用于高粘度液体的真空消泡设备及消泡方法与流程

本发明涉及一种真空消泡设备及消泡方法，尤其涉及一种用于高粘度液体的真空消泡设备及消泡方法，特别适用于高粘度且含表面活性剂的浆料的消泡。

背景技术：

在水性色浆等高粘度液体的生产过程中，为保证颜料等不溶于水的固体颗粒能够稳定地分散在液体中，往往需要添加分散助剂等具有表面活性的物质，但这会导致大量微小气泡的产生且产生的气泡较稳定，而水性色浆等高粘度液体难以自然消除气泡，或往往需要很长时间才能自然消泡，这对产品的连续化生产、包装储存、运输、应用等均有较大影响。

目前，在工业生产过程中，能够实现消泡的方式一般分为两种，即化学法和物理法。化学法消泡一般是采用添加消泡剂的方式，这是因为消泡剂具有较低的表面张力，在泡沫间的液膜中扩散后，由于消泡剂分子取代了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泡沫的稳定性下降，从而使泡沫易于破裂。但在实际使用时，由于液膜强度高，高粘度的液体加入消泡剂后其消泡速度远低于低粘度液体，因此仍需要较长时间才能有较好的消泡效果；而且消泡剂一般只能消除液体表面的气泡，液体内部的微小气泡因其浮力很小，难以上浮到液体表面导致其无法消除，消泡效率较低。此外，消泡剂是高化学需氧量的油性化学药品，而化学需氧量是指以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量，是影响废水等级和处理成本的重要因素。使用消泡剂不仅会增加成本，严重影响产品质量，还会增加废水的处理难度，消泡剂的使用使很多企业的废水排放无法达标。因此，在高粘度液体的工业生产中，为取得较好的消泡效率，并保证产品的稳定性，往往采用物理法对其进行消泡。

国内外相关行业已有多种用于液体产品的物理消泡方式，例如搅拌离心消泡、真空消泡、薄膜消泡、超声波消泡、加热消泡等。但上述消泡方法均存在一定的缺陷：搅拌离心消泡的生产效率低、气泡残留多；真空消泡时，连续抽真空消泡则往往会因气泡体积过度膨胀，从而导致气泡进入真空泵影响设备的正常使用，间歇式抽真空消泡则两次抽真空的间隔时间过长，导致消泡效率低，而且在抽真空间歇期间脱出的气体会影响真空度，进一步降低消泡效率；薄膜消泡的消泡速度较慢、处理量小；超声波消泡时，由于高粘度液体中小气泡受超声波影响发生振动时的阻力较大，汇聚成大气泡的几率要小得多，即使形成大气泡也难以迅速从液体中逸出，对于高粘度液体的消泡效率极低；加热消泡不仅耗能大，还会让水性色浆中的颜料等因高温下分散剂的吸附作用力降低等因素而加速沉降，影响产品的稳定性。

现有许多有关消泡设备和方法的专利报道，如申请号为201410356940.4的中国专利“制造聚酰胺酸树脂所用的消泡釜和消泡方法”公开了一种安装有半球形薄层分配器的消泡釜，且罐体外安装有夹套，夹套内加入导热介质，进入消泡釜的聚酰胺酸树脂溶液成薄层分散流动，再经薄层分配器的下沿与罐体内壁的间隙保持薄层沿罐体内壁继续向下流，同时利用高温下液体产品粘度和液膜强度的降低，破坏气泡稳定性，最后在罐体内底部聚集，该设备虽然结构简单、消泡效果较好，但加热耗能大，在部分产品脱泡过程中过度受热会影响产品品质；申请号为cn201010273742.3的中国专利“高粘度液体产品的消泡装置”主要是利用高剪切力下浆料变稀的特性进行消泡，只能适用于具有触变性的浆料，如中性笔墨水等产品，不适合不具备显著触变性的高粘度液体产品；公开号为us5612219的美国专利介绍了一种生物反应器中除泡装置，该装置是一种与液体表面呈45°-90°夹角、疏水材料制备的盘子，在搅拌状态下进行消泡。触变性较小的高粘度液体产品的脱泡问题，是困扰高粘度液体产品生产的重要难题，针对不具备显著触变性的高粘度液体产品，上述现有技术揭示的消泡设备，消泡效率难以达到工业化生产的要求。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种用于高粘度液体的真空消泡设备及消泡方法，该消泡设备和消泡方法采用真空薄膜消泡和螺旋搅拌消泡相结合的方式，能够对产品进行多次薄膜消泡并用低速离心消泡加以辅助，且结构简单、操作简便、消泡效率高、不会影响产品品质。

本申请所使用的高粘度液体，一般是指以ndj-1型旋转粘度计测试，6r/min的转速下，粘度在3000mpa·s以上的液体，尤其是ndj-1型旋转粘度计测试6r/min和60r/min转速下，粘度比值小于3的不具备显著触变性的高粘度液体产品。

本发明的技术方案是：

一种用于高粘度液体的真空消泡设备，包括进料装置和消泡装置，所述进料装置包括液体储罐、液体提升泵和进料管，所述进料管连通液体储罐和消泡罐体，所述液体提升泵设于进料管上靠近液体储罐一端处，且进料管上定位设有进料流量阀；

所述消泡装置包括内有可密封空腔的消泡罐体、设于消泡罐体上并与该消泡罐体内空腔连通的真空泵、设于消泡罐体空腔内上半部的成膜脱泡挡板组件和设于消泡罐体空腔内下半部的螺旋搅拌脱泡组件；

其中消泡罐体的底部为朝一侧倾斜的倾斜底板，且该倾斜底板的最低点处设有与消泡罐体内部连通的出料管，该出料管上定位设有出料流量阀；

其中成膜脱泡挡板组件包括呈伞状结构的上挡板、呈反伞状结构的下挡板和固定连接于上、下挡板中心之间的中柱，所述进料管的出料端管口伸入消泡罐体的空腔内并正对上挡板最高点处，且上挡板的下沿与消泡罐体的内侧壁之间形成有流动间隙；所述下挡板的下沿与消泡罐体的内侧壁之间紧密贴合，且下挡板的底部靠近中心处设为金属网；

其中螺旋搅拌脱泡组件包括电动机、旋转轴和螺旋板，所述电动机定位设于消泡罐体的底部外侧，所述旋转轴沿消泡罐体中心轴线方向竖直设置且该旋转轴与电动机的输出轴定位连接并由电动机带动转动，所述螺旋板沿旋转轴自上向下倾斜螺旋固定绕设于旋转轴上形成单向流动路径，螺旋板的外沿与消泡罐体之间存在转动间隙且螺旋板的外沿设有高于螺旋板内沿的挡板，所述旋转轴的上端与螺旋板顶部的上表面平齐。

其进一步的技术方案是：

所述流动间隙的间距为1-5mm。

所述上挡板的伞状结构的倾斜面与消泡罐体内侧壁之间形成的锐角夹角为30-85°，且所述下挡板的反伞状结构的倾斜面与消泡罐体内侧壁之间形成的锐角夹角为30-85°。

所述金属网设于下挡板底部围绕中柱处，该金属网的网格孔径为1-5mm，且该金属网的网面上设有若干尖刺。

所述真空泵与消泡罐体内部连通的管路上对应真空泵处定位设有放空阀，且消泡罐体上设有用于测量消泡罐体内部压力的压力计。

所述消泡装置还包括底座，消泡罐体置于该底座上，该底座上表面的周边处间隔设有若干个钢构维护框架，该钢构维护框架与消泡罐体底部处的外侧壁固定连接。

所述进料管和出料管的出料端管口处均呈管口内径沿液体流动方向逐渐增大状。

本申请还公开了一种使用上述真空消泡设备进行高粘度液体消泡的方法，该方法包括下述步骤：

s1：将高粘度液体通过液体提升泵从液体储罐中提升至进料管内后，经进料流量阀由进料管进入消泡罐体内，同时启动真空泵在消泡罐体内形成负压状态，并启动电动机使其带动旋转轴以不高于60r/min的转速进行低速旋转；

s2：高粘度液体从进料管掉落至上挡板的最高点处，并沿上挡板向外扩散形成第一薄膜状流层，在前述真空度下该第一薄膜状流层完成第一次消泡；

s3：高粘度液体继续从上挡板的下沿末端流下，沿消泡罐体内壁向下流动，在消泡罐体内壁上形成第二薄膜状流层，在前述真空度下该第二薄膜状流层完成第二次消泡；

s4：高粘度液体继续从消泡罐体内壁流到下挡板上，并沿下挡板向内扩散形成第三薄膜状流层，在前述真空度下该第三薄膜状流层完成第三次消泡；

s5：高粘度液体继续从下挡板上流动到位于下挡板底部的金属网上，通过金属网向下流动，完成第四次消泡；

s6：高粘度液体继续从金属网上流到螺旋板上，旋转轴带动螺旋板以前述转速进行低速旋转，则高粘度液体顺着螺旋板流动并在螺旋板表面形成第四薄膜状流层，在旋转剪切力和表面张力作用下该第四薄膜状流层完成第五次消泡；

s7：高粘度液体继续沿螺旋板下沿流动到倾斜底板上后，沿倾斜底板流动至出料管处，经出料流量阀出料。

其进一步的技术方案是：

s1步骤中所述负压状态为0.2-0.6个大气压的真空度。

第一薄膜状流层的厚度为1-5mm，第二薄膜状流层的厚度为1-4mm，第三薄膜状流层的厚度为1-5mm，第四薄膜状流层的厚度为1-4mm。

本发明的有益技术效果是：本申请真空消泡设备设置两个方向相反的脱泡挡板和一个大面积的螺旋板，使高粘度液体始终处于薄膜流层的状态，大大增加了其表面积和表面张力，能够有效消除气泡；螺旋板的低速旋转加快了高粘度液体的成膜速度和流动速度，同时产生的旋转剪切力也能够消除气泡。本申请消泡方法采用多重消泡方式，结合一定真空度、螺旋板旋转转速以及进、出料流量阀流量控制进行高效稳定的消泡。本申请所述技术方案具有结构简单、操作简便、耗能较低、成本低廉、消泡效率高等优势，适用于高粘度液体的消泡，能够避免高温、消泡剂等因素对高粘度液体的质量带来的不利影响。

附图说明

图1是本发明所述消泡设备的整体结构示意图；

图2是本发明所述金属网的俯视结构示意图；

其中：

1液体储罐；

2液体提升泵；

3进料管；

4进料流量阀；

5消泡罐体；5-1倾斜底板；

6真空泵；

7成膜脱泡挡板组件；7-1上挡板；7-2下挡板；7-3中柱；7-4流动间隙；7-5金属网；

8螺旋搅拌脱泡组件；8-1电动机；8-2旋转轴；8-3螺旋板；

9出料管；

10出料流量阀；

11放空阀；

12压力计；

13底座；

14钢构维护框架。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本具体实施例详细记载了一种用于高粘度液体的真空消泡设备，具体结构参见图1中所示。

该真空消泡设备主要包括控制装置、进料装置和消泡装置。

控制装置主要包括输入模组、中心处理模组等，其中输入模组主要是人机交互界面如触控显示屏、鼠标、键盘等用于参数信息等输入的部件，中心处理模组主要用于该设备中各电气部件的启动关闭、各电气部件按照设定参数进行作业、各种信息数据的处理等，本申请中的控制装置为数控技术领域常见的控制装置，本申请中不再赘述。后述的进料流量阀、出料流量阀、放空阀、真空泵、压力计和电动机均与该控制装置相连接，该控制装置能够使工艺参数的设置更加准确、便捷，且能够随时了解设备内部的压力，适时调节放空阀。

进料装置包括液体储罐1、液体提升泵2和进料管3。进料管3连通液体储罐1和后述的消泡罐体5，液体提升泵2设于进料管3上靠近液体储罐1的一端处，进料管上定位设有一进料流量阀4，该进料流量阀与前述控制装置连接。此外，进料管3的出料端管口处呈管口内径沿液体流动方向逐渐增大状，有利于高粘度液体的流出。

消泡装置包括内有可密封空腔的消泡罐体5、设于消泡罐体上并与该消泡罐体内空腔连通的真空泵6、设于消泡罐体空腔内上半部的成膜脱泡挡板组件7和设于消泡罐体空腔内下半部的螺旋搅拌脱泡组件8。

其中消泡罐体5呈罐状结构，其底部外侧设有一底座13，消泡罐体置于该底座上，该底座上表面的周边处间隔设有若干个钢构维护框架14，该钢构维护框架与消泡罐体底部处的外侧壁固定连接，这样能够使消泡罐体更牢固的立于底座上。消泡罐体5的底部为朝一侧倾斜的倾斜底板5-1，且该倾斜底板的最低点处设有与消泡罐体内部连通的出料管9，该出料管上定位设有出料流量阀10，该出料流量阀与前述控制装置连接。此外出料管9的出料端管口处呈管口内径沿液体流动方向逐渐增大状，与倾斜底板相互配合能够更有利于高粘度液体的流出。消泡罐体5上设有用于测量消泡罐体内部压力的压力计12，此外真空泵6与消泡罐体内部连通的管路上对应真空泵处定位设有放空阀11，用于排放消泡罐体内部产生的气体。上述真空泵6、放空阀11和压力计12均分别与前述控制装置连接，通过控制装置调节真空泵的真空度，并可随时查看压力计读数后根据压力计读数适时调节放空阀。

其中成膜脱泡挡板组件7包括呈伞状结构的上挡板7-1、呈反伞状结构的下挡板7-2和固定连接于上、下挡板中心之间的中柱7-3，且上挡板和下挡板中心的连线、中柱的中心轴线以及消泡罐体的中心轴线重合。进料管3的出料端管口伸入消泡罐体的空腔内并位于上挡板的上方处，且该进料管3的出料端管口正对上挡板最高点处，且进料管3在消泡罐体内一段的中心轴线与消泡罐体的中心轴线重合。上挡板7-1的下沿与消泡罐体5的内侧壁之间形成有流动间隙7-4，便于高粘度液体由该流动间隙向下沿消泡罐体内部流向下挡板，该流动间隙的间距大小根据液体的粘度来设置，基本原则为该流动间隙大小设置为可使液体沿罐体内壁形成薄膜且不造成堆积堵塞，本申请中该流动间隙的间距大小优选1-5mm，本具体实施例中该流动间隙设置为2mm，上述合适的流动间隙大小可提高高粘度液体在罐体内壁上消泡速率。下挡板7-2的下沿与消泡罐体5的内侧壁之间紧密贴合，即下挡板的下沿固定在消泡罐体5的内侧壁上且与该内侧壁之间没有间隙，防止高粘度液体从此处直接流下去。下挡板的底部靠近中心处设为金属网7-5(参见图2)，该金属网更进一步的设于下挡板底部围绕中柱处，液体可以从该金属网处向下流出，本申请中金属网的网格大小设置为可使高粘度液体流下且能够起到消泡作用，优选的金属网网格孔径为1-5mm，本具体实施例中金属网网格设为3mm；此外该金属网的网面上设有若干尖刺，用于协助进行消泡。在下挡板上设置金属网不仅可以使高粘度液体从此处向下流出，更在下挡板消泡的基础上增加了一道消泡工序，提高了消泡效率。本申请中成膜脱泡挡板组件在消泡罐体内可通过下述方式进行固定：所述上挡板7-1上可设置若干处与消泡罐体的内壁固定连接，该固定连接处可设置在上挡板的下沿处使上挡板与消泡罐体的周侧内侧壁固定连接，也可以设置在上挡板的上表面上使上挡板与消泡罐体的上顶面内侧壁固定连接，固定连接方式可以是焊接也可以通过连接杆等连接件进行固定连接；所述中柱7-3与上挡板7-1之间可设置若干处固定连接，该固定连接可以是采用若干根连接杆作为连接件进行连接，具体可以是将连接杆的一端固定连接在上挡板伞状结构的内侧面上，另一端固定连接在中柱外周侧壁上，固定连接方式可优选焊接方式，这样可更牢固的支撑上挡板；所述下挡板7-2的下沿处需要与消泡罐体的内侧壁之间紧密贴合，可以将下挡板的下沿直接采用焊接方式固定连接在消泡罐体的周侧内侧壁上。此外，上挡板7-1的伞状结构和下挡板7-2的反伞状结构均具有倾斜面，该倾斜面的倾斜程度需要根据高粘度液体的粘度进行设置，设置原则为该倾斜程度可使液体在流动过程中在上挡板和下挡板的倾斜面上形成薄膜，本申请中上挡板的伞状结构的倾斜面与消泡罐体内侧壁之间形成的锐角夹角为30-85°，且下挡板的反伞状结构的倾斜面与消泡罐体内侧壁之间形成的锐角夹角为30-85°，上述两个锐角夹角的角度在本具体实施例中均优选65°。该成膜脱泡挡板组件充分增大了高粘度液体的成膜表面积，大大增加了其表面张力，降低了液体薄膜的厚度，提高了消泡效率。

其中螺旋搅拌脱泡组件8位于成膜脱泡挡板组件的下方，该螺旋搅拌脱泡组件包括电动机8-1、旋转轴8-2和螺旋板8-3。电动机8-1定位设于消泡罐体5的底部外侧，本具体实施例中位于底座13内，且该电动机与前述控制装置连接。旋转轴8-2沿消泡罐体中心轴线方向竖直设置且该旋转轴与电动机的输出轴定位连接并由电动机带动转动。螺旋板8-3沿旋转轴自上向下倾斜螺旋固定绕设于旋转轴上形成单向流动路径，即螺旋板的内沿沿旋转轴螺旋绕设并紧密固定在旋转轴上，螺旋板内沿与旋转轴之间没有缝隙，防止液体从螺旋板内沿处漏出；螺旋板的外沿与消泡罐体之间存在转动间隙，该转动间隙的大小以便于螺旋板转动即可；螺旋板的外沿处设有高于螺旋板内沿的挡板，该挡板可避免高粘度液体从螺旋板外沿处流出，此外旋转轴的上端与螺旋板顶部的上表面平齐。该螺旋搅拌脱泡组件8中螺旋板的设置充分的利用了消泡罐体的横截面积，且电动机能够带动旋转轴转动，旋转轴带动螺旋板同步转动，在低速转动下，高粘度液体能够更容易地扩散到螺旋板表面，再次形成大表面积的薄膜，且产生的旋转剪切力也能消除气泡。

使用本申请所述真空消泡设备进行高粘度液体消泡的方法，主要包括下述步骤：

s1：将高粘度液体通过液体提升泵2从液体储罐1中提升至进料管3内后，经进料流量阀4由进料管进入消泡罐体5内，同时启动真空泵6在消泡罐体内形成负压状态，并启动电动机8-1使其带动旋转轴8-2以不高于60r/min的转速进行低速旋转。该步骤中消泡罐体内负压状态的真空度一般根据被脱泡液体中易挥发成分的特性和液体的粘度进行调节：若真空度过低会导致脱泡效率降低；若真空度过高虽然可以让气泡更快的膨胀破裂，但也会导致被脱泡液体中的易挥发组分大量脱离。因此具体的真空度往往需要通过实验来确定，本领域技术人员可以通过多次实验得到具体的真空度值，如一般情况下，中高粘度的水性色浆选择控制真空度在0.2-0.6个大气压之间进行脱泡。

s2：高粘度液体从进料管掉落至上挡板的最高点处，并沿上挡板向外扩散形成厚度为1-5mm的第一薄膜状流层，高粘度液体中的气泡离液体表面距离变小，在负压状态下，气泡迅速膨胀破裂，则该第一薄膜状流层在前述真空度下完成第一次消泡；

s3：高粘度液体继续从上挡板的下沿末端流下，沿消泡罐体内壁向下流动，在消泡罐体内壁上形成厚度为1-4mm的第二薄膜状流层，在前述真空度下该第二薄膜状流层完成第二次消泡；

s4：高粘度液体继续从消泡罐体内壁流到下挡板上，并沿下挡板向内扩散形成厚度为1-5mm的第三薄膜状流层，在前述真空度下该第三薄膜状流层完成第三次消泡；

s5：高粘度液体继续从下挡板上流动到位于下挡板底部的金属网上，通过金属网向下流动，完成第四次消泡；

s6：高粘度液体继续从金属网上流到螺旋板上，旋转轴带动螺旋板以前述转速进行低速旋转，则高粘度液体顺着螺旋板流动并在螺旋板表面形成厚度为1-4mm的第四薄膜状流层，在旋转剪切力和表面张力作用下该第四薄膜状流层完成第五次消泡；

s7：高粘度液体继续沿螺旋板下沿流动到倾斜底板上后，沿倾斜底板流动至出料管处，经出料流量阀出料。

在上述s1步骤和s7步骤中，高粘度液体的进料的出料可同时进行，通过调节进料流量阀和出料流量阀使消泡罐体内高粘度液体的流量稳定，使生产连续化。本申请中进料流量阀和出料流量阀的流量比例优选为1:1，以保证物料进出的平衡，但为了保证消泡设备内部有少量残余液体且液体上表面不超过螺旋板底端，可以控制进料流量阀和出料流量阀的流量比例在1:2-2:1之间。其中液面控制可以通过加探头，并连接进料、出料控制设备的方式完成，该技术属于本领域技术人员所熟知的技术方案，本申请中不再赘述。通过控制装置调节进料流量阀的流量、出料流量阀的流量、真空泵的真空度、电动机的转速等参数，并结合随时查看压力计的读数，根据压力计读数适时调节放空阀。

本申请所述真空消泡设备设置两个方向相反的脱泡挡板和一个大面积的螺旋板，使高粘度液体始终处于薄膜流层的状态，大大增加了其表面积和表面张力，能够有效消除气泡；螺旋板的低速旋转加快了高粘度液体的成膜速度和流动速度，同时产生的旋转剪切力也能够消除气泡。本申请技术方案采用多重消泡方式，具有结构简单、操作简便、耗能较低、成本低廉、消泡效率高等优势，适用于高粘度液体的消泡，能够避免高温、消泡剂等因素对高粘度液体的质量带来的不利影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。