CN1322588A - 将气体输入液体中的设备 - Google Patents

Abstract

借助一种紧凑的设备以获得快速输入,该设备包括加压气体的回路(2),其包含装置(21、22),用于引射处于气态或液态的气体,并呈现于液体回路中,液体回路在引射装置的下游包含一腔(13),诸如将气体与液体混合的反应器,该腔位于气体引射装置的下游,其出口连接至缓冲槽(14)的顶部,以便向后者输入形为液滴或射流的、混合有气体的液体,和一装置(15),用于从槽提取液体。特别应用于可消费液体的碳酸化。

Description

将气体输入液体中的设备

本发明涉及将气体输入液体中的设备，特别是将二氧化碳(用于碳酸化作用)、氧(用于氧化作用)、臭氧(用于臭氧化作用)或氮输入这样一种液体，其目的例如是为了替换已溶解于液体中的气体。名词“气体”理解为一种流体，它在正常温度和压力条件下处于气态，但是，当它处于运行条件下时，或可处于气态，或处于液态，被输入适当液体。

一般讲，大量液体最初不含气体或含少量气体，而其自由表面接触大量气体，当这样的液体接受输入液体中的气体部分时，其组合物趋向于液-气分布的稳定平衡。可证明，能输入至某个液体体积中的气体质量M正比于饱和浓度与实际浓度间的差D、液-气交界面的面积A、时间t、以及表面输入系数f。应注意到，差D随时间而改变，最后变为零。

假如，为减少输入操作的时间，希望增加液体与气体之间的交界面面积A，而所有其它因素保持相同，则这将造成较大的输入设备。

本发明目的是克服这一缺点，为此目的，本发明涉及一种设备，将处于气态或处于液态的气体输入液体中，其特征在于，该设备包括液本回路，至少在其部分中液体在压力下流动；气体回路，至少在其部分中气体在压力下流动，该气体回路在出口包括装置，用于引射在压力下处于气态或处于液态的气体，并呈现于液体回路的这一部分，在其中液体在压力下流动，液体回路包含腔，用于将气体与液体混合，所述腔位于气体引射装置的下游，并具有连接至位于混合腔的下游的缓冲槽的顶部的出口，以便将混合有气体的液体以液滴或射流形状引入至缓冲槽中；以及装置，用于从缓冲槽中提取混合有气体的液体。

由于这些特征，设备十分有效，能快速输入而不占据大的空间；此外，它能十分精确地调节溶解于液体中的气体量。

设备还可具有以下一个或多个特征：

-它包括调节缓冲槽顶部中压力的装置；

-它包括根据液体温度调节缓冲槽顶部中压力的装置；

-调节装置包括测量所述压力及将其与设定压力进行比较的装置；用于从缓冲槽排出气体的装置，如果测得的压力在设定压力之上；以及用于容许气体进入缓冲槽的装置，如果测得的压力低于设定压力；

-所述容许气体进入是进入缓冲槽的顶部；

-气体是二氧化碳，例如经过过滤和灭菌的在食品中应用的二氧化碳；

-气体是氮、氧或臭氧；

-液体是一种水或含水液体；

-气体处于气态下被输入液体回路，而引射装置包括引射器械，它从动于输入泵，从而气体流动被切断，如果泵停止的话，此器械对呈现于液体回路中的出口引射器进行进给；

-气体是在其本身处于液态时被输入液体回路的，而引射装置包括膨胀和控制阀，该阀对呈现于液体回路中的出口引射器进行进给；

-混合腔是一台由形成绕组的一系列管构成的装置，诸如管式反应器；

-混合腔是一台列式固定混合器；

-调节槽的顶部中压力的装置具有设定压力，该设定压力随液体温度而改变；

-调节槽顶部中压力的装置包括膨胀阀，其入口连接至气体回路，而其出口连接至槽的顶部。

本发明的其它特征和优点将展现于根据本发明的一个实施例作出的说明中，此实施例作为非限定性实例给出，并由附图加以展示。

展于此图的设备是一套将处于气态或液态的二氧化碳输入至水类液体中的设备，这种水类液体可例如是计划制成碳酸饮料的可消费液体；在食品部门的这一应用中，二氧化碳事先经过过滤和灭菌，例如通过已公开的法国专利申请No.2774006中的工艺。

此设备包括液体回路1，该液体回路1从上游端至下游端包含输入泵11，其入口供给有欲碳酸化的液体；管线12，其上游端连接至泵的出口；腔13，在其上游端为管线的下游端，借助此腔，被引入管线12或引入混合腔的入口的气体，在此情况为二氧化碳，与液体均匀混合；缓冲槽14，在其上部保持着由相同气体构成的顶部，与顶部连接的是混合腔13的下游端；以及提取装置15，用于在要求时刻按需要从缓冲槽14取走碳酸化液体。液体回路1还包括检测槽中液体水平的检测器，以及至少一个检测回路中温度的检测器，这些检测器没有表示。

管线12通过以下方式，即二氧化碳被“迫使”进入液体，以及通过以下方式，即在管线中没有发现液体的分离流和二氧化碳的分离流被设置和保持于负载之下。

如下文将说明的，在缓冲槽14的顶部中的压力在此相对取得值加以调整的情况，而与液体的平面无关。此调整使液体中气体浓度的变化得以能精确地受控制。

设备还包括加压气体回路2，在此情况，气体处于气态，加压气体回路2在出口具有气体引射装置，气体引射装置包括诸如由“Carboxyque Francaise”公司在“Coffret d’InjectionCarb’Eco”名牌下出售的引射器械21，引射器械21对出口引射器22进行进给，引射器22具有止回阀，并如看到的，它在输入泵11的下游，呈现于用泵加压的管线12中，或作为一个修改方案，呈现于混合腔13的入口区域。引射器械21从动于输入泵11，特别按以下方式从动于输入泵11，即气体的引射被切断，如果泵停止的话。

在所示实例中，其中气体(二氧化碳)来自容装冷冻松散物或液化气体的球，气体回路的上游部分是双份的，这样，当一个球23变空时，另一个球23′可进行取代，从而空球可用满的球进行替换，而此满球本身用于，当此另一球变空时，取代此另一球。

这样，气体回路包括两个液化(非冷冻的)气体的球23,23′，它们的相应出口通过适当的控制装置24、24′连接至包含电阻元件的汽化器25的两个相应入口，汽化器25的出口连接至对球自动进行减压和开关的装置26的两个相应的入口；此装置26包括一个单独的出口，此单独的出口能按以下方式连接至其入口中的一个入口或另一入口，即当有一个球变空时，相应入口与出口之间的连接切断，对应于另一球的入口与出口之间的连接产生；装置26的出口通过下游压力调节器27连接至引射装置的入口；下游压力调节器27的出口一方面直接连接至引射器械21的入口，另一方面，通过膨胀阀16连接至缓冲槽14的顶部，从而在其中的压力不足时将气体送入后者，且在进行送气时与水平检测器测到的缓冲槽中液体的水平无关。

更精确地说，此处在缓冲槽14的顶部中的气体压力借助压力调节装置保持恒定，压力调节装置包含压力传感器17，它设置在缓冲槽的顶部中；PTD压力调节器18，它接收设定的压力信号和由压力传感器17送出的测得的压力信号；以及排放阀19，其入口连接至缓冲槽的顶部，而其出口向着大气开口。此排放阀19和膨胀阀16分别由调节器18进行调节，以便在顶部中的压力上升高于设定的压力值时，将气体从顶部卸去，以及在压力下降低于此设定的压力值时，将气体输入于其中；此外，缓冲槽14的顶部装备有安全阀30，如果槽的顶部中的压力任凭调节仍达到预定的阈值时，此安全阀30将气体排入大气中。

混合腔13是一种管式反应器，它由一系列平行管构成，例如上升和下降的管，以形成一个绕组，确保它包含的液体和气体有足够长的接触时间，使气体能得以输入液体中，同如已看到的，防止这两个相的任何分离；作为一种修改方案，此腔也可是列式固定混合器。

在混合腔13的出口，压入有气体的液体通过喷嘴31输入槽的顶部，状为液滴或射流的雾状物形成一层向下流动于槽壁内表面之上的膜；这样，获得一个大的面积，用于在压入有气体的液体与槽顶部的气体之间进行交换，槽顶部的压力受调节，液体中的气体浓度大约保持不变。更确切说，选作槽14的顶部中的设定压力的压力由享利(Henry)定律给出：

P=H·X其中：P是气体的分压；

  H是此气体的享利系数；而

  X是欲获得的液体中的气体浓度。

设定压力可应用对应液体的给定温度的x值加以选择，或可更好地按以下方式加以选择，即例如与液体的温度相关联，并跟踪此温度，温度的下降会使气体易于溶解；这时，当由设置在液体回路中适当选择点的温度检测器指示的液体温度改变时，为获得浓度不变，使设定压力值在相同方向改变。

根据指示，液体回路1中输入泵11出口处的相对压力的量级为十分之几个巴至几个巴，而气体回路2中引射器械21与出口引射器22之间的相对压力为几个巴，通常小于10巴，除非气体以液体形式加以引射。气体来自球23、23′，在那里气体在几十巴的压力下以液态加以贮存；或作为修改方案，气体来自一些贮瓶，并处于冷冻松散状态或气态；在下游压力调节器27的出口，气体压力为十巴的量级，并大致在此压力，或在较低压力下，输送至引射装置21和膨胀阀16，膨胀阀16与排放阀19一起将缓冲槽14顶部中的压力调节至在此处例如约为2.5至3巴。

如果最初以液态贮存的气体不打算以气态引入至所谓的“气体”回路，于是它与上述实例相比大大简化，接着，如果气体以液态输入液体回路，则引射器械可简单的是一台膨胀和控制阀；但在另一方面，用于调节或跟踪槽顶部压力的装置必须包含能向顶部送进处于气态的气体的适当装置。

这样，一般说来，如果引射的液体中气体是超饱和的，或如果顶部体积由于停止提取而迅速减少，则槽14的顶部中的压力超过设定值，排放阀19打开，使气体得以逸出，直至压力下降回复至设定值；在另一方面，如果液体中气体不足，或如果顶部体积由于不完善的提取而快速增加，于是膨胀阀16打开，一些处于气态的气体被输入，直至顶部中的压力上升回复至设定值。

当然，本发明并不限于以上所示和描述的实施例，在不偏离其范围的情况下，还可能提供本发明的其它实施例，特别是打算将不同于二氧化碳的气体，具体如氧、臭氧或氮输入液体中的实施例。

Claims (14)

1．将处于气态或处于液态的气体输入液体中的设备，该设备的特征在于它包括：液体回路(1)，至少在其部分中，液体在压力下流动；气体回路(2)，至少在其部分中，气体在压力下流动，该气体回路(2)在出口处包括装置(21、22)，用于在压力下引射处于气态或处于液态的气体，并呈现于液体回路(1)的这一部分，在其中液体在压力下流动，液体回路包含腔(13)，用于将气体与液体混合，所述腔位于气体引射装置的下游，并具有连接至位于混合腔(13)的下游的缓冲槽(14)的顶部的出口，以便将混合有气体的液体以液滴或射流形状引入至缓冲槽中；以及装置(15)，用于从缓冲槽(14)中提取混合有气体的液体。

2．如权利要求1的设备，其特征在于，它包括装置(16、17、18、19)，用于调节缓冲槽(14)的顶部的压力。

3．如权利要求2的设备，其特征在于，它包括装置(16、17、18、19)，用于根据液体温度调节缓冲槽(14)的顶部的压力。

4．如权利要求2和3之一的设备，其特征在于，调节装置包括测量所述压力及将其与设定压力进行比较的装置，用于从缓冲槽排出气体的装置(18、19)，如果测得的压力在设定压力之上，以及用于容许气体进入缓冲槽的装置(18、16)，如果测得的压力低于设定压力。

5．如权利要求4的设备，其特征在于，所述容许气体进入是进入缓冲槽的顶部。

6．如权利要求1至5中任一项的设备，其特征在于，气体是二氧化碳，例如经过过滤和灭菌的在食品中应用的二氧化碳。

7．如权利要求1至5中任一项的设备，其特征在于，气体是氮、氧或臭氧。

8．如权利要求1至7中任一项的设备，其特征在于，所述液体是一种水类液体。

9．如权利要求1至8中任一项的设备，其特征在于，气体处于气态下被输入液体回路(1)，而引射装置包括引射器械(21)，它从动于输入泵(11)，从而气体流动被切断，如果泵停止的话，此器械对呈现于液体回路中的出口引射器(22)进行进给。

10．如权利要求1至8中任一项的设备，其特征在于，气体是在其本身处于液态时被输入液体回路(1)的，而引射装置包括膨胀阀和控制阀，该阀对呈现于液体回路中的出口引射器进行进给。

11．如权利要求1至10中任一项的设备，其特征在于，混合腔(13)是一台由形成绕组的一系列管构成的装置，诸如管式反应器。

12．如权利要求1至10中任一项的设备，其特征在于，混合腔是一台列式固定混合器。

13．如权利要求1至12中任一项的设备，其特征在于，调节槽(14)的顶部中压力的装置(16、17、18、19)具有设定压力，该设定压力随液体温度而改变。

14．如权利要求1至13中任一项的设备，其特征在于，调节槽顶部中压力的装置包括膨胀阀(16)，其入口连接至气体回路(2)，而其出口连接至槽(14)的顶部。

Images