CN113251714B - 一种高浓度臭氧冰的制备方法 - Google Patents

一种高浓度臭氧冰的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备高浓度臭氧冰的方法，该方法利用电解法制备高浓度臭氧气体，将臭氧气体与低温冷却水循环结合，制备高浓度臭氧水，并将臭氧水添加非硅乳化剂进行消泡，消泡后的臭氧水进行二次冷冻定型得到臭氧冰，该方法制备的臭氧水浓度高，成本低廉、操作简便、绿色无污染，臭氧冰具有缓慢释放功能且能够有效减少臭氧的逸散，对水产品中有害微生物的抑制具有重要意义和应用前景。

Description

一种高浓度臭氧冰的制备方法
技术领域
本发明涉及一种臭氧冰制备的方法和设备，具体是涉及一种通过循环冷却水制备高浓度臭氧冰的方法。
背景技术
臭氧是一种高效、广谱的消毒剂，广泛应用于诸多领域。传统上将臭氧用作淡水养殖系统的消毒剂，臭氧水在改善鱼的感官质量和货架期方面的应用得到了认可。但是，臭氧在常温下极不稳定，随着水温的升高，水中臭氧浓度快速降低，水中臭氧浓度快速降低，0℃水中的臭氧半衰期为40min，40℃时降低为3min。臭氧水中溶解的臭氧极易从水中逸出，难以长时间维持较好的效果。
冰作为储热材料可提供较大的熔化潜热，冰可用于在恒定温度下提供冷却功能。但冰鲜技术只能在一定程度上抑制微生物的活动，并不能减少水产品的活菌数。有研究将含有溶解的气态臭氧的水制成冰作为食品冷藏的方法，但由于臭氧在水中的溶解度不高难以制备高浓度的臭氧冰。
目前已有的臭氧制备法有紫外辐照法、电解法、放射化学法、高频高压电晕法等，紫外辐照法与放射化学法只适用于某些特殊情况，不适合于工业大量生产；而高频高压电晕法生产臭氧的条件比较苛刻(干燥、低温、纯氧等)，产生的臭氧气体纯度通常仅有3％-6％，且以干燥空气作为介质的臭氧生产过程中会伴随氮氧化合物等致癌物产生，长期蓄积在人体内引发癌症。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种低成本、无污染、易操作的高浓度臭氧冰制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的的技术方案是：通过反复循环混合提高低温臭氧水的臭氧浓度，将高浓度臭氧水分离后通入制冰机制备高浓度臭氧冰，该设备包括电解式臭氧发生装置、水气混合装置、安全装置、预冷水系统、内循环增效系统、制冰系统；自来水与纯水机相连，臭氧发生器与纯水机相连，臭氧发生器电解纯水，阳极罐产生臭氧气体，经分配器分配后进入混合泵在混合罐中与低温水混合，多余的臭氧气体在臭氧催化分解塔分解，水气混合罐的出水口A与预冷水箱的进水口C相连，预冷水箱的出水口D与混合罐的进水口B相连，循环混合，预冷水箱的出水口E与制冰机相连。该方案包括以下步骤：
步骤1：打开电解式臭氧发生装置，利用电解法电解纯水，产生臭氧气体；
步骤2：打开水气混合装置和内循环增效系统，将臭氧气体与4℃恒温水循环混合得到臭氧水；
步骤3：使用臭氧浓度在线监控传感器对所述臭氧水中的臭氧浓度进行监控，浓度达标的所述臭氧水进入步骤4，否则通过回流管进入步骤2；
步骤4：在浓度达标的臭氧水中添加非硅乳化剂进行消泡；所述非硅乳化剂与所述臭氧水的比例为1-5：10000；
步骤5：将消泡后的所述臭氧水在温≤－5℃的冷冻设备中进行急速冷冻定型，使其表面快速形成冰晶膜，冻结成初级臭氧冰；
步骤6：将步骤5所得到的所述初级臭氧冰输送至另一冷冻设备中，在＜0℃的温度下进行保存，形成成品臭氧冰。
优选的，电解式臭氧发生装置内配有纯水机，为电解式臭氧发生装置提供原料水。
优选的，步骤1中电解式臭氧发生装置运行1小时后进行步骤2，确保制备的臭氧气体纯度较高。
优选的，在水气混合前打开预冷水系统，将水温降至4℃并保持恒定，预冷水箱的水容量为200L。
优选的，预冷水系统选用适用于臭氧水的抗腐蚀材质。
优选的，水气混合装置的流速控制在800L/h。
优选的，冷冻设备选用抗腐蚀的304不锈钢材质，制冰速度为100L/h。
优选的，本方案配有臭氧催化分解塔作为安全装置，分解多余的臭氧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：为电解式臭氧发生装置提供原料水水制备臭氧气体，相比高频高压电晕法更加安全。臭氧气体与低温水反复混合，有效地提高臭氧水中臭氧的浓度，有利于高效快速制备高浓度臭氧冰。
附图说明
附图为臭氧冰生产装置示意图。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
附图所示，为本发明的一种技术方案:包括一下步骤；
步骤1：打开电解式臭氧发生装置，利用电解法电解纯水，产生臭氧气体；
步骤2：打开水气混合装置和内循环增效系统，将臭氧气体与4℃恒温水循环混合得到臭氧水；
步骤3：使用臭氧浓度在线监控传感器对所述臭氧水中的臭氧浓度进行监控，浓度达标的所述臭氧水进入步骤4，否则通过回流管进入步骤2；
步骤4：在浓度达标的臭氧水中添加非硅乳化剂进行消泡；所述非硅乳化剂与所述臭氧水的比例为1-5：10000；
步骤5：将消泡后的所述臭氧水在温≤－5℃的冷冻设备中进行急速冷冻定型，使其表面快速形成冰晶膜，冻结成初级臭氧冰；
步骤6：将步骤5所得到的所述初级臭氧冰输送至另一冷冻设备中，在＜0℃的温度下进行保存，形成成品臭氧冰。
因产物浓度较高，可认为杂质只为气相臭氧，经静置，滤气泡后可获得高浓度臭氧水，再将所得臭氧水通入制冰机制备高浓度臭氧冰。该设备包括电解式臭氧发生装置、水气混合装置、安全装置、预冷水系统、内循环增效系统、制冰系统；自来水与纯水机相连，臭氧发生器与纯水机相连，电解式臭氧发生器电解纯水，阳极罐产生臭氧气体，经分配器分配后进入混合泵在混合罐中与低温水混合，多余的臭氧气体在臭氧催化分解塔分解，水气混合罐的出水口A与预冷水箱的进水口C相连，预冷水箱的出水口D与混合罐的进水口B相连，循环混合。
该方案包括以下步骤：步骤1：打开电解式臭氧发生装置，利用电解法电解纯水，产生臭氧气体；步骤2：打开水气混合装置和内循环增效系统，将臭氧气体与4℃恒温水循环混合得到臭氧水；步骤3：使用臭氧浓度在线监控传感器对所述臭氧水中的臭氧浓度进行监控，浓度达标的所述臭氧水进入步骤4，否则通过回流管进入步骤2；步骤4：将臭氧水通入真空消泡机中进行消泡；步骤5：将消泡后的所述臭氧水在温≤－5℃的冷冻设备中进行急速冷冻定型，使其表面快速形成冰晶膜，冻结成初级臭氧冰；步骤6：将步骤5所得到的所述初级臭氧冰输送至另一冷冻设备中，在＜0℃的温度下进行保存，形成成品臭氧冰；电解式臭氧发生装置内配有纯水机，为电解式臭氧发生装置提供原料水；步骤1中电解式臭氧发生装置运行1小时后进行步骤2，确保制备的臭氧气体纯度较高。
在水气混合前打开预冷水系统，将水温降至4℃并保持恒定，预冷水箱的水容量为200L；预冷水系统选用耐臭氧水腐蚀材质；水气混合装置的流速控制在800±20L/h；制冰机选用304不锈钢材质，制冰速度为100L/h。
非硅乳化剂能够控制抑制臭氧水中微气泡的聚结，从而实现提高臭氧冰中的臭氧浓度。
本方案配有臭氧催化分解塔作为安全装置，分解多余的臭氧。
实施例1
(1)打开电解式臭氧发生装置，利用电解法电解纯水，产生臭氧气体；
(2)打开水气混合装置和内循环增效系统，将臭氧气体与3℃恒温水循混合得到臭氧水；
(3)使用臭氧浓度在线监控传感器对所述臭氧水中的臭氧浓度进行监控，使臭氧水中的臭氧浓度在10ppm-13ppm之间，在所述臭氧水中添加所述非硅乳化剂，所述非硅乳化剂与所述臭氧水的比例为1：10000；
(4)将消泡后的所述臭氧水在温≤－40℃的冷冻设备中进行急速冷冻定型，20分钟后臭氧冰表面形成冰晶膜，冻结成初级臭氧冰；
(5)所得到的所述初级臭氧冰输送至另一冷冻设备中，在＜0℃的温度下进行保存，3小时后形成成品臭氧冰；该臭氧冰中的臭氧浓度为0.5ppm-1.5ppm之间；
实施例2
(1)打开电解式臭氧发生装置，利用电解法电解纯水，产生臭氧气体；
(2)打开水气混合装置和内循环增效系统，将臭氧气体与5℃恒温水循混合得到臭氧水；
(3)使用臭氧浓度在线监控传感器对所述臭氧水中的臭氧浓度进行监控，使臭氧水中的臭氧浓度在0.1ppm-1ppm之间，在所述臭氧水中添加所述非硅乳化剂，所述非硅乳化剂与所述臭氧水的比例为3：10000；
(4)将消泡后的所述臭氧水在温≤－30℃的冷冻设备中进行急速冷冻定型，25分钟后臭氧冰表面形成冰晶膜，冻结成初级臭氧冰；
(5)所得到的所述初级臭氧冰输送至另一冷冻设备中，在＜0℃的温度下进行保存，6小时后形成成品臭氧冰；该臭氧冰中的臭氧浓度为0.05ppm-0.2ppm之间；
实施例3
(1)打开电解式臭氧发生装置，利用电解法电解纯水，产生臭氧气体；
(2)打开水气混合装置和内循环增效系统，将臭氧气体与3℃恒温水循混合得到臭氧水；
(3)使用臭氧浓度在线监控传感器对所述臭氧水中的臭氧浓度进行监控，使臭氧水中的臭氧浓度在20ppm-21ppm之间，在所述臭氧水中添加所述非硅乳化剂，所述非硅乳化剂与所述臭氧水的比例为4：10000；
(4)将消泡后的所述臭氧水在温≤－20℃的冷冻设备中进行急速冷冻定型，30分钟臭氧冰表面形成冰晶膜，冻结成初级臭氧冰；
(5)所得到的所述初级臭氧冰输送至另一冷冻设备中，在＜0℃的温度下进行保存，8小时后形成成品臭氧冰；该臭氧冰中的臭氧浓度为1.8ppm-2.2ppm之间；
实施例4
(1)打开电解式臭氧发生装置，利用电解法电解纯水，产生臭氧气体；
(2)打开水气混合装置和内循环增效系统，将臭氧气体与4℃恒温水循混合得到臭氧水；
(3)使用臭氧浓度在线监控传感器对所述臭氧水中的臭氧浓度进行监控，使臭氧水中的臭氧浓度在140ppm-141ppm之间，在所述臭氧水中添加所述非硅乳化剂，所述非硅乳化剂与所述臭氧水的比例为5：10000；
(6)将消泡后的所述臭氧水在温≤－5℃的冷冻设备中进行急速冷冻定型，40分钟臭氧冰表面形成冰晶膜，冻结成初级臭氧冰；
(7)所得到的所述初级臭氧冰输送至另一冷冻设备中，在＜0℃的温度下进行保存，9小时后形成成品臭氧冰；该臭氧冰中的臭氧浓度为12.8ppm-13.9ppm之间。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高浓度臭氧冰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：打开电解式臭氧发生装置，利用电解法电解纯水，产生臭氧气体;
步骤2：打开水气混合装置和内循环增效系统，将臭氧气体与4℃恒温水循环混合得到臭氧水;
步骤3：使用臭氧浓度在线监控传感器对所述臭氧水中的臭氧浓度进行监控，浓度达标的所述臭氧水进入步骤4，否则通过回流管进入步骤2，配有臭氧催化分解塔作为安全装置，使多余的臭氧变为氧气安全排放；
步骤4：在浓度达标的臭氧水中添加非硅乳化剂进行消泡；所述非硅乳化剂与所述臭氧水的比例为1-5：10000；
步骤5：将消泡后的所述臭氧水在温≤－5℃的冷冻设备中进行急速冷冻定型，使其表面快速形成冰晶膜，冻结成初级臭氧冰；
步骤6：将步骤5所得到的所述初级臭氧冰输送至另一冷冻设备中，在＜0℃的温度下进行保存，形成成品臭氧冰。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度臭氧冰的制备方法，其特征在于，电解式臭氧发生装置内配有纯水机，为电解式臭氧发生装置提供原料水。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度臭氧冰的制备方法，其特征在于，步骤1中电解式臭氧发生装置运行1小时后进行步骤2，确保制备的臭氧气体浓度较高。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度臭氧冰的制备方法，其特征在于，在水气混合前打开预冷水系统，将水温降至4℃并保持恒定，预冷水箱的水容量为200 L。
5.根据权利要求1所述的一种高浓度臭氧冰的制备方法，其特征在于，预冷水系统选用耐臭氧水腐蚀材质。
6.根据权利要求1所述的一种高浓度臭氧冰的制备方法，其特征在于，水气混合装置的流速控制在800 ± 20 L/h。
7.根据权利要求1所述的一种高浓度臭氧冰的制备方法，其特征在于，冷冻设备机选用304不锈钢材质，制冰速度为100 L/h。
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