CN113173667A

CN113173667A - 海水淡化水的可补料型矿化系统

Info

Publication number: CN113173667A
Application number: CN202110603843.0A
Authority: CN
Inventors: 王琳; 张程贻; 牟春霞
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2021-06-01
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2041-06-01
Also published as: CN113173667B

Abstract

海水淡化水的可补料型矿化系统包括气水混合部分和可补料型矿化塔，可补料型矿化塔分为均匀布水区、矿化反应区和自动补料区。气水混合器包括三通、气水进口、气水出口、壳体、轴承、转轴、螺旋片、混合叶片，转轴上焊接有一组螺旋片和多组混合叶片，螺旋片位于进水口下方，混合叶片沿转轴等距分布。矿化塔布水区底设有进水口，布水区上设有隔板与矿化反应区分隔；矿化反应区填充石灰石颗粒，反应区侧面设有感应装置，反应区上一定高度处设有出水口；矿化塔上部设置自动补料区。本发明结构合理，提高了气水混合效率，解决了传统后矿化装置补料不均匀的缺点，自动化设计操作方便，适用性强，提高了后矿化效果的稳定性，具有很高的应用价值。

Description

海水淡化水的可补料型矿化系统

技术领域

本发明涉及海水淡化后的水矿化领域，特别涉及一种海水淡化水的可补料型矿化系统，可用CO₂酸化淡化水再以矿物进行矿化。

背景技术

海水淡化作为水资源的补充是解决沿海地区淡水资源短缺的重要途径，也是沿海地区可持续发展的必然要求。虽然海水淡化后水的纯度高且供给稳定，但在脱除水中盐分和有害离子的同时也脱除了对人体有益的成分，因此需对海水淡化水进行后矿化处理。目前常用的溶解矿石法是将淡化海水经过CO₂或硫酸酸化后溶解矿石进行矿化，但目前溶解矿石法的矿化系统中存在气水混合不均匀、矿化塔无法自动补料以及补料不均匀等缺点。

发明内容

针对溶解矿石法的矿化系统中气水混合器与矿化反应塔存在的问题，本发明设计了一种气水混合效率高、可自动均匀补料的海水淡化水的矿化系统。

海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于包括海水淡化装置、CO₂储罐、气水混合器与矿化塔9，由海水淡化装置产生的淡水通过带流量阀与加压泵的管路以及三通进入气水混合器；所述CO₂储罐内的CO₂通过带控制阀与气体流量计的管路以及三通进入气水混合器；

所述气水混合器包括水平放置的圆柱形壳体和壳体内的转轴，壳体两端上方分别设有气水入口和气水出口，所述气水入口与三通相连，所述气水出口与矿化塔底部的进水口相连；所述壳体两端分别设有轴承、密封圈和固定法兰，所述转轴两端分别安装于壳体两端的轴承，转轴上设有一组螺旋片和多组混合叶片，其中螺旋片设置于气水入口的正下方，且混合叶片的最大直径小于螺旋片的最大直径。

所述一组螺旋片共有四片，均匀围绕转轴焊接；所述混合叶片每组有四片，均匀围绕转轴焊接，各组混合叶片在转轴上等距离设置；混合叶片上设有过水孔，在混合叶片搅拌淡化水的同时，设置过水孔可进一步扰乱水流，使搅拌更加充分。淡化海水和CO₂从混合器进口进入，水气压力使螺旋片转动，带动转轴及混合叶片转动，提高混合效率。

所述矿化塔为可补料型矿化塔，塔体内自下而上依次设有布水区、矿化反应区、出水区和自动补料区；矿化塔底部设有与布水区相通的进水口；布水区由过水隔板与其上方的矿化反应区分隔；矿化反应区填充矿石填料；矿化反应区的外壁设有红外发射器，在红外线发射器相对一侧的外壁设有红外线感应器，红外线发射器通过塔壁上的透光孔射入矿化塔内，红外线感应器同样通过本侧塔壁上的透光孔接收红外射线；当矿化塔内的矿石填料（以石灰石颗粒最为普遍）低于二者所处高度时，红外线感应器接收到红外射线，并以此作为发出补充矿石填料指令的依据；位于矿化反应区上方的出水区的侧壁设有出水口；通过所述进水口将淡化海水泵入布水区，自布水区上升通过隔板进入矿化反应区，流经矿化反应区的石灰石颗粒柱时，充分进行矿化反应；矿化后水流继续上升并经过沉静降浊后从出水区侧壁的出水口输出；位于出水区上方的自动补料区储存石灰石颗粒，自动补料区底部设有圆心重合的上扇形旋转板和下扇形旋转板，上扇形旋转板和下扇形旋转板由马达控制开闭；当需要补料时，马达控制上扇形旋转板、下扇形旋转板的转动而形成出料口以进行补料。

所述布水区与矿化反应区的过水隔板为透水孔板，即过水隔板上均匀分布透水孔，且过水隔板上覆纱布或滤网以防止石灰石颗粒掉落。

所述出水口距矿石填料顶部的高度设为矿石填料高度的15%-30%，以使矿化后水沉静降浊，避免矿物颗粒随水流出。

所述自动补料区顶部有两侧可打开的防尘盖。

所述布水区是在进水口上方将可拆卸的过水隔板用支撑体进行支撑、从而在进水口与过水隔板之间形成的空间。

所述自动补料区的直径大于矿化反应区的直径，且位于自动补料区和矿化反应区之间的出水区设有一段变径区，使补充的石灰石颗粒均匀地填满矿化反应区，降低边壁效应，使反应充分进行。

所述自动补料区底部沿内壁设有一环形台，以支撑自动布料区的储料区；环形台的内缘有一环形嵌入槽，下扇形旋转板外边缘与环形台内缘的环形嵌入槽相嵌合；上扇形旋转板和下扇形旋转板是两块弧度介于330°~360°之间的扇形板；且上扇形旋转板半径大于下扇形旋转板，余出宽度即环形台的宽度；且环形台的内径与矿化反应区的内径一致。

所述马达通过外转轴和内转轴分别与上扇形旋转板和下扇形旋转板连接，当接收信号启动补料系统时，马达控制内外转轴先差速转动，使上扇形旋转板和下扇形旋转板在转动过程中形成补料口，再等速转动，使补料口匀速转动一周，均匀补料；补料结束后，马达控制下扇形旋转板加速转动，以关闭补料口。

发明优点

上述自动补料型海水淡化水矿化系统包括气水混合器与矿化塔，气水混合器利用通入的气体和液体动能转动，混合器内多组叶片可使气水均匀，环保节能。矿化塔设置有均匀布水区，可使水均匀通过矿化填料塔，提高了后矿化效果的稳定性。设置有红外装置可以检测矿化塔内填料量，在填料不足时自动打开填料口均匀补料，自动化设计操作方便，适用性强。自动填料口可以使储料区的石灰石颗粒均匀下落，弥补了传统后矿化装置补料不均匀的缺点，具有很高的创新性和应用价值。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为气水混合器的截面图。

图3为气水混合器的转轴、螺旋片及混合叶片的立体图。

图4为可补料型矿化塔的整体结构示意图。

图5为可补料型矿化塔的俯视图。

图6为可补料型矿化塔自动补料区底部可旋转板示意图。

图7为可补料型矿化塔布水区过水隔板示意图。

其中，1-海水淡化装置 2-CO₂储罐 3-控制阀 4-气体流量计 5-三通6-气水混合器 61-密封圈 62-固定法兰 63-轴承 64-转轴 65-螺旋片 66-混合叶片 67-过水孔 68-气水进口 69-气水出口7-流量阀 8-加压泵 9-可补料型矿化塔 91-进水口 92-底座 93-隔板支撑体 94-过水隔板 95-矿化反应区 96-红外线发射器 97-红外线接收器 98-变径区 99-出水口 910-环形台 911-下扇形旋转板 912-上扇形旋转板 913-矿石填料 914-防尘盖 915-马达 916-布水区 917-出水区 918-自动补料区。

具体实施方式

下面结合附图1-7对本发明进一步说明。

如图1、2，海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于包括海水淡化装置1、CO₂储罐2、气水混合器6与矿化塔9，由海水淡化装置1产生的淡水通过带流量阀7与加压泵8的管路以及三通5进入气水混合器6；所述CO₂储罐2内的CO₂通过带控制阀3与气体流量计4的管路以及三通5进入气水混合器6；

所述气水混合器6包括水平放置的圆柱形壳体60和壳体60内的转轴64，壳体60两端上方分别设有气水入口68和气水出口69，所述气水入口68与三通5相连，所述气水出口69与矿化塔9底部的进水口91相连；所述壳体60两端分别设有轴承63、密封圈61和固定法兰62，所述转轴64两端分别安装于壳体60两端的轴承63，转轴64上设有一组螺旋片65和多组混合叶片66，其中螺旋片65设置于气水入口68的正下方，且混合叶片66的最大直径小于螺旋片65的最大直径。

如图3，所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述一组螺旋片65共有四片，均匀围绕转轴64焊接；所述混合叶片66每组有四片，均匀围绕转轴64焊接，各组混合叶片66在转轴64上等距离设置；混合叶片66上设有过水孔67，在混合叶片66搅拌淡化水的同时，设置过水孔67可进一步扰乱水流，使搅拌更加充分。淡化海水和CO₂从混合器进口进入，水气压力使螺旋片转动，带动转轴及混合叶片转动，提高混合效率。

如图4，所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述矿化塔9为可补料型矿化塔，塔体内自下而上依次设有布水区916、矿化反应区95、出水区917和自动补料区918；矿化塔9底部设有与布水区916相通的进水口91；布水区916由过水隔板94与其上方的矿化反应区95分隔；矿化反应区95填充矿石填料913；矿化反应区95的外壁设有红外发射器96，在红外线发射器96相对一侧的外壁设有红外线感应器97，红外线发射器96通过塔壁上的透光孔射入矿化塔内，红外线感应器97同样通过本侧塔壁上的透光孔接收红外射线；当矿化塔内的矿石填料（以石灰石颗粒最为普遍）低于二者所处高度时，红外线感应器97接收到红外射线，并以此作为发出补充矿石填料指令的依据；位于矿化反应区95上方的出水区917的侧壁设有出水口99；通过所述进水口91将淡化海水泵入布水区916，自布水区916上升通过隔板94进入矿化反应区95，流经矿化反应区95的石灰石颗粒柱时，充分进行矿化反应；矿化后水流继续上升并经过沉静降浊后从出水区917侧壁的出水口99输出；位于出水区917上方的自动补料区918储存石灰石颗粒，自动补料区918底部设有圆心重合的上扇形旋转板912和下扇形旋转板911，上扇形旋转板912和下扇形旋转板911由马达915控制开闭；当需要补料时，马达915控制上扇形旋转板912、下扇形旋转板911的转动而形成出料口以进行补料。

如图7，所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述布水区916与矿化反应区95的过水隔板94为透水孔板，即过水隔板94上均匀分布透水孔，且过水隔板94上覆纱布或滤网以防止石灰石颗粒掉落。

所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述出水口99距石灰石填料顶部的高度设为矿石填料高度的15%-30%，以使矿化后水沉静降浊，避免矿物颗粒随水流出。

如图5，所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述自动补料区918顶部有两侧可打开的防尘盖914。

如图4，所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述布水区916是在进水口91上方将可拆卸的过水隔板94用支撑体93进行支撑、从而在进水口91与过水隔板94之间形成的空间。

如图4，所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述自动补料区918的直径大于矿化反应区95的直径，且位于自动补料区918和矿化反应区95之间的出水区917设有一段变径区98，使补充的石灰石颗粒均匀地填满矿化反应区，降低边壁效应，使反应充分进行。

如图4，所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述自动补料区918底部沿内壁设有一环形台910，以支撑自动布料区的储料区；环形台910的内缘有一环形嵌入槽，下扇形旋转板911外边缘与环形台910内缘的环形嵌入槽相嵌合；上扇形旋转板912和下扇形旋转板911是两块弧度介于330°~360°之间的扇形板；且上扇形旋转板912半径大于下扇形旋转板911，余出宽度即环形台910的宽度；且环形台910的内径与矿化反应区95的内径一致。

如图6，所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述马达915通过外转轴和内转轴分别与上扇形旋转板912和下扇形旋转板911连接，当接收信号启动补料系统时，马达915控制内外转轴先差速转动，使上扇形旋转板912和下扇形旋转板911在转动过程中形成补料口，再等速转动，使补料口匀速转动一周，均匀补料；补料结束后，马达915控制下扇形旋转板911加速转动，以关闭补料口。

实施例

如图1所示，本海水淡化水的可补料型矿化系统主要由气水混合区和可补料型矿化塔组成。经过海水淡化装置1的淡化水通过流量阀7控制出水流量，通过加压泵8泵入气水混合器三通5。同时CO₂储罐2中的CO₂用控制阀3及气体流量计4控制CO₂流量，泵入气水混合器三通5的另一端。淡化海水和CO₂通过气水混合器进水口68，水气压力使螺旋片65转动，带动转轴64及其上混合叶片66转动。混合充分后的酸化水通过混合器出水口69出水，进入可补料型矿化塔底部进水口91。气水混合器6两端用密封圈61密封，并用法兰62与外壳60固定，增加密封度的同时便于拆卸维护。气水混合器6管内两端设置轴承63降低转轴64的摩擦，减少转动搅拌的能量消耗。螺旋片65对应气水混合器进水口68设置，螺旋片65的最大直径略小于气水混合器壳体60的管内直径，带动转轴64转动并防止与内管产生摩擦。混合叶片66最大直径小于螺旋片65直径，在防止与管壁摩擦的同时充分搅拌混合水气。混合叶片66边缘设置为尖薄型，利于切割混合水流并降低混合能量损失。混合叶片上有过水孔67，在混合叶片66搅拌淡化水的同时，设置过水孔67可以进一步扰乱水流，使搅拌更加充分。

可补料型矿化塔主要包括布水区916、矿化反应区95、自动补料区918。经过酸化的淡化海水通过矿化塔底部的进水口91泵入布水区916，水充满布水区916后，以上升流的方式进入矿化反应区95，均匀分布在矿化塔柱体内。矿化塔的布水区916与矿化反应区95以过水隔板94分隔，过水隔板94均匀地布有过水孔，过水隔板94上覆纱布或细密滤网，防止矿化反应区内的矿石填料落入布水区916。布水区916内有支撑体93支撑过水隔板94，过水隔板94可拆卸，便于后期更换维护。

矿化反应区95填入一定高度的矿石，与酸化后的淡化海水进行反应，反应后的矿化水经过一定高度的沉静降浊后从矿化塔侧面的出水口99出水。矿化反应区的矿化填料最低限度处的塔壁两侧有红外线发射器97和红外线接收器98，二者处于塔壁的同高度、正对面位置，通过塔壁上的透光孔向塔内发射和接收光线。当矿化塔内矿石填料充足时，红外线接收器98接收不到红外线，当矿石填料低于最低限度时，红外线接收器98接收红外线，传递信号启动补料系统开始补料。

自动补料区位于塔顶部，自动补料区底部由两个330°~360°的近扇面的可旋转挡板作为补料闸门。上扇形旋转板912半径略大于下扇形旋转板911，余出宽度底部沿矿化塔壁加一圈环形台910作为支撑体来支撑储料仓，下扇形旋转板911外圈与环形台910内圈无缝嵌合。下扇形旋转板911的圆心角略大于上扇形旋转板912，下扇形旋转板911的板体直线边缘为尖薄型。自动补料区918柱体粗于矿化反应区95柱体，自动补料区918底部与矿化反应区通过变径区98相接，使部分飞溅的填料也能沿塔壁落入矿化反应区。自动补料区918顶部有可打开的防尘盖914。当接收信号启动补料系统时，马达915启动，差速旋转两个扇形旋转板，露出补料口，并使补料等速转动一段时间，均匀补料。补料接近完成时，差速选择两个扇形旋转旋转板，使补料口关闭，停止旋转两个扇形旋转板，补料结束。

Claims

1.海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于包括海水淡化装置（1）、CO₂储罐（2）、气水混合器（6）与矿化塔9，由海水淡化装置（1）产生的淡水通过带流量阀（7）与加压泵（8）的管路以及三通（5）进入气水混合器（6）；所述CO₂储罐（2）内的CO₂通过带控制阀（3）与气体流量计（4）的管路以及三通（5）进入气水混合器（6）；

所述气水混合器（6）包括水平放置的圆柱形壳体（60）和壳体（60）内的转轴（64），壳体（60）两端上方分别设有气水入口（68）和气水出口（69），所述气水入口（68）与三通（5）相连，所述气水出口（69）与矿化塔（9）底部的进水口（91）相连；所述壳体（60）两端分别设有轴承（63）、密封圈（61）和固定法兰（62），所述转轴（64）两端分别安装于壳体（60）两端的轴承（63），转轴（64）上设有一组螺旋片（65）和多组混合叶片（66），其中螺旋片（65）设置于气水入口（68）的正下方，且混合叶片（66）的最大直径小于螺旋片（65）的最大直径。

2.如权利要求1所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述一组螺旋片（65）共有四片，均匀围绕转轴（64）焊接；所述混合叶片（66）每组有四片，均匀围绕转轴（64）焊接，各组混合叶片（66）在转轴（64）上等距离设置；混合叶片（66）上设有过水孔（67），在混合叶片（66）搅拌淡化水的同时，设置过水孔（67）可进一步扰乱水流，使搅拌更加充分。

3.如权利要求1所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述矿化塔（9）为可补料型矿化塔，塔体内自下而上依次设有布水区（916）、矿化反应区（95）、出水区（917）和自动补料区（918）；矿化塔（9）底部设有与布水区916相通的进水口（91）；布水区（916）由过水隔板（94）与其上方的矿化反应区（95）分隔；矿化反应区（95）填充矿石填料（913）；矿化反应区（95）的外壁设有红外发射器（96），在红外线发射器（96）相对一侧的外壁设有红外线感应器（97），红外线发射器（96）通过塔壁上的透光孔射入矿化塔内，红外线感应器（97）同样通过本侧塔壁上的透光孔接收红外射线；当矿化塔内的矿石填料低于二者所处高度时，红外线感应器（97）接收到红外射线，并以此作为发出补充矿石填料指令的依据；位于矿化反应区（95）上方的出水区（917）的侧壁设有出水口（99）；位于出水区（917）上方的自动补料区（918）储存石灰石颗粒，自动补料区（918）底部设有圆心重合的上扇形旋转板（912）和下扇形旋转板（911），上扇形旋转板（912）和下扇形旋转板（911）由马达（915）控制开闭。

4.如权利要求3所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述布水区（916）与矿化反应区（95）的过水隔板（94）为透水孔板，即过水隔板（94）上均匀分布透水孔，且过水隔板（94）上覆纱布或滤网以防止石灰石颗粒掉落。

5.如权利要求3所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述出水口（99）距矿石填料顶部的高度设为矿石填料高度的15%-30%。

6.如权利要求3所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述自动补料区（918）顶部有两侧可打开的防尘盖（914）。

7.如权利要求3所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述布水区（916）是在进水口（91）上方将可拆卸的过水隔板（94）用支撑体93进行支撑、从而在进水口（91）与过水隔板（94）之间形成的空间。

8.如权利要求3所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述自动补料区（918）的直径大于矿化反应区（95）的直径，且位于自动补料区（918）和矿化反应区（95）之间的出水区（917）设有一段变径区（98）。

9.如权利要求8所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述自动补料区（918）底部沿内壁设有一环形台（910）；环形台（910）的内缘有一环形嵌入槽，下扇形旋转板（911）外边缘与环形台910内缘的环形嵌入槽相嵌合；上扇形旋转板（912）和下扇形旋转板（911）是两块弧度介于330°~360°之间的扇形板；且上扇形旋转板（912）半径大于下扇形旋转板（911），余出宽度即环形台（910）的宽度；且环形台（910）的内径与矿化反应区（95）的内径一致。

10.如权利要求8所述的海水淡化水的可补料型矿化系统，其特征在于所述马达（915）通过外转轴和内转轴分别与上扇形旋转板（912）和下扇形旋转板（911）连接，当接收信号启动补料系统时，马达（915）控制内外转轴先差速转动，使上扇形旋转板（912）和下扇形旋转板（911）在转动过程中形成补料口，再等速转动，使补料口匀速转动一周，均匀补料；补料结束后，马达（915）控制下扇形旋转板（911）加速转动，以关闭补料口。