專利名稱：過飽和的氧化液體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種過飽和的氧化液體的制備方法。更具體地說，本發(fā)明涉及制備過飽和的含氧水并將氧氣保持在容器中。
近年來，消費(fèi)者對(duì)運(yùn)動(dòng)飲料的需求大增加。運(yùn)動(dòng)飲料，特別是那些采用氧化液體或甚至過飽和氧化氧氣的運(yùn)動(dòng)飲料已超過充碳酸氣的蘇打飲料更加廣泛地被消費(fèi)者接受。某些運(yùn)動(dòng)飲料附加了礦物質(zhì)以緩減脫水癥狀，并有助于補(bǔ)充產(chǎn)生能量的葡萄糖。為向運(yùn)動(dòng)飲料提供必需的氧化的液體，需要過飽和液體，例如礦泉水，至氧含量遠(yuǎn)超過其來自空氣分離的正常量的水平。對(duì)人類消費(fèi)液體還必須無菌且衛(wèi)生。
在本領(lǐng)域中，人們?cè)噲D增加氧氣在水中的平衡濃度，如通過降低水溫度然后在采用塔盤的接觸裝置中對(duì)氧氣和水進(jìn)行加壓，從而將溶解氧的水平提高至更高的平衡程度，所述過程采用純氧。但是，最大氧濃度測量值僅為約50mg／l。
由于現(xiàn)有的研究涉及制備“平衡氧”水而非“過飽和氧”水，要瓶裝水具有高氧濃度還非常困難。過飽和是指一種不穩(wěn)定過程，其中，更多的氧氣溶解于水中，超過平衡狀態(tài)所接受的值。如果接觸裝置提供了足夠的停留時(shí)間并保持氧氣的純度，則可達(dá)到平衡濃度，在5℃的冷水中大約為50ppm。
但是，礦泉水或來自天然來源的任何水只包含某些量的溶解空氣。由于空氣中包含79％的氮?dú)?，由現(xiàn)有技術(shù)中使用的純氧將是從空氣中汽提出氮?dú)?，形成了氧含量低?00％的混合物。因而，水將與氣體混合物而非與純氧達(dá)到平衡。隨著熱泄漏和管摩擦，如在現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)氧氣冷卻及加壓，僅可達(dá)到理想平衡氧濃度的一部分。
進(jìn)而，從水中除去細(xì)菌通常是用反滲透法進(jìn)行的，該過程也會(huì)使水產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的味道。在有些情況下通過使空氣通過臭氧發(fā)生器而進(jìn)行臭氧化處理。任何未使用的臭氧從臭氧接觸裝置中放空。通常，結(jié)果是充分的氧溶解過程和有效的衛(wèi)生處理過程。
因而，人們?nèi)约南Ｍ环N生產(chǎn)過飽和氧化液體的新方法，所述液體可延遲和防止細(xì)菌生長。
一方面，本發(fā)明涉及一種過飽和的氧化液體的制備方法，其包括將高氧含量的氣體加至臭氧發(fā)生器中以產(chǎn)生臭氧；使臭氧在大氣壓下通入一個(gè)接觸槽以產(chǎn)生氧化和臭氧化的液體；和使所述氧化和臭氧化的液體通過在線超聲混合機(jī)的接觸回路以產(chǎn)生基本上純的過飽和的氧化和臭氧化的液體。
另一方面，本發(fā)明涉及一種瓶裝過飽和氧化的液體的制備方法，其包括將高氧含量的氣體加至臭氧發(fā)生器中以產(chǎn)生臭氧；使臭氧在大氣壓下通入一個(gè)接觸槽以產(chǎn)生氧化和臭氧化的液體；使所述氧化和臭氧化的液體通過在線超聲混合機(jī)的接觸回路以產(chǎn)生基本上純的過飽和的氧化和臭氧化的液體；和將所述基本上純的過飽和氧化和臭氧化的液體灌注并封裝于瓶中。優(yōu)選所述液體為水。
本文中，術(shù)語“基本上純的過飽和氧化和臭氧化的液體”是指在接觸槽中處理并通過本發(fā)明的混合機(jī)的液體。通常，從接觸槽中排出的基本上純的過飽和氧化和臭氧化的液體所具有的溶解氧濃度至少為約30至約50mg／l，優(yōu)選至少40mg／l。
從下述優(yōu)選實(shí)施方案和附圖的描述中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可更清楚地理理本發(fā)明的其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，所述附圖僅圖示說明了本發(fā)明方法的示意圖。
本發(fā)明提供了一種用氧氣過飽和液體，優(yōu)選水的經(jīng)濟(jì)而有效的生產(chǎn)方法，本發(fā)明也提供了用氧氣過飽和的瓶裝液體并同時(shí)提供了衛(wèi)生處理方法。
第一步是除去來自空氣的溶解的氮?dú)?。該過程同時(shí)與用臭氧進(jìn)行的殺菌步驟和平衡汽提步驟結(jié)合進(jìn)行。供向臭氧發(fā)生器的空氣用純氧代替，從而，向系統(tǒng)中加入在此情況下作為惰性氣體的氣體無新鮮來源的氮?dú)狻?br> 采用純氧時(shí)，臭氧發(fā)生器可生產(chǎn)約10至約15％的臭氧，而采用空氣時(shí)，僅能生產(chǎn)約2至約3％的臭氧。
將由純氧產(chǎn)生的臭氧在大氣壓下通過臭氧接觸器。臭氧的作用是破壞細(xì)菌并除去來自礦泉水和泉水中的異味和有害的有機(jī)物。其余約85至90％的平衡氧用作汽提氣體以除去溶解的氮?dú)?，氮?dú)庾鳛閺U氣從臭氧接觸器中排出。臭氧接觸器的操作是在大氣壓或接近大氣壓下進(jìn)行的，這使臭氧發(fā)生器可有效地運(yùn)行，并使氮?dú)獗挥行У仄岢鋈ァ?br> 可對(duì)接觸槽進(jìn)行冷卻。冷卻可以是封閉的冷卻回路形式。優(yōu)選將接觸槽冷卻至約3-9℃，優(yōu)選約5℃的平衡值。
帶有臭氧和純氧而從臭氧接觸槽中排出的液體所具有的溶解氧濃度接近約約30至約50mg／l，優(yōu)選40mg／l。從臭氧接觸器排出的水也將包含溶解的臭氧。這種溶解的臭氧最終會(huì)分解成氧氣和液體，并在平衡水平的頂點(diǎn)提供另一種過飽和液體的來源。但是，臭氧僅具有幾分鐘的有限貨架期。因此，這種含臭氧的液體必須盡可能迅速地過飽和并瓶裝。為了完成這了任務(wù)，采用需要停留時(shí)間約為幾秒的在線超聲混合機(jī)進(jìn)行。
為了過飽和臭氧化的液體，向液體中加入氧氣。用泵加速氧化和臭氧化的液體混合物至超聲速度。在存在氣泡時(shí)，在超聲兩相流中，聲速從約5000ft／sec(液體中)減至低于約50ft／sec。在減少速度時(shí)，形成沖擊波，將氣泡打碎至微小尺寸。由于沖擊波在約90psig的壓力下產(chǎn)生，液體可達(dá)到的過飽和氧氣濃度超過80mg／l，優(yōu)選90mg／l。接觸回路對(duì)微小氣泡和液體可允許附加幾秒鐘的停留時(shí)間。
在從接觸回路中排出時(shí)，液體被純氧和溶解的臭氧過飽和。這種過飽和的氧化的液體仍包含細(xì)微的氧氣泡，將這種液體立即通過灌注機(jī)進(jìn)行裝瓶。過飽和的氧氣將由于壓力降而從溶液中釋放。隨著液體被灌注入瓶中壓力降至大氣壓，除非使用加壓灌注機(jī)。另外，在管線上仍將存在壓力降以減少總壓力。因此，關(guān)鍵是立即對(duì)瓶子進(jìn)行灌注和封裝。微細(xì)的氧氣泡減少了氧從溶液中逸出的速度。還在瓶頂隙中設(shè)置保護(hù)層。只要灌注和封裝在速度高于氧氣從瓶中的釋放速度下進(jìn)行，就可截留住過飽和的溶液。
在瓶子封裝后，溶解的臭氧將分解成為臭氧和液體，增加了瓶裝液體中的過飽和程度。由溶解的臭氧提供的附加的氧氣將不只是補(bǔ)償在灌注與封裝操作的最后步驟中所損失的氧。關(guān)鍵的是，最后的灌注和封裝步驟應(yīng)在過飽和步驟之后立即進(jìn)行。
廢的臭氧與來自臭氧接觸器的氧氣可用來在灌注前對(duì)空瓶進(jìn)行閃蒸排出(flash out)。該過程有助于消除瓶中的空氣以及對(duì)其進(jìn)行消毒。
另一基本上純的氧化和臭氧化的液體物流也可循環(huán)并加至接觸槽的底部。


圖1描述了在臭氧接觸槽中對(duì)水過飽和的兩步法。如圖所示，該方法由系統(tǒng)10進(jìn)行。將臭氧／純氧混合物12加至臭氧接觸槽16的底部。水14從接觸槽16的頂部加入。從臭氧接觸槽16的底部排出的臭氧／氧化的混合物18通往七級(jí)離心泵20，形成過飽和的氧化的混合物22，然后通入流量計(jì)24和汽提器26，然后通過孔板30，形成過飽和的氧化的液體50。將過飽和的氧化的液體50通過過濾器44，之后以過飽和的氧化的液體46排出進(jìn)行灌注。流量計(jì)40和視鏡42檢測過飽和的氧化的液體46在灌注前的流動(dòng)。視鏡36和壓力表34檢測過飽和的液體在孔板30中的流動(dòng)。汽提器26和氧氣28在線設(shè)置于孔板30前面。旁路閥38調(diào)節(jié)過飽和的氧化的液體48，并選擇性地將過飽和的氧化的液體48返回接觸槽16的底部。冷卻回路52提供冷卻，以冷卻在接觸槽16中的液體。
更一般地，步驟包括了將用臭氧進(jìn)行的消毒步驟與平衡汽提步驟在同時(shí)結(jié)合。供向臭氧發(fā)生器的空氣被純氧代替，從而防止了任何新鮮來源的氮?dú)?惰性氣體)進(jìn)入系統(tǒng)中。采用純氧時(shí)，臭氧發(fā)生器產(chǎn)生約10至約15％的臭氧，與此對(duì)照，僅采用空氣時(shí)，臭氧發(fā)生器僅產(chǎn)生約2至3％的臭氧。將用純氧產(chǎn)生的臭氧通入在大氣下操作的臭氧接觸器中。臭氧破壞了細(xì)菌并從礦泉水或泉水中除去異味和有害的有機(jī)物。約85至約90％的其余氧氣用作汽提氣體以除去溶解的氮?dú)猓獨(dú)庾鳛閺U氣從臭氧發(fā)生器的頂部排出。
在接觸槽上的冷卻回路對(duì)其中的臭氧化和氧化的水進(jìn)行冷卻。
帶有臭氧和純氧，從臭氧接觸槽中排出的水具有的溶解氧濃度為約33至約39mg／l。
采用離心泵將臭氧／氧氣飽和的水泵出臭氧接觸器，以將水壓增至約50至約90psig。流速為約25至約75gpm，這取決于瓶尺寸及機(jī)器的灌裝速度。在進(jìn)行超聲混合機(jī)處理前向泵的下游加入氧氣。將約180scf／hr的氧氣加至30gpm的水中。通常，約170至約190scf／hr的氧氣可加至約30至約40gpm的水中。當(dāng)存在氣泡時(shí)，在超聲兩相流中，聲速被降低至5000ft／sec(在液體中)至低于50ft／sec。在降低速度時(shí)，形成了沖擊波，其將氣泡打碎至微細(xì)的尺寸。由于沖擊波在約90psig壓力下發(fā)生，水達(dá)到的過飽和氧濃度超過90mg／l。
2”的接觸回路使微細(xì)的氣泡與水有幾秒鐘的附加接觸時(shí)間。而3／4”ID的五孔板用在返回回路以重新分配兩相混合物。
在從接觸回路中排出時(shí)，水被純氧和溶解的臭氧過飽和。過飽和的氧化的水仍包含細(xì)微的氧氣泡，將這種水立即通過灌注機(jī)進(jìn)行裝瓶。過飽和的氧氣隨壓力下降而從溶液中釋放。隨著水被灌注入瓶中壓力降至大氣壓，除非使用壓力灌注機(jī)。另外，在管線上仍將存在壓力降以減少總壓力。因此，立即對(duì)瓶子進(jìn)行灌注和封裝。微細(xì)的氧氣泡減少了氧從溶液中逸出的速度。還在瓶頂隙空間中設(shè)置保護(hù)層。只要灌注和封裝在速度高于氧氣從瓶中的釋放速度下進(jìn)行，就可截留住過飽和的溶液。
另一種在用過飽和的氧化的和臭氧化的水對(duì)瓶子進(jìn)行灌裝時(shí)保持臭氧和氧氣濃度的方法是對(duì)基本上純的氧化和臭氧化的液體進(jìn)行加壓灌裝。
另一種提供瓶中高濃度過飽和和臭氧化的水的方法是在灌裝前向瓶中施加反壓。在瓶中氣體壓力降低可通過采用氧氣或臭氧來抽空灌裝瓶中的內(nèi)容物來完成。
當(dāng)灌裝機(jī)停止時(shí)或流速減小時(shí)，打開旁路閥以使過飽和的水循環(huán)回臭氧化槽中。這防止了管線過壓。過濾器用來除去所有的顆粒物質(zhì)。但是，流量計(jì)、視鏡和灌裝機(jī)以緊密的方式安置以使到灌裝機(jī)器的距離最小。
在瓶子封裝后，溶解的臭氧將分解成為臭氧和水，增加了瓶裝水中氧的過飽和程度。由溶解的臭氧提供的附加的氧氣將不只是補(bǔ)償在灌注與封裝操作的最后步驟中所損失的氧。關(guān)鍵的是，最后的灌注和封裝步驟應(yīng)在過飽和步驟之后立即進(jìn)行。
廢的臭氧與來自臭氧接觸器的氧氣用來在灌注前對(duì)空瓶進(jìn)行閃蒸排出(flash out)。該過程有助于消除空瓶中的空氣以及對(duì)其進(jìn)行消毒。
另一基本上純的氧化和臭氧化的水物流被循環(huán)至接觸槽的底部以對(duì)該過程提供足夠的壓力。
僅為方便起見，本發(fā)明的具體特征在附圖中示出，每一個(gè)特征均可與本發(fā)明的其它特征結(jié)合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到可供選擇的實(shí)施方案，它們均包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種過飽和的氧化液體的制備方法，其包括a)將高氧含量的氣體加至臭氧發(fā)生器中以產(chǎn)生臭氧；b)使所述臭氧在大氣壓下通入一個(gè)接觸槽以產(chǎn)生氧化和臭氧化的液體；和c)使所述氧化和臭氧化的液體通過在線超聲混合機(jī)的接觸回路以產(chǎn)生基本上純的過飽和的氧化和臭氧化的液體。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述的高氧含量氣體為純氧氣。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其還包括將所述臭氧化的液體分解成氧氣和液體。
4．根據(jù)權(quán)利要求1(c)的方法，其包括使所述氧化和臭氧化的液體混合物通過在線超聲混合機(jī)的接觸回路發(fā)生在離心泵中，從而以速率約25至75加侖／分鐘將液體的壓力增加至約50至約90psig。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其還包括將所述基本上純的過飽和氧化和臭氧化的液體循環(huán)至所述接觸槽中。
6．一種瓶裝過飽和氧化的液體的制備方法，其包括a)將高氧含量的氣體加至臭氧發(fā)生器中以產(chǎn)生臭氧；b)使所述臭氧在大氣壓下通入一個(gè)接觸槽以產(chǎn)生氧化和臭氧化的液體；c)使所述氧化和臭氧化的液體通過在線超聲混合機(jī)的接觸回路以產(chǎn)生基本上純的過飽和的氧化和臭氧化的液體；和d)將所述基本上純的過飽和氧化和臭氧化的液體灌注并封裝于瓶中。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其還包括在步驟6(c)后降低壓力以便于從所述基本上純的氧化和臭氧化的液體中釋放過飽和的氧氣。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其還包括通過保持液體水平并防止空氣從所述瓶中逸出而加壓灌注所述基本純的過飽和的氧化和臭氧化的液體。
9．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其還包括在灌注之前采用氧氣或臭氧向所述瓶施加反壓以從所述瓶抽空空氣。
10．根據(jù)權(quán)利要求12(c)的方法，其包括使所述氧化和臭氧化的液體混合物通過在線超聲混合機(jī)的接觸回路發(fā)生在離心泵中，從而以速率約25至75加侖／分鐘將液體的壓力增加至約50至約90psig。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種過飽和的氧化液體的制備方法,其包括:將高氧含量的氣體加至臭氧發(fā)生器中以產(chǎn)生臭氧;使臭氧在大氣壓下通入一個(gè)接觸槽以產(chǎn)生氧化和臭氧化的液體;和使所述氧化和臭氧化的液體通過在線超聲混合機(jī)的接觸回路以產(chǎn)生基本上純的過飽和的氧化和臭氧化的液體。
文檔編號(hào)B01F3/04GK1280796SQ0011845
公開日2001年1月24日 申請(qǐng)日期2000年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月30日
發(fā)明者A·T·Y·程, T·M·路易斯, R·S·普蘭奇克 申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司