CN110040823A - 一种在海水淡化及提取海盐设施里稳定流体流速的方法 - Google Patents

Abstract

一种在海水淡化及提取海盐设施里稳定流体流速的方法，就是在淡化海水及提取海盐设备设施里,把用水泵等设备把水抽到一个水池里，通过溢流口的高度来控制这个水池的水面高度，继而来控制工作水槽里的水压，控制了工作水槽里的水压就是控制了工作水槽里的水流的速度，从而避免了用水泵直接供水时，由电机柴油机本身的震动，水泵扇叶提供压力的变化，电压的变化等引起水流速度的变化。

Description

一种在海水淡化及提取海盐设施里稳定流体流速的方法

技术领域

涉及海洋化工领域。

背景技术

目前海水淡化技术大体分为两种，蒸馏法和膜法，这两种方法都需要很大的能量，成本很高，达到0.5到1.0美金；这两种方法产能也小，靠蒸馏法慢慢地传导热量和膜法慢慢地渗透来淡化海水，产量太小了。科学家们多数寻求其他方法来实现成本降低和产能增加。本发明就是一种利用地球磁场来淡化海水的发明，因为离子受到洛伦兹力不做功，所以该方法淡化海水的成本低廉。同理，能淡化海水就是能浓缩海水，然后再分拣离子就可以得到想需要的海盐溶液，进而得到盐，这比起在陆地开矿要好的多，成本低，污染少。目前利用地球磁场淡化海水和利用地球磁场提取海盐的研究正逐步取得进展，但是对于水槽里的水流的流动形态却是没有解决办法。

发明内容

一种在淡化海水及提取海盐设备设施里稳定流体流速的方法，就是在淡化海水及提取海盐设备设施里,把用水泵等设备把水抽到一个水池里，通过溢流口的高度来控制这个水池的水面高度，继而来控制工作水槽里的水压，控制了工作水槽里的水压就是控制了工作水槽里的水流的速度，从而避免了用水泵直接供水时，由电机柴油机本身的震动，水泵扇叶提供压力的变化，电压的变化等引起水流速度的变化。

目前利用地球磁场淡化海水和利用地球磁场提取海盐的研究正逐步取得进展，但是对于水槽里的水流的流动形态却是没有解决办法。下面就是这技术概况：

利用地球磁场淡化海水就是用一个垂直于地球磁力线的水槽来抽取海水，使海水在水槽里高速流动，海水在高速流动，那么也就是海水中的离子相对于地球磁场在做高速运动，由于水的流动方向是垂直于地球磁力线的，那么运动的离子就会受到垂直速度方向的洛伦兹力作用，那么阴阳离子就会分别向两边运动，向两边靠拢，中间区域就会留下没有离子的淡水，等水流到水槽末端，再把中间区域的水隔离出来就是淡水,如图1,图2,图3,其中图1是外观图,图2是内部结构图，图3是分析图,其中图1里的注释1,2,图2里的注释3,4表示的都是隔板,用来分开淡水和带离子的水.图3里的L1,L2,L3,L4是影响淡化海水的几个参数;图3里的3-1表示海水流动方向,3-2表示离子运动的类似轨迹,3-3是淡水流出的出口,3-4和3-5是带离子的水流出的出口,3-4和3-5两种水混合一起就是浓缩后的海盐溶液。但是在隔离淡水时，要求这个水流不能是湍流，要求是层流，也就是离子要按照洛伦兹力的作用运动，不能又跑到中间区域去了，那样中间区域就不是淡水了。更准确低说，要垂直于地球磁力线和水流流动方向的方向上是层流，不能干扰离子的运动，至于水槽在地球磁力线方向，则对离子运动没有影响。

利用地球磁场提取海盐就是利用地球磁场分拣离子，把海水泵入置于地球磁场环境里的一个垂直于地球磁力线的水槽里，海水在水槽体里流动，也就是离子在运动着，海水中的离子就会在地球磁场的作用下运动，等离子完成了在洛伦兹力等作用下的运动后，带电的阴阳离子就会分别靠到了水槽的两边上去了，等海水流到这个水槽末端，离子就会再次在地球磁场里做运动，这时所有的离子都在同一起跑线上，再根据各种离子带电的大小，离子体积大小也就是离子运动阻力的大小，离子的质量大小等因素影响造成离子到达另外一个水槽外壁的先后顺序，可以计算出或者测出所要提取的离子会出现的区域，再在这个区域里收集所需的离子，再按同样的方法收集所需的另一相反极性离子，然后把这两种离子按等电量加在一起，就是所需的海盐溶液，其余的离子不需要的，就随海水一起流走了。再对这收集到海盐溶液浓缩提纯，结晶，就会得到想要的盐分，进而得到想要的金属,如图4,图5,图6,图7,其中图4是外观前视图,图5是外观后视图,图6是内部结构图，图7是分析图,其中图4里的注释5,注释6表示海水进口的隔板,离子要先运动到这个板上,再在这同一起跑线上开始分拣,图5里的注释7,8,9,10表示分拣离子的隔板,用来截取所想要的离子，图6里的注释11表示切掉上盖的内部结构.图7里的L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7，L8是影响淡化海水的几个参数，可以根据不同的离子来调整这几个参数就可以分拣离子，图7里的7-1表示海水流动方向，7-2表示离子运动的类似轨迹，7-3和7-4是表示分拣的类似轨迹，7-5,7-6,7-7,7-8,7-9,7-10是各种离子收集的区域，不同的离子收集的区域不同，参数也不同。同样地这里要求这个水流不能是湍流，要求是层流，也就是离子要按照洛伦兹力的作用运动，不能又跑到中间区域去了。同理，也是要垂直于地球磁力线和水流流动方向的方向上是层流，不能干扰离子的运动，至于水槽在地球磁力线方向，则对离子运动没有影响。

因为离子受到的洛伦兹力是垂直于离子的运动方向的，所以离子在水槽里是做圆周运动（参照物为水流时），要实现海水淡化和分拣离子提取海盐，那么就要使离子在水槽里的运动半径大于水槽在这个方向的尺寸（这个方向是指垂直磁力线和水流流动方向的方向）。那么多的离子，只管运动半径最小的就可以了。F（向心力）=MV^2/R,F（洛伦兹力）=QVB(B是磁场强度),这时，洛伦兹力就是向心力，F（向心力）=MV^2/R=F（洛伦兹力）=QVB，即可得到 R=MV/QB,V,B是设备参数，M和Q是离子参数，所以最小半径的离子应该是镁离子，其余的小半径离子含量很小。离子运动半径，R=MV/QB，以钾离子为例，钾离子的质量为6.5×10^-26kg，带电荷为1.6021892x10^-19库仑，假定磁场强度为1特斯拉，要想离子运动半径为0.01M的话，那么离子运动的速度约为5 x10^5 M/S，这个运动速度很大，炸药爆炸的速度是8000 M/S，这个算出来的速度大体是爆炸速度的100倍，这是不可能做到的，所以只有减小磁场了，那就以平常速度1 M/S，要想离子运动半径为0.01M来算，那么磁场强度大概是5 x10^-5特斯拉，而这个值差不多就是地球磁场的强度，地球磁场是最小的了，其它人工磁场都比地球磁场要大。所以用地球磁场为工作磁场,同时水槽在垂直磁力线和水流流动方向的尺寸为0.02-0.05米之间较为适当,其它的尺寸也可以,速度在1-25米每秒之间为适当,其它的速度也可以.选用其它尺寸和其它速度的,有些条件可能会苛刻些.

根据这个关系，利用地球磁场，海水速度在正常范围内，如1-25米每秒，那么水槽的在这个方向的尺寸大约是0.01米左右，太小了想把水流里的淡水分开，分不开的，尺寸小成本大产量小，水槽在这个方向的尺寸大了离子就会在水槽里做圆周运动。但是水的粘度低，在这个尺寸这个速度下的水槽里的水是湍流状态，不利于分开淡水和带离子的水，而要实现淡化海水和提取海盐，这个就不可以了。水在一般状态下基本上都是湍流的。

判断水流动形态的,大学化工原理里有讲到，有个雷诺系数, 中文名称,雷诺数,英文名称：Reynolds number 。雷诺根据实验结果指出，水流流动型态由下列因素决定：（1）流速,流速小时容易出现层流，流速大时则发生紊流；（2）管道直径,在其他条件不变的情况下，管道直径小易发生层流，直径大易发生紊流；（3）粘滞性,粘滞性大的水体易发生层流，粘滞性小的水体易发生紊流.雷诺把这几个因素综合在一起，得出：Re=ρvd/r 式中；Re为雷诺数，ρ为流体密度，d为管道直径，v为管道中平均流速，r为液体的动力粘度。雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流（也称湍流）流动状态，一般管道雷诺数Re4000以上为紊流状态，Re=2000～4000为过渡状态，管道雷诺数为Re2000以下为层流状态。在不同的流动状态下，流体的运动规律、流速的分布等都是不同的，因而管道内流体的平均流速υ与最大流速υmax的比值也是不同的。因此雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。对于海水淡水而言，Re=ρvd/r=1000kg/m^3*v*d/0.000894N.S/M^2,约为1*10^6*V*d，据此计算，水的流动形态多为湍流。要想Re小于2000，速度按2米每秒，那么直径要在0.001米，即1.0毫米以下。这么小的尺寸，这么小的水流，还要分成三股，取中间的淡水出来，很难做的到，所以要从其他方面考虑了。其实湍流并不是高雷诺数激发的，而是水流扰动激发的。层流是流动的稳定状态，水流出现的扰动如果能够被抑制，流动就一直是稳定的层流；如果水流扰动无法被抑制，就会导致流动失稳，层流就转捩为湍流。

一般情况下水槽壁附近水的流速要比水槽中心里水的流速要小很多，因为水和水槽壁之间有摩擦作用，水的流速是从水槽中心向水槽壁呈梯度减小的,靠近水槽壁的速度最小,水槽中心的速度最大。当水的整体流速有变化时，中心区域速度的变化要比靠近水槽壁的变化要剧烈的多，不同速度的区域就会搅动，从而形成湍流，所以说控制水流的形态是层流，就要控制水流的流速要恒定，不能变化.当水流为湍流时，水流动的形态是很复杂的，水槽壁旁边的水有可能跑到水槽中心里去，水槽中心里的水有可能跑到水槽壁旁边去。

所以控制水流的整体流速恒定成为水槽内是层流的关键。

水流速度变化的原因有很多，有电机柴油机本身的震动，水泵扇叶提供压力的变化，电压的变化等等都可能成为速度变化的根由。本发明就是要避免这些因素对水槽里的水流速度的影响。

因为用压力也可以提供水流的速度，所以就用一个高度的水池来提供水压，就可以提供稳定的水速了，在这里只需稳定好水压就可以了，也就是控制好水面的高度。于是设计出一个水池，如图8，其中注释12是进水管，13是溢流口，14是进水池，15是出水池,16是工作的水槽（就是海水淡化的水槽或离子分拣水槽），17是进水池和出水池的隔板，18是水槽进口挡板。当进水管的流量大于水槽的流量时，溢流口就会有水溢流出来，这时出水池的水面就会不变，与溢流口的高度一致，这样由于出水池的水面不变，那么水槽里水的流速就不会变。进水池与出水池中间有个挡板，即是注解17，这个挡板是为了把进水管向进水池加水时引起进水池水面波动隔离开来，避免出水池的水面受到影响，这个挡板下部没有到底的，与水池底部还有一些距离，所以进水池和出水池在底部是连通的，如图9里的注释19，水槽进口挡板也比溢流口低许多，不能和溢流口一样高，如图9里的注释20。水槽进口挡板，注解18，是为了避免进水池的水直接流进水槽里去。这样由于溢流口是水池的固定结构，那么水池的水面就业是固定的，那么水流的速度也是固定，这样就解决了水流湍流的问题。由此可以看出，稳定水流速度的条件：1；进水管的流量大于工作水槽（工作水槽也是海水淡化水槽或者离子分拣水槽）的流量。2；进水池与出水池要用隔板隔开。3；有一个溢流口来控制水面高度。另外，当水池足够大时，水池里的水面也会有小波动，这时可以把水池的进水池和出水池的上部分割成多个小区域，这样水面的波动就小了，这个分割的墙壁也不能直接到水池底部，和图8里的注释17一样就可以了；还有整个水池的墙壁要高出水面一个距离，也就是高出溢流口一个距离，这样是为了防止风等因素影响水面的波动,原则上大于一平方米的水面就要分割成多个小平面。尽量把影响水面波动的因素考虑完全，这样效果就更好，控制这个水面波动比控制电机柴油机本身的震动，水泵扇叶提供压力的变化，电压的变化等要容易很多。

同理，离子分拣的道理也和海水淡化类似，水池也要采用同样的方法来解决。

总的说来，这个在淡化海水及提取海盐设备设施里稳定流体流速的方法，就是把用水泵等设备把水抽到一个水池里，通过控制这个水池的水面来控制水压，控制了水压就是控制水流的速度，从而避免了用水泵直接供水时，由电机柴油机本身的震动，水泵扇叶提供压力的变化，电压的变化等引起水流速度的变化。

实施方式

这个水池制作就很简单了，一般根据水流的流速多少，可以计算出多少高度的水压可以产生这么大的流速，就可以确定水池里保持恒定的水面与工作的水槽的高度差，也就确定了溢流口的高度，根据工作水槽的流量，大体就可以确定溢流口的宽度，同时也基本确定了进水管的流量，因为要保证溢流口总是有水溢流出来，那么进水管得流量必须大于水槽工作时的流量，比它大多少取决于保险系数。这个水池子可以用水泥混泥土来浇注，这是大型的，小型的就可以用铁板，玻璃，塑料板等材料制作，没有什么特殊要求。因为这个海水淡化方式或离子分拣方式是把海水流过水槽就可以实现，更有洛伦兹力不做功，所以成本远远低于其他方式，产能也比其它方式要大很多。由于避开了蒸馏法的热慢慢传导，水蒸气慢慢凝结，也避开了膜法的离子慢慢渗透，所以该方式大大优于蒸馏法和膜法。

附图说明：

图1：单个海水淡化（海水浓缩）处理单元后视图。

图2：单个海水淡化（海水浓缩）处理单元内部结构图。

图3：单个海水淡化（海水浓缩）处理单元分析图。

图4：单个离子分拣处理单元前视图。

图5：单个离子分拣处理单元后视图。

图6：单个离子分拣处理单元内部结构图。

图7：单个离子分拣处理单元分析图。

图8：水池外观图。

图9：水池内部结构图。

Claims (4)

1.一种在淡化海水及提取海盐设备设施里稳定流体流速的方法, 其特征在于把用水泵等设备把水抽到一个水池里，通过溢流口的高度来控制这个水池水面的高度，继而来控制了工作水槽的水压，控制了工作水槽的水压就是控制工作水槽的水流的速度，从而避免了用水泵直接供水时，由电机柴油机本身的震动，水泵扇叶提供压力的变化，电压的变化等引起水流速度的变化。

2.如权利要求1所述，一种在淡化海水及提取海盐设备设施里稳定流体流速的方法,其特征在于进水管的流量大于工作水槽（工作水槽也是海水淡化水槽或者离子分拣水槽）的流量。

3.如权利要求1所述，一种在淡化海水及提取海盐设备设施里稳定流体流速的方法,其特征在于进水池与出水池要用隔板隔开。

4.如权利要求1所述，一种在淡化海水及提取海盐设备设施里稳定流体流速的方法,其特征在于水池有一个溢流口来控制水面高度。