动抑制装置。当不设置流动抑制装置时，分离室3中的气液混合物在高速流动的情况下，其液体中的气泡（氧气）会出现没有充分分离就直接流走的情况。因此，通过设置流动抑制装置，来延长气液混合物在分离室中的停留时间，使氧气被充分分离。现介绍流动抑制装置的三种形式。

第一种：流动抑制装置包括流动抑制板34，流动抑制板34平行设置多个，流动抑制板34将空腔33分割成多个副腔331，流动抑制板34具有一定的开度使副腔331上方连通，流动抑制板34沿着臭氧水溶液流动方向高度递减。这样，能增加臭氧水溶液的停留时间。需要说明的是，所谓多个是指一个及一个以上，可以是1个，2个，或者更多。

具体的，设置一个流动抑制板34时，流动抑制板34的高度应适宜，如图2所示。设置两个及以上流动抑制板34时，流动抑制板34等间距设置，流动抑制板34的高度递减，参见图3。

第二种：流动抑制装置包括流动抑制板34，流动抑制板34将空腔33分割为左封闭腔333和右封闭腔334，流动抑制板34开有孔341，左封闭腔333连通气液混合物入口30，右封闭腔334连通臭氧水溶液出口31，左封闭腔33和右封闭腔334顶部均开有氧气排出口32，参见图4。

优选的，孔341具有多个，且均匀分布。其中，孔的形状、大小和数量不限，但应满足减缓气液混合物流动的作用。

第三种：流动抑制装置包括流动抑制板34，流动抑制板34平行设置多个，将空腔33分割成多个副腔331，流动抑制板34具有一定的开度使副腔331上方连通，多个流动抑制板34高度平齐，每个流动抑制板34上部开有孔341，孔341具有多个，且均匀分布。其中，孔的形状、大小和数量不限，但应满足减缓气液混合物流动的作用，参见图5。

三种形式的流动抑制装置中，空腔33最好为对称形状，为一个流动抑制板34时，流动抑制板34沿空腔33中线竖直设置，例如，空腔33为圆柱状，流动抑制板34沿空腔33直径竖直设置。这样，流动抑制板34沿空腔33中线竖直设置将空腔33分割为体积、形状相同的左、右腔。当然，空腔33的形状不限于圆柱状，还可以是正方体、长方体，或者不规则的形状等。

优选的，气液混合物入口30方向与流动抑制板34垂直，臭氧水溶液出口31方向与流动抑制板34垂直。这样，能对臭氧水溶液的流动起到最大的抑制作用。

当然，可以理解的是，流动抑制装置不限于上述三种形式。

优选的，分离室3设置多个，且并联连接。如此，能保证臭氧水溶液的停留时间。

臭氧析出器

臭氧析出器4用于将臭氧水溶液中的臭氧和水分离。

所述臭氧析出器4设有容腔43，容腔43设有臭氧水溶液入口40，臭氧水溶液入口40和回收水出口42开于容腔43侧部，臭氧水溶液入口40在上，回收水出口42在下，便于排净4-6℃的回收水。

优选的，臭氧排出口41开于容腔43顶部，换热器6包覆容腔43整个侧部。

优选的，同一个臭氧析出器4设置多个换热器6，多个换热器沿容腔43侧部上下分布。这样，可以分层冷却臭氧水溶液。

优选的，臭氧水溶液入口40和回收水出口42开于容腔43同侧，或者不同侧。

优选的，换热器6具有换热器入口61和换热器出口62，换热器入口61在下，换热器出口62在上。

优选的，换热器6为管式换热器或者板式换热器。

优选的，冷源8的冷介质k为低温氮气。选择低温氮气的气态换热介质而不是低温乙醇等液态换热介质，是因为液态换热介质较气态换热介质，其冷却臭氧水溶液f的速率快。当臭氧水溶液f冷却相变过程过快时，会使部分臭氧溶在冰中，故本发明要求冷却速度较慢（耗时10-20min），臭氧水溶液缓慢降温，以保证臭氧水溶液f在冷却相变的过程中，臭氧充分析出。

优选的，热源9的热介质j为饱和蒸汽。

优选的，冷介质k和热介质j从换热器出口62排出后，在条件允许的情况下，可回收利用。若是受限于场地制约等因素，且换热介质无毒（如水蒸气、氮气）的情况下，可直接排空。

优选的，臭氧析出器4设置多个，多个臭氧析出器4以并联的形式连接。需要说明的是，臭氧析出器4的数量不限，当臭氧析出器4从第一次进水到下一次进水的时间间隔（即单个循环）约25min，在较小的处理量下，图1中两个并联的臭氧析出器4便可实现整个工艺的连续生产，若处理量更大，可进一步增加臭氧析出器4的数量，以实现连续生产。

当分离室3通入气液混合物约20min后，溶解有臭氧的水溶液f经管路进入多个并联的臭氧析出器4中（图示为2个）中，依次命名为第一臭氧析出器401、第二臭氧析出器402···。现以第一臭氧析出器401和第二臭氧析出器402为例，对臭氧解析过程加以说明。

如图6所示，第一臭氧析出器401设置有臭氧水溶液入口40、臭氧排出口41、回收水出口42、换热器6、换热器入口61及换热器出口62。臭氧水溶液入口40连接到图1所示的第一电动阀102，回收水出口42连接到图1所示的第三电动阀104，换热器入口61通过图1所示的第五电动阀106与热源9连接，换热器入口61通过图1所示的第七电动阀108与冷源8连接。

打开第一电动阀102，臭氧水溶液f通过第一电动阀102进入到第一臭氧析出器401中，第一臭氧析出器401的容积满足储存30min的臭氧水溶液f。当通入第一臭氧析出器401的臭氧水溶液f达到一定液位后（约通入臭氧水溶液f25min，通入速度与气液混合物c进入分离室3的速度一致），切断第一电动阀102阻止臭氧水溶液进入，换热器入口61通过第七电动阀108连通冷源8，对臭氧水溶液进行冷却，在较低的冷却速度下（耗时10-20min），臭氧水溶液中的臭氧g析出并从臭氧排出口41排出。当冷却结冰过程完成后，臭氧基本析出。切断第七电动阀108，打开第五电动阀106，换热器入口61连接到热源9，将冰加热成4℃-6℃的回收水。融冰过程完成后，切断第五电动阀106，打开第三电动阀104，将析出臭氧的回收水通过回水泵110和水i一起经水循环管道7返回至气液混合泵2。当第一臭氧析出室401中的水排尽后，关闭第三电动阀104，再打开第一电动阀102，执行下一次臭氧析出过程。为了保证整个工艺连续进行，在打开第一电动阀102的时候，关闭第二电动阀103，关闭第一电动阀102的时候，打开第二电动阀103，使f进入第二臭氧析出器402。

另一方面，本发明根据上述臭氧提取装置提供一种高纯度臭氧提取方法，包括以下步骤：

步骤1、氧气进入臭氧发生器1，臭氧发生器1利用氧气制备臭氧，臭氧和剩余氧气通入4℃-6℃水中，臭氧溶解于水中形成臭氧水溶液；

步骤2、剩余氧气和臭氧水溶液进入分离室3，剩余氧气经分离室3的氧气排出口32排出并经氧气循环管道5进入臭氧发生器1中，臭氧水溶液经分离室3的臭氧水溶液出口31排出；

步骤3、臭氧水溶液进入臭氧析出器4，臭氧析出器4连接有冷源8和热源9，连通冷源8、臭氧水溶液冷却结冰、臭氧析出并形成回收冰，连通热源9、回收冰加热至4℃-6℃形成回收水、经水循环管道7进入气液混合泵2。

优选的，臭氧水溶液和剩余氧气在分离室3中停留20-25min。一般地，在恒定流速条件下，流动抑制板34距离气液混合物的进口空间体积越大停留时间越长，因此可以通过改变流动抑制板34的高度来控制流动抑制板34距离气液混合物的进口空间体积，以获得需要的停留时间。在流动抑制板34和一定停留时间的双重作用下，气液混合物中的大部分氧气在分离室3中能被分离。

优选的，分离室3中添加臭氧稳定剂e。用以提高臭氧的稳定性，延长其半衰期。臭氧稳定剂e为一般的质子酸，如磷酸、乙酸等。由于臭氧能与水溶液中的OH-发生链反应而被分解，因此依靠臭氧稳定剂来调节臭氧水溶液的PH，使之处于弱酸性环境中来抑制臭氧的自分解。优选的，臭氧稳定剂e为磷酸或乙酸，浓度为0.1L/mol。优选的，臭氧稳定剂e调节后的臭氧水溶液PH值为5-6。

优选的，臭氧水溶液的冷却耗时10-20min。在10-20min内慢慢冷却，让臭氧充分析出，如果太快，大量臭氧被包裹在冰的晶格中，来不及逃逸，导致臭氧水溶液变成臭氧冰。

优选的，同一臭氧析出器4可以设置多个换热器6，多个换热器6沿容腔43侧部上下分布。当臭氧水溶液进入到臭氧析出器4后，下层换热器6先接通冷源8，在较低的冷却速率条件下，臭氧析出器4底部的臭氧水溶液相变结冰，其溶解的臭氧析出；待底部臭氧水溶液结冰完成后，再将与底部换热器6相接的上层换热器接通冷源8，在较低的冷却速率条件下，该层换热器6包围的臭氧水溶液相变结冰，其溶解的臭氧析出；依次类推，直至全部换热器6接通冷源8。多层换热器6的设置实现了上下层臭氧水溶液分层析出臭氧的功能，避免了同时冷却时，底层臭氧水溶液臭氧析出时排出通道被上层冰块挡住的弊端，有利于保证臭氧的析出量。

优选的，臭氧发生器1利用氧气制备臭氧时，O₃/O₂的比例为1:9。

现介绍三种试验工况，对臭氧提取过程加以说明。

第一种：

利用高压放电式臭氧发生器，产生比例约为1:9的臭氧和氧气混合气体，以流量为5L/min的速度进入到气液混合泵2中，与流量约为450L/min、温度4℃的蒸馏水进行混合，混合后经管路通至分离室3中。分离室3的空腔33内设置用于抑制臭氧水溶液流动的流动抑制装置，流动抑制板34高度为空腔33高度的一半。利用浓度为0.1mol/L的磷酸控制臭氧水溶液的PH值在6。在分离室3中98%的氧气被分离出来，分离出的氧气及少部分未溶于水的臭氧经冷干机54干燥后再进入臭氧发生器1回收循环使用。臭氧水溶液经管路排至臭氧析出器4中，臭氧析出器设置2个，通过阀门控制依次通入第一臭氧析出器401和第二臭氧析出器402。同一臭氧析出器换热器设置1个。溶液进入臭氧析出器4后，臭氧析出器换热器入口61连通冷源8，对臭氧水溶液进行冷却，在较低的冷却速度下（耗时10-20min），臭氧水溶液中的臭氧析出并从臭氧排出口41排出。当冷却结冰过程完成后，臭氧基本析出，此时换热器入口61连接到热源9，将冰加热成4℃-6℃的回收水，再通过水循环管道7进入气液混合泵2。最后经过测量，臭氧析出器4排出气体中的臭氧含量为89%，气体流量为500ml/min。

第二种：

利用高压放电式臭氧发生器，产生比例约为1:9的臭氧和氧气混合气体，以流量为10L/min的速度进入到气液混合泵2中，与流量约为900L/min、温度5℃的蒸馏水进行混合，混合后经管路通至分离室3中。分离室3的空腔33内设置用于抑制臭氧水溶液流动的流动抑制装置，流动抑制板34平行等距设置成三个，并沿着臭氧水溶液流动方向高度递减。利用浓度为0.1mol/L的乙酸控制臭氧水溶液的PH值在5.5。在分离室3中99%的氧气被分离出来，分离出的氧气及少部分未溶于水的臭氧经冷干机54干燥后再进入臭氧发生器1回收循环使用。溶液经管路排至臭氧析出器4中，臭氧析出器4设置2个，通过阀门控制依次通入第一臭氧析出器401和第二臭氧析出器402。同一臭氧析出器换热器6设置3个。溶液进入第一臭氧析出器401后，第一臭氧析出器401最底层换热器入口61连通冷源8，对臭氧水溶液进行冷却，在较低的冷却速度下（耗时10-20 min），底层臭氧水溶液中的臭氧析出并从臭氧排出口41排出。底层结冰完成后，臭氧析出器4中层换热器入口61连通冷源8，对臭氧水溶液进行冷却，在较低的冷却速度下（耗时10-20min），中层臭氧水溶液中的臭氧析出并从臭氧排出口41排出。中层结冰完成后，臭氧析出器4上层换热器入口61连通冷源8，对臭氧水溶液进行冷却，在较低的冷却速度下（耗时10-20min），上层臭氧水溶液中的臭氧析出并从臭氧排出口41排出。当三层冷却结冰过程完成后，臭氧基本析出，此时换热器入口61连接到热源9，将冰加热成4℃-6℃的回收水，再通过水循环管道7进入气液混合泵2。最后经过测量，臭氧析出器4排出气体中的臭氧含量为85%，气体流量为1000ml/min。

第三种：

利用高压放电式臭氧发生器，产生比例约为1:9的臭氧和氧气混合气体，以流量为8L/min的速度进入到气液混合泵2中，与流量约为700L/min、温度6℃的蒸馏水进行混合，混合后经管路通至分离室3中。分离室3的空腔33内设置用于抑制臭氧水溶液流动的流动抑制装置，流动抑制板34平行等距等高设置成三个，每个上部有开孔341。利用浓度为0.1mol/L的乙酸控制水溶液的PH值在5.5。在分离室3中98%的氧气被分离出来，分离出的氧气及少部分未溶于水的臭氧经冷干机54干燥后再进入臭氧发生发生器1回收循环使用。溶液经管路排至臭氧析出器4中，臭氧析出器设置3个，通过阀门控制依次通入第一臭氧析出器401、第二臭氧析出器402和第三臭氧析出器403。同一臭氧析出器换热器6设置成3个。溶液进入第一臭氧析出器401后，第一臭氧析出器401最底层换热器入口61连通冷源8，对臭氧水溶液进行冷却，在较低的冷却速度下（耗时10-20min），底层臭氧水溶液中的臭氧析出并从臭氧排出口41排出。底层结冰完成后，臭氧析出器4中层换热器入口61连通冷源8，对臭氧水溶液进行冷却，在较低的冷却速度下（耗时10-20min），中层臭氧水溶液中的臭氧析出并从臭氧排出口41排出。中层结冰完成后，臭氧析出器4上层换热器入口61连通冷源8，对臭氧水溶液进行冷却，在较低的冷却速度下（耗时10-20min），上层臭氧水溶液中的臭氧析出并从臭氧排出口41排出。当三层冷却结冰过程完成后，臭氧基本析出，此时换热器入口61连接到热源9，将冰加热成4℃-6℃的回收水，再通过水循环管道7进入气液混合泵2。最后经过测量，臭氧析出器4排出气体中的臭氧含量为83%，气体流量为800ml/min。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种高纯度臭氧提取装置，包括臭氧发生器、气液混合泵和分离室，其特征在于，所述装置包括臭氧析出器以及依次连通臭氧发生器、气液混合泵、分离室、臭氧析出器的管路，其中，气液混合泵中含有用以溶解臭氧的水，水温为4℃-6℃，分离室设有氧气排出口和臭氧水溶液出口，氧气排出口通过氧气循环管道与臭氧发生器进气口连接，溶解有臭氧的臭氧水溶液经臭氧水溶液出口进入臭氧析出器，臭氧析出器设有臭氧排出口、回收水出口和换热器，回收水出口通过水循环管道与气液混合泵进水口连接，换热器连接冷源和热源，连通冷源、臭氧水溶液冷却结冰、臭氧析出并经臭氧排出口排出，连通热源、析出臭氧后的回收冰加热至4℃-6℃并经水循环管道进入气液混合泵。

2.如权利要求1所述的一种高纯度臭氧提取装置，其特征在于，水为蒸馏水。

3.如权利要求1所述的一种高纯度臭氧提取装置，其特征在于，所述臭氧提取装置包括与臭氧发生器进气口连接的氧气通入管道，氧气通入管道设置第一止回阀，氧气循环管道设置冷干机和第二止回阀，冷干机在前，第二止回阀在后。

4.如权利要求1所述的一种高纯度臭氧提取装置，其特征在于，分离室具有空腔，氧气排出口位于空腔顶部，空腔开有气液混合物入口，腔内设置流动抑制板，流动抑制板平行设置多个，将空腔分割为多个副腔，流动抑制板具有一定的开度使副腔上方连通，流动抑制板沿着臭氧水溶液流动方向高度递减；或者，流动抑制板将空腔分割为左封闭腔和右封闭腔，流动抑制板开有孔，左封闭腔连通气液混合物入口，右封闭腔连通臭氧水溶液出口，左封闭腔和右封闭腔顶部均开有氧气排出口。

5.如权利要求4所述的一种高纯度臭氧提取装置，其特征在于，气液混合物入口方向与流动抑制板垂直，臭氧水溶液出口方向与流动抑制板垂直。

6.如权利要求1所述的一种高纯度臭氧提取装置，其特征在于，所述臭氧析出器设有容腔，容腔设有臭氧水溶液入口，臭氧水溶液入口和回收水出口开于容腔侧部，臭氧水溶液入口在上，回收水出口在下，臭氧排出口开于容腔顶部，换热器包覆于容腔外侧，换热器具有换热器入口和换热器出口，换热器入口在下，换热器出口在上。

7.如权利要求6所述的一种高纯度臭氧提取装置，其特征在于，臭氧析出器设置多个，多个臭氧析出器以并联的形式连接。

8.如权利要求7所述的一种高纯度臭氧提取装置，其特征在于，热源的热介质为饱和蒸汽，冷源的冷介质为低温氮气。

9.一种高纯度臭氧提取方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-8任一项所述的臭氧提取装置，所述方法包括以下步骤：

步骤1、氧气进入臭氧发生器，臭氧发生器利用氧气制备臭氧，臭氧和剩余氧气通入4℃-6℃水中，臭氧溶解于水中形成臭氧水溶液；

步骤2、剩余氧气和臭氧水溶液进入分离室，剩余氧气经分离室的氧气排出口排出并经氧气循环管道进入臭氧发生器中，臭氧水溶液经分离室的臭氧水溶液出口排出；

步骤3、臭氧水溶液进入臭氧析出器，换热器连接冷源和热源，连通冷源、臭氧水溶液冷却结冰、臭氧析出并形成回收冰，连通热源、回收冰加热至4℃-6℃形成回收水、经水循环管道进入气液混合泵。

10.如权利要求9所述的提取方法，其特征在于，臭氧水溶液和剩余氧气在分离室中停留20-25min；分离室中添加臭氧稳定剂，臭氧水溶液PH值保持在5-6；臭氧水溶液在臭氧析出器中冷却结冰时间为10-20min。

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