科學設計:鹽田產量提高10000倍的方法

2021-01-17 創意物理學大師

一、自然界存在的自然的鹽概述

鹽在我們的生活之中很常見,人體在新陳代謝過程中,需要補充鹽。鹽可以分為食用鹽和工業用鹽,化學中分酸鹼鹽時,鹽的範圍有所擴大,酸鹼反應可以中和成鹽,本文所述的鹽僅指自然界自然存在的鹽,而不是通過化學反應人為製作的鹽。鹽場是生產鹽的場所,井鹽、湖鹽和海鹽都是通過蒸發水分粗製,再根據不同的用途進行精加工,然後得到各種用途的鹽。

利用太陽能從海水中提取鹽是目前主要的海鹽提取方法,世界各地都有鹽場,鹽場的效益一般都較為低下,如果單純從商業的角度分析,很多鹽場的經營都出現了問題。

很多鹽場放棄了技術革新,指望政府收購鹽場的土地大賺一筆,很多鹽場的底部都是過時的土質瓷磚,每次曬鹽提煉時,雜質混入其中,導致粗鹽的精度不高,精製時成本加大。

工人正在鹽場忙碌,運用機械收穫。

二、傳統曬鹽概述

熱傳遞的方式大致分為三種:輻射、對流、傳導。太陽光照射到人的臉上,人會感覺到熱辣辣的,這是輻射;加熱水的時候,表層的水和底層的水溫度差不多,這是對流引起的;加熱鐵棒的一端,鐵棒的另一端也熱起來了,這是熱傳導引起的。

於是,古人利用太陽能曬制粗鹽,在海邊建造大型的鹽場,有些鹽場地勢比較低,潮起時引海水進入鹽場,潮落時關閉閘門,截留的海水就是鹽場的原料,通過日復一日的辛苦勞作,特別是鹽差不多要析出的時候,鹽工冒著強烈的陽光,爭分奪秒地搶收勞動果實。

三、人們對於曬鹽的錯誤認識與思考

現在很多鹽場的建造歷史都可以追溯到明清時期甚至更遠,筆者經常去的鹽場就是明清時期建造的,翻開鹽場發展史,可以知道先人們從生活經驗中總結出了曬鹽的技術和方法,並且不斷地改良,鹽的畝產也不斷增加,鹽場的規模也不斷擴大,鹽場為民眾提供了不同的鹽,比如我們通常食用的加碘鹽,可以補充人體所需的微量元素,鹽場或者說鹽業公司的功勞很大,但不能因為鹽場有功於社會就不思改良不願革新。

工人正在打包裝袋

1、傳統曬鹽存在集中與分散的錯誤認識

現在鹽場的做法是粗放式的加工方法,只管把海水放進來,蒸發的快慢不去研究。遇到陰天,以為是太陽公公不給力,所以蒸發得慢,遇到大好日頭,曬得兩眼冒金星,皮膚似黑漆,又以為全是當前陽光的功勞,其實這一切都是錯誤的認識。

海水蒸發的快慢其實跟陽光的強度聯繫不大,不要把主觀感覺等同於自然規律。舉個很簡單的例子,用兩塊一平米的溼布做對比實驗,一塊平鋪在陽光下,另一塊掛在繩子上,沒有陽光但是風速很大,兩塊布去溼的速度哪個更快?做過實驗你會知道,掛著的那塊布幹得更快。

灌滿水的鹽田中的海水蒸發速度跟陽光強度更是沒有直接聯繫,鹽田水深至少一二十釐米,這些水在陽光一天的照射下,溫度上升很小,筆者曾經根據天氣預報提前預知一個大晴天,早上去測了鹽田的溫度,下午又去測了鹽田的溫度,結果發現溫度只是上升了一度兩度,這其中還不知道有無測量誤差。到了晚上,鹽田的溫度又下降了,次日溫度又上升一點,日復一日。

物理學中認為熱是由分子永不停息地做無規則運動產生的,溫度高,說明分子無規則運動速度加快,分子的平均動能增加。假設海水的溫度由15攝氏度上升到16攝氏度,海水表面的分子平均動能並沒有增加十五分之一或者十六分之一,因為我們日常生活中所稱的溫度是攝氏溫度,而物理學中研究氣體的變化規律時使用開爾文溫度,簡稱開氏溫度,用開氏溫度來表示攝氏溫度的15攝氏度和16攝氏度,分別是288K和289K,從溫度變化的增量來看,只增加了288分之一,海水表面的氣體分子平均動能也只增加了288分之一。

海水蒸發時,蒸發的是海水表面的水分子,水分子由氫氧鍵結合,水分子和水分子之間還可以通過氫鍵聯繫,所以說,水分子「很團結」,要將海水表面的水分子「驅走」並非易事。承上所述,假設海水溫度有所上升,我們把海水表面的那部分氣體暫時看做是等壓變化的密閉氣體,由克拉伯龍方程可知,當溫度由288K變化到289K時,氣體的體積只是增加了288分之一!白天曬了一整天鹽,居然只與晚上「曬鹽」相差無幾!就算晝夜溫差10攝氏度(攝氏溫度和開氏溫度只是起點不同,溫差是等同的),假如都是靜風狀態,白天和晚上曬鹽的差異居然只是相差幾十分之一!

2、傳統曬鹽存在整體與局部的錯誤認識

我們經常做飯,即使成噸的大米擺在我們面前,我們也只需要做需要的那頓飯,庫存是庫存,需求是需求。我們也看到很多商家賣貨,店裡有一部分,倉庫有一部分,等到店裡擺放的商品短缺了,再從倉庫中取出擺放在店裡。中國還有一句老話:「滾滾長江東逝水只取一瓢飲」,這些都說明什麼?我們把需要加工的快速加工好,再去加工下一批,心急吃不了熱豆腐。

曬鹽也是一樣,一個灌滿水的鹽場,水比較深,太陽公公白天忙乎一天,到次日早上又清零,再忙乎一天還是如此,日日如此年年如此,做的全是無用功,鹽場曬鹽的效率能夠提高?強烈的陽光照射到裸露的皮膚、鋼鐵、巖石、沙土等物體時,溫度上升較快,除了跟比熱容有關,最主要的,是陽光輻射的能量集中在這些物體的表面,沒有傳來傳去。鹽場不一樣,鹽場的水是透明或半透明的,水還可以反射陽光,水是可以對流的,輸送到鹽田的光能就那麼多,整個鹽田的水都享用,如果改變鹽田的能源分配,讓有限的能源分配給一部分水,等這部分水完成蒸發後再分配給另一批,效率將會大大提高。也就是,局部加熱代替整體加熱大大提高曬鹽效率。

日常生活經驗告訴我們,曬床單掛著曬效果較好,灑水時採用噴霧的方式幹得快,這裡就涉及到影響蒸發的因素:增加液體的表面積。液體的表面積隨著液體的細分不斷增大,比如,長寬高都是一米的液體,其與空氣接觸的面積只有一個面,為一平米(其它三面不與空氣接觸)。當我們把這「塊」液體切分成邊長1毫米的正方體小塊(相較於球體更好計算),並懸停於空氣中時,與空氣的接觸面積變為原來的6000倍(正方體有6個面),假如我們把這「塊」液體切分成1微米的正方體小塊,與空氣接觸的面積變為原來的6000000倍,很多淘寶商家的噴霧器噴出的霧滴直徑可以細到0.1微米,可見我們在增加液體與空氣的接觸面積方面,潛力非常巨大。

接觸面積增加了,水汽或者說水分子可以輕易地蒸發出來,接下來就是帶走的問題了。一定的溫度和壓強下,空氣中微小水滴或者說水分子的含量有一個飽和的極限,達到極限,水分子不能再增加,或者說增加一些又會有一些變成水珠落下,如同雲化雨。

飽和水汽如何散去?當然可以使用大風吹散,風速可以非常大!自下而上的高速風可以通過自然的海風獲得(具體製作方法另外行文論述),飽和水汽在高速風的吹拂下紛紛散去,鹽粒在重力的作用下累積起來(我使用PVC三通管道實現),風道、水汽道、鹽道獨立,風道進,飽和水汽隨風道進,分解成純水汽和純鹽粒,這樣,「曬鹽」的效率就大大提升了。從具體的加工方式來看,太陽能主要是提高了鹽水的溫度,提高了需要加工的那部分海水的飽和水汽含量,風能發揮了「趕跑」飽和水汽的作用,因此,這種製取粗鹽的方法可以稱之為「吹鹽」。

3、傳統曬鹽存在主動與被動的錯誤認識

我們通常認為,水受重力的作用會向下運動,所以被動地接受了這樣一個事實:鹽場的海水會留在鹽場中,直到被曬乾。物理學中有一種現象叫毛細現象,當一根細長的玻璃管插入海水中時,海水會沿著玻璃管上升一小段距離,當我們將毛巾放在洗臉盆的邊沿,水會沿著毛巾向上運動,這是由於大氣壓的作用和浸潤現象產生的,了解了這樣一個事實,讓海水「懸空」和「裸露」就可以很輕易地實現。另外,如果我們還想玩點高科技,用一些生活中不常見的方法,密立根油滴實驗是一種很好的借鑑,將帶靜電的海水噴霧後送入電場中,懸空,以使多面接觸空氣,這時,高速高溫的空氣入場,把飽和水汽「吹走」,鹽粒自然可以留下來。

或許有人會問:「你只想著把水汽帶走,風速過大不會把鹽粒也帶走麼?」不急,分開篩選這種事情,物理學處理起來太簡單了,由於水汽和含鹽水滴密度不同,可以設計不同落點留住含鹽水滴即可。更何況,如果覺得含鹽水滴孤苦無依,可以放置一條毛巾相依相偎。

水的聚散也不能被動地接受。我們通常認為,水很「團結」,很難打破這種「團結」,本文前文所述觀點就是這樣,也符合很多人的認識。不過,由於毛細現象,水也可以分散,而不需要藉助外力幹預。一滴水落在灰塵中,不久就不見蹤影,桌面上有水珠,用毛巾一擦就隱形了,這些都是水會主動散開的例子。

我們曬鹽的時候,要主動利用海水的散而不是被動接受海水的聚,這樣我們才能最大地提高曬鹽的效率。

鹽田的使用面積並不等於海水的蒸發麵積

總結:本文指出海水曬鹽傳統方法的錯誤之處,並依據物理學規律給出正確的方法,通過提高局部海水溫度、增加海水蒸發的表面積、高速帶走飽和水汽的方法,極大地提升曬鹽的效率。本人不是工程師,只能通過實驗和理論證明這種方法具有一定的可行性,至於實踐中會遇到何種難題尚未可知,歡迎私信或者評論,共同為鹽場的生產效率提升做出貢獻。

相關焦點

  • 拜耳與上海生命科學研究院攜手提高作物產量
    德國蒙海姆市2017年6月15日電 /美通社/ -- 拜耳與中國科學院(CAS)上海生命科學研究院(SIBS)籤署了一項為期兩年的研究協議。該協議旨在交流前沿技術、運用新模型提升植物的光合作用效率,從而提高小麥產量。
  • 難得一見的海南古鹽田,千年「海水曬鹽」技藝,彰顯古人勞動智慧
    其中這一帶遺存的千年古鹽田,就獨具特色,極具看點。千年古鹽田位於儋州洋浦半島的鹽田村,處在海邊灘涂上,這是當地漁民祖祖輩輩一直延續著的「海水曬鹽」古鹽場,見證了當地人因地制宜、靠海吃海的生存方式和勞動智慧,這項原始的傳統曬鹽技藝至今已經流傳1200多年。
  • 簡單的修改方法使量子狀態的壽命延長10000倍
    芝加哥大學普利茲克分子工程學院的一組科學家宣布發現了一種簡單的修改方法,該方法可以使量子系統保持運轉(或「相干」)的時間比以前延長了10000倍。儘管科學家在稱為固態量子位的一類特定量子系統上測試了他們的技術,但他們認為該技術應適用於許多其他種類的量子系統,從而可能徹底改變量子通信、計算和傳感。該研究發表在《科學》雜誌上。
  • 科學家發現使量子態壽命延長10000倍的方法
    芝加哥大學普利茨克分子工程學院的一個科學家小組宣布,他們發現了一種簡單的修改,可以使量子系統保持工作「相干」狀態——時間比以前長了10000倍。儘管科學家們在一種稱為固態量子比特的量子系統上測試了他們的技術,但他們認為這項技術應該適用於許多其他類型的量子系統,從而可以徹底改變量子通信、計算和傳感。這項研究發表在8月13日的《科學》雜誌上。
  • 科學家破解植物光合作用 有望使作物產量提高40%
    據外媒New Atlas報導,一個國際研究團隊首次證明,通過修復光合作用中的常見「故障」,作物的產量可以提高約40%。這項具有裡程碑意義的研究表明,優化植物的光合效率可以顯著提高全球糧食生產力。光合作用是植物將光能轉化為化學能的過程,並不是一個完全有效的過程。
  • 深圳下一個風口,在鹽田!
    鹽田以打造大灣區國際航運中心集群,而躍升成為粵港澳大灣區關鍵性的戰略節點。目前,鹽田已經吸引了卓越、萬科、招商等眾多品牌開發商,助力鹽田成為未來十年的價值高地!在鹽田有這樣一個項目,其自身地段、周邊商業配套,包括項目品質都是鹽田標杆之作,它就是深圳東部美學力作——盛迪嘉海灣裡大廈。
  • 板藍根有抗菌抗病毒作用,種植時想要提高產量,科學施肥是關鍵!
    板藍根有抗菌抗病毒作用,種植時想要提高產量,科學施肥是關鍵!板藍根是我們非常熟知的一種藥用植物,它有著抗菌抗病毒,提高免疫功能的作用,並且有著清熱解毒,涼血利咽的效果,在我們日常生活當中,通常是用它來預防感冒,但是在種植板藍根的時候,想要提高產量,科學施肥是關鍵,接下來就和小編一起來看一下種植板藍根時的科學施肥技術吧。
  • 新機制提高生物法合成萜烯類化合物產量—新聞—科學網
    研究人員通過基因組重測序、轉錄組測序、反向工程驗證等手段揭示了與耐受性提高相關的關鍵途徑和關鍵基因。首次發現了3個與大腸桿菌對檜烯的耐受性有關的基因:ybcK、ygiZ 和scpA。該工作的研究策略和結果為生物合成其它萜烯類化合物的研究提供了重要參考。
  • 這,就是鹽田!不再低調!
    但今年底開往鹽田的地鐵就要開通啦 鹽田,即將崛起 快跟花姐一起重新認識一下鹽田吧! 只不過來一次這些景點要2個小時,所以大部分人都把鹽田當成了關外。 鹽田,「地鐵時代」來了! 千錯萬錯,都是沒通地鐵的錯! 直到現在,深圳已經開通運營的地鐵線路也沒有一條是覆蓋到鹽田的。
  • 海底10000米!中國載人深潛將走向「無人區」進行科學研究
    10000米深的海底是科學研究的「無人地帶」。然而,隨著對深淵的科學調查,一些理解正在被顛覆。全球深度超過6000米的海溝有37條。這些壕溝所在的區域被稱為杜杜深淵,簡稱深淵。在全球海洋中,它們是迄今為止難以接近和鮮為人知的地方。九個最深的海溝,包括馬裡亞納海溝,分布在西太平洋,其中五個超過10,000米深。深海載人潛水器也被稱為10,000米載人潛水器。
  • 使量子態壽命延長10000倍的相干保護技術
    芝加哥大學普利茲克分子工程學院的一組科學家宣布發現了一種簡單的方法,讓量子(相干)系統持續的時間延長了10000倍。儘管科學家只在被稱為固態量子位的特定系統上測試了他們的技術,但他們認為該技術應適用於許多其他種類的量子系統,從而可能徹底改變量子通信,計算和傳感。該研究於8月13日發表在Science上。
  • 新方法使量子系統穩定時間延長10000倍
    芝加哥大學普利茲克分子工程學院的一組科學家宣布發現了一種簡單的修改方法,該方法可以使量子系統保持運轉(或「相干」)的時間比以前延長了10,000倍。雖然這種技術是在一種特定量子系統上測試的,但他們認為該技術可以適用於許多其他種類的量子系統,從而可能徹底改變量子通信,計算和傳感。
  • 利用植物葉子中「高速路」有望提高作物產量
    新華社坎培拉2月4日電(記者徐海靜)澳大利亞一項新研究說,一些植物葉子中影響光合作用效率的「高速路」——胞間連絲的數量較其他植物高很多,在這個發現基礎上有望開發出提高糧食作物產量的方法。  胞間連絲是植物細胞之間由質膜圍成的一種通道,可在細胞間傳輸各種物質。
  • 海南周刊|儋州峨蔓古鹽田:海岸鹽田古 盛夏鹽情長
    儋州峨蔓古鹽田海岸鹽田古 盛夏鹽情長儋州峨蔓古鹽田日出景觀。編者按日照充沛、海水優良的海南島,沿海地區自古就曬制海鹽,多年傳承,是海南重要的非遺傳統工藝之一。位於海南島西北海岸線上的儋州市峨蔓鎮,一直是重要的古鹽田。當地鹽民每年入夏以後,都會按先人傳下來的古法曬制海鹽,至今尤是。
  • 有人說「引力波」的速度比光速大10000倍,可信嗎?
    所以從這個角度上看,引力的傳播是彎曲時空自身的傳播,而引力波是時空變化的傳播,兩者是有區別的,但它們的傳播速度應該是一樣的,即都是光速,而非10000倍光速。既然引力波是時空變化的傳播,下面我們就再從時空的特性方面加以分析。
  • 中交四航局匠心雕琢精品 金質服務建「五星級」鹽田大港
    1997年,四航局參建東南亞當時最大的貨櫃碼頭——鹽田港區二期工程,新建三個五萬噸級貨櫃泊位及配套設施,年設計吞吐能力為120萬標箱。鹽田國際總經理謝錦添曾對此高度評價:「鹽田港區的建設,離不開四航人的辛勤勞動,我們非常樂意和四航人進行更多、更廣的合作!」
  • 生物工程水稻可顯著提高穀物產量
    據外媒New Atlas報導,來自中國的新研究表明,提高水稻作物光合效率的新技術可以使穀物產量提高27%。
  • 改變細胞分裂素分布 可提高水稻產量和抗鹽性
    近日,中國農業科學院作物科學研究所水稻分子設計技術與應用創新團隊研究發現,植物激素細胞分裂素的分布模式在高鹽脅迫處理下會迅速發生改變,從地上組織向地下根中積累。並且過表達AGO2基因可激活細胞分裂素轉運基因BG3,模擬鹽脅迫狀態下的細胞分裂素分布模式,從而同時提高水稻產量和抗鹽性。
  • 使量子態壽命延長10000倍得相干保護技術
    芝加哥大學普利茲克分子工程學院的一組科學家宣布發現了一種簡單的方法,讓量子(相干)系統持續的時間延長了10000倍。儘管科學家只在被稱為固態量子位的特定系統上測試了他們的技術,但他們認為該技術應適用於許多其他種類的量子系統,從而可能徹底改變量子通信,計算和傳感。該研究於8月13日發表在Science上。
  • 在宇宙中「引力波」比光速快10000倍你相信嗎?
    其次引力波的速度是光速的10000倍,這肯定是不可能的,就目前的科學研究來看,引力波的速度和光速一樣   如果引力波的傳播速度比光快10000倍,那麼光就會比引力波晚到10000倍的時間。