CN112079426B - 一种利用中空纤维吸气循环的氢水溶液的制备装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用中空纤维吸气循环的氢水溶液的制备装置及其制备方法，包括；控制器，气源，密封容器，以及循环泵和中空纤维疏水膜组，溶器气，曝气器组成的溶气水高压曝气循环回路，和由气源以及容器顶部回流管路通过节流器组成的供气和逸气回流循环部分；气液两相通过中空纤维疏水膜负压吸气而交融，及在气压水压传感器和控制器程序的配合下构成一个稳定的超饱和微纳米气泡水溶液生态。本方案以纯净密闭的曝气环境使气水溶液浓度以及生成时间相比其他方式更优，设备在小型化，低成本，高品质，低能耗和安全性上有了更进一步提高。
Description
技术领域
本发明涉及微纳米汽泡水溶液的制备技术领域，更具体为一种利用中空纤维吸气循环的氢水溶液的制备装置及其制备方法。
背景技术
目前市场上气水溶液制备方法，无论是氢水溶液，还是水体增氧，臭氧消毒液，二氧化碳饮料，一般都是采用如下技术方案；文丘里水射器混合法，高压溶气法，或环保领域的曝气法。这些方案的进气方式都不利于小型化，低成本，高品质的密闭循环系统开发，
如发明专利CN102438954A,他的核心溶氢部件就是使用了中空纤维微孔高压曝气的原理。
沿用这一原理繁衍出很多使用新方法：
例如CN205740468U,无一不是利用气压高于液压将气体通过中空纤维的微孔压入液体，例如申请号为2015107918396的发明公布的，通示例对比亲水材料和疏水材料，得出纯疏水膜制备饱和溶液浓度明显降低。可见中空纤维疏水膜的特性并未被行业认知。由于利用气相压力高压液相压力进行溶气的方式必须精确的控制气相侧与液相侧的压力，否则未溶解气体就会形成大气泡流窜在管路中可能至使循环泵抖动，噪音，甚至不能正常工作。精密的控制要求制约了小型化密闭循环的系统运用。
气水溶液超饱和状态的生成与维持，更需要稳定压力及维持高纯度气体的密闭循环空间，本研发团队基于中空纤维模组的特性深入研究实验，发现了在一定条件下可以进行负压溶气的方法，开创性地解决了高压充气技术难以解决的气液路密闭循环的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用中空纤维吸气循环的氢水溶液的制备装置及其制备方法，解决了现有技术方案进行溶气循环必须使用气泵增压的方式才能达到目的，但现今由于制造成本和安全因素还没此类危险性气泵产品在该民用技术领域应用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：内部设有液位传感器和压力传感器，曝气器的球顶密封容器，所述球顶密封容的下部设有供溶液循环连接的进出口,所述球顶密封容器顶部接入压力传感器并接出供气管路，延伸串接进气电磁阀后连至气源；
溶液循环流动进出的路经为中空纤维疏水膜组，循环泵，容器气，曝气器；在循环泵作用下使水流经过中空纤维疏水膜内丝，线性流动的水流相对疏水微孔产生剪切，产生文丘里水射器效应，致使疏水微孔产生相对负压吸气，经泵转入高压管路进行溶气曝气循环；
所述中空纤维疏水膜组上部设有进气口且下部设有排废口及排废阀，所述吸气口通过节流器与气源和球顶密封容器的之间的管路相连接，用于调节稳定吸气流量。
作为本发明的一种优选实施方式，所述球顶密封容器下部的出水管路处设有进水单向电磁阀和相对侧设有出水电磁阀，所述气源的供气端设置进气电磁阀，且进气电磁阀、进水电磁阀和取水电磁阀通过导线并行连接至控制器的输出端。
本发明装置设有控制器及所属操作显示面板，所述水位传感器和气压传感器通过导线并行连接至控制器的相应输入端，通过操作面板输入参数驱动进水阀使水位控制在所述球顶密封容器容积的2/3处，以及供气，进出水和泵的自动运行。
附图说明
图1为本发明整体制备流程示意图；
图2为本发明中空纤维疏水膜组件结构示意图。
图中:1、球顶密封容器；2、中空纤维疏水膜组；3、循环泵；4、溶气器；5、曝气器；7、气压传感器；8、气源；9、节流器；10、供气口；11、排废口；11a、排废阀；12、进水电磁阀；13、出水电磁阀；14、疏水纤维膜丝；15、出液口；16、进液口；17、水位传感器；18、供气电磁阀；19、控制器；20、操作显示面板。
具体实施
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描述。
如下：包括：球顶密封容器(1)顶部接入气压传感器(7),且管路延伸串接供气电磁阀(18)后连接有气源(8)，所述球顶密封容器(1)的进出溶液路由循序为中空纤维疏水膜组的进液口(16)，循环泵(3)，溶气器(4)和曝气器(5)组成，由所述循环泵(3)驱动完成吸气曝气；
所述控制器(19)，通过程序分析气压传感器(7)的信号控制供气电磁阀(18)以稳定球顶密封容器(1)内气压；
所述控制器(19)，通过分析水位传感器(17)的信号控制进水电磁阀(12)以稳定容器内水位；
所述控制器(19)及操作显示面板(20)通过内部程序和外部信号的输入，控制进水电磁阀(12)和出水电磁阀(13)实现可控的进出水。
所述中空纤维疏水膜组的供气口(10)与节流器(9)串接后汇入所述球顶密封容器(1)顶部气路。
优选地进水口串连进水电磁阀(12)并入中空纤维疏水膜组进液口(16)与所述球顶密封容器(1)之间的气路，出液口(15)串接出水电磁阀(13)并入球顶密封容器(1)的右侧。
溶液循环包括所述中空纤维疏水膜组(2)的吸气入水的低压段和由循环泵3，溶气器4，曝气器5组成的高压段。
气体循环包括两里外部分，由中空纤维疏水膜组供气口(10)经节流器(9)连通球顶密封容器(1)顶部的回流通路，和气源(9)通过供气电磁阀(18)的供气支路。气液循环使容器内曝气水溶液能够强力维持高浓度产量与瞬时生成，为出品流量与溶解度品质提供了保障，全密封保障了纯净气体的参与环境，微纳米曝气保障了高浓度产品的连续供给的能力。由控制器(19)设定参数配合气压传感(7)器输入的信号控制气源输出电磁阀(18)而稳定容器内气压，同样由设定参数配合水位传感器(17)的输入控制进水电磁阀完成进水量，实例优选气压设定1.5kg，为了保证进水顺畅进水压力必须高于1.8kg。如需进一步提高品质可以使用脱气水源。
进一步地，如图1所示：所述供气电磁阀(18)、进水电磁阀(12)和出水电磁阀(13)并行通过导线接入控制器(19)，出水方式通过操作显示面板(20)控制出水电磁阀开关有点动出水和持续出水两种模式选择，循环溶液的流量由以下几个部分共同决定，实例优选泵流量5L/min，压力5kg。
进一步改进地，如图1所示：所述中空纤维疏水膜组(2)的流量与循环泵(3)的流量相对应，实例优选中空纤维疏水膜组(2)的膜接触面为0.5m2，415根丝，孔隙率40％，膜管直径1mm，膜壁孔径1μm，击穿压力小于5kg的疏水膜组，所述溶气器(4)，曝气器(5)以及串连路由的管阻，共同因素决定了连续出水的产能，出水流量相对过大过小都会破坏循环系统平衡影响溶液出品。
进一步地，如图2所示：所述中空纤维疏水膜组的排废口(11)设置排废阀(11a)方便检修排废或首次溢水排空。
进一步地，如图1所示：所述节流器(9)采用一段长1.5m的毛细管其内径为1.8mm的紫铜管，依靠管阻调节吸入流量，避免使用其他方式调节造成空气吸入系统。
进一步改进地，如图1所示：所述溶气器(4)为内部填充有微孔结构的过滤器，有助于加快气水溶解。
进一步改进地，如图1所示：所述制备方法包括如下步骤：
步骤1：设备首次运行时，操作显示面板(20)手动按钮，打开进水阀(12)进水排空，保证水满并有水经过排废阀(11a)溢出；
步骤2：操作面板(20)手动按钮开启供气电磁阀(18)进气,同时打开出水电磁阀(13),气压渐增会使水位退回到设定位置，最后确认排废阀(11a)排出为气体后关闭，至此完成了自动运行前的容器内空气的排出；
步骤3：启动正常开机程序，控制器(19)通过设定的参数调节维持水位及气压，并启动循环(3)，使水流经过中空纤维疏水膜组(2)中的纤维微管(14)，相对疏水微孔产生文丘里水射器效应，致使纤维微管(14)管壁上的微孔产生相对负压，从而使氢气能够通过膜组吸气口(10)融入水循环系统，并经过循环泵(3)加压，经过溶气器(4)后利用曝气器(5)将高压溶气水里的气体以微纳米气泡的形式释放在溶液中；
步骤4：过饱和溶液必有逸出气体，经由球顶密封容器(1)顶部气路经节流器(9)减压再次流入中空纤维疏水膜组的进气口(10)，完成了液面逸气，膜组吸气的循环，维持了超饱和微纳米气泡溶的动态平衡；
步骤5：由于出品溶液消耗一定量的气量后，球顶密封容器(1)气压下降到控制器设定阈值时，控制器(19)就会启动供气电磁阀(18)补充气体以维持设定的压力。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，中空纤维负压吸气系统也适用于非密闭循环的气液混合场景，例如；将中空纤维疏水膜组，循环泵，容器气，曝气器串联后的独立应用。对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种利用中空纤维吸气循环的氢水溶液的制备装置，其特征在于：包括：内部设有液位传感器、气压传感器和曝气器的球顶密封容器，所述球顶密封容器的下部设有供溶液循环连接的进出口,所述球顶密封容器顶部接入压力传感器并接出供气管路，延伸串接进气电磁阀后连至气源；
溶液循环流动进出的路经为中空纤维疏水膜组、循环泵、溶气器、曝气器；在循环泵作用下使水流经过中空纤维疏水膜内丝，线性流动的水流相对疏水微孔产生剪切，产生文丘里水射器效应，致使疏水微孔产生相对负压吸气，经泵转入高压管路进行溶气曝气循环；
所述中空纤维疏水膜组上下设有进出水口，以及侧面下方的排废口设置了排废阀，所述中空纤维疏水膜组侧面上方设有吸气口通过节流器与气源和球顶密封容器的之间的管路相连接，用于调节稳定回气流量；
所述球顶密封容器下部的出水管路处设有进水单向电磁阀和相对侧设有出水电磁阀，所述气源的供气通路设置有供气电磁阀，并与进水电磁阀和出水电磁阀通过导线并行连接至控制器的输出端，所述液位传感器和气压传感器通过导线并行连接至控制器的输入端，通过操作面板输入参数驱动进水单向电磁阀使水位限定,同样通过控制器输出端控制供气，进出水和泵的运行；
所述中空纤维疏水膜组的内部设有若干疏水纤维膜丝，侧面下部设有排废口并设有排废阀用溢水排空及检修排废，所述中空纤维疏水膜组与循环泵，溶气器，曝气器的流量相适应，组成微纳米气泡曝气循环系统。
2.根据权利要求1所述的一种利用中空纤维吸气循环的氢水溶液的制备装置，其特征在于：
所述节流器采用一段长1.5m的毛细管， 其是 内径为1.8mm的紫铜管，用于调节限定回流气体的流量保证曝气效果。
3.根据权利要求1所述的一种利用中空纤维吸气循环的氢水溶液的制备装置，其特征在于：
所述溶气器为内部填充有微孔结构的过滤器，有助于加快气水溶解。
4.根据权利要求1所述的一种利用中空纤维吸气循环的氢水溶液的制备装置，其特征在于：
所述球顶密封容器下部的出水管路处设有进水电磁阀且球顶密封容器的右侧设有出水电磁阀，气源的供气电磁阀、进水电磁阀和出水电磁阀都通过导线并接入控制器的控制输出端，通过压力传感器、液位传感器和操作面板的输入信号控制器通过程序完成自动和手动运行。
5.根据权利要求1所述的一种利用中空纤维吸气循环的氢水溶液的制备装置的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
步骤1：设备首次运行时，启动操作面板手动按钮，开启进水电磁阀进水排空，同时手动开启排废阀保证水满溢出后关闭；
步骤2：确认步骤1完成以后，启动操作面板手动按钮，开启进气电磁阀执行进气排水程序同时打开出水电磁阀使气压渐增迫使水位退回设定位使容器内气体单纯，至此完成了自动运行前的容器内空气的排出；
步骤3：启动正常开机程序，控制器通过设定参数调节维持水位及气压，并启动循环泵，在循环泵的作用下水流经过中空纤维疏水膜组中的纤维微管，相对疏水微孔产生文丘里水射器效应，致使纤维微管管壁上的微孔产生相对负压，从而使氢气能够通过膜组件吸气口融入水循环系统，并经过溶气器后利用曝气器将高压溶气水里的气体以微纳米气泡的形式释放出来，利用微纳米气泡的高表比，长滞留的特性使气水溶液瞬间超饱和；
步骤4：过饱和溶液必有逸出气体，经由球顶容器顶部管路经节流器减压再次回流入中空纤维疏水膜组吸气口，这样就完成了液面逸气，膜组吸气的循环，同时由于出品会消耗一定量的气体，压力下降到控制器设定阈值时，控制程序就会启动进气电磁阀补充气源以维持设定的气压；自此，循环系统维持了球顶密封容器的超饱和微纳米气泡溶的动态平衡。
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