一種工業(yè)化生產(chǎn)臭氧冰的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及臭氧應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)化生產(chǎn)臭氧冰的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]臭氧(03)是一種強(qiáng)氧化劑，它在水中的氧化還原電位為2.07 eV，氧化能力高于氯(1.36eV)和二氧化氯(1.5eV)，僅次于氟(2.5eV)。臭氧能破壞分解細(xì)菌的細(xì)胞壁，從而能夠很快地?cái)U(kuò)散入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，并分解和破壞DNA、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和多糖等大分子聚合物，破壞細(xì)菌正常的代謝和繁殖，達(dá)到殺菌效果。臭氧在不同的pH值下均保持較為穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)，在消毒后會(huì)自行還原成氧氣，不產(chǎn)生任何消毒副產(chǎn)物。與此相對(duì)，傳統(tǒng)的次氯酸類(lèi)消毒劑在酸性環(huán)境下不穩(wěn)定，且會(huì)產(chǎn)生氯胺類(lèi)、三鹵甲烷類(lèi)、氯等消毒副產(chǎn)物，需要進(jìn)一步的后續(xù)處理。此外，臭氧的殺菌能力和效率都大大強(qiáng)于傳統(tǒng)的次氯酸類(lèi)消毒劑。除了殺菌之夕卜，臭氧還可迅速而徹底的消除空氣中和水中的各種異味，在廣泛的領(lǐng)域中均有較高的利用價(jià)值。
[0003]臭氧殺菌的效果與其濃度密切相關(guān)，而對(duì)于不同的消毒目的而言，臭氧閥值濃度和最適臭氧濃度并不相同。臭氧閥值濃度是指當(dāng)臭氧具有一定殺菌能力時(shí)的最低濃度；最適臭氧濃度是指綜合殺菌效果最好時(shí)的臭氧濃度。盡管一般而言，臭氧濃度越高時(shí)殺菌速率越高，但過(guò)高的臭氧濃度并不一定會(huì)帶來(lái)最理想的綜合殺菌效果。例如:盡管當(dāng)臭氧濃度為lOppm時(shí)，肉類(lèi)表面99%的細(xì)菌能夠在10秒內(nèi)被消滅，殺菌速率是當(dāng)臭氧濃度為5ppm時(shí)的三倍；但經(jīng)lOppm臭氧處理的肉類(lèi)失去了原本肉類(lèi)的味道，品質(zhì)大幅下降，而使用5ppm臭氧殺菌時(shí)則不會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題。
[0004]臭氧在常溫常壓下穩(wěn)定性較差，容易自行分解為氧氣，難以保存。研究發(fā)現(xiàn)臭氧在接近0°C的冰水中比較穩(wěn)定，在冰塊中尤其穩(wěn)定，半衰期可達(dá)2000年?，F(xiàn)有技術(shù)中的制造臭氧冰的方法一般為:利用臭氧制造機(jī)將氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)槌粞?，接著利用氣水混合裝置將臭氧溶于水中，最后再經(jīng)過(guò)快速冰凍系統(tǒng)，將其制成含臭氧的冰塊。然而，這種工藝較為簡(jiǎn)略，并沒(méi)有針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的具體要求進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化，難以應(yīng)用到批量化生產(chǎn)中。此外，這種工藝并不能控制冰塊內(nèi)的臭氧濃度，無(wú)法滿(mǎn)足不同消毒目的的需要。這使得臭氧冰僅在較窄的領(lǐng)域中得到零星的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種工業(yè)化生產(chǎn)臭氧冰的方法，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量化生產(chǎn)，且能夠根據(jù)生產(chǎn)的具體需要，制造具有不同臭氧濃度的臭氧冰。
[0006]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種工業(yè)化生產(chǎn)臭氧冰的方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)制備低溫水:將水降溫至3~5°c;
(2)制備臭氧水:將步驟(1)所得的低溫水和由臭氧發(fā)生裝置生產(chǎn)的臭氧在壓力容器中加壓混合為臭氧水；使用臭氧濃度在線監(jiān)控傳感器對(duì)所述的臭氧水中的臭氧濃度進(jìn)行監(jiān)控，以使所述的臭氧水中的臭氧濃度保持在臭氧濃度在線監(jiān)控傳感器的臭氧濃度設(shè)定值上;
(3)初步冷凍:將所述的臭氧水在溫度<-10°C的冷凍設(shè)備中進(jìn)行初步成型，使其表面快速形成臭氧冰膜，凍結(jié)成初級(jí)臭氧冰；所述的臭氧冰膜的體積占臭氧水總體積的2~30% ;
(4)冷凍定型:將步驟(3)所得的初級(jí)臭氧冰輸送至另一冷凍設(shè)備中，在<0°C的溫度下進(jìn)行至少一次冷凍定型，形成成品臭氧冰。
[0007]在常溫和常壓下，臭氧在水中的溶解度較低。因此在將臭氧與水混合之前，需要預(yù)先對(duì)水進(jìn)行降溫，并在加壓的條件下進(jìn)行混合。步驟(2)所使用的臭氧發(fā)生裝置可選用市面上常見(jiàn)的臭氧發(fā)生器，其能夠?qū)⒀鯕廪D(zhuǎn)化為臭氧。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟(2)中的臭氧濃度在線監(jiān)控傳感器可以通過(guò)調(diào)整臭氧發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)頻率，調(diào)整所產(chǎn)生的臭氧量。因此，只要對(duì)臭氧濃度在線監(jiān)控傳感器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，便可以根據(jù)具體的生產(chǎn)需要，得到不同臭氧濃度的臭氧水，從而得到不同臭氧濃度的臭氧冰。臭氧水的臭氧濃度與使用該臭氧水凝結(jié)成的臭氧冰中的臭氧濃度呈正比，二者之間的具體比值根據(jù)所使用的具體設(shè)備以及臭氧水中的臭氧濃度等因素的不同而不同，在進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)前可通過(guò)進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)該比值進(jìn)行測(cè)定。在本發(fā)明的實(shí)施例中，臭氧水中的臭氧濃度與使用該臭氧水制成的臭氧冰的臭氧濃度的比值為8~15: 1。
[0008]在本發(fā)明推薦的實(shí)施方式中，步驟(1)中的壓力容器所施加的壓力在0.1?
0.45Mpa的范圍內(nèi)；步驟(2)中的臭氧濃度在線監(jiān)控傳感器的臭氧濃度設(shè)定值在
0.l~150ppm的范圍內(nèi)。
[0009]本發(fā)明采用至少兩次成型工序，將臭氧水凍結(jié)為臭氧冰，而現(xiàn)有技術(shù)僅簡(jiǎn)單地將臭氧水一次降溫成型為臭氧冰。在工業(yè)化大批量的生產(chǎn)中，一次降溫成型需要大型的冷凍設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。大型冷凍設(shè)備需要的生產(chǎn)場(chǎng)地較大、耗能高、生產(chǎn)成本高，對(duì)環(huán)境也有不利的影響。本發(fā)明的方法優(yōu)選在不同的設(shè)備中進(jìn)行初步成型和冷凍定型，在滿(mǎn)足大批量生產(chǎn)量的前提下，可大大降低臭氧冰生產(chǎn)線的投資成本和用地面積，同時(shí)綠色環(huán)保。
[0010]本發(fā)明的步驟(3)所述的初步成型具有冷凍速度較快的特點(diǎn)，優(yōu)選地采用低溫流水線設(shè)備:將臭氧水置于容器中后，在低溫流水線輸送帶上初步成型。此外，也可以采用普通的冰柜進(jìn)行冷凍。一旦臭氧水達(dá)到初步成型的要求，便可將初級(jí)臭氧冰轉(zhuǎn)移到定型步驟的冷凍設(shè)備中進(jìn)行定型，而成型步驟所用的冷凍設(shè)備便可空置出來(lái)，以進(jìn)行下一批次的成型，周轉(zhuǎn)靈活。
[0011]本發(fā)明步驟(4)中的冷凍定型可為一次，也可為多于一次，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中是否需要對(duì)臭氧冰進(jìn)行進(jìn)一步的處理而調(diào)整:如果有進(jìn)一步的脫模或包裝等步驟，則需要在這些步驟后進(jìn)行再次定型。定型的溫度可根據(jù)所需要的生產(chǎn)速率進(jìn)行具體的配置。如果希望在較短的時(shí)間內(nèi)得到成品，則可降低定型溫度。步驟(4)所使用的冷凍設(shè)備優(yōu)選為冰柜。
[0012]優(yōu)選地，步驟(1)中所使用的水為達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水。臭氧水的穩(wěn)定性受水中所含雜質(zhì)的影響較大。水中如果含有機(jī)物，將消耗溶于水中的臭氧；水中如果有某些金屬離子存在，臭氧容易迅速分解為氧氣。因此，優(yōu)選地對(duì)所使用的水進(jìn)行過(guò)濾等預(yù)處理，使其達(dá)到如國(guó)家頒布的GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中所要求的水質(zhì)。
[0013]優(yōu)選地，在步驟(1)中，使用溫度在線監(jiān)控傳感器對(duì)所述的水的溫度進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)所述的溫度在線監(jiān)控傳感器的反饋信號(hào)控制所述的水與臭氧的混合。通過(guò)對(duì)與臭氧混合的低溫水的溫度進(jìn)行精確的控制，可使臭氧水的臭氧濃度保持穩(wěn)定。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟(1)中的水在冷凍裝置中進(jìn)行降溫，該冷凍裝置直接與步驟(2)的氣液混合裝置相連。當(dāng)冷凍裝置的水達(dá)到溫度在線監(jiān)控傳感器所預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，氣液混合裝置的進(jìn)水閥門(mén)打開(kāi)，低溫水由冷凍裝置進(jìn)入氣液混合裝置中，并與臭氧混合；當(dāng)冷凍裝置中的水溫高于或低于傳感器預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，進(jìn)水閥門(mén)關(guān)閉。
[0014]優(yōu)選地，在步驟(3 )中，可先將臭氧水輸入尺寸和形狀不同的模具中，再進(jìn)行初步冷凍。
[0015]使用本發(fā)明的方法進(jìn)行臭氧冰的大批量生產(chǎn)時(shí)，每條生產(chǎn)線的日產(chǎn)量可達(dá)到40噸以上，年產(chǎn)量達(dá)到1.44萬(wàn)噸以上。當(dāng)所生產(chǎn)的臭氧冰重量在l~50000g之間時(shí)，可以通過(guò)更換冰槽模具實(shí)現(xiàn)規(guī)格轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換效率為2h/次。當(dāng)單塊臭氧冰重量超過(guò)50000g時(shí)，可通過(guò)更換冷凍裝置實(shí)現(xiàn)規(guī)格轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換效率為8h/次。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下的優(yōu)點(diǎn):
1.可以針對(duì)不同的使用目的，調(diào)整臭氧水中臭氧的濃度，從而生產(chǎn)不同臭氧濃度的臭氧冰；
2.對(duì)臭氧水中的臭氧濃度和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免了現(xiàn)有技術(shù)中同一批次臭氧冰所含的臭氧濃度不均衡的弊端；
3.優(yōu)化了現(xiàn)有的生產(chǎn)流程和工藝，使其能夠適用于工業(yè)大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高；
4.采用二次降溫的方法對(duì)臭氧水進(jìn)行凍結(jié)，提高了生產(chǎn)的靈活性，降低了生產(chǎn)成本和能耗。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下列舉具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。需要指出的是，實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，不代表本發(fā)明的保護(hù)范圍，其他人根據(jù)本發(fā)明作出的非本質(zhì)的修改與調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]在下述的實(shí)施例中，所使用的自來(lái)水過(guò)濾器優(yōu)選為天宇水處理設(shè)備(贛州)有限公司所生產(chǎn)的活性碳過(guò)濾器；所使用的自來(lái)水冷卻設(shè)備優(yōu)選為廣州傲雪制冷設(shè)備有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為HWX-195的多功能臺(tái)式恒溫箱；所使用的PSA工業(yè)制氧裝置優(yōu)選為廣州創(chuàng)環(huán)臭氧電器設(shè)備有限公司所生產(chǎn)的PSA工業(yè)制氧機(jī)；所使用的臭氧發(fā)生器優(yōu)選為廣州創(chuàng)環(huán)臭氧電器設(shè)備有限公司所生產(chǎn)的小型立式臭氧發(fā)生器(CH-WZQ);所使用的氣液混合裝置優(yōu)選為廣州創(chuàng)環(huán)臭氧電器設(shè)備有限公司所生產(chǎn)的CH-QY-B2臭氧水加壓混合器；所使用的臭氧濃度在線監(jiān)控傳感器優(yōu)選為購(gòu)自淄博愛(ài)迪爾測(cè)控技術(shù)有限公司的ATI Q45H/64溶解臭氧分析儀；初步成型步驟所使用的冷凍設(shè)備優(yōu)選為廣州創(chuàng)環(huán)臭氧電器設(shè)備有限公司所生產(chǎn)的CH-SD-B1流水線式快速冷凍裝置或深圳市富達(dá)冷凍設(shè)備有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為BKDB-100L-135或BKDW-318L-65的低溫冰柜；冷凍定型步驟所使用的冷凍設(shè)備優(yōu)選為深圳市富達(dá)冷凍設(shè)備有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為BKDB-100L-135或BKDW-318L-65的低溫冰柜；所使用的溫度在線監(jiān)控傳感器優(yōu)選為深圳市泰士特科技股份有限公司生產(chǎn)的無(wú)線溫度傳感器。除上