CN1426969A - 液体处理方法及其处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体处理方法及其处理装置，该方法包括以下步骤：提供一种气源装置，一种气液混合器，一种等离子体击发装置和一种脱气装置，并采用一种管道依序连接上述四种装置；将气源装置中的气体从气液混合器第一入口送入气液混合器中，将待处理液体从第二入口送入气液混合器中，从气液混合器出口获得一种气液混合体；将第一气液混合体送入等离子体击发装置内腔中，从其出口获得第二气液混合体；将第二气液混合体送入脱气装置中，从脱气装置的第一出口收集已处理的液体，本发明可以有效杀灭液体中细菌和病毒，使被处理液体可以直接利用，并保存较长时间，处理过程简单，几乎不产生热量，可保留被处理液体的化学、物理和感官性能。

Description

液体处理方法及其处理装置

技术领域

本发明涉及一种液体处理方法及其处理装置，该液体指可被生物直接利用的液体，如食用液体和医用液体。

背景技术

现有技术中的液体处理方法大多伴随着产热过程。这种热量或者因处理方法的直接需要，例如高温杀菌；或者因处理过程而产生热量，例如以电极直接浸泡在液体中所进行的等离子体杀菌而产生的电阻热。热量的产生，势必影响并破坏被处理液体的内在品质，这些内在品质反映在食用液体可能是营养价值降低以及感官风味的损失，而反映在医用液体上，则更多的是化学性质的可能变化。为了可以保藏或延长保质期，更重要的是，为了可以使用这种杀菌的液体，必须对其进行冷却处理，毫无疑问，冷却处理势必带来能量损耗，处理装置复杂等问题，而且，这种物理变化增加了被处理液体的化学不稳定的可能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，而提供一种处理过程液体处于常温状态的液体处理方法及其处理装置。

本发明的目的是通过以下途径来实现的。

液体处理方法，包括以下步骤，

1.提供一种气源装置，一种气液混合器，一种针对气体的等离子体击发装置和一种脱气装置，并采用一种管道依序连接上述四种装置，

2.将气源装置中的气体从气液混合器第一入口送入气液混合器中，同时将待处理液体从第二入口送入气液混合器中，从气液混合器出口获得一种气体混合在液体中的第一气液混合体，

3.将第一气液混合体送入等离子体击发装置内腔中，从其出口获得第二气液混合体，

4.将第二气液混合体送入脱气装置中，从脱气装置的第一出口收集已处理的液体。

液体处理装置，包括气源装置、气液混合器、针对气体的等离子体击发装置以及脱气装置，一种管道分别依序连接上述四种装置，气液混合器的第一入口与气源装置连接，而其第二入口则与一种液源装置连通。

当气液混合体经过等离子体击发装置的击发区域时，气液混合体中的气体被击发成为等离子体，这些等离子体具有极强的活性，可以有效的杀灭其周围的细菌或者病毒，而无数的气体被击发后形成群体作用，从而杀灭整个气液混合体中的细菌或病毒。在整个杀灭细菌和病毒的过程中仅仅通过击发液体中的气体来进行，无需加热条件，也几乎不产生热量，只是让气液混合体经过某一通道，除此以外，没有添加任何物质。

但是，已杀菌的气液混合体中残留有相当量的气体，如果不对该气液混合体进行脱气处理，将无法使用该液体。况且，残留气体会使液体存在化学性质变化的可能，也会使该液体密闭包装后存在容器内压大于大气压的现象，这种现象在很多领域的食品包装中被认为是不良包装。

因此，对杀菌后的气液混合体继续进行处理，部分脱除其中的气体，使气体含量达到使用要求(或者全部脱除气体)的脱气程序是本发明必不可少的技术特征。

因而，将第二气液混合体经过脱气装置分离成完全的液体，或者是含气量适中的气液混合体及完全的气体并分别收集之。被收集的气体经过再处理后可以继续送入气源装置中循环使用。这样可减少能耗，也可以排除可能的污染。

放电、辉光放电、场致电离、激光、燃烧、冲击波、真空紫外气、放射线等对气体的作用，均可击发气体产生等离子体，因此，针对气体的等离子体击发装置的选择也是多种多样的。

至于脱气装置实际上是气液分离器中的一种。

对于气源装置中的气体类型的选择也是多种的，例如空气、氧气和氮气等。空气取之不尽且取得容易，但上佳的选择应该是氧气，因为氧气易被击发，且会产生臭氧，臭氧具有很好的杀菌和消毒效果，它的出现，无疑有助于液体所进行的处理。

而在气液混合器中所产生的第一气液混合体既可以是液体中包含着气泡，也可以是气体包含着液滴。

本发明的目的还可以通过以下途径来实现。

流体在气液混合器和击发装置内腔中的流动型态为湍流。

这样，液体中的质点不仅是沿着其流动方向而流动，而且在截面上作径向的无规则脉动，引起质点之间互相激烈地交换位置，互相碰撞，从而在气液混合体中均匀分布气泡，细化气泡，乃至于与原气泡碰撞，产生更多更小的气泡。而这些都将大大增加杀灭细菌和病毒的有效区域和强度。

气液混合器内腔中的流体的雷诺数为10²～10³级。

击发装置内腔中流动的第一气液混合体的雷诺数小于10²级。气液混合时的动量越大，则气液混合得就越均匀，气泡越细或液滴越细，而雷诺数与流速成正比，在导管直径、液体密度和粘度相对固定的情况下，流速越大，则雷诺数就越大，当雷诺数为10²～10³级时，液体湍流程度已足够剧烈。同时在这种情况下，靠近管壁的滞流内层已足够细薄，液体的速度梯度曲线愈趋于广阔和平坦，同一截面上的气液混合体的质点运动速度趋于相同，这样，将提高质点碰撞的动量，从而更加有利均匀和细化气泡。

但是，如果速度太快，将会缩短击发装置对气液混合体中气泡的击发时间，而导致一些气泡未及被击发就流过击发区域；而且速度越快，则朝流动方向的正向压力愈大，而正向压力将可能使气泡变大，因此，这里存在一个需要对流速正向压力进行平衡的点，以获得最佳的气液混合均匀度、气泡细化度以及足够的被击发时间，研究认为，在击发装置通道中保持雷诺数小于102级的湍流是合适的。

气液混合器可以是一种气体分布器，也可以是一种液体分布器。

气体分布器和液体分布器均为一种常规技术。气体分布器是控制气体在液体中的分散形态的装置，同样，液体分布器则是控制液体在气体中的分散形态的装置，这种分散形态与气体速度、液体速度以及分布器具体结构设计和分散原理都有直接关系。这些关于气体与液体混合和分布的技术，现有技术中有很多深入的研究报道，也有很多的具体结构可供选择，本发明强调的是：应当选择气体和液体混合后，气泡细小，气泡分布密度大，气泡均匀分布，且混合效率高的那种气液混合器应用在本发明中。

气源装置中的气体进入气液混合器的具体步骤为，

1.提供一种气体喷射装置，并将其插接在气源装置和气液混合器之间，

2.气源装置中的气体经气体喷射装置加速后喷射入气液混合器中。

气体喷射装置的介入无疑可以获得气泡细小并均匀分布的气液混合体。

小气泡易被击发，气泡越小，同时气泡密度越大，则气液混合体中气体的比表面积越大，传质面积越大，气液混合体中的杀菌面积就越大，杀菌效果越好。

对于气体喷射装置的选择是多种的，可以直接采用分体的气体喷射器并将其与气液混合器连接，也可以将气液混合器增加一些可以产生喷射效果的结构设计，还可以直接采用具有喷射效果的气液混合器，例如

气液混合器和气体喷射装置是一种文丘里管混合器，在该文丘里管混合器中的具体步骤为，

1.提供一种文丘里管混合器，

该文丘里管混合器由主管和副管组成，主管从左至右依序连接有至少四个段落，分别是柱形等容段A、正锥形收缩段、倒锥形扩张段和柱形等容段B，副管叉接在正锥形收缩段和倒锥形扩张段的结合部，气液混合器第一入口位于该叉接处，而第二入口以及出口则分别为柱形等容段A的前端口和柱形等容段B的后端口，

2.待处理液体从第二入口进入并沿主管通道往前到达叉接处与

3.因主道内的压力差而从副管喷射到第一入口的气体混合，并形成气液混合体继续经由主管道从出口流出。

这种文丘里管混合器在获得气泡细化且均匀分布的气液混合体时，结构又极其简单，也便于工业化实施。

待处理液体进入气液混合器的具体步骤，

1.提供一种液体喷雾器，并将其与气液混合器的第二入口连接，

2.将待处理液体先送入液体喷雾器中形成喷雾后送入气液混合器中。

液体喷雾器本身就是一种气液混合器，它可以独立作为本发明中的气液混合器。而在这里，我们却将液体喷雾器与气液混合器的第二入口连接，这样，实际上组成一种双级串联的气液混合器组。液体喷雾器所喷出的气液混合的喷雾在进入气液混合吕原形再次与气体混合，从而使气体在液体中混合的密度更大，粒度更细，分布得更均匀。此时，可以是气泡包裹着液滴，而众多液滴又包含着气泡。

等离子体击发装置的具体选择可以是以下两种，在该具体的击发装置中分别有各自的具体步骤：

等离子体击发装置是一种电磁波发生器，在该发生器中的具体步骤为，

1.提供一种具有通道的电磁波发生器，将该通道与气液混合器出口连通，

2.将气液混合体送入该通道中，并

3.开通电磁波发生器以电磁波照射通道中流动的气液混合体。

击发装置是一种具有绝缘通道的等离子体发生器，在该发生器中的具体步骤为，

1.提供一种由绝缘材料隔离的通道，以及分置于通道两外侧的两个电极和电源，将该通道与气液混合器出口连通，

2.将气液混合体送入该通道中，同时对电极通电，使所形成的电场穿过气液混合体，

3.从通道另一端的出口收集第二气液混合体。

这是一种电场致作用的等离子体反应器。电极通电后产生电场，该电场穿过被绝缘材料隔离的管道而击发气液混合体中的气泡。绝缘板从物理结构性和导电性上将电极与气液混合体加以隔离。

实际上，现有技术中常用这种等离子体发生器对纯气体进行杀菌和消毒。

电极的结构形式以及材料选择是多种的，常规技术中的电极都可以选用，例如，导线、导电金属网、导电板、管状电极等。

而正负电极间的组合形式也可以是不同类形，既可以是同类组合，例如，电极板对电极板，电极网对电极网等；也可以是不同类(并类)组合，例如，电极板对电极网等。

而常规技术中的绝缘材料也大多可以采用，但要注意不会与气液混合体产生化学作用。常用的有玻璃、环氧树脂等。

而电极板之间的放电间隙的选定是重要的。必须设计有效的放电间隙，而有效的放电间隙显然与电源的电压极为相关，电压越高，电场作用越大，有效的放电间隙就越大，同时，气泡也越易被击发，但是，伴随的是较高的电耗，因此，在实际应用过程中，需要加以合理的平衡。

本发明还包括如下步骤，

1.提供一种背压装置并将其与击发装置组合在一起，

2.对从击发装置内腔入口往出口方向正向流动的第一气液混合体施加一个与该流向相反的背压，

3.背压压力小于与流向同向的正向压力。

背压装置有多种结构形式可供选择，以下是其中三种：

背压装置或者是一种压力泵，此时压力泵出口与等离子体击发装置通道连通，或者是由击发装置内腔进口端面积大于其出口端面积而组成或者是由具有挡板的迷宫式通道组成。

当进口端面积大于其出口端面积时，此时击发装置的内腔呈现为一种锥形构造。

击发装置的通道可以是一种蛇形管道。

蛇形管道既有助于湍流，同时也可以延长被击发的时间。

脱气装置或者是一种涡流式脱气装置，或者是一种真空脱气机，或者是一种真空泵。

脱气装置中气体所能触接的元件均由抗氧化材料制成。

被离子化的气体具有氧化性，提供抗氧化的脱气装置既有助于其使用寿命的提高，同时，也可保证被回收的气体可以循环应用或者只需较少的处理环节和处理费用。

本发明还包括如下步骤，

1.提供一种气体回收装置并将其入口与脱气装置中的气体出口连通，而将其出口则与气流的入口连通，

2.回收脱气装置并将其处理导入气源装置中循环使用。

脱气装置不但是整个液体处理方法必不可少的装置，同时可以回收气体循环应用，从而产生了脱除气体，使液体得以使用和延长保存期等以外的另一效果。

综上所述，本发明相比现有技术具有如下优点：在有效杀灭液体中细菌和病毒、使被处理液体可以直接利用、液体保存期较长的同时，整个处理过程又极其简单，几乎不产生热量，被处理液体的化学性能和物理性能乃至于感官性能都得以原封不动的保留。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构流程示意图。

图2为本发明最佳实施例的等离子体击发装置结构示意图。

图3为图2的俯视图。

标号说明：1气源装置  2气液混合器  21正锥形收缩段  22倒锥形扩张段  23副管  24第一入口  25第二入口  26出口  3或31等离子体击发装置  4脱气装置  5液源装置

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行更详细的描述。

实施例1：

参照图1，

1.液体处理装置，包括气源装置1、气液混合器2、针对气体的等离子体击发装置3以及脱气装置4，一种管道分别依序连接上述四种装置，气液混合器的第一入口24与气源装置1连接，而其第二入口25则与一种液源装置5连通。

上述气源装置1中的气体是空气。

上述液源装置5中的液体是一种果汁。

2.将气源装置1中的空气从气液混合器2第一入口24送入气液混合器2中，具体步骤为：

利用插接在气源装置1和气液混合器2之间的气体喷射装置将气源装置1中的空气加速后喷射入气液混合器2中。

同时将待处理的果汁从第二入口25送入气液混合器2中，具体步骤为：利用与气液混合器2的第二入口25连接的液体喷雾器将待处理果汁先送入液体喷雾器中形成喷雾后送入气液混合器2中。

上述气液混合器2和气体喷射装置是一种文丘里管混合器，

①该文丘里管混合器由主管和副管组成，主管从左至右依序连接有至少四个段落，分别是柱形等容段A、正锥形收缩段21、倒锥形扩张段22和柱形等容段B，副管23叉接在正锥形收缩段21和倒锥形扩张段22的结合部，气液混合器第一入口24位于该叉接处，而第二入口25以及出口26则分别为柱形等容段A的前端口和柱形等容段B的后端口。

②果汁从第二入口25进入并沿主管通道往前到达叉接处与因主道内的压力差而从副管23喷射到第一入口24的空气混合，并形成第一气液混合体继续经由主管道从出口26流入已经通电的等离子体击发装置3内腔中。

3.第一气液混合体送入已经通电的等离子体击发装置3内腔中后，从其出口获得第二气液混合体，

上述等离子体击发装置3是是一种具有绝缘材料隔离通道的电磁波发生器，它具有分置于通道两外侧的两个电极和电源，将该通道与气液混合器2出口连通，将气液混合体送入该通道中，并开通电磁波发生器以电磁波照射通道中流动的气液混合体。

同时还有一背压装置与击发装置3组合在一起，对从击发装置3内腔入口往出口方向正向流动的第一气液混合体施加一个与该流向相反的背压，背压压力小于与流向同向的正向压力。

背压装置是由击发装置3内腔进口端面积大于其出口端面积而组成。

4.将第二气液混合体送入脱气装置4中，从脱气装置4的第一出口收集已处理的含有少量气体的果汁并包装成品。

上述脱气装置是江苏产的TQ-25型真空脱气机。

还需有一回收装置并将其入口与脱气装置中的气体出口连通，而将其出口与气源的入口连通，从而回收脱气装置中的空气并将其处理导入气源装置1中循环使用。

本实施例未述部分与现有技术相同。

最佳实施例：

1.如图1、图2和图3所示的液体处理装置，将图2的等离子体击发装置31代替图1中的等离子体击发装置3，包括气源装置1、气液混合器2、针对气体的等离子体击发装置31以及脱气装置4，一种管道分别依序连接上述四种装置，气液混合器的第一入口24与气源装置1连接，而其第二入口25则与一种液源装置5连通。

上述气源装置1中的气体是氧气。

上述液源装置5中的液体是牛奶。

2.将气源装置1中的氧气从气液混合器2第一入口24送入气液混合器2中，从其出口获得第一气液混合体。

3.第一气液混合体送入已经通电的等离子体击发装置31内腔中后，从其出口获得第二气液混合体，

上述等离子体击发装置31是一种具有绝缘材料隔离通道的等离子体发生器，它具有分置于通道两外侧的两个电极和电源，将该通道与气液混合器出口连通，将第一气液混合体送入该通道中，同时对电极通电，使所形成的电场穿过气液混合体，从通道另一端的出口收集第二气液混合体。

背压装置是由具有挡板32的迷宫式通道组成。

4.将第二气液混合体送入脱气装置4中，从脱气装置4的第一出口收集完全脱除气体后的牛奶并包装成品，

上述脱气装置4是深圳市昌业隆机电设备有限公司生产的2BV系列的真空泵。此系列的产品易于安装，可靠性高，并且采用机械密封作为标准配置，统一耐腐蚀设计，利于环保。

本实施例未述部份与实施例1相同。

Claims (25)

1.液体处理方法，其特征在于，包括以下步骤，

1.1提供一种气源装置，一种气液混合器，一种针对气体的等离子体击发装置和一种脱气装置，并采用一种管道依序连接上述四种装置，

1.2将气源装置中的气体从气液混合器第一入口送入气液混合器中，同时将待处理液体从第二入口送入气液混合器中，从气液混合器出口获得一种气体混合在液体中的第一气液混合体，

1.3将第一气液混合体送入等离子体击发装置内腔中，从其出口获得第二气液混合体，

1.4将第二气液混合体送入脱气装置中，从脱气装置的第一出口收集已处理液体。

2.根据权利要求1所述的液体处理方法，其特征在于，流体在气液混合器和击发装置内腔中的流动形态为湍流。

3.根据权利要求1或2所述的液体处理方法，其特征在于，气液混合器内腔中的流体的雷诺数为10²～10³级。

4.根据权利要求1或2所述的液体处理方法，其特征在于，击发装置内腔中流动的第一气液混合体的雷诺数小于10²级。

5.根据权利要求1所述的液体处理方法，其特征在于，气源装置中的气体进入气液混合器的具体步骤为，

5.1提供一种气体喷射装置，并将其插接在气源装置和气液混合器之间，

5.2气源装置中的气体经气体喷射装置加速后喷射入气液混合器中。

6.根据权利要求5所述的液体处理方法，其特征在于，气液混合器和气体喷射装置是一种文丘里管混合器，在该文丘里管混合器中的具体步骤为，

6.1提供一种文丘里管混合器，

该文丘里管混合器由主管和副管组成，主管从左至右依序连接有至少四个段落，分别是柱形等容段A、正锥形收缩段、倒锥形扩张段和柱形等容段B，副管叉接在正锥形收缩段和倒锥形扩张段的结合部，气液混合器第一入口位于该叉接处，而第二入口以及出口则分别为柱形等容段A的前端口和柱形等容段B的后端口，

6.2待处理液体从第二入口进入并沿主管通道往前到达叉接处与

6.3因主道内的压力差而从副管喷射到第一入口的气体混合，并形成气液混合体继续经由主管道从出口流出。

7.根据权利要求1或5所述的液体处理方法，其特征在于，气源装置中的气体可以是空气，也可以是氧气，还可以是氮气。

8.根据权利要求1所述的液体处理方法，其特征在于，待处理液体进入气液混合器的具体步骤，

8.1提供一种液体喷雾器，并将其与气液混合器的第二入口连接，

8.2将待处理液体先送入液体喷雾器中形成喷雾后送入气液混合器中。

9.根据权利要求1所述的液体处理方法，其特征在于，等离子体击发装置是一种电磁波发生器，在该发生器中的具体步骤为，

9.1提供一种具有通道的电磁波发生器，将该通道与气液混合器出口连通，

9.2将气液混合体送入该通道中，并

9.3开通电磁波发生器以电磁波照射通道中流动的气液混合体。

10.根据权利要求1所述的液体处理方法，其特征在于，击发装置是一种具有绝缘通道的等离子体发生器，在该发生器中的具体步骤为，

10.1提供一种由绝缘材料隔离的通道，以及分置于通道两外侧的两个电极和电源，将该通道与气液混合器出口连通，

10.2将气液混合体送入该通道中，同时对电极通电，使所形成的电场穿过气液混合体，

10.3从通道另一端的出口收集第二气液混合体。

11.根据权利要求1所述的液体处理方法，其特征在于，还包括如下步骤，

11.1提供一种背压装置并将其与击发装置组合在一起，

11.2对从击发装置内腔入口往出口方向正向流动的第一气液混合体施加一个与该流向相反的背压，

11.3背压压力小于与流向同向的正向压力。

12.根据权利要求1所述的液体处理方法，其特征在于，还包括如下步骤，

12.1提供一种气体回收装置并将其入口与脱气装置中的气体出口连通，而将其出口与气流的入口连通，

12.2回收脱气装置并将其处理导入气源装置中循环使用。

13.液体处理装置，其特征在于，包括气源装置(1)、气液混合器(2)、针对气体的等离子体击发装置(3)以及脱气装置(4)，一种管道分别依序连接上述四种装置，气液混合器的第一入口与气源装置(1)连接，而其第二入口则与一种液源装置(5)连通。

14.根据权利要求13所述的液体处理装置，其特征在于，气液混合器(2)可以是一种气体分布器，也可以是一种液体分布器。

15.根据权利要求13所述的液体处理装置，其特征在于，气液混合器(2)是一种文丘里管混合器，它由主管和副管组成，主管从左至右依序连接有至少四个段落，分别是柱形等容段A、正锥形收缩段21、倒锥形扩张段22和柱形等容段B，副管23叉接在正锥形收缩段21和倒锥形扩张段22的结合部，气液混合器(2)第一入口(24)位于该叉接处，而第二入口(25)以及出口(26)则分别为柱形等容段A的前端口和柱形等容段B的后端口。

16.根据权利要求13所述的液体处理装置，其特征在于，气源装置(1)和气液混合器(2)第一入口(24)之间插接有一种气体喷射装置。

17.根据权利要求13所述的液体处理装置，其特征在于，一种液体喷雾器插接在液源装置(5)和气液混合器(2)的第二入口(25)之间。

18.根据权利要求13所述的液体处理装置，其特征在于，等离子体击发装置(3)是一种具有通道的电磁波发生器。

19.根据权利要求13所述的液体处理装置，其特征在于，等离子体击发装置(3)是一种具有绝缘通道的等离子体发生器，它由绝缘通道、分置于该通道两侧的电极以及与该电极电连接的电源组成。

20.根据权利要求13所述的液体处理装置，其特征在于，一种背压装置与等离子体击发装置(3)组合在一起，背压装置的压力作用方向与等离子体击发装置(3)通道中气液混合体的流动方向相反。

21.根据权利要求20所述的液体处理装置，其特征在于，背压装置是一种压力泵，其出口端与等离子体击发装置(3)通道连通。

22.根据权利要求20所述的液体处理装置，其特征在于，背压装置或者是由击发装置通道进口端面积大于其出口端面积而组成，或者是由具有挡板的迷宫式通道组成。

23.根据权利要求13或18或19所述的液体处理装置，其特征在于，等离子体击发装置通道是一种蛇形管道。

24.根据权利要求13所述的液体处理装置，其特征在于，脱气装置或者是一种涡流式脱气装置，或者是一种真空脱气机。

25.根据权利要求13或24所述的液体处理装置，其特征在于，脱气装置中的气体所能触接的元件均由抗氧化材料制成。

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