带有空气喷射器的亚硫酸发生器的制作方法

专利名称：带有空气喷射器的亚硫酸发生器的制作方法
背景技术：
本申请要求的优先权为递交于1998年8月8日的未审定专利申请09/131,121和递交于1999年8月5日的未审定专利申请(序号未定)。
农业用水占据了世界用水量的大部分。在某些地区，农业用水供应是充足的，但由于其水质为碱性而不适合于农业应用。碱度是影响土壤和灌溉用水质量、效率及工作的重要因素。由于水中钠钙比率或高pH而引起的灌溉用水碱度相对增加使得灌溉用水对土壤、作物生长及灌溉用水效果产生不利影响。通过向含碱水中加入低pH值的亚硫酸降低其碱度或pH值，这类改良后的水可适用于土壤恢复及灌溉。
本发明主要涉及一种设备，其可以一种简单有效的方式制备亚硫酸。特别地，本发明涉及一种亚硫酸发生器，其通过燃烧硫以产生二氧化硫气体来制备亚硫酸。二氧化硫气体经过输送并与已注入空气的水接触，最终与水反应制得亚硫酸，与此同时，事实上消除了将二氧化硫气体排入空气的危险。
发明简述本发明涉及亚硫酸发生器，其能通过向碱性水中加入由发生器制备的亚硫酸降低水的碱度和/或pH值，来改善碱性灌溉水。除了让水的碱性减弱之外，由于在碱性水中加入亚硫酸，增加了水中的硫作为营养成分的作用，改善了土壤的毛细作用，提高阳离子交换能力，并且减少了尾水流失及耕地和施肥的费用。
对于许多农业装置而言，由于需要技术培训来运行和特殊技术维护及保养，复杂的农业机械并不实用。象亚硫酸发生器，改善设计能降低成本，简化操作、维护及保养，且增加效率和安全性，从而使机械更适合于农业应用。本发明涉及一种亚硫酸发生器，其易于制造、操作、维护及保养，并且其有效地制备、储存和反应生产二氧化硫气体及亚硫酸，不会使接近机械的用户或其他生物暴露于危险的二氧化硫排放物之中。
本发明无须采用特定的能源，因此其用途不限于使用特定能源，诸如电力或发电备用的场所。本发明可达到上述目标。
与现有技术不同，本发明的设计使富含空气/氧气的水与二氧化硫气体最大程度地接触，水与二氧化硫气体的接触时间最大化，无须在系统中设定有效的辅助压力或依靠加压或提高气体温度来使二氧化硫气体流过亚硫酸发生器。这样降低了亚硫酸发生器的复杂性，减少了现有技术中采用的附加设备如空气压缩机。
本发明主要涉及硫给料器、燃烧室、空气喷射器、气体管道、混合槽，以及排气管道。
优选地，硫给料器可容纳数百磅粉末状或片状硫。硫给料器可采用不同的材料或其组合制成。在优选实施例中，硫给料器由不锈钢和塑料制成。硫给料器通过硫给料器底部的通道连接到燃烧室。管道连接于燃烧室的底部。硫给料器中的硫自重使硫通过底部的通道进入燃烧室，连续提供硫用于燃烧。使用抗空穴化耙子或刮刀可增大硫给料流量。
燃烧室顶部设有进口点火装置，通过该装置硫被点燃，燃烧室一侧设有空气入口，通过该入口通进氧气助硫燃烧。硫燃烧生成二氧化硫气体。在优选实施例中，燃烧室的底部是可拆卸的，以便于进入燃烧室进行维护与保养。燃烧室由能够耐受硫腐蚀和燃烧热的材料制成，优选使用不锈钢。
二氧化硫气体通过燃烧室顶部的排气出口从燃烧室出来，被引入第一管道。第一管道可由不锈钢制成。
给料水由第二管道导入，其可通过第二管道以任何可输送充足的水及压力的方式取自水源，诸如高位水槽或机械或电力泵。沿第二管道的长度方向，空气及其氧成分喷射入周围的水中。
第一管道和第二管道结合并与第三管道连接。第三管道包括混合部、接触容器部及搅拌部，以及用于将亚硫酸和未反应二氧化硫气体排出的装置。在第三管道中，二氧化硫气体和富含空气/氧气的水彼此相互接触形成亚硫酸。第三管道可由聚乙烯塑料制成。
第三管道的混合部设有装置，所述装置使第一管道中的二氧化硫气体和第二管道中所有的水成为包含的同向流体而彼此接触。系统和方法中用来制备亚硫酸的绝大部分水被导入第三管道，并流过第三管道中的一个以上的接触容器部及搅拌部通过接触装置。此后，水及二氧化硫气体流过一个以上接触容器，依靠自重排放进入混合槽。
水导入第三管道与二氧化硫气体同向流动，以形成环状水柱，同时，二氧化硫气体在环状水柱中流动，从而将水及二氧化硫混合在一起。优选实施例中，水导入气体管道中并通过喷射器，这样无须给二氧化硫气体加压及使用排气扇，就可使二氧化硫气体通过第一管道。水和二氧化硫气体在这段时间内保持彼此相互接触流过第三管道部分。在接触区，一部分二氧化硫气体与水反应，生成亚硫酸。
搅拌部设有装置，所述装置用于混合及搅拌同向流动的二氧化硫气体与水/亚硫酸。搅拌部强化了二氧化硫气体的反应及分散。第三管道中的弯曲或设于第三管道中的障碍物是经周密设计的、在搅拌部中用于混合及搅拌的可能装置。搅拌同向流动的二氧化硫气体及水进一步促进了混合池中二氧化硫气体与水的反应。亚硫酸和二氧化硫气体通过排放亚硫酸和未反应二氧化硫气体的装置排出第三管道。
排出口代表一种用于排放亚硫酸和未反应二氧化硫气体可行的实施方式。排出口使管道内容物进入气体浸没区。
亚硫酸和未反应二氧化硫气体通过排放排出第三管道，进入混合槽。一个实施例中，混合槽被堰分成两个区，即池区和排水区或出口区。亚硫酸和二氧化硫气体从第三管道排出口进入池区。当亚硫酸倾入混合槽，形成一亚硫酸池，其深度等于堰的高度。全部的时间内，从第三管道排出的亚硫酸和未反应二氧化硫气体在混合槽池区中的液体水平之上。
换而言之，来自第三管道的排出物的位置始终在池区平面之上，这样在开放(未关闭)状态下，管道中排出的二氧化硫气体可直接通入并浸没于池区。或者说，第三管道的排出物并未对第三管道或气体管道中的亚硫酸或二氧化硫气体产生任何有效的辅助压力。而且，在池区平面之上的第三管道排出物的垂直接近位置减少了未反应二氧化硫气体未浸没于池区中即从排放物中逸出的可能性。从混合槽的边壁将排放物移动一定的距离至池区中心处，通过来自第三管道的亚硫酸进入流和未反应二氧化硫气体来有效地搅动池区。
由于来自第三管道的酸性水与气体继续进入混合槽，池区平面最终超过堰的高度。亚硫酸溢流过堰进入混合槽的排出区或出口区，亚硫酸于此通过排出口排出混合槽。排出口的上部设置在低于堰高度及第三管道排放物的位置，以减少自由浮游的未反应二氧化硫气体通过排出口排出燃烧室。
残留在混合槽中的自由浮游、未反应的二氧化硫气体上升到混合槽的顶部。混合槽的顶部接设一盖体。通过排出口流出的未溶解二氧化硫气泡被一标准U-曲颈管收集，积存的气泡经强制返回混合槽，同时，亚硫酸通过第一排放管道从系统排出。
为了进一步确保发生器中的二氧化硫气体不被有效地排入环境中，混合槽中的二氧化硫气体进入与混合槽的盖体排出孔相连接的排出管道。排出管道构成了第四管道。第四管道上设有一装置将水导入第四管道。进入第四管道的水可取自水源，可采用任何能够向第四管道输送充足水的方式。当水导入第四管道，它将与从吸收塔混合槽的盖体逸出的二氧化硫气体反应，生成亚硫酸。
在优选实施例中，导入第四管道的水，通过第二喷射器使二氧化硫气体驱动通过排出孔进入第四管道。当包含的气体和水通过第四管道的一个以上接触容器和/或搅拌部时，它们仍保持接触。亚硫酸通过第二排出管排出第四管道。在优选实施例中，第二排出管也包括U-曲颈管结构，U-曲颈管上游的细排气管使反应气体排出系统。
第四管道由高密度聚乙烯塑料制成。优选地，高密度聚乙烯塑料具有耐紫外线降解能力和耐用性。本发明的另一个目的就是省去了现有技术中的对流吸收塔。
如所述，导入系统中进入第三管道和第四管道的水可从水源进入系统，其可采用任何能够输送充足的水及压力的方式，诸如立式高位水槽，或机械、电力或柴油机水泵。
通过以下详述及所附权利要求或从此后本发明的实践中，本发明的这些特征将更为显而易见。
图2为亚硫酸发生器的部分剖视的侧视图。
图3为第三管道部分放大图。
图4为第四管道部分放大图。
图5为本发明的工艺流程图。
优选实施例详述参照上述附图，申请人的亚硫酸发生器包括系统，该系统制造二氧化硫气体，并使气体基本上包含于水并与水长时间接触，避免从系统中排出任何大量有害二氧化硫气体。如

图1及2所示，主要部件包括硫给料器20、燃烧室40、气体管道70、混合槽130、及排出管210。重要部件装设于平台10之上便于运输。
硫给料器20包括具上表面26的外壳24。上表面26设有可封闭的孔，未示。外壳24可以为任何几何形状；图示为圆筒形，也可以采用矩形。外壳24的表面26包括可封闭孔，该封闭孔的直径与形状足以让硫装入给料器20。外壳24设有给料器出口30。给料器20的形状可使给料器20中的硫依靠重力直接给到给料器出口30。硫通过给料器出口30，从硫给料器20给出。
通道管道36连接给料器出口30与燃烧室40的燃烧室进口50之间。
在另一个可选实施例中，外壳24可包括架设于外壳24外部的摇杆21。摇杆21可如箭头23所示前后移动。杆体25基本上垂直连接于摇杆21并延伸到外壳24内部，该杆体具有基本上向上延伸的横臂27。横臂27向上延伸至给料硫，摇杆23前后移动操作，然后带动或摇动横臂27前后移动以减少出现在给料器20中的硫空穴。
燃烧室40包括底部42、燃烧室侧壁44及顶部46。底部42为圆形且底部42是可拆卸式连接于燃烧室侧壁44。顶部46固定于燃烧室侧壁44，燃烧室侧壁支撑顶部46。设于顶部46上的点火入口52具有可拆卸式连接的点火入口盖54。设于燃烧室侧壁44上的空气入口56具有可拆卸式连接的空气入口盖58。空气入口56基本上相对于管道入口50设置，并沿燃烧室侧壁44切线方向进入。燃烧室40的排气开口60设于顶部46上。
通过管道入口50给入燃烧室40的硫可由点火入口52点燃。由空气入口56将燃烧过程所需的氧气给入燃烧室40，并可调整燃烧比率。排气开口60允许二氧化硫气体通过排气开口60进入气体管道70。
气体管道70具有两端部，第一端部78与排气出口60连接，第二端部连接在第三管道76上。气体管道或第一管道70可包括一上行管72和一横管74。上行管72可通过第一90度弯管接头与横管74连接。由于部件72工作时发热，一防护格栅90环设固定于上行管72上，以防止意外的外部接触。
水通过第二管道282从第二管道282与第一管道70及第三管道76的连接处给入。沿第二管道282的长度方向上，喷射器283将外加的空气分散到水中，绝大多数申请中，本发明用来增强作物及类似物的生长的方法，外部空气具有氧气成分。通过沿水的长度方向制造压差，从而将空气喷射到水中。空气喷射器是公知的。优选地，空气喷射器为Mazzei喷射器，由Mazzei Injector Corporation,Bakersfield,California,United States of America制造。由该领域的技术人员公知或研发的等同设备也可应用。空气喷射器将空气排入水流中。水中吸入的外加空气使水流富含空气/氧气。富含空气/氧气水加强了水与二氧化硫气体的反应速度，生成中间的亚硫酸酐并最终生成亚硫酸。装置中设置了空气喷射器后其生产效果显著优于现有技术。并且，就象本发明中的其它部件，优选空气喷射器不含运转部件。
管道76设有装置100，该装置将第一管道中二氧化硫气体和基本上所有第二管道282中的水包含于同向流中，从而二氧化硫气体与水相互接触。
同向流装置100示于图2和图3中，其包括中心体102，中心体设有气体入口104及二氧化硫气体出口114，中心体包括第二管道进口106、冷却环形出口108、喷射器112。喷射器112产生环形水柱环绕气体出口114。可以相信，这种水流特性有助于将燃烧室40的二氧化硫气体导入气体管道70，气体在此与水接触生成亚硫酸。
同向流装置100使水先通过第二管道入口106导入第三管道。进入同向流装置100的水通过喷射器112，并紧邻二氧化硫气体出口114排出。水进入第三管道76，通过环绕在二氧化硫气体周围与二氧化硫气体接触，所包含的二氧化硫气体与水在此相互接触。水与二氧化硫气体反应生成亚硫酸。管道76的第一接触容器部分并不阻碍二氧化硫气体的流动。可以相信，在第一接触容器中的大部分的二氧化硫气体将与水反应。
在酸和任何基体水(以下称“水/酸”)及任何残留的未反应气体继续通过第三管道76之后，水/酸及未反应二氧化硫气体混合并搅拌，以进一步促进二氧化硫与水/酸的反应。用于混合及搅拌水/酸及二氧化硫气体的装置可以若干种方式实现。例如，如图2中所示，混合和搅拌可通过改变流向，诸如在第三管道76中设置弯头84来实现。另一个实施例是在第三管道76的内部设置物体77来改变第三管道76中的流动方式。也可以在第三管道76中沿同向流流向设置改变流动的楔体、凸缘、凸体或其它部件。在流径中设置物体，可使用直管或基本直的管道。本发明与现有技术的区别在于，混合和搅拌水/酸及二氧化硫流体涉及基本上系统中所有的水与在开放同向流系统中的二氧化硫气体。本发明的一个实施例中，每分钟50-300加仑的水与二氧化硫气体保持接触而通过第三管道76得到处理。
当水/酸及二氧化硫气体通过第三管道76的搅拌和混合部后，水/酸和未反应二氧化硫气体再次相互接触，进一步促进组分间的反应来制备亚硫酸。这通过所包含的水/酸及二氧化硫气体相互接触来实现。图2中所示的一个实施例是作为第三管道76的部件85。部件85的作用与前述接触容器部相同。
在优选的实施例中，附加装置用于混合及搅拌水/酸及二氧化硫气体同向流。一个实施例示为第三管道76的部件86，水/酸及二氧化硫气体定向流于此改变了方向。这样，水/酸及二氧化硫气体经强制混合及搅拌，进一步促进二氧化硫气体反应以制造或富集亚硫酸。
第三管道76还包括装置，该装置用于将水/酸及未反应二氧化硫气体从第三管道76中排出。图2中所示的实施例就是设于第三管道76的排出口80。排出口80优选设于池区的大致中心处，如下述。优选的实施例中，排出口80设计成可无需辅助压力即可直接将水/酸及未反应二氧化硫气体向下排入浸没池158。或者说，排出口80与浸没池流体的表面133足够接近，以使未反应的二氧化硫气体强制进入浸没池，而不是在浸没池流体表面之下，因此维持了系统的开放特性并避免在系统中设定辅助压力。
本发明还采用具有底132、槽侧壁134及盖164的槽130。槽130还包括流体分散部件137，以分散槽130中搅动的亚硫酸以及二氧化硫气体。分散部件137可为锥形或其它任意可促进分散的形状。堰148的一侧连接于底部132，且其两侧连接于槽侧壁134。堰148向上延伸至排出口80的下方。堰148将混合槽130分成浸没池158和出口区152。第三管道76在低于盖164处探入槽侧壁134。出口孔154设于靠近排出区底部132的槽侧壁134上。出口孔154接设有排水管156。排水管156接有U-曲颈管157。U-曲颈管157装置强制未反应的二氧化硫气体返回槽130中通过盖164进入排出管道210。
因为亚硫酸从第三管道76中流出，堰148挡住酸进入混合槽130形成搅动的亚硫酸浸没池158。由于排出口80接近于池158的表面133，携带在亚硫酸中但尚未反应的二氧化硫气体进入浸没酸池158。所携带的气体浸没于搅动的浸没池158。悬浮的气体不时翻腾与池158中的酸接触进一步使酸富集。由于未反应的气体从池中升起，未反应的二氧化硫气体与水接触进一步反应形成浓的亚硫酸。排出口80及其接近酸池158表面133这种组合方式构成一种装置，该装置可促进和保持来自第三管道的未反应二氧化硫气体浸没于亚硫酸浸没池，以大大地减少未反应二氧化硫气体与亚硫酸相分离，从而促使开放系统的亚硫酸中二氧化硫气体进一步反应，而无需对自第三管道排放的二氧化硫气体施以辅助压力或系统压力。即，排出口80设置于低于堰148项部水平是与开放系统的想法相违背。
当亚硫酸从第三管道76进入混合槽130，亚硫酸池132水位上升，直至酸溢流过堰148进入出口区152。亚硫酸和二氧化硫气体流出混合槽130进入排水管156。排水管156在U-曲颈管157处设有浸没区，二氧化硫气体在此再次与亚硫酸混合，并且防止任意有效量二氧化硫气体从排水管156排出。
混合槽130中的任何自由浮游的二氧化硫气体上升至盖体164处。盖体164设有排出口202。排出口202接合于排气管210。排气管210具有连接排出口202的第一端部和连接第四管道220的第二端部。排气管210由孔202与第四管道220之间一定长度的管体构成。第四管道220包括辅助装置240，该装置使排气管中的二氧化硫气体以及补充水管道294中基本上所有的水成为包含的同向流，从而使残留的二氧化硫气体与水相互接触。
正如图2及图4中所示，辅助装置具有本体240，其上设有气体入口244、气体出口252、补加水管道入口246、以及水喷射器250。
水由补加水管道294入口246进入辅助装置240。如前述的同向流装置一样，水流过喷射器。水喷射器250驱动任何自由浮游的二氧化硫气体进入排气管210。水和二氧化硫气体在第四管道220中以水包围气体的形式相互接触。水和气体相互接触流过第四管道220，并反应形成亚硫酸。该接触容器区并不阻碍二氧化硫气体的流动。排气管210中几乎所有的二氧化硫气体在这个接触容器区与水进行反应。
第四管道220中，水/酸和未反应或未溶解二氧化硫气体也经历一次以上的搅拌混合过程。例如，水从入口262再进入第四管道220，水/酸和二氧化硫气体流搅拌混合。水/酸和二氧化硫气体此后再次包含相互接触。当水/酸和二氧化硫气体定向流在排出口264附近改变方向时，也发生类似的其它搅拌混合过程。因此，象第三管道中的水/酸和二氧化硫气体一样，第四管道220中的水/酸和二氧化硫气体可经过一次以上接触容器部和一次以上的搅拌混合部。第四管道可具有U-曲颈管267。U-曲颈管267的作用是使未溶解的二价氮气停留在U-曲颈管267的上游起泡。排出口264还设有排气管265。系统中的残留二价氮气可通过排气管265从系统中逸出。系统操作表明，如果有的话，极少量二氧化硫气体从系统逃逸出去。可以相信，从系统中逃逸的气体为无害的二价氮气。此种亚硫酸发生器的设计相对现有技术省去了对流反应塔的构建、成本及使用。
如图1、2及3所示，一级泵280通过一级软管282向第二管道水入口106同向流装置100供水。图2中，补加泵或二级泵通过补加水软管294向辅助装置240供水。此处，能向系统充足供水的任何泵均可采用，且任何能驱动泵的能源均可用于泵。可采用配有适宜阀的单独的泵或几个泵。另外，如果采用高位水槽向系统提供充足水或本发明的水系统具有充足的水压及水流，可以考虑不使用泵。
在不背离本发明的精神及基本特征的条件下，本发明可以其它具体方式实现。所述的实施例为解释性而非限定性的。因此，本发明的保护范围是由所附权利要求而非前述说明书予以限定。任何根据权利要求等同的内容及范围所进行的变换均应属在本发明的范围之内。
权利要求
1．一种亚硫酸发生器，包括第一管道中导入的二氧化硫给料和用于驱动二氧化硫气体通过第一管道的装置；第二管道中导入的给料水；沿第二管道长度方向设有空气喷射器，该空气喷射器将外加的空气/氧气分散到水中；及第三管道，包括混合部、至少一个接触容器部，及至少一个搅拌部；混合部设有装置，所述装置使第一管道中的二氧化硫气体和基本上第二管道中所有的水成为包含的同向流体，从而二氧化硫气体与水彼此接触；接触容器部设有通道，通过该通道二氧化硫气体与基本上所有的水同向流动彼此接触，并且其中至少一部分二氧化硫气体与水反应生成亚硫酸；搅拌部设有装置，所述装置用于混合及搅拌同向流动的二氧化硫气体与水/亚硫酸以促进二氧化硫气体与水/亚硫酸的反应及分散；以及用于将亚硫酸和未反应二氧化硫气体从第三管道排出的装置；第一及第三管道构成开放系统，从而避免向二氧化硫气体施加系统压力；用于进一步保证二氧化硫与系统流体接触的混合槽；以及用于吸收系统排出的流体中未溶解气体的装置。
2．如权利要求1所述的亚硫酸发生器，还包括一种装置，用于促进和保持第三管道排出的未反应二氧化硫气体浸没于亚硫酸浸没池，以显著地减少未反应二氧化硫气体从与亚硫酸的接触中离析出来，从而促进二氧化硫气体进一步转化为亚硫酸；以及设有出口的混合槽，亚硫酸可通过该出口流出混合槽，混合槽、促进和保持装置以及出口构成开放系统，从而避免向二氧化硫气体施加系统压力，混合槽设有带排气孔的盖体，未溶解的气体通过排气孔从混合槽中逸出。
3．如权利要求2所述的亚硫酸发生器，还包括与排气孔连通的排气管道中导入的未反应二氧化硫气体给料以及用于驱动二氧化硫气体通过排气管道的装置；补加水管道中导入的给料水；第四管道，包括混合部、至少一个接触容器部，及至少一个搅拌部；混合部设有装置，所述装置使排气管道中的二氧化硫气体和基本上补加水管道中所有的水成为包含的同向流体，从而二氧化硫气体与水彼此接触；接触容器部设有通道，通过该通道二氧化硫气体与基本上所有的水同向流动彼此接触，并且其中至少一部分二氧化硫气体与水反应生成亚硫酸；搅拌部设有装置，所述装置用于混合及搅拌同向流动的二氧化硫气体与水/亚硫酸，以促进二氧化硫气体与水/亚硫酸的反应及分散；以及用于将亚硫酸和任何未反应二氧化硫气体排出的装置，该排出装置具有浸没区能基本上将来自系统的排出流中未溶解气体吸收。
全文摘要
本发明提供一种亚硫酸发生器,其采用新型混合接触器(100、240)及搅拌机构(84、86、130)的组合,所述组合使二氧化硫气体与富含空气/氧气的水的接触效率及时间最大化,可以在开放常压系统中形成亚硫酸(158),而无须采用对流吸收塔。
文档编号C01B17/48GK1315921SQ99810325
公开日2001年10月3日 申请日期1999年8月9日 优先权日1998年8月7日
发明者爱德华·杰克逊 申请人:爱德华·杰克逊