CN112188998A - 用于将无气体的液体氧化剂和工艺液体混合的方法 - Google Patents
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Abstract
披露了用于以最小化脱气将无气体的液体氧化剂和工艺液体混合以形成均质且无气体的混合物的系统和方法。该混合系统包括:注入装置,该注入装置与工艺液体流动通过的管道集成在一起,被配置并适于将无气体的液体氧化剂注入到该工艺液体中;以及混合器,该混合器与该管道和该注入装置流体连接,被配置成并适于在其中以最小的脱气混合该工艺液体和该无气体的液体氧化剂以形成该工艺液体和该无气体的液体氧化剂的均质且无气体的混合物。该方法包括以下步骤:a)将该无气体的液体氧化剂注入到该工艺液体中;以及b)将该无气体的液体氧化剂和该工艺液体混合以形成该均质且无气体的混合物。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月28日提交的美国专利申请序列号15/938,870的权益,出于所有的目的将所述申请通过引用以其全文结合在此。
技术领域
本发明涉及用于以最小的脱气将无气体的液体氧化剂和工艺液体混合的方法和设备,特别是用于以最小的脱气将加压无气体的高浓缩或饱和或接近饱和(例如饱和浓度的10%以内,如5%或1%或0.1%)的溶解臭氧的水(其在大气条件下是过饱和的)和工艺液体混合的方法和设备。
背景技术
液体氧化用于氧化在溶液中时的化合物。在典型的液体氧化工艺中,将含氧气体掺入液体或受污染的液体介质中以适当地破坏化学污染物。它可以用于修复各种有机和无机化合物,包括抗自然降解的一些有机和无机化合物。此工艺中使用的常见氧化剂之一是臭氧(O3)。
基于臭氧的氧化处理在工业界是常见的。臭氧在制药工业中用于若干化合物的氧化。它也可用于漂白物质以及杀死空气和水源中的微生物。大多数臭氧反应发生在液体介质中。臭氧是气体,首先需要将其溶解在水或液体介质中(所谓的质量传递),并且然后将在水或液体介质中的溶解臭氧(dO3)用作氧化剂与化合物反应来进行氧化。在工业中,溶解臭氧水或液体介质可以在以下领域中使用但不限于以下领域:
·除去微污染物和氧化三级水中的硬的可降解有机组分;
·化学攻击水中的污染物(铁、砷、硫化氢、亚硝酸盐、复杂的有机物和去定殖物(decolonization);
·代替氯对水进行消毒,如饮用水、工艺液体等;
·为絮凝(分子的团聚,其有助于过滤,在该过滤中除去铁和砷)提供助剂;
·经由化学合成制造化合物;
·洗涤新鲜水果和蔬菜以杀死酵母菌、霉菌和细菌;以及
·漂白纸浆和纸。
当前,用于基于臭氧的废水处理的臭氧溶解、混合和反应的工艺在单个反应器中进行,例如,在废水处理厂(WWTP)的大型混凝土水池中进行。图5是设计为在单个反应器100中具有所有工艺(溶解(质量传递)、混合和反应)的常见臭氧反应器系统的框图。在那些系统中,臭氧气体通常经由气泡扩散器或泵注射器系统注入到臭氧反应器中。在此注意,在单个反应器100中,混合过程可能发生或可能不发生,因为溶解臭氧将立即在反应器中与反应物反应。此类反应器的实例是由威德高公司(Wedeco)制造的中试设备:瑞士的雷根斯多夫WWTP和洛桑WWTP以及德国的埃姆舍联合WWTP和杜伊斯堡WWTP(WWTP Regensdorf&WWTPLausanne in Switzerland,and WWTP Emscher Verbund and WWTP Duisburg inGermany)。此种系统通常具有大体积的反应器(例如,333m3),因为水力停留时间通常在20min与40min之间。取决于不同的氧化应用,通常的臭氧剂量范围在2g与200g臭氧/m3经处理的工艺液体。另外,上述单个反应器典型地在约1巴的大气压下操作,在不进一步加压下无法回收来自单个反应器的废气流中未溶解的臭氧和氧气,造成臭氧和/或氧气和在系统中生成臭氧所消耗的能量的浪费。
一般来说,已知与溶解臭氧和在工艺液体中的可氧化成分的反应速率相比,臭氧在水中的溶解速率(也称为气体到液体质量传递速率)是速率限制步骤。在许多工业工艺(例如,将臭氧用于废水的高级或三次处理)中,臭氧在水中的溶解或臭氧质量传递是整个工艺中的时间限制步骤。另外,在许多情况下,因为溶解和反应都在同一反应器中发生,所以这些反应器没有针对溶解或反应过程进行优化。因此,使臭氧注入/臭氧施加设备的溶解、混合和反应解耦合将产生工艺灵活性,并使得臭氧生成器能够在更经济和技术上优化的条件下操作和/或使得臭氧气体再循环能够更有效。
存在在行业的多种应用中使用的不同类型的混合器。例如,US3542342披露了将粉状材料和液体混合以制成钻井泥浆,以及如何通过向该泥浆中引入动力重晶石(poweredbaryte)来增加其密度。更具体地,在喷嘴装置中将粉末或粉状材料和液体混合,其中混合操作是由用气体供应管线引入的气体流协助的。EP 208253披露了移动床反应器的操作,其中载体颗粒(主要由塑料制成)充当微生物(生物质)的生长区域。为了从这些载体颗粒中去除过量的生物质,将这些载体颗粒填充到“洗涤槽”中。通过添加中等气泡到大气泡空气,在这些载体颗粒上施加剪切力,由此将过量的生物质与这些载体颗粒分离并可以从系统中排出。EP 208253不具有从气相到液相的大量质量传递,而仅具有载体颗粒的温和机械应力以将过量的生物质与这些载体颗粒分离。
发明内容
披露了一种用于以最小化脱气将无气体的液体氧化剂和工艺液体混合以形成均质且无气体的混合物的方法,该方法包括以下步骤:a).将该无气体的液体氧化剂注入到该工艺液体中;以及b).将该无气体的液体氧化剂和该工艺液体混合以形成该均质且无气体的混合物。
还披露了以下步骤:分别调节该工艺液体和该无气体的液体氧化剂的流速,以控制该工艺液体与该无气体的液体氧化剂之间的混合比。
还披露了该无气体的液体氧化剂的流速在额定设计流速的20%至100%的范围内变化。
还披露了该工艺液体的流速在额定设计流速的50%至100%的范围内变化。
还披露了通过前馈控制或闭环控制来控制该混合比。
还披露了该工艺液体与该无气体的液体氧化剂之间的混合比范围在5:1至50:1之间。
还披露了分别对该工艺液体和该无气体的液体氧化剂加压。
还披露了该工艺液体的压力范围在0.1巴与1.6巴之间。
还披露了该无气体的液体氧化剂的压力范围在3巴与10巴之间。
还披露了该无气体的液体氧化剂的压力范围在4巴与7巴之间。
还披露了该无气体的液体氧化剂的压力为5巴。
还披露了该浓臭氧水的压力范围在3巴与10巴之间。
还披露了该浓臭氧水的压力范围在4巴与7巴之间。
还披露了该浓臭氧水的压力为5巴。
还披露了该无气体的液体氧化剂是浓臭氧水。
还披露了浓臭氧水是加压无气体的高浓缩或饱和或接近饱和(例如饱和浓度的10%以内,如5%或1%或0.1%)的溶解臭氧水,其若在大气压下则是过饱和的。
还披露了维持来自质量传递单元的该浓臭氧水的压力,直到将该浓臭氧水注入到该工艺液体中,从而使该浓臭氧水在该工艺液体中快速稀释,从而避免脱气。
还披露了该工艺液体是主要由水构成的液体。
还披露了该工艺液体是淡水、自来水、工艺水、流出水、市政废水和工业废水、已经通过二级处理工艺处理的废水等。
还披露了一种用于以最小化脱气将浓臭氧水和工艺液体混合以形成该浓臭氧水和该工艺液体的均质且无气体的混合物的方法,该方法包括以下步骤:a).将该浓臭氧水注入到该工艺液体中;以及b).将该浓臭氧水和该工艺液体混合以形成该均质且无气体的混合物。
还披露了以下步骤:分别调节该工艺液体和该浓臭氧水的流速,以控制该工艺液体与该浓臭氧水之间的混合比。
还披露了一种混合系统,其包括:注入装置,其与工艺液体流动通过的管道集成在一起,被配置并适于将无气体的液体氧化剂注入到该工艺液体中;以及混合器,其与该管道和该注入装置流体连接,被配置成并适于在其中以最小的脱气混合该工艺液体和该无气体的液体氧化剂以形成该工艺液体和该无气体的液体氧化剂的均质且无气体的混合物。
还披露了该注入装置以最少的脱气将该无气体的液体氧化剂均匀且均质地注入到该工艺液体中。
还披露了该注入装置以最小的脱气将该浓臭氧水均匀且均质地注入到该工艺液体中。
还披露了该注射装置包括多个导管,每个导管径向地延伸穿过该管道中的开口,并且沿着该管道中该工艺液体的流动方向弯曲以提供延伸末端区段。
还披露了该多个导管的延伸末端区段各自与注入喷嘴连接。
还披露了该多个导管的延伸末端区段包括沿该管道的轴线放置的中心延伸末端区段,该中心延伸末端区段被其余的这些延伸末端区段对称地围绕。
还披露了该多个导管的延伸末端区段的长度是相同的。
还披露了该中央延伸末端区段的长度比相同的其余这些延伸末端区段的长度更长。
还披露了该中央延伸末端区段的长度比其余的这些延伸末端区段的相同长度更短。
还披露了该多个导管的数量范围为从1至20。
还披露了该多个导管的数量为5。
还披露了该混合器是静态混合器。
还披露了该混合器是动态混合器。
符号和命名法
以下详细说明和权利要求书利用了本领域中通常众所周知的许多缩写、符号和术语,并且包括:
如本文所用,除非另外指定或从上下文清楚地针对单数形式,否则不定冠词“一个/种(a/an)”通常应被解释为意指“一个/种或多个/种”。
如本文所使用,在正文或权利要求书中的“约(about)”或“大约(around或approximately)”意指所述值的±10%。
如本文所用,在正文或权利要求书中的“接近(close to)”或“几乎(nearly)”意指所述术语的±10%。例如,“接近饱和的浓度”是指饱和浓度的10%以内。
如本文所用,在正文或权利要求书中的“快速稀释(quick dilusion/rapiddilusion)”意指稀释过程在大约几秒内发生,如2秒或1秒或0.5秒。
如本文所用,术语“臭氧质量传递”旨在是指臭氧越过气-液界面从气相转移到水中。
术语“臭氧溶解”是指臭氧气体溶解在水中,这是本文中臭氧质量传递的替代性术语。
术语“浓臭氧水”是指加压无气体的高浓缩或饱和或接近饱和(例如饱和浓度的10%以内,如5%或1%或0.1%)的臭氧溶解水,其若在大气压下则是过饱和的。该浓臭氧水的应用之一是用作液体氧化剂。
术语“进料液体”是指典型地主要由水构成的液体,如淡水、自来水、工艺水、流出水、市政废水和工业废水、已经通过二级处理工艺处理的废水等。
术语“工艺液体”是指典型地主要由水构成的液体,如淡水、自来水、工艺水、流出水、市政废水和工业废水、已经通过二级处理工艺处理的废水等。
术语“氧化液体”是指其非水成分已被氧化剂部分或完全氧化的工艺液体。可替代地,术语“氧化液体”是指具有已在工艺液体中被浓臭氧水氧化的组分的生产的液体。可替代地,术语“氧化液体”在特定情况下是指从氧化工艺中出来的液体,其中由于合适的氧化剂的作用,存在于工艺液体中的各种有机和无机成分已被转化成氧化形式。
术语“臭氧化”是指使用臭氧作为氧化剂而破坏微生物并降解有机和无机污染物的水处理工艺。臭氧化是基于将臭氧输注到水中的化学水处理技术。臭氧化是一种高级氧化工艺,涉及生产非常具反应性的氧物种(其能够攻击各种各样的有机和无机化合物以及所有微生物)。
术语“臭氧化的水”是指将臭氧鼓泡通过水的产物,其含有一定水平的在水中的溶解臭氧。
术语“臭氧剂量”被定义为进料到水中的气相中的臭氧量(克/分钟)。
术语“过饱和的”是指气体的液体溶解,其在大气条件下不稳定并且会脱气。
术语“均匀的”是指混合质量为>大约95%的流体的混合物。在此,混合质量是混合物均匀性或一致性的量度,并且是从统计基本变量计算的。变动系数是最常用的量度。此值越接近0,则混合物越均匀。为了形象化,将其从1中减去并以%指定。因此,100%的混合质量(或变动系数=0)是指最佳混合条件,但这实际上是不可实现的。混合质量>95%被认为是技术上均匀的。
术语“无气体的”是指没有可见的单个气泡和/或没有由微气泡引起的可检测浊度的液体。
术语“额定设计流速”是指设备已被设计的最大流速。
在本文中对“一个实施例”或“实施例”的提及意指关于该实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定全部是指同一个实施例,单独的或替代性的实施例也不一定与其他实施例互斥。上述情况也适用于术语“实施”。
此外,术语“或”旨在意指包括性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说,除非另有说明或从上下文中清楚,否则“X采用A或B”旨在意指任何自然的包括性排列。也就是说,如果X采用A;X采用B;或者X采用A和B两者,则在任何前述情况下均满足“X采用A或B”。
权利要求书中的“包括(comprising)”是开放式过渡术语,其是指随后确定的权利要求要素是无排他性的清单,即,其他任何事物可以附加地被包括并且保持在“包括”的范围内。“包括”在此被定义为必要地涵盖更受限制的过渡术语“基本上由……组成”和“由……组成”;因此“包括”可以被“基本上由……组成”或“由……组成”代替并且保持在“包括”的清楚地限定的范围内。
权利要求中的“提供”被定义为是指供给、供应、使可获得或制备某物。该步骤可以相反地由任何行动者在权利要求中没有明确的语言的情况下执行。
在本文中范围可以表述为从大约一个具体值和/或到大约另一个具体值。当表述此种范围时,应理解的是另一个实施例是从所述一个具体值和/或到所述另一个具体值、连同在所述范围内的所有组合。
附图说明
为了进一步理解本发明的本质和目的,应结合附图来参考以下详细说明,在附图中相似元件给予相同或类似的参考号,并且其中:
图1是将液体介质中的臭氧氧化过程分为三个单元操作以进行过程优化的脱离系统的框图;
图2是所披露的混合系统的示例性实施例的框图;
图3A是图2中所用的注入装置的示例性实施例的框图;
图3B是图2中所用的注入装置的可替代的示例性实施例的框图;
图3C是图2中所用的注入装置的另一个可替代的示例性实施例的框图;
图4是沿着工艺液体通过的管道的轴线以及沿着D-D线的示例性注入图案的截面视图;并且
图5是设计为在单个反应器中具有所有过程(包括溶解(质量传递)、混合和反应)的常见臭氧反应器系统的框图。
具体实施方式
披露了用于在不发生脱气的情况下将工艺液体和无气体的液体氧化剂混合以生产该工艺液体和该无气体的液体氧化剂的均质且无气体的混合物的方法和设备。均质且无气体的混合物被运送到反应单元中,在该反应单元中进行液体氧化过程并且工艺液体被转化为氧化液体。无气体的液体氧化剂可以是浓臭氧水。浓臭氧水是指在大气压下的加压无气体的过饱和溶解臭氧水,或无气体的加压高浓度或饱和或接近饱和(例如饱和度的10%以内,如5%或1%或0.1%)的溶解臭氧水,其用作液体氧化剂。本领域普通技术人员将认识到,所披露的方法和设备适用于与工艺液体混合的任何类型的液体氧化剂或气-液氧化剂。工艺液体是指典型地主要由水构成的液体,如淡水、自来水、工艺水、流出水、市政废水和工业废水、已经通过二级处理工艺处理的废水等。
所披露的混合系统是包括在脱离系统中的混合单元,该脱离系统将液体介质中的臭氧氧化过程分为三个单元操作以进行工艺优化。在将臭氧用于液体氧化过程的许多过程中,处理涉及在单个反应单元中同时执行的臭氧溶解、混合(如果有的话)和反应(例如,如图4中所示)。所披露的质量传递单元10与混合单元和反应单元分离。如图1中所示,示出了脱离系统的实施例,该脱离系统包括产生浓臭氧水的质量传递单元10,将浓臭氧水和工艺液体混合以产生该浓臭氧水和该工艺液体的均质且无气体的混合物的混合单元20,以及其中使用该均质且无气体的氧化剂混合物进行液体氧化处理并将工艺液体转化为氧化液体的反应单元30。典型地,在质量传递单元10中运行的臭氧质量传递过程进行大约几十分钟,例如大约20min;在混合单元20中将浓臭氧水和反应物混合发生少于数秒,例如少于大约5秒;并且反应过程进行从几毫秒到几分钟,例如大约5min。在此详细描述混合单元20。
参考附图,特别地参考图2,示出了所披露的混合设备的实施例,该混合设备包括与混合器204流体连接的管道202,工艺液体流动通过该管道。注入装置206与管道202集成在一起,以将无气体的液体氧化剂注入到工艺液体的主流中。注入装置206是下面详细描述的特别设计的装置。工艺液体进料到管道202中,其中无气体的液体氧化剂也通过注入装置206注入到该管道202中,并且在其中形成了该工艺液体和该无气体的液体氧化剂的混合物。工艺液体和无气体的液体氧化剂的混合物流入混合器204,在该混合器中工艺液体和无气体的液体氧化剂被均质混合以形成均质且无气体的混合物,以在反应单元中进行氧化反应,在该反应单元中进行液体氧化过程并且工艺液体被转化为氧化液体。混合器204可以是但不限于可商购的静态混合器,如Striko、Sulzer、Statiflow等。混合器204也可以是但不限于可商购的动态混合器。可以通过由制造商提供的在本文中使用的静态混合器(如Striko、Sulzer、Statiflow等)来评估由所披露的混合系统产生的无气体的液体氧化剂和工艺液体的混合物的均匀性。静态混合器被设计用于产生混合质量>95%的无气体的液体氧化剂和工艺液体的均匀混合物。由所披露的混合系统产生的无气体的液体氧化剂和工艺液体的混合物是无气体的,因为没有观察到可见的气泡和/或没有检测到由微气泡引起的浊度。
在所披露的混合系统中执行的整个混合过程通过分别精确地控制工艺液体和无气体的液体氧化剂的流速和压力而产生最小的脱气。
参考图3A,即顶部图,沿管道302的轴线的截面视图,管道302是圆柱形导管。工艺液体进料到管道302中并通过它。对于图3A中所示的附图,工艺液体的流动方向是从左到右。注入装置306包括五个导管,每个导管径向地延伸穿过管道302中的开口308,并且水平弯曲以与工艺液体的流动方向对准,以提供延伸末端区段310。延伸末端区段310通过连接部件312与具有喷嘴316的液体射流器(liquid jet)314连接,以将无气体的液态氧化剂流引导通过管道302并通过其出口318出来以相同的流动方向进入到处理液流中。五个导管各自分别在开口308处焊接。每个连接部件312可以彼此连接和/或固定到管道302的内侧壁(未示出)上。
底部图分别是沿顶部图所示的A-A、B-B和C-C线的截面视图。中心导管的延伸末端部分轴向地沿工艺液体的流动方向延伸。其他四个导管的延伸末端区段对称地围绕中心导管320的延伸末端区段,并且它们的中心置于圆形上,其中与中心导管的延伸末端区段和管道302的侧壁的距离大约相等。返回到顶部图,五个导管在管道302中具有不同长度的延伸末端区段。在此实施例中,中心导管的延伸末端区段比围绕它的四个导管的延伸末端区段更长。围绕中心导管320的四个导管具有相同的长度。这样,注入装置302可以能够将无气体的液体氧化剂均匀且均质地注入到工艺液体的主流中,从而抑制脱气并减少臭氧损失。如果可以快速(例如,在大约0.5秒内)实现无气体的液体氧化剂和工艺液体的混合(其中没有溶解臭氧,例如dO3的浓度=0mg/l),则工艺液体中的溶解臭氧浓度将低于其饱和浓度,该饱和浓度对应于工艺液体的流动压力。这消除了混合期间的脱气。
图3B是所披露的注入装置的另一个实施例。图3A和图3B中所示的两个实施例之间的区别在于图3B中的中心导管的延伸末端区段比围绕它的其他四个导管的延伸末端区段更短。
在图3C中所示的所披露的注入装置的另一个实施例中,五个导管的延伸末端区段具有相同的长度。
图3A至图3C表明所披露的注入装置306、406和506具有用于将无气体的液体氧化剂注入到工艺液体中的五个导管。本领域普通技术人员将认识到,导管的数量不限于五个。所披露的注入装置的导管的数量范围可以为从1至20个或甚至更多个,只要它们的布置能够将无气体的液体氧化剂均匀且均质地注入到工艺液体中,从而抑制脱气并减少臭氧损失。优选地,所披露的注入装置的导管的数量是5个。所披露的注入装置中的导管的直径可以相同或可以变化,只要注入装置生产工艺液体和无气体的液体氧化剂的均质且无气体的混合物。本领域普通技术人员将认识到,所披露的注入装置的设计不限于图2至图3C中所示的实施例,只要所披露的注入装置在没有脱气的情况下产生工艺液体和无气体的液体氧化剂的均质且无气体的混合物(即,没有可见的气泡和/或浊度),则导管的任何布置都是可接受的。所披露的注入装置可用于将任何液体或任何气体或任何溶解气体的液体引入任何液体介质中。
在此,图2至图3C中披露的无气体的液体氧化剂可以是在质量传递单元(如图1中所示的质量传递单元10)上游产生的浓臭氧水。质量传递单元10可以将溶解在水中的臭氧的可达到的稳态浓度增加到大于大约150mg/L、优选最高达大约200mg/L、更优选最高达大约300mg/L。在高压下水中的溶解臭氧的高浓度可以对应于水中的溶解臭氧的饱和浓度或接近饱和浓度。当压力下降时,水中的溶解臭氧的浓度可以是过饱和的。浓臭氧水是加压无气体的高浓缩或饱和或接近饱和(例如饱和浓度的10%以内,如5%或1%或0.1%)的溶解臭氧水,其若在大气压下则将是过饱和的。基于质量传递单元上游的操作条件,当从质量传递单元运送到所披露的混合系统时,浓臭氧水的压力范围可以在3巴至10巴之间。取决于反应单元下游的条件,运送到所披露的混合系统中的工艺液体的压力范围在0.1巴与1.6巴之间。一旦将浓臭氧水注入到工艺液体的主流中,则浓臭氧水将被工艺液体稀释,导致浓臭氧水中的臭氧由于快速稀释而保持低于过饱和条件。也就是说,通过将浓臭氧水注入到工艺液体中,加压的饱和或几乎饱和的浓臭氧水由于上述浓臭氧水与工艺液体之间的压力差而出现压降。由于此压降,浓臭氧水变得过饱和,直到它被工艺液体稀释。因此,需要对注入步骤进行良好控制,以使浓臭氧水达到最大饱和条件,即维持浓臭氧水的足够高压,直到浓臭氧水离开喷嘴尖端以高注入流速进入工艺液体的主流。在这种情况下,应在将浓臭氧水注入到工艺液体中后实现快速稀释,以抑制浓臭氧水中大量臭氧脱气的发生。当管道202中的压力低时,浓臭氧水在注入到工艺液体的主流中之后立即变得过饱和。高注入流速和喷嘴316的分布方式确保了用工艺液体的主流快速稀释过饱和的浓臭氧水。
另外,在所披露的混合系统中,所披露的注入装置(如注入装置306、406和506)是特别设计的装置,其提供浓臭氧水和工艺水的主流的均匀且均质的混合。特别化的设计确保将浓臭氧水在工艺液体流动通过的管道的整个横截面中完全且均匀地分散到工艺液体的主流中。例如,如图4中所示,图3C中所示的注入装置506的注入模式沿顶部图和底部图中所示的D-D线几乎是均匀且均质的。类似地,如图3A和图3B中所示的注入装置306和406在混合过程期间也能够产生几乎均匀且均质的注入模式。将浓臭氧水均匀且均质地分散和/或注入到工艺液体的主流中对于保证在混合过程期间以最少的脱气将浓臭氧水快速稀释到工艺液体中从而减少臭氧损失而言可能是至关重要的。
所披露的混合物系统中生产的工艺液体和浓臭氧水的所生产的均质且无气体的混合物的压力范围可以在0.1巴与1.5巴之间,这主要取决于反应单元下游的条件。所披露的混合系统中出现大的压降。因此,所披露的混合系统提供了从发生高压臭氧溶解的质量传递单元到在大约大气压下执行氧化过程的反应单元的压力转变或压力缓冲。所披露的混合系统将浓臭氧水的压力降低至避免脱气的工艺液体的压力(例如,从6巴降低至1巴),从而避免来自溶解臭氧的臭氧损失。本领域普通技术人员将认识到,如果可以将反应单元中的工艺液体的压力维持在等于从质量传递单元出来的浓臭氧水的压力的压力下,并且因此甚至可以省略混合单元。例如,如果将浓臭氧水的压力维持在5巴表压,并且工艺液体的压力也维持在5巴表压,那么可以不需要混合单元。
所披露的混合系统可以连续地操作。工艺液体和无气体的液体氧化剂或浓臭氧水被连续给到所披露的混合系统中。
进料到所披露的混合系统中的工艺液体和浓臭氧水的比例被定义为混合比。取决于反应单元中液体氧化过程中的氧化剂需求和浓臭氧水中的溶解臭氧浓度,工艺液体与浓臭氧水之间的混合比变化并且在5:1至50:1之间的范围内。根据反应单元中的氧化剂需求,工艺液体与浓臭氧水之间的混合比由前馈控制或闭环控制来控制。
在混合过程期间,如果仍然发生脱气并且在浓臭氧水离开图3A中所示的喷嘴316的尖端后立即产生小气泡或微气泡,则在这种情况下,由于在经过图2中所示的静态混合器204之后完成了工艺液体和浓臭氧水的流的混合,臭氧气体可以再次重新溶解回到水中。
所披露的混合系统进一步考虑了一种用于连续生产工艺液体和无气体的液体氧化剂的均质且无气体的混合物以进行液体氧化过程的方法。该方法包括以下步骤:
a).将该无气体的液体氧化剂注入到该工艺液体中;并且
b).以及将该无气体的液体氧化剂和该工艺液体混合以形成该均质且无气体的混合物。
此外,步骤a)包括以下步骤:
分别调节该工艺液体和该无气体的液体氧化剂的流速,以控制该工艺液体与该无气体的液体氧化剂之间的混合比。
在此,无气体的液体氧化剂可以是但不限于浓臭氧水。另外,对工艺液体和无气体的液体氧化剂进行加压。工艺液体的压力范围在0.1巴与1.6巴之间,并且无气体的液体氧化剂的压力范围在3巴与10巴之间。工艺液体与无气体的液体氧化剂之间的混合比范围在5:1至50:1之间。混合比由前馈控制或闭环控制来控制。无气体的液体氧化剂(如浓臭氧水)的流速在额定设计流速的20%至100%的范围内变化。工艺液体的流速在额定设计流速的50%到100%的范围内变化。在此,额定设计流速是指所披露的混合系统已被设计的最大流速。另外,混合器可以是但不限于可商购的静态混合器。
应当理解,由本领域技术人员可在如所附权利要求中所表述的本发明的原则和范围内做出本文已经描述且阐明以解释本发明的本质的细节、材料、步骤和零件布置上的许多附加的改变。因此,本发明不意图限于上面给出的实例和/或附图中的特定实施例。
尽管已示出且描述了本发明的实施例,但本领域技术人员可在不脱离本发明的精神或传授内容的情况下对其进行修改。在此所述的实施例只是示例性的且是非限制性的。组成和方法的许多变化和修改是可能的且在本发明的范围内。因此,保护范围不限于在此所描述的实施例,而仅受随后的权利要求书所限定,其范围应包括这些权利要求的主题的所有等效物。
Claims (15)
1.一种用于以最小化脱气将无气体的液体氧化剂和工艺液体混合以形成均质且无气体的混合物的方法,该方法包括以下步骤:
a)将该无气体的液体氧化剂注入到该工艺液体中;以及
b)以及将该无气体的液体氧化剂和该工艺液体混合以形成该均质且无气体的混合物。
2.如权利要求1所述的方法,其中,该步骤a)包括以下步骤:
分别调节该工艺液体和该无气体的液体氧化剂的流速,以控制该工艺液体与该无气体的液体氧化剂之间的混合比。
3.如权利要求2所述的方法,其中,该无气体的液体氧化剂的流速在额定设计流速的20%至100%的范围内变化。
4.如权利要求2所述的方法,其中,该工艺液体与该无气体的液体氧化剂之间的混合比范围在5:1至50:1之间。
5.如权利要求2所述的方法,其中,分别对该工艺液体和该无气体的液体氧化剂加压。
6.如权利要求2所述的方法,其中,该工艺液体的压力范围在0.1巴与1.6巴之间。
7.如权利要求2所述的方法,其中,该无气体的液体氧化剂的压力范围在3巴与10巴之间。
8.如权利要求2所述的方法,其中,该无气体的液体氧化剂是浓臭氧水。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法,其中,维持来自质量传递单元的该浓臭氧水的压力,直到将该浓臭氧水注入到该工艺液体中,从而使该浓臭氧水在该工艺液体中快速稀释,从而避免脱气。
10.一种混合系统,该混合系统包括:
注入装置,其与工艺液体流动通过的管道集成在一起,被配置并适于将无气体的液体氧化剂注入到该工艺液体中;以及
混合器,其与该管道和该注入装置流体连接,被配置成并适于在其中以最小的脱气混合该工艺液体和该无气体的液体氧化剂以形成该工艺液体和该无气体的液体氧化剂的均质且无气体的混合物。
11.如权利要求10所述的混合系统,其中,该注入装置包括多个导管,每个导管径向地延伸穿过该管道中的开口,并且沿着该管道中该工艺液体的流动方向弯曲以提供延伸末端区段。
12.如权利要求11所述的混合系统,其中,该多个导管的延伸末端区段各自与注入喷嘴连接。
13.如权利要求12所述的混合系统,其中,该多个导管的延伸末端区段包括沿该管道的轴线放置的中心延伸末端区段,该中心延伸末端区段被其余的这些延伸末端区段对称地围绕。
14.如权利要求10至13中任一项所述的混合系统,其中,该多个导管的数量范围为从1至20。
15.如权利要求10至13中任一项所述的混合系统,其中,该多个导管的数量为5。
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