CN103691161A

CN103691161A - 机械消泡器

Info

Publication number: CN103691161A
Application number: CN201310688870.8A
Authority: CN
Inventors: 孟琴; 龙旭伟
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-16
Also published as: CN103691161B

Abstract

本发明公开了一种机械消泡器，可用于多个工业领域内的泡沫消除，其采用宽度为0.05-0.5mm的狭缝进行消泡，泡沫在压差推动力作用下通过狭缝，并经受狭缝的机械切割作用和剪切作用而破裂并发生气液相分离，最终达到消泡的目的。本发明所述的消泡器结构简单、安装方便、消泡效果好，并可有效地控制生物表面活性剂发酵过程中的泡沫，且不需添加任何的化学消泡剂，此外，本发明所述的消泡器具有运行可靠、操作简单及节省能耗等优点，在多个领域具有良好的应用前景。

Description

机械消泡器

技术领域

本发明涉及一种机械类消泡设备，尤其涉及一种带有狭缝的机械消泡器。

背景技术

表面活性剂兼有亲水和亲脂特性，具有强的表/界面活性，因此在日化工业以及其它如石油开采、印染、建筑、食品加工和农药剂型加工等各大工业领域用作重要原料，被喻为“工业味精”。然而，表面活性剂同时又具有强的起泡特性，使在其生产及使用过程中会产生严重的泡沫问题。大量泡沫的积聚会严重降低生产设备的处理能力；此外，泡沫的产生会引起严重的雾沫夹带，对生产过程造成严重的资源浪费；更为重要的是，泡沫难以控制而造成的泡沫逃逸会严重危害环境及健康。因此，如何实现高效消泡是多个工业领域内急需解决的重大技术难题。

常见的消泡方式包括化学消泡和机械消泡。化学消泡法主要通过添加化学消泡剂，或置换出起稳定泡沫作用的表面活性剂或降低表面张力或形成水气混合膜，促进泡沫中气体的排出，从而控制泡沫的产生及溢出。然而化学消泡法普遍存在如下问题：对环境造成二次污染、消泡效率低、价格昂贵等。机械消泡法一般是通过机械作用产生高速剪切、离心或负压，破坏泡沫的稳定结构，从而达到消除泡沫的目的。常见的机械消泡装置有：叶轮搅拌消泡器、离心桶式消泡器、旋风分离器等。值得一提的是，专利201220384068.0介绍了一种缝隙式消泡器，其主要原理是压缩空气（非泡沫）通过缝隙后产生超音速的高速射流并撞击泡沫，使泡沫在经受撞击及负压的作用下破裂，达到消泡的目的。然而上述大多数的机械消泡器在实际应用时存在以下问题：使用时处理效率较低，使泡沫量下降幅度有限，且无法处理高含水率的泡沫；消泡分离后产生的液体不能及时排出，造成二次成泡，产生更稳定的次级泡沫；普适性较差，即一种消泡器仅能应用于某个特定的领域，对其它领域的泡沫并没有作用；搅拌或离心消泡过程中往往需要较高的能耗等。

发明内容

本发明针对现有机械消泡技术的不足和缺陷，提供一种带有狭缝的机械消泡器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种机械消泡器，它包括泡沫储罐、回流泵、泡沫管道和狭缝消泡器；回流泵与泡沫储罐的底部连接，泡沫储罐顶部开有排气口，狭缝消泡器置于泡沫储罐内并与泡沫管道相连；其中，

所述狭缝消泡器包括一封头，封头的端部开有若干条狭缝；

或者，所述狭缝消泡器包括一薄板，薄板的两端各固定连接一平板法兰，薄板与平板法兰之间设有垫片，薄板上刻有若干条狭缝；

所述狭缝7的宽度为0.05-0.5mm；

泡沫由泡沫管道进入狭缝消泡器内，然后在压力的驱使下通过狭缝，在狭缝的剪切作用下破裂并发生气液相分离；破裂后的泡沫进入泡沫储罐，然后再经回流泵泵送回原处理工段或直接排出，而气体则从排气口排出。

本发明的有益效果是，

1、结构紧凑，无活动部件，安装布置方便，使用时，具有消泡效率高、运行可靠、操作简单及节省能耗等特点，可用于众多工业领域内的泡沫消除。

2、泡沫一般尺寸较大（从几毫米到几十毫米），当其在流体自身压差推动力或其它推动力作用下通过尺寸较小的狭缝时，泡沫会受到狭缝的机械切割作用而破裂或变成更加细小的泡沫；此外，泡沫流体经过截面积极小的狭缝时，流速会急剧上升，所产生的大的剪切作用能破坏泡沫液膜的稳定性，使泡沫液膜所包裹的气体释放出来，该气体密度较小而在狭缝的外侧向上排，而液体因密度较大而在重力场作用下向下运动，在狭缝外的巨大空间里，气体和液体的外排方向截然不同，完全避免了普通机械消泡中所产生的两者共混后所产生的二次起泡问题，经济且环保。

附图说明

图1为机械消泡系统示意图；

图2为机械消泡器（封头）的结构示意图；

图3为机械消泡器（薄板）的结构示意图；

图中，泡沫储罐1、回流泵2、排气口3、泡沫管道4、狭缝消泡器5、封头6、狭缝7、平板法兰8、刻有狭缝的薄板9、垫片10。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明予以进一步详细说明。

如图1所示，本发明机械消泡器包括泡沫储罐1、回流泵2、泡沫管道4和狭缝消泡器5。回流泵2与泡沫储罐1的底部连接，泡沫储罐1顶部开有排气口3，狭缝消泡器5置于泡沫储罐1内并与泡沫管道4相连。

如图2所示，所述狭缝消泡器5包括一封头6，封头6的端部开有若干条狭缝7，图2中为两条。

泡沫由泡沫管道4进入狭缝消泡器5内，然后在压力的驱使下通过封头6上的狭缝7，在狭缝7的剪切作用下破裂并发生气液相分离。破裂后的泡沫进入泡沫储罐1，然后再经回流泵2泵送回原处理工段或直接排出，而气体则从排气口3排出。

刻有狭缝7的封头6为消泡器的主要构件，可以是平封头，也可以是圆形封头，狭缝7可采用线切割或镭射蚀刻成宽度为0.05-0.5mm。

如图3所示，所述狭缝消泡器5也可以这种形式操作，即包括一薄板9，薄板9的两端各固定连接一平板法兰8，薄板9与平板法兰8之间设有垫片10，薄板9上刻有若干条狭缝7。

泡沫由管道4进入狭缝消泡器内，然后在压力的驱使下通过薄板上的狭缝9，在狭缝9的机械切割和剪切力作用下破裂并发生气液相分离。破裂后的泡沫进入泡沫储罐1，然后再经回流泵2泵送回原处理工段或直接排出，而气体则从排气口3排出。

薄板9可以由不同材料的板材加工，可以是圆形薄板，也可以是方形薄板，且厚度不限，狭缝9可采用线切割或镭射蚀刻成宽度为0.05-0.5mm。

泡沫储罐1用于存储消泡后的溶液或高含水泡沫。消泡后的溶液经由回流泵2泵送回原处理工段或排出。泡沫储罐1为常压不锈钢储罐，回流泵2可以采用隔膜泵、涡轮泵、柱塞泵、齿轮泵等。

本发明所述的带有狭缝的机械消泡器，材质和厚度不限。实际应用中，因考虑耐高温、耐高压及耐腐蚀的特殊要求，可用不锈钢材料加工制作狭缝类消泡器。根据不同的应用领域食品、微生物发酵、化学工业及环境工业，选择不同材质的不锈钢，如304不锈钢、316L不锈钢、1Gr13马氏体不锈钢等。

本发明所述的带有狭缝的机械消泡器使用方法及原理如下：消泡器内外两端存在压力差（可以通过外加压力源、出口抽真空或离心等手段实现），泡沫流体在压差的推动下通过宽度很窄的狭缝，经受狭缝对其的机械切割作用及剪切作用而破裂并发生气液分离。在操作过程中，消泡器两端的压差越大及狭缝越窄，狭缝对泡沫流体的机械切割作用和剪切作用就越强，消泡效果就越好。

带有狭缝的机械消泡器是利用狭缝对泡沫流体产生大的机械切割作用和剪切作用实现消泡，可被应用于多个工业领域内的泡沫消除。

实施例1

45g/L的生物表面活性剂鼠李糖脂，在2L的发酵罐内，产生约3L/min平均含水率为3-5%的泡沫。消泡器为图3所示消泡器，设计参数如下表所示，刻有狭缝的薄板用平板法兰紧固。泡沫从发酵罐顶部管口溢出，然后通过异径管进入泡沫管道4，在压力为0.02MPa表压时，经过狭缝的消泡后，因空气释放，泡沫流量降至0.25-0.30L/min，为初始流量的10%以内；当压力为0.04MPa时，消泡器出口的泡沫流量降至初始流量的5%以内，实现了快速消泡的目的。而作为比较，常规的机械消泡法如旋风分离器和机械消泡桨对如此高浓度的生物表面活性剂溶液无任何消泡作用，其中泡沫可从旋风分离器的出气口排出，而机械消泡桨使用时会产生尺寸更小、稳定性更强的细密泡沫，难以继续处理。而采用自然沉降储罐，该储罐容积至少要25L，才能保证泡沫具有足够的停留时间而发生消泡后被泵回发酵罐内。

消泡器直径Dmm	50
		狭缝长度Lmm	20
狭缝数目n	1
		狭缝宽度d mm	0.05

实施例2

生物表面活性剂鼠李糖脂的10-L规模发酵过程中，产生2-5L/min平均含水率为4-8%的泡沫。消泡器为图3所示消泡器，设计参数如下表所示，刻有狭缝的薄板用平板法兰紧固。泡沫从发酵罐顶部管口溢出，然后通过异径管进入泡沫管道4，发酵过程中的压力控制在0.015-0.025MPa表压之间。经过狭缝的消泡后，降低泡沫流量达90%以上，使泡沫不在罐外积聚和停留，达到了消泡的目的。且狭缝类消泡器使用时不会影响菌体生长及产量的积累。而作为比较，采用自然沉降加搅拌消泡的方式处理时，需要100L的泡沫储罐用于存储不断从发酵罐内溢出的泡沫，且需要每隔1h搅拌泡沫一次，以防止泡沫溢出泡沫储罐。

消泡器直径Dmm	50
		狭缝长度Lmm	20
狭缝数目n	1
		狭缝宽度d mm	0.05

实施例3

生物表面活性剂鼠李糖脂的500-L规模发酵过程中，产生40-80L/min平均含水率为3-8%的泡沫。消泡器为图3所示消泡器，设计参数如下表所示，刻有狭缝的薄板用平板法兰紧固。泡沫从发酵罐顶部管口溢出，再通过异径管进入泡沫管道4。发酵过程中的压力控制在0.015-0.02MPa表压之间。经过消泡后，出口的泡沫流量降至初始值的10%以内，使泡沫能及时泵送回发酵罐，达到消泡的目的，且狭缝类消泡器使用时不会影响菌体生长及产量的积累。而作为比较，采用自然沉降加搅拌消泡的方式处理时，需要1500L的泡沫储罐用于存储不断从发酵罐内溢出的泡沫，且需要每隔0.5h搅拌泡沫一次，以防止泡沫溢出泡沫储罐。

消泡器直径Dmm	100
		狭缝长度Lmm	100
狭缝数目n	2
		狭缝宽度dmm	0.12

实施例4

3g/L的牛血清蛋白BSA，产生约2-3L/min平均含水率为2-4%的泡沫，用以模拟产生食品及乳制品行业产生的泡沫。消泡器为图3所示消泡器，设计参数如下表所示，刻有狭缝的薄板用平板法兰紧固。泡沫通过异径管进入泡沫管道4。操作时压力控制在0.02-0.03MPa表压之间。经过狭缝的消泡后，出口的泡沫流量减少约90%以上。

消泡器直径Dmm	50
		狭缝长度Lmm	20
狭缝数目n	1
		狭缝宽度d mm	0.15

实施例5

5g/L的十二烷基硫酸钠SDS，产生约3L/min平均含水率为2-5%的泡沫，用以模拟产生浮选过程的泡沫。消泡器为图3所示消泡器，设计参数如下表所示，刻有狭缝的薄板用平板法兰紧固。泡沫通过异径管进入泡沫管道4。消泡操作时压力控制在0.02-0.03MPa表压之间。经过狭缝的消泡后，出口的泡沫流量减少约90%以上，满足消泡的要求。

消泡器直径Dmm	50
		狭缝长度Lmm	20
狭缝数目n	1
		狭缝宽度d mm	0.2

实施例6

20g/L的十二烷基磺酸钠ABS，加入5g/L的羧甲基纤维素钠Na-CMC作为泡沫稳定剂，产生约10L/min平均含水率为3-5%的泡沫，用于模拟产生泡沫转井液的泡沫。消泡器为图3所示消泡器，设计参数如下表所示，刻有狭缝的薄板用平板法兰紧固。泡沫流体通过异径管进入泡沫管道4。消泡操作时，压力控制在0.03-0.05MPa表压之间。经过狭缝的消泡后，出口的泡沫流量减少约90%以上，满足消泡的要求。采用搅拌消泡时，转速为500rpm时，仅能实现控制泡沫5min左右。

消泡器直径Dmm	50
		狭缝长度Lmm	30
狭缝数目n	1
		狭缝宽度d mm	0.1

实施例7

取污水处理厂活性污泥池的泡沫，通过泵送的方式，以10L/min的流量泵至狭缝消泡器。消泡器为图3所示消泡器，设计参数如下表所示，刻有狭缝的薄板用平板法兰紧固。泡沫流体通过异径管进入泡沫管道4，消泡时压力控制在为0.05-0.1MPa表压之间。经过狭缝的消泡后，出口的泡沫流量减少约90%以上，满足消泡的要求。而采用搅拌方式消泡时，转速为800rpm，仍不能有效地消泡。

消泡器直径Dmm	100
		狭缝长度Lmm	100
狭缝数目n	2
		狭缝宽度d mm	0.5

实施例8

30g/L的鼠李糖脂发酵液，在50L的发酵罐内，产生约30L/min平均含水率为5-8%的泡沫。消泡器为图3所示消泡器，消泡器直径为100mm，狭缝的长度为50mm，采用不同宽度的狭缝处理泡沫。处理时，压力为0.02MPa，处理结果如下表所示：

缝宽度dmm	处理现象描述
		0.03	泡沫体积下降95%左右，狭缝易堵塞
0.04	泡沫体积下降95%左右，狭缝易堵塞
		0.05	泡沫体积下降90%左右
0.08	泡沫体积下降90%左右
		0.1	泡沫体积下降90%左右
0.15	泡沫体积下降85-90%之间
		0.2	泡沫体积下降85-90%之间
0.3	泡沫体积下降80%左右
		0.5	泡沫体积下降70-75%左右
0.6	泡沫体积下降65-70%之间
		0.8	泡沫体积下降60%左右
1.0	泡沫体积下降50%左右

从本实施例可以看出，随着狭缝的宽度降低，处理性能显著上升，然而在狭缝宽度为0.03-0.04mm时，由于发酵液中含有菌体，使得如此狭窄的狭缝在操作过程易堵塞，而且加工如此精细的狭缝需采用镭射蚀刻技术，成本较高。而宽度为0.05mm的狭缝及以上则可以采用常规的线切割方式实现，成本较低，而且消泡操作时不易堵塞。因此，综合考虑处理性能及加工成本，狭缝的宽度选择为0.05-0.5mm。

以上所述，仅为本发明专利的较佳示例而已，并非用于限定本发明专利的保护范围。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变化形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种机械消泡器，其特征在于，它包括泡沫储罐（1）、回流泵（2）、泡沫管道（4）和狭缝消泡器（5）；回流泵（2）与泡沫储罐（1）的底部连接，泡沫储罐（1）顶部开有排气口（3），狭缝消泡器（5）置于泡沫储罐（1）内并与泡沫管道（4）相连；其中，

所述狭缝消泡器（5）包括一封头（6），封头（6）的端部开有若干条狭缝（7）；

或者，所述狭缝消泡器（5）包括一薄板（9），薄板（9）的两端各固定连接一平板法兰（8），薄板（9）与平板法兰（8）之间设有垫片（10），薄板（9）上刻有若干条狭缝（7）；

所述狭缝（7）的宽度为0.05-0.5mm；

泡沫由泡沫管道（4）进入狭缝消泡器（5）内，然后在压力的驱使下通过狭缝（7），在狭缝（7）的剪切作用下破裂并发生气液相分离；破裂后的泡沫进入泡沫储罐（1），然后再经回流泵（2）泵送回原处理工段或直接排出，而气体则从排气口（3）排出。

2.根据权利要求1所述机械消泡器，其特征在于，所述封头（6）可以是平封头，也可以是圆形封头。

3.根据权利要求1所述机械消泡器，其特征在于，所述薄板（9）可以是圆形薄板，也可以是方形薄板。