气液混合系统及方法
【技术领域】
[0001] 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系统及 方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 这几年的实验研宄发现，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 幅提尚，气液混合溶液中气体成分的浓度大幅提升，效率可提尚70%以上。
[0004] 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】
[0005] 本发明提供了一种气液混合系统及方法，可以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。
[0006] 本发明采用以下技术方案：气液混合系统，包括水磁化机构和气液混合机构，所述 的气液混合机构的进水口通过管路连接水磁化机构的输出端。
[0007] 进一步的，所述的水磁化机构包括塑料内管，所述塑料内管的外部包覆有磁铁。
[0008] 进一步的，所述磁铁的磁力强度为1000-80000高斯。
[0009] 进一步的，所述的气液混合机构为以下装置中的一种或多种：气泡发生器、气液混 合设备。
[0010] 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。
[0011] 进一步的，所述的气液混合设备为以下装置中的一种：气液混合泵、射流器、静态 混合器。
[0012] 进一步的，该系统还包括水冷却机构，所述水冷却机构的输出端连接水磁化机构 的输入端。
[0013] 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。
[0014] 基于上述的系统，提供了一种气液混合方法，其特征在于，所述的方法包括以下步 骤：将水体磁化后，气体和磁化水按照一定的比例进入气液混合机构，实现气液混合。
[0015] 进一步的，同时吸入气液混合机构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。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017] 1、通过安装在气液混合机构前端的水磁化机构实现对水体的磁化，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，例如经过磁化的水体对臭氧气体的溶 解率是未经过磁化水体溶解率的2-3倍，这样大幅增加了磁化水进入气液混合机构后，经 过高速回旋形成微小气泡实现的气液混合效果，可有效避免形成大气泡溢出的情形，在最 佳水体温度下，有效提高气体的溶解率。
[0018] 2、经过气液混合机构的处理，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液混合机构后，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液混合机构后，水体中的气体成 分迅速溢出水体，浓度迅速下降的情况。
[0019] 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。
[0020] 4、通常水温越低气液混合效果越好，因此本专利提出根据实际应用需要通过控制 水温，尽量降低水温，以增强气液混合效果。
[0021] 5、根据实际需求和实验，计算出了气体和水体的流速比例，充分利用了磁化水的 溶解效率，大大提高了气液混合效果。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明实施例1的系统原理结构框图；
[0023] 图2为本发明实施例2的系统原理结构框图；
[0024] 图3为本发明实施例3的系统原理结构框图；
[0025] 图4为本发明实施例4的系统原理结构框图。
【具体实施方式】 [0026] 实施例1
[0027] 如图1所示的气液混合系统，包括水磁化机构和气泡发生器，水磁化机构通过管 路与气泡发生器的进水口连接。其中，气泡发生器为一个或多个，多个气泡生成器并联设 置。所述的水磁化机构包括塑料内管，塑料内管外包覆有磁力强度为1000-80000高斯的 磁铁。
[0028] 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：
[0029] 1)微气泡发生器：
[0030] 工作原理：
[0031] 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。
[0032] 使用效果：
[0033] 形成的气泡直径为100 μπι到500 μπι，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10-20ΡΡΜ，在35°C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。
[0034] 2)纳米气泡发生器：
[0035] 工作原理：
[0036] 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。
[0037] 使用效果：
[0038] 形成的气泡直径为Inm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°C的情况下，所制取臭氧溶液浓度半衰期为120分钟。
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 3)微小气泡发生器
[0042] 工作原理：
[0043] 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。
[0044] 使用效果：
[0045] 溶解效率可达40~60%，得到的微气泡直径为5 μπι到30 μπι。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