CN103801117B

CN103801117B - 一种蛋白液泡沫消除系统及工艺

Info

Publication number: CN103801117B
Application number: CN201410071090.3A
Authority: CN
Inventors: 刘刚; 周添红; 曾凡逵; 耿庆芬; 张铭儒
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: QINGHAI WEISIDUN POTATO INDUSTRY GROUP Co.,Ltd.
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: CN103801117A

Abstract

本发明提供给了一种蛋白液泡沫消除系统，包括泡沫释放罐、消泡机、引风机及自动控制系统。泡沫释放罐的上部设有蛋白液入口，下部设有蛋白液出口；泡沫释放罐相对蛋白液入口端的顶部设有泡沫出口，该泡沫出口连接引风机的进口，引风机的出口通过法兰连接消泡机的泡沫入口；泡沫释放罐的顶部设有排气口，泡沫释放罐底部为斜面底。本发明通过泡沫释放罐、引风机、消泡机分别对蛋白液泡沫进行三重立体破碎，破泡彻底；同时只针对泡沫进行离心、碰撞和剪切等多种破泡手段，对液体不形成搅动、扰动等，避免了因搅动而产生新的泡沫，破泡彻底、效率高。可广泛用于马铃薯、红薯、木薯、豆类、米粉等淀粉加工分离汁水以及其它各类富含蛋白液的泡沫消除。

Description

一种蛋白液泡沫消除系统及工艺

技术领域

本发明属于化工设备领域，涉及一种蛋白液泡沫消除系统及工艺，主要用于马铃薯、红薯、木薯、大豆等淀粉加工分离汁水、以及其它各类富含蛋白的液体泡沫消除。

背景技术

马铃薯、红薯、木薯、豆类等淀粉加工过程中排出的分离汁水（工艺水）携带着大量蛋白泡沫。由于富含蛋白的泡沫表面张力较大、结构牢固，短时间很难自己破碎。即使蛋白泡沫的水分蒸发以后，脱水的蛋白泡沫的骨架结构仍然保留。蛋白泡沫的存在，极大的影响这些分离汁水的传送、加热、分离、发酵、储存等后续加工利用工艺，从而影响产品质量和生产效率。

目前，马铃薯、红薯、木薯、豆类等淀粉加工过程中常用的消泡方式主要分为化学法和物理消泡法。化学法为在生产过程中添加具有低表面张力的消泡剂，消泡剂进入泡沫间的液体膜并扩散后，消泡剂分子取代泡沫表面具有表面活性物质的分子，导致新的液膜局部强度很低而降低泡沫的稳定性，使泡沫破裂。通常使用的消泡剂有：聚醚型、有机硅型、非硅型和硅醚混合型。但是，添加消泡剂会造成生产成本增加，同时加入的消泡剂对物料蛋白液造成污染。而且，目前的消泡剂对蛋白泡沫消泡效果并不理想。物理消泡主要是使用加热消泡和离心或真空装置的机械消泡方式。但因消泡能力和消泡方式的限制，往往效率不高。常用的机械消泡装置可以分为罐内消泡装置和罐外消泡装置。罐内消泡装置的结构形式主要有耙式、旋转圆板式和螺旋板式等。耙式消泡桨结构简单，但仅适合于泡沫产生不明显的反应过程（具体见CN 201120229760.1）。旋转圆板式是利用圆板高速旋转产生的离心力对泡沫产生剪切作用而使其破裂，结构比较复杂。螺旋板式利用搅拌桨旋转产生的离心力破泡，但螺旋板桨叶覆盖面大，桨叶垂直高度占用较大的罐内有效体积具体见（CN 201110316493.6），对快速增加的大量蛋白泡沫消除并不理想。改变旋转圆板（桨）形状的专利还有CN202223936U消泡装置是安装在一个可转动的轴上的消泡腔中的第二支撑板在转动时的剪切力将部分气泡打碎，CN103055551A提供了一种应用于搅拌釜反应器的机械消泡装置等对量大、顽固的蛋白泡沫消除效果不佳。罐外消泡装置主要有旋转叶片式、离心力式、旋风分离器 (CN 200820160690.7)和转向板式等。还有将几种旋转圆板（桨、耙）等组合安装在一个旋转轴上或罐体内外组合方式消泡的，如CN202936417U发酵液复合消泡装置采用安装在一个可转动的轴上耙式消泡浆、多层滤网消泡和外罐体内搅拌叶片消泡的多组合的复合消泡技术，对小量的普通液体泡沫消除效果是不错的。但是，对高浓度、起泡量大的蛋白泡沫的消除作用还是很有限的。目前，消泡泵是在淀粉加工业广泛推广使用的外置式消泡装备。CN201410339Y淀粉乳液消泡泵采用一个腔体中叶轮上的6组大叶片和12组小叶片的高速旋转将淀粉乳泡沫消泡，比常规乳液消泡泵效果好。但是，消泡泵功率大，耗电量高，可以把大泡沫打碎成小泡沫，总体对蛋白泡沫的消除效果仍然不太理想。以上专利消泡装置大部分是将高速旋转的叶片（板、桨、耙等）在液体和泡沫混合体中剪切或离心消泡，在消泡的同时又对液体进行搅动，产生新的泡沫。消泡泵消泡后喷出的液体泡沫仍然很大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种低能耗、低成本、无污染、消泡效果好的蛋白液泡沫消除系统。

本发明的另一目的是提供一种利用上述系统消除蛋白液泡沫的工艺。

本发明的蛋白液泡沫消除系统，包括泡沫释放罐、消泡机、引风机及自动控制系统。所述所述泡沫释放罐体积容量与蛋白液处理量相关联，其比例：泡沫释放罐容量是每小时处理液体总量的0.3～3倍；所述泡沫释放罐的上部设有蛋白液入口，下部设有蛋白液出口；泡沫释放罐相对蛋白液入口端的顶部设有泡沫出口，该泡沫出口连接引风机的进口，引风机的出口通过法兰连接消泡机的泡沫入口；泡沫释放罐的顶部设有排气口，泡沫释放罐底部为5~15度的斜面底。

带有大量泡沫的蛋白液由蛋白液入口连续进入泡沫释放罐，小泡沫不断聚集成大泡沫上升到液体表面，随着泡沫上升聚结和泡沫上携带的液体重力下降的撕扯作用，部分泡沫会自动破碎。当泡沫上升并被吸入引风机后，通过叶轮对泡沫的离心力和剪切力的作用下将泡沫进一步破碎；泡沫进入消泡机后在高速气流与锥形分液器的碰撞力及筛网的剪切力的共同作用下，将蛋白泡沫彻底破除。

所述泡沫出口上设置有倾斜安装的泡沫引导板，以便于泡沫顺利进入引风机。该泡沫引导板的倾斜度一般设计为2～45度。

所述蛋白液入口处安装有筛网，筛网的目数为10～200目，以达到破泡和过滤的作用。

所述引风机的叶轮可根据实际需要选择直条形叶轮、桨叶形叶轮和斜F形叶轮。

所述消泡机包括筒体，在筒体内设置有笼形骨架，笼形骨架内设置有筛网；筒体前端通过法兰与引风机的出口端连接；所述筒体前端设置有泡沫入口，并在泡沫入口处设有锥形分液器；筒体后盖上部设有排气孔，并在对应排气孔处通过固定螺栓设置有后盖挡板；筒体的下部设置有回收液出口，且回收液出口通过管道与泡沫释放罐顶部连通。泡沫携带的液体经消泡机筒体内壁收集回流到泡沫释放罐内。所述笼形骨架与筒体的间距为50～300mm。所述锥形分液器的锥体为棱型锥体或圆型椎体，锥体的角度可针对泡沫性质设计成10～120度。所述泡沫入口为直通型入口或喇叭型入口（可以加大气流进入消泡机时的压力，增大速度，增强蛋白泡沫破碎效果）。

所述自动控制系统包括设置在蛋白液入口、蛋白液出口管线上的流量计及控制阀，安装在泡沫释放罐底部的液位感应器，安装在引风机出口端的压力感应器，以及安装在泡沫释放罐外的控制板。通过自动控制系统可在线调控消泡系统的液位、进水流量、出水量、风机转数等参数，从而提升了整个系统性能的灵敏度、稳定度和准确度，极大的提升了消泡的效率。控制阀为可程控气动隔膜阀或可程控电磁隔膜阀；流量计可采用涡街流量计或电磁流量计。

本发明利用上述系统消除蛋白液泡沫的工艺为：蛋白液由上部的蛋白液入口进入泡沫释放罐，控制泡沫释放罐内液位高度控制在罐体高度的1/2~1/3；随着蛋白液的不断流入，大量蛋白泡沫从液体中释放出来，漂浮于液体之上；液体在重力作用下沉到罐底；当泡沫到达泡沫释放罐顶部时，启动引风机，泡沫经泡沫引导板进入风机内，通过引风机叶轮加速进入消泡机入口，喷向锥形分液器发生高速碰撞，破碎大量泡沫；同时溅射到周围的筛网上，在高速剪切力的作用下彻底破碎，变成液体沿着消泡机下部的回收液出口收集到泡沫释放灌中。

蛋白液进入泡沫释放罐的流量控制在5～80m³/h；引风机叶轮的风压空控制在为0.03～0.1MPa 。

本发明相对现有技术具有以下优点：

1、本发明通过泡沫释放罐、引风机、消泡机分别对蛋白液泡沫进行三重立体破碎，破泡彻底、效率高；

2、本发明只针对泡沫进行离心、碰撞和剪切等多种破泡手段，对液体不形成搅动、扰动等，因而避免了因搅动而产生新的泡沫，破泡彻底、效率高；

3、本发明通过自动控制系统可在线调控消泡系统的液位、进水流量、出水量、风机转数等参数，从而提升了整个系统性能的灵敏度、稳定度和准确度，极大的提升了消泡的效率；

4、本发明为一体式结构，使用设备少，占地面积小、投资少，运行成本低，可广泛用于马铃薯、红薯、木薯、豆类、米粉等淀粉加工分离汁水以及其它各类富含蛋白液的泡沫消除；

5、破泡后的蛋白液通过回收液出口回收，进一步提高蛋白回收率等优势。

附图说明

图1为本发明蛋白液泡沫消除系统的结构示意图。

图2为本发明消泡机的结构示意图。

图3为本发明消泡机筒体后盖端部的示意图。

图4为本发明消泡机单层筛网与笼形骨架的设置示意图。

具体实施方式

下面通过具实施例对本发明系统的结构及工艺进行详细说明。

实施例1、一种蛋白液泡沫消除系统，包括泡沫释放罐1、消泡机6、引风机4及自动控制系统11。消泡机置于泡沫释放罐的顶部或侧面，泡沫出口距泡沫释放罐顶部100～500mm处。泡沫释放罐1的上部设有蛋白液入口10，并在蛋白液入口10处安装有筛网（目数为10～200目）。泡沫释放罐1相对蛋白液入口10端的顶部设有泡沫出口2，且该泡沫出口2上设置有倾斜安装的泡沫引导板3（倾斜度为2～45度）。泡沫出口2连接引风机4的进口，引风机4的出口通过法兰连接消泡机6的泡沫入口。引风机的转数从0～2900转/分钟自动可调，运行时具有0.01～0.05MPa的吸引力。泡沫释放罐1的顶部设有排气口7，泡沫释放罐1底部为5~15度的斜面底，泡沫释放罐1下部设有蛋白液出口12（参照图1）。

引风机的叶轮可根据实际需要选择直条形叶轮、桨叶形叶轮和斜F形叶轮。

消泡机的结构见图2，包括筒体6-1，在筒体内通过支架6-11设置有笼形骨架6-2，且笼形骨架6-2与筒体的间距为50～300mm。笼形骨架6-2内设置有筛网6-3，且筛网的目数为10～300。筒体前端的法兰上设置有泡沫入口6-4（可以采用直通型入口，也可以是喇叭型入口），并在泡沫入口处设有锥形分液器6-5（锥形分液器的锥体为棱型锥体，锥体的角度在10～120度之间）。筒体后盖6-7上部设有排气孔，并在对应排气孔处通过固定螺栓6-8设置有后盖挡板6-9（消泡过程中产生的气体通过后盖挡板排出；出风量可通过固定螺栓调节。）。筒体6-1的下部设置有回收液出口6-10，且回收液出口通过管道与泡沫释放罐6-1顶部连通（参见图2、3、4）。

自动控制系统包括设置在蛋白液入口、蛋白液出口管线上的流量计9及控制阀8，安装在泡沫释放罐底部的液位感应器13，安装在引风机出口端的压力感应器5，以及安装在泡沫释放罐外的控制板11。控制阀4为可程控气动隔膜阀或可程控电磁隔膜阀；流量计9采用涡街流量计或电磁流量计。

实施例2、蛋白液泡沫消除工艺

马铃薯淀粉加工排出的分离汁水（工艺水），其中蛋白含量1.5～2.5%。泡沫量大、水量大，在蛋白回收工艺中需要先进行消泡处理。

具体处理工艺：将马铃薯淀粉分离汁水以8～10m³/h流量进入泡沫释放罐，罐体积为10m³。随着分离汁水的不断流入，大量蛋白泡沫从液体中释放出来，漂浮于液体之上，液体在重力作用下下沉到罐底部。泡沫向上运动和液体向下运动的张力撕扯，部分泡沫破碎。当泡沫到达罐顶部时，启动引风机，泡沫经泡沫引导板进入风机内。通过引风机叶轮加速以风压0.06～0.08MPa 的压力进入消泡机。引风机叶片的离心力和切削力将泡沫继续破碎。然后，泡沫高速喷向锥形分液器溅射到四周的筛网上彻底破碎。消泡机外壳直径300mm，锥形分液器锥度为15度，可以保证泡沫飞溅到最大筛网面积上。泡沫在锥形分液器上的高速碰撞也会破碎大量泡沫。筛网采用单层筛网，目数为100目。泡沫在筛网上再高速剪切力的作用下彻底破碎。最后泡沫完全破碎变成液体沿着消泡机外壁收集汇集回收到泡沫释放灌中。气体通过可调出风口排出。自动控制系统根据分离汁水出水量，风机分压值和液位高度等参数值和预设定参数对风机进行控制，保持整个消泡系统稳定运行。在稳定运行时马铃薯淀粉分离汁水流量在5m³/h左右，泡沫释放罐液位显示为1200mm，引风机转数为1800转/分钟，引风机风压0.060MPa。

实施例3、蛋白液泡沫消除工艺

马铃薯淀粉分离汁水以25～30m³/h流量进入泡沫释放罐，罐体积为25m³。随着分离汁水的不断流入，大量蛋白泡沫从液体中释放出来，漂浮于液体之上，液体在重力作用下下沉到罐底部。泡沫向上运动和液体向下运动的张力撕扯，部分泡沫破碎。当泡沫到达罐顶部时，启动引风机，泡沫经泡沫引导板进入风机内。通过引风机叶轮加速以风压0.06～0.08MPa 的压力进入消泡机。引风机叶片的离心力和切削力将泡沫继续破碎。然后，泡沫高速喷向锥形分液器溅射到四周的筛网上彻底破碎。消泡机外壳直径300mm，锥形分液器锥度为16度，可以保证泡沫飞溅到最大筛网面积上。泡沫在锥形分液器上的高速碰撞也会破碎大量泡沫。筛网采用单层筛网，目数为120目。泡沫在筛网上再高速剪切力的作用下彻底破碎。最后泡沫完全破碎变成液体沿着消泡机外壁收集汇集回收到泡沫释放灌中。气体通过可调出风口排出。自动控制系统根据分离汁水出水量，风机分压值和液位高度等参数值和预设定参数对风机进行控制，保持整个消泡系统稳定运行。在稳定运行时马铃薯淀粉分离汁水流量在15～16m³/h左右，泡沫释放罐液位显示为1500mm，引风机转数为2000转/分钟，引风机风压0.065MPa。

实施例4、蛋白液泡沫消除工艺

马铃薯淀粉分离汁水以60～80m³/h流量进入泡沫释放罐，罐体容量为40 m³。随着分离汁水的不断流入，大量蛋白泡沫从液体中分离出来，漂浮于液体之上，液体在重力作用下下沉到罐底部。泡沫向上运动和液体向下运动的张力撕扯，部分泡沫破碎。当泡沫到达泡沫释放罐顶部时，启动引风机，泡沫经泡沫引导板进入风机内。通过引风机叶轮加速以风压0.06～0.08MPa 的压力进入消泡机。引风机叶片的离心力和切削力将泡沫继续破碎。然后，泡沫高速喷向锥形分液器溅射到四周的筛网上彻底破碎。消泡机外壳直径1000mm，锥形分液器锥度为25度，可以保证泡沫飞溅到最大筛网面积上。泡沫在锥形分液器上的高速碰撞也会破碎大量泡沫。筛网采用单层筛网，目数为120目。泡沫在筛网上再高速剪切力的作用下彻底破碎。泡沫在锥形分液器上的高速碰撞也会破碎大量泡沫。最后破碎完全的泡沫变成液体沿着消泡机外壁收集汇聚经出液口回收到泡沫释放灌中。气体通过可调出风口排出。自动控制系统根据分离汁水进水量，风机分压值和液位高度等参数值和预设定参数对风机进行控制，保持整个消泡系统稳定运行。在稳定运行时马铃薯淀粉分离汁水流量在40～42m³/h之间变化，泡沫释放罐液位显示为1600mm，引风机转数为2600转/分钟之间变化，引风机风压0.07MPa。

Claims

1.一种蛋白液泡沫消除系统，其特征在于：包括泡沫释放罐（1）、消泡机（6）、引风机（4）及自动控制系统；所述泡沫释放罐（1）的上部设有蛋白液入口（10），下部设有蛋白液出口（12）；泡沫释放罐（1）相对蛋白液入口（10）端的顶部设有泡沫出口（2），且该泡沫出口（2）连接引风机（4）的进口，引风机的出口通过法兰连接消泡机（6）的泡沫入口；泡沫释放罐（1）的顶部设有排气口（7），泡沫释放罐（1）底部为5~15度的斜面底；所述消泡机（6）包括筒体（6-1），在筒体（6-1）内设置有笼形骨架（6-2），笼形骨架内设置有筛网（6-3）；筒体前端通过法兰与引风机（4）的出口端连接；所述筒体前端设置有泡沫入口（6-4），并在泡沫入口处设有锥形分液器（6-5）；筒体后盖（6-7）上部设有排气孔，并在对应排气孔处通过固定螺栓（6-8）设置有后盖挡板（6-9）；筒体（6-1）的下部设置有回收液出口（6-10），且回收液出口（6-10）通过管道与泡沫释放罐（1）顶部连通；通过引风机叶轮加速加压进入消泡机入口，喷向锥形分液器高速碰撞，破碎大量泡沫；同时溅射到周围的筛网上，在高速剪切力的作用下彻底破碎，变成液体沿着消泡机下部的回收液出口收集到泡沫释放罐中。

2.如权利要求1所述蛋白液泡沫消除系统，其特征在于：所述泡沫出口（2）上设置有倾斜安装的泡沫引导板（3），且该泡沫引导板的倾斜度为2～45度。

3.如权利要求1所述蛋白液泡沫消除系统，其特征在于：所述蛋白液入口（10）处安装有筛网，筛网的目数为10～200目。

4.如权利要求1所述蛋白液泡沫消除系统，其特征在于：所述笼形骨架（6-2）与筒体（6-1）的间距为50～300mm。

5.如权利要求1所述蛋白液泡沫消除系统，其特征在于：所述自动控制系统包括设置在蛋白液入口、蛋白液出口管线上的流量计（9）及控制阀（8），安装在泡沫释放罐底部的液位感应器（13），安装在引风机出口端的压力感应器（5），以及安装在泡沫释放罐外的控制板（11）。

6.如权利要求5所述蛋白液泡沫消除系统，其特征在于：所述控制阀（8）为可程控气动隔膜阀或可程控电磁隔膜阀；所述流量计（9）为涡街流量计或电磁流量计。

7.利用如权利要求1所述蛋白液泡沫消除系统消除蛋白液泡沫的工艺，其特征在于：蛋白液由上部的蛋白液入口进入泡沫释放罐，控制泡沫释放罐内液位高度控制在罐体高度的1/2~1/3；随着蛋白液的不断流入，大量蛋白泡沫从液体中释放出来，漂浮于液体之上；液体在重力作用下沉到罐底；当泡沫到达泡沫释放罐顶部时，启动引风机，泡沫经泡沫引导板进入风机内，通过引风机叶轮加速加压进入消泡机入口，喷向锥形分液器高速碰撞，破碎大量泡沫；同时溅射到周围的筛网上，在高速剪切力的作用下彻底破碎，变成液体沿着消泡机下部的回收液出口收集到泡沫释放罐中。

8.如权利要求7所述消除蛋白液泡沫的工艺，其特征在于：蛋白液以5～80m³/h的流量进入泡沫释放罐。

9.如权利要求7或8所述消除蛋白液泡沫的工艺，其特征在于：引风机叶轮的风压为0.03～0.1MPa 。