技术领域
[0001] 本
发明涉及曝气设备领域，尤其涉及一种高效生产富氧水的曝气装置。
背景技术
[0002] 在
生物发酵领域，适当含量的氧气可以促进
微生物的代谢，提高发酵效率，不仅为工业生产增加了产量，同时也能节省时间，然而目前在进行生物发酵时，通常使用的是含氧量较低的纯净水，如果需要供氧的情况下，则需额外通入氧气，以致耗费宝贵的时间；而且经过调研发现，发酵领域大多采用开放式曝气增氧的方式，这个过程还会大大增加引入其他细菌的概率，造成菌落成分破坏，甚至是导致发酵物变质，引起不必要的浪费和经济损失。如果在发酵时能使用含氧量较高的富氧水取代纯净水，就可以在一定程度上避免以上不良状况的发生，提高产品品质和生产效率。
[0003]
现有技术一般采用机械搅拌法、
电解法，溶气释气等富氧水制备方法，氧传质推动
力不足，氧气传质系数低，转移速率低。其设备投资成本大，结构复杂，其产量或富氧水平不能够满足工业生产的需要。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种高效生产富氧水的曝气装置，用于解决现有技术采用机械搅拌法、电解法，溶气释气等富氧水制备方法，具有氧传质推动力不足，氧气传质系数低，转移速率低及设备投资成本大，结构复杂，其产量或富氧水平不能够满足工业生产的需要的问题，现在需提供一种运行维护成本低、增氧效果较强的曝气增氧装置。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种高效生产富氧水的曝气装置，包括反应釜1、空气
压缩机2、输气管道3、空气
过滤器4、第一调节
阀5、布料管6、空气细化气泡发生器7、多通8、止逆阀9、第一过滤器10、输入管道11、输出管道12、呼气器13、第二调节阀14、第三调节阀15和第二过滤器16；
[0006] 所述反应釜1的顶端通过管道连接呼气器13的底端；反应釜1的一侧顶部贯通连接输入管道11的一端，输入管道11上安装有第三调节阀15和第一过滤器10；
[0007] 所述反应釜1的另一侧底部贯穿安装有输气管道3，输气管道3上安装有
空气过滤器4和第一调节阀5，输气管道3的另一端贯通连接有空气压缩机2；
[0008] 所述反应釜1的内部底端安装有布料管6，布料管6的端口密封，布料管6的一侧边均匀开设若干个通孔，空气细化气泡发生器7密封连通在布料管6通孔上，布料管6固定在多通8
接口上，输气管道3一端与多通8接口连通；
[0009] 所述反应釜1的底端贯通连接有输出管道12的一端，输出管道12上依次安装有止逆阀9、第二过滤器16和第二调节阀14。
[0010] 优选的，通过所述布料管6和空气细化气泡发生器7连接构成曝气系统；所述多通8将第一调节阀5、空气过滤器4、输气管道3、空气压缩机2与布料管6和空气细化气泡发生器7连接构成供气系统；第三调节阀15、第一过滤器10与输入管道11连接构成供水系统；第二调节阀14、止逆阀9、第二过滤器16和输出管道12连接构成输出系统。
[0011] 优选的，所述反应釜1、输入管道11和输出管道12均为不锈
钢材质。
[0012] 优选的，所述输气管道3、止逆阀9、第一调节阀5、第二调节阀14、第三调节阀15和布料管6均为塑料材质。
[0013] 优选的，所述空气细化气泡发生器7的材质为陶瓷、
不锈钢、
碳化
硅或白刚玉。
[0014] 优选的，所述空气细化气泡发生器7均匀地排布在反应釜1底部。
[0015] 优选的，所述输气管道上还安装有用于调节曝气量或产水量的
开关。
[0016] 本发明的有益效果：
[0017] (1)在一定的压力驱动下空气细化气泡发生器能够快速制造大量微纳米气泡，经过气液传质作用，制备富氧水；
[0018] (2)布料管实现水和气的均匀分布，气体碎
化成微小气泡，气泡体积较小，分布更加均匀，与水
接触更充分，使之更好地溶于水形成富氧水。
附图说明
[0019] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0020] 图1是本发明提供的高效生产富氧水的曝气装置的结构示意图；
[0021] 图2是本发明提供的高效生产富氧水的曝气装置的另一结构示意图；
[0022] 附图标记：
[0023] 1-反应釜；2-空气压缩机；3-输气管道；4-空气过滤器；5-第一调节阀；6-布料管；7-空气细化气泡发生器；8-多通；9-止逆阀；10-第一过滤器；11-输入管道；12-输出管道；
13-呼气器；14-第二调节阀；15-第三调节阀；16-第二过滤器。
具体实施方式
[0024] 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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 请参阅图1及图2所示，本发明为一种高效生产富氧水的曝气装置，包括反应釜1、空气压缩机2、输气管道3、空气过滤器4、第一调节阀5、布料管6、空气细化气泡发生器7、多通8、止逆阀9、第一过滤器10、输入管道11、输出管道12、呼气器13、第二调节阀14、第三调节阀15和第二过滤器16；
[0026] 反应釜1的顶端通过管道连接呼气器13的底端；反应釜1的一侧顶部贯通连接输入管道11的一端，输入管道11上安装有第三调节阀15和第一过滤器10；
[0027] 反应釜1的另一侧底部贯穿安装有输气管道3，输气管道3上安装有空气过滤器4和第一调节阀5，输气管道3的另一端贯通连接有空气压缩机2；
[0028] 反应釜1的内部底端安装有布料管6，布料管6的端口密封，布料管6的一侧边均匀开设若干个通孔，空气细化气泡发生器7密封连通在布料管6通孔上，布料管6固定在多通8接口上，输气管道3一端与多通8接口连通；
[0029] 反应釜1的底端贯通连接有输出管道12的一端，输出管道12上依次安装有止逆阀9、第二过滤器16和第二调节阀14；
[0030] 通过多通8将第一调节阀5、空气过滤器4、输气管道3、空气压缩机2与布料管6和空气细化气泡发生器7连接构成供气系统；布料管和空气细化气泡发生器连接构成供气系统的曝气系统；第三调节阀15、第一过滤器10与输入管道11连接构成供水系统；第二调节阀14、止逆阀9、第二过滤器16和输出管道12连接构成输出系统；
[0031] 反应釜1、输入管道11和输出管道12均为不锈钢材质的构件；
[0032] 输气管道3、止逆阀9、第一调节阀5、第二调节阀14、第三调节阀15和布料管6均为塑料材质的构件；
[0033] 空气细化气泡发生器7的材质为陶瓷或不锈钢或碳化硅或白刚玉；
[0034] 所述反应釜的容积为1-3m3，其直径100-200cm，高度100-300cm；
[0035] 输气管道外径为32-63mm，空气过滤器直径为0.22μm；布料管外径为20-32mm；止逆阀、第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和布料管外径为20-32mm；
[0036] 所述空气细化气泡发生器为直径30-50mm球状、柱状或直径30-100mm盘状，其均匀地排布在反应釜1底部；多通中心
位置到空气细化气泡发生器中心位置距离11cm；布料管长度为19cm，其内径为20mm。在一定的压力驱动下，空气细化气泡发生器能够快速制造大量微纳米气泡，经过气液传质作用，制备富氧水；布料管6实现水和气的均匀分布，气体碎化成微小气泡，气泡体积较小，分布更加均匀，与水接触更充分，使之更好地溶于水形成富氧水；
[0037] 所述输气管道3上还安装有用于调节曝气量或产水量的开关；开关固定在输气管道3上，通过开关调节曝气量或产水量；
[0038] 当需要制备富氧水时，通过第三调节阀15和第一过滤器10、输入管道11向反应釜1注入纯化水，通过第一调节阀5打开供气系统，启动空气压缩机2供气，通过输气管道3将气体送入空气细化气泡发生器7，在一定的压力驱动下，气体通过空气细化气泡发生器7的微细孔溢出，与水互溶，形成富氧水；
[0039] 当富氧水制备完毕时，调节第二调节阀14打开输出系统，通过止逆阀9、第二过滤器16和输出管道12输水管道将富氧水输出；
[0040] 制备高含氧量富氧水的最优工艺参数组合即气体流量为90L/min，气体压力为0.2MPa；以氧气作为气体介质时，利用最佳参数组合制备的富氧水含氧量可达45.12mg/L，较优化前提高了32.40％。
[0041] 本装置的建立
基础是不考虑生物化学作用条件下的微纳米气泡扩散曝气，本装置建立在传质模型的传质速率及其影响因素之间的关系方程基础之上，可以看出
水体的氧传质速率随液流主体深度H的增加、气泡平均直径d的减小、曝气通气量Q的增加而相应增加。从物理现象对其进行解释：液流主体深度增加，则相同条件下每个气泡在液流主体中的悬浮时间增大，单位时间液流主体中的悬浮气泡量增加，因而传质速率会有所增加；气泡直径减小，则同等供气流量下，气泡的数目增多，气液界面总面积增大，而传质速率又与气液界面成一定的正比函数关系，因而传质速率也会增加，这是本装置优于其他曝气器的关键所在。
[0042] 对一般曝气系统和本装置两个系统的充氧动力效率进行实验对比，一般的扩散曝气系统是直接将氧气或空气注入水中的，然后通过
电机驱动搅拌桨进行高速搅拌曝气，经计算其充氧动力效率一般为0.6～0.8/kgO2kw·h；而本文装置是利用曝气装置对
气液两相流混合作用来促进气液传质富氧的，无需额外的旋转动力，因此它的
能量消耗要比一般扩散曝气的小。但是对于60L/h充气量的本文富氧水制备装置来说，空压机的输入功率约为0.75kw，虽然本装置相比工业装置产量小，但是仍然可以通过
数据处理和换算得到充氧动力效率为1.036/kgO2kw·h，对比发现充氧动力效率并不比一般扩散曝气系统的小。所以可见，本系统的充氧性能是高于普通曝气系统的。
[0043] 气泡直径的大小与水体曝的气的效率成的正相关的关系。直径为微纳米量级的气泡可以在水中停留较长的时间，与水的体的氧的换的时间较长，并且
比表面积大，使得气泡中的气的体在水中具有较快的溶解速度，大大提高了水体溶氧效率。
[0044] 空气细化气泡发生器可以产生直径0.1-50μm的微纳米气泡。微纳米气泡由于有很大的比表面积，能较长时间的停留在水中，由于自身的
增压性，气液界面的传质效率能不断增强。快速收缩后的微气泡也会在水的中快速溶解。
[0045] 基于微纳米气泡的
稳定性，通过对贮存富氧水溶氧的衰减性分析，本装置制备的富氧水在保存良好的情况下，虽随着时间推移，溶氧会有一定的散失，但在保存6d以后，仍然会具有较高水平的溶氧量(20mg/L以上)，可以满足工业、食品发酵等领域的技术需求。理论和试验研究证明本装置可高效产生微纳米量级的小气泡，氧气的
溶解度高，成本低，富氧效果显著；
[0046] 本发明的工作原理：当需要制备富氧水时，通过第三调节阀15和第一过滤器10、输入管道11向反应釜1注入纯化水，通过第一调节阀5打开供气系统，启动空气压缩机2供气，通过输气管道3将气体送入空气细化气泡发生器7，在一定的压力驱动下，气体通过空气细化气泡发生器7的微细孔溢出，与水互溶，形成富氧水；当富氧水制备完毕时，调节第二调节阀14打开输出系统，通过止逆阀9、第二过滤器16和输出管道12输水管道将富氧水输出；在一定的压力驱动下能够快速制造大量微纳米气泡，经过气液传质作用，制备富氧水；布料管6实现水和气的均匀分布，气体碎化成微小气泡，气泡体积较小，分布更加均匀，与水接触更充分，使之更好地溶于水形成富氧水。
[0047] 以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属
本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本
权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
