一种气液混合装置.pdf

本发明的一种气液混合装置，包括壳体，所述壳体内设有气泡发生器，所述的气泡发生器与壳体之间设有磁铁。通过包覆在气泡发生器外的磁铁实现对水体的磁化，经过磁化的水体分子结构发生改变，其对气体的溶解率大幅提高，由于磁化和混合同时进行，可以保证在水分子发生变化的同时，气体就能在第一时间填充，从而使得气体的溶解率达到最高值。

权利要求书
1.  一种气液混合装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设有气泡发生器，所述的气泡发生器与壳体之间设有磁铁。

2.  根据权利要求1所述的一种气液混合装置，其特征在于，所述磁铁的磁力强度为1000-80000高斯。

3.  根据权利要求1或2所述的一种气液混合装置，其特征在于，所述的气泡发生器为以下装置中的一种：微气泡发生器、纳米气泡发生器、微小气泡发生器、微纳米泡沫发生器。

4.  根据权利要求3所述的一种气液混合装置，其特征在于，还包括水冷却机构，所述水冷却机构的出水口通过管路连接气泡发生器的进水口。

5.  根据权利要求4所述的一种气液混合装置，其特征在于，所述的水冷却机构包括一个或多个直流冷却水设备。

说明书一种气液混合装置
技术领域
一种气液混合装置。
技术领域
    本发明涉及特种水溶液的制取领域，具体地说是用于农业的一种气液混合装置。
背景技术
在农业生产中，需要臭氧水等气液混合形成的溶液进行浇灌，大量非易容性气体溶于液体是以气泡形式存在，如空气、臭氧、氧气等。根据Stokes定律，气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比，通常情况下肉眼可见的宏观气泡在1米深的水中所停留的时间不超2秒，气泡破灭后非易容性气体立即溢出液体，从液面向空气中溢出，故而气泡直径越大气液混合溶液中气体成分的保持时间越短，发生作用的概率越低，导致传统宏观气泡效率低下。
这几年的实验研究发现，当气泡尺度减小到微米甚至纳米级别时，气泡在水中停留时间变长，从而气液混合溶液中气体成分的保持时间越长，发生作用的概率越长，效率大幅提升，并且气泡的比表面积大增加，其表面特性占主导地位，气体成分溶于液体的效率大幅提高，气液混合溶液中气体成分的浓度大幅提升，效率可提高70％以上。
    目前，在现有气液混合技术中，以微纳米气泡生成技术为代表的超微气泡气液混合技术，具有成本低、体积小、效率高的特点，已逐渐成为最有发展潜力的气液混合技术。但是由于超微气泡气液混合技术是通过内部高速回旋产生微小气泡，实现增加气液混合比例，一旦脱离超微气泡气液混合装置，微小气泡立刻开始破裂，水体中的气体随之迅速溢出，所以超微气泡气液混合技术制取的气液混合溶液极其不稳定，在常温下几分钟内溶液中气体物质浓度即大幅减少，这样的溶液对于农业防治病虫害、污染土壤修复等大量需要长期稳定气液混合溶液的应用是无效的，严重制约了臭氧水、高富氧水等绿色环保型农药替代技术的应用推广。
发明内容
    本发明提供了一种气液混合装置，该系统可对水体进行磁化处理，实现大量磁化微气泡的产生，提高气体溶解效率，同时保证所制取的气液混合溶液具有磁化水效果，保证所制取的气液混合溶液具有较长的浓度半衰期。
本发明采用以下技术方案：一种气液混合装置，包括壳体，所述壳体内设有气泡发生器，所述的气泡发生器与壳体之间设有磁铁。
进一步的，所述磁铁的磁力强度为1000-80000高斯。
进一步的，所述的气泡发生器为以下装置中的一种：微气泡发生器、纳米气泡发生器、微小气泡发生器、微纳米泡沫发生器。
进一步的，该装置还包括水冷却机构，所述水冷却机构的出水口通过管路连接气泡发生器的进水口。
进一步的，所述的水冷却机构包括一个或多个直流冷却水设备。
本发明的有益效果是：
1、通过包覆在气泡发生器外的磁铁实现对水体的磁化，经过磁化的水体分子结构发生改变，其对气体的溶解率大幅提高，由于磁化和混合同时进行，可以保证在水分子发生变化的同时，气体就能在第一时间填充，从而使得气体的溶解率达到最高值。
2、经过气泡发生器的处理，磁化水具有了更强的分子间隙，对水体中的气体具有更强的吸附能力，使混合溶液在脱离气泡发生器后，仍然保持较稳定的浓度，一旦微小气泡在常温下破裂，其中含有的气体成分也会被立即被具有较大分子间隙的磁化水体所吸附，使气体成分不会脱离水体，避免造成混合溶液在脱离气泡发生器后，水体中的气体成分迅速溢出水体，浓度迅速下降的情况。
3、经过磁化处理后的水体，对植物、动物生长具有很大的促进生长的作用。
4、经过冷却处理后，特别是在夏季温度较高的时候，能够维持水温在35摄氏度附近，保证最佳的溶解效果。
附图说明
图1为本发明实施例1的原理结框图；
图2为本发明实施例2的原理结构图。
图中：1壳体，2磁铁，3气泡发生器，4水冷却机构。
具体实施方式
本发明的设计原理为：
纳米气泡具有气泡尺寸小、比表面积大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特点。在水中通入微纳米气泡，可有效分离水中固体杂质、快速提高水体氧浓度、杀灭水中有害病菌、降低固液界面摩擦系数，从而在气浮净水技术、水体增氧、臭氧水消毒和微纳气泡减阻等领域中应用中比宏观气泡有更高的效率，应用前景也更为广阔。
在纳米级气泡发生器外侧，包覆磁铁，将实现在液体与气体进入纳米气泡发生器的同时进行同步水体磁化处理，水是一种弱磁质，从水离开磁场的那一刻起，就不易长期带磁了，磁化水对气体的过饱和溶解度能力是随时间下降的，另一方面气体磁化的保持时间更加短暂，并且只能在直径为微纳米级的气泡中完成气体磁化。
气液混合泵、射流器、静态混合器等气液混合方式制取时间都比较长，气泡直径较大，很难实现液体与气体同步磁化，而纳米气泡发生器产生纳米气泡的过程短、气泡直径更加微小，使得采用液体与气体同步磁化成为可能。
    液体与气体同步磁化，极大的提升了气液混合的效率，延长了所制取气液混合溶液浓度的半衰期。
通过实验证明，采用本专利可实现对现有纳米气泡发生器气液混合装置的有效气液混合比例提升80%以上，所制取气液混合溶液的浓度半衰期延迟236.2%，大幅提高了现有纳米气泡发生器气液混合装置的气液混合性能。
实施例1
如图1所示的一种气液混合装置，包括壳体1，所述壳体1内设有气泡发生器3，所述的气泡发生器3与壳体1之间设有磁铁2。所述磁铁2的磁力强度为1000-80000高斯。所述的气泡发生器为以下装置中的一种：微气泡发生器、纳米气泡发生器、微小气泡发生器、微纳米泡沫发生器。它们的工作原理分别为：
1）微气泡发生器：
工作原理：
液体通过喷嘴喷出，气体由吸气管吸入接受室，由于射流边界层与接受室气体间的粘滞作用，气体被吸入液体中。射流与气体的相互作用和喷嘴表面粗糙度等影响，使射流表面形成波状，随着这种表面波的发展，导致射流破裂而成为液滴液体，液滴以高速冲撞压缩气体，并将气体粉碎成微小气泡，此时液滴又重新聚合成为含气泡的乳状混合液。
    使用效果：
    形成的气泡直径为100μm到500μm，溶解效率可达15~20%。利用本发明实现的有效臭氧溶液浓度为10-20PPM，在35℃的情况下，所制取臭氧溶液浓度半衰期为20分钟，但是制取流量较小，制取成本较高。
    2）纳米气泡发生器：
    工作原理：
纳米气泡发生器主要通过高速剪切、搅拌等方式把气体反复剪切破碎，混合在水体中可以稳定的产生大量的微气泡。相比于气体气液混合方式，纳米气泡发生器具有能耗较低、微气泡发生效率较高，且不会对水体造成二次污染。
    使用效果：
    形成的气泡直径为1nm到50nm，溶解效率可达80~100%。利用本发明实现的有效臭氧溶液浓度为40-80PPM，在35℃的情况下，所制取臭氧溶液浓度半衰期为120分钟。
纳米气泡具有气泡尺寸小、比表面积大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特点。在水中通入微纳米气泡，可有效分离水中固体杂质、快速提高水体氧浓度、杀灭水中有害病菌、降低固液界面摩擦系数，从而在气浮净水技术、水体增氧、臭氧水消毒和微纳气泡减阻等领域中应用中比宏观气泡有更高的效率，应用前景也更为广阔。
纳米气泡发生器形成的水气混合液静置情况下从浑浊到澄清时间至少为120分钟。但是纳米气泡发生器需要使用大功率高转速电机实现高速剪切搅拌，设备的制造要求较高，加工难度较大，成本较高。
    3）微小气泡发生器
    工作原理：
微小气泡发生器主要通过加压使空气溶解在水里，然后减压释气，空气重新从水中释放出来，产生大量微细气泡。使用溶解释气法产生微细气泡，耗能较小，产量大。
    使用效果：
溶解效率可达40~60%，得到的微气泡直径为5μm到30μm。微小气泡发生器对设备的要求较低，加工简单．但该方法的难点在于通过流道设计和系统控制提高溶气释气效率，稳定性能差，产生微气泡的效率较低、功耗较大，不利于在实际生产中推广使用。
    4）微纳米泡沫发生器
 工作原理：
 利用散气叶轮的高速旋转在水中形成一个真空区，液面上的气体通过输气管进入水中去填充并切割，微气泡随之产生，并螺旋型地上升到水面，气体也随之进入了水中。
    使用效果：
形成的气泡直径为0.01-1.6微米，溶解效率可达50~70%。利用本发明实现的有效臭氧溶液浓度为30-45PPM，在35℃的情况下，所制取臭氧溶液浓度半衰期为50分钟。
因此，使用微纳米泡沫发生装置，具有成本低廉，体积小、能耗低、制取流量大的特点，但是容易造成管道堵塞，制取浓度及稳定性较差。
实施例1的工作过程为：
    第一步：外部水泵启动后，通过管道将水体以一定流速送至水磁化机构；水体在以每秒0.5—3.5米的流速经过水磁化机构过程中，水磁化机构外置磁铁形成的磁场磁力线垂直切割以一定流速通过水磁化机构塑料内管的水体，完成对水体的磁化，形成磁化水进入气泡生成机构进水端口。其中，所述水磁化机构外置磁铁形成的磁场强度要求达到0.1-1.8特斯拉。
    第二步：根据管道内的水体流量，气泡生成器同时吸入一定流量的气体与进入气泡生成器的磁化水进行气液混合，气泡生成器对混合液进行高速回旋至产生微小气泡，至此完成气液混合。所述气泡生成器吸入的气体包括臭氧、氧气、氯气、空气，其中任意一种或多种混合气体。所述气泡生成器同时吸入的气体流量与管道内的水体流量的流量控制比例关系为：水体流量/气体流量=N，85>N>1.25。
实施例2
如图2所示的一种气液混合装置，包括壳体1和水冷却机构4，所述壳体1内设有气泡发生器3，所述的气泡发生器3与壳体1之间设有磁力强度为1000-80000高斯的磁铁2；所述水冷却机构4的出水口通过管路连接气泡发生器的进水口。所述的气泡发生器为以下装置中的一种：微气泡发生器、纳米气泡发生器、微小气泡发生器、微纳米泡沫发生器。所述的水冷却机构可以是一个直流冷却水设备，也可以是多个串联的直流冷却水设备。
通过加装水冷却机构，在将水磁化之前将水温控制在0-45摄氏度之间，特别是可以尽量精确到35摄氏度，从而达到更好的溶解效果。
经过试验证明，采用本发明所制取的臭氧水溶液在35℃环境温度下的浓度半衰期达到5小时，而非本发明技术所制取的臭氧水溶液在同等条件下的最长浓度半衰期为5-10分钟。
采用本专利可实现对现有气液混合装置的有效气液混合比例提升52%以上，所制取气液混合溶液的浓度半衰期延迟124.5%，大幅提高了现有气液混合装置的气液混合性能。
除本发明所述的结构外，其余均为现有技术。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。