真空黑液除沫系统 技术领域：
本发明涉及环境保护领域，更具体涉及废水处理，尤其涉及造纸废水——黑液的处理。背景技术：
造纸工业是与国民经济的发展和人民的生活水平及文化教育水平息息相关的。一般来说，随着生活及文化教育水平的不断提高，所需的用纸量也不断增加，对其品种规格的要求也越来越高。造纸所用原料主要有木材类和草类，比较常用的制浆方法为碱法制浆，该方法是先将造纸原料木材或草类原料切成片状或短节，送到特制的蒸煮设备内，加入一定量的烧碱后经高温高压蒸煮，将原料中的木质素溶出，保留优质的纤维。造纸业在以上所述的制浆过程中，会产生大量的废液，这些废液颜色为黑色，因此被称之为黑液。黑液中含有一定量的残碱和溶出物(即固形物)，如果直接排放会对环境造成极大的污染。造纸黑液的处理回收过程称为碱回收，碱回收就是先用真空洗浆机或水平带式洗浆机，将黑液从纸浆中提取出来，并用蒸发器将黑液浓缩到一定的浓度后，送到特制的碱回收锅炉中燃烧，将黑液中的固形物烧掉，而将含有残碱的熔融物收集起来，加入石灰乳液进行苛化处理，使之还原为活性碱进行循环使用。
在以上所述碱回收的黑液提取过程中，由于黑液中存在残碱、木质素、短纤维和其它杂质，粘度较大，在输送及外界搅动下，极易在黑液贮槽中形成大量泡沫。对这一问题，至今尚未彻底解决。现常用的方法是采用在黑液贮槽上部安装黑液消沫器加真空泵进行处理。该方法可部分解决黑液贮槽上部的泡沫外泄，但由于黑液消沫器地效果不够理想，不能根本解决黑液消沫问题，真空泵出口排出的大量黑液泡沫仍流入地沟，造成了环境二次污染。另外，使用真空泵需消耗大量的冷却水，能耗高，噪音大，因此，低耗高效地消除黑液中的泡沫一直是造纸废水处理的关键问题。发明内容：
本发明的目的是，提供一种真空黑液除沫系统，该系统采用多种方法多次除沫，使得黑液泡沫在该系统的真空环境中得以基本消除。该系统的运行具有低能耗、低噪音、无外泄、无污染的特点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
真空黑液除沫系统由一～五个初级除沫装置和一个除沫装置组成，以三个初级除沫装置和一个除沫装置组成的真空黑液除沫系统为例，其连接关系为：第一个初级除沫装置封闭泡沫入口，其泡沫出口与第二个初级除沫装置的泡沫入口用管道连接，第二个初级除沫装置的泡沫出口与第三个初级除沫装置的泡沫入口用管道连接，第三个初级除沫装置的泡沫出口与除沫装置的泡沫入口用管道连接，除沫装置则封闭泡沫出口，初级除沫装置包含的黑液贮槽为圆筒体，圆筒体顶面开有两个圆孔，一个为泡沫入口，另一个为泡沫出口，离圆筒体底面2～5米高处开有黑液入口，圆筒体底面的边上开有黑液出口，圆筒体顶面的边上装有水封溢流口；除沫装置含有初级除沫装置和消沫器，消沫器安装在初级除沫装置的黑液贮槽圆筒体的顶面，其泡沫入口与初级除沫装置的泡沫出口连接。初级除沫装置还含有旋液器、黑液出口保护罩、挡板和液位控制仪，旋液器安装在黑液贮槽底部，黑液出口保护罩安装在黑液出口处，黑液出口正好位于黑液出口保护罩的中间，挡板焊接在黑液贮槽底部的一侧，液位控制仪安装在黑液贮槽的圆筒体上，其高度与旋液器的外筒体高度相同；除沫装置还含有高压风机和旋风除沫器，高压风机安装在初级除沫装置的黑液贮槽顶面，高压风机的入口用管道与消沫器的泡沫出口连接，高压风机的出口用管道与旋风除沫器连接，旋风除沫器安装在初级除沫装置的黑液贮槽圆筒体的顶面，其锥体部分在黑液贮槽的圆筒体内，圆柱体部分在黑液贮槽顶面之上。
上述旋液器安装在黑液贮槽的底部，由内筒和外筒组成，内筒和外筒均为圆形，其中内筒体的直径一般为黑液入口8直径的2～5.5倍，内筒和外筒底部与黑液贮槽焊接，上部均不封闭，外筒的高度一般比黑液入口低100～300毫米，内筒底部开有总面积为黑液入口面积2～5倍的3～6个方形口与外筒相通，内筒的高度比外筒高1～2米，在内筒和外筒的中间加置与方形开口数量相同的径向隔板，隔板径向焊在内、外筒上，并置于方形开口间隙的中间。
上述黑液出口保护罩安装在黑液出口处，黑液出口正好位于黑液出口保护罩的中间，黑液出口保护罩由支承和面板组成，面板与黑液贮槽1底部平行焊接在支承和黑液贮槽内壁上，面板宽0.7～1.6米，长0.9～2.6米。
上述挡板的高度比外筒高0.2～1.1米，宽度比黑液贮槽内径小0.6～1.8米，焊接在黑液贮槽的底部和一侧。
本发明的除沫原理为：首先是从黑液泡沫的形成入手，尽量减少黑液泡沫的产生。其具体方法是将原来真空洗浆机黑液出口水封管直接插入黑液贮槽黑液内进行水封，改为使用旋液器进行液封；由其真空洗浆机出口的黑液切向进入旋液器内筒，高速旋转产生旋转液面对真空洗浆机出口进行液封，从而使真空洗浆机黑液出口水腿产生并保持真空，进行正常洗浆，黑液中夹杂的气泡经高速旋转后分离出去，形成的泡沫在液面上部从内筒升到黑液贮槽的上部，黑液经内筒下部出口流入外筒，经垂直隔板导流后从外筒上部溢流入黑液贮槽内。此改变主要是考虑到真空洗浆机出口的黑液中含有大量气体，原来插入液下的水封容易鼓泡形成大量泡沫，而旋液器的液封正好能使气泡在旋液过程中在液面上与黑液很好地分离，可使泡沫的产生量减到最少。同时，在黑液泵进口处，设有黑液出口保护罩，其作用主要是防止泵入口处旋窝的形成，因为一旦形成旋窝后，势必会在输送过程中产生大量泡沫。这样，首先从源头上着手，限制和减少了黑液泡沫的产生。同时，在黑液贮槽内部还装配有隔板，其作用是延长黑液泡沫在黑液贮槽内的滞留时间，使尽量多的黑液泡沫在黑液贮槽内得以消除。
该方法还改变原来真空泵产生高真空为使用高压防腐风机产生低真空。由于改变了原来的水封为液封，只要在开车时保证液封水腿内有足够的液体流量，形成真空和稳定运行是容易控制的，没有必要使用真空泵产生高真空。这一改变在保证整个真空洗浆机系统正常运行的前提下，使整个除沫系统的运行能耗大大降低，以三个100立方米左右的初级除沫装置和一个容积相同的除沫装置组成的黑液除沫系统为例，如采用真空泵一般需两台电机为75KW的真空泵，而采用高压风机只需电机为7.5KW的风机一台，其装机容量减少140KVA以上，节能降耗的效果是非常明显的，同时也大大减少了设备运行噪音。
由于整个黑液除沫系统处在真空状态下运行，这就保证了黑液泡沫在黑液槽上部不外泄。保证了工作环境的洁净。
在黑液泡沫进入风机之前，与传统方法一样，使用了机械式的黑液消沫器，机械式的黑液消沫器是利用高速旋转的叶片将黑液泡沫甩到消沫器的筒壁上，充分利用离心力使泡沫在剪切、碰撞中破裂。虽说单独使用时效果不是很理想，但在此系统内联合使用时，可充分发挥其消除较大泡沫的作用。
由于风机的风量比真空泵大得多，这也为后面的进一步处理提供了条件。经过机械式的黑液消沫器后，大的泡沫基本得以消除，但相当多的细小的泡沫进入了风机，风机也是高速旋转的，产生的剪切和碰撞作用可进一步消除黑液消沫。剩余的泡沫随着高速风进入高效的旋风除沫器，该设备是为消除黑液消沫专门设计的，细小和难以破除的泡沫高速切向进入旋风除沫器后，与筒壁产生强烈碰撞，由于泡沫比空气重，在离心力的作用下，泡沫碰到筒壁后会产生破裂并沿着筒壁旋流而下进入黑液贮槽内。同时，由于经过风机后的压力突变和进入旋风除沫器后的容积突然增大，破坏了泡沫的表面张力的平衡，有利于泡沫的消除。为了进一步加大破沫效果，在旋风除沫器内壁上创造性地设有导流螺旋板，其作用是迫使泡沫向下旋转，使之更容易破碎和进入黑液贮槽内。在旋风除沫器的上部还设有扩容室，利用速度的突然降低使微小泡沫靠自重沉积下来，并靠自重回流入黑液贮槽内。
通过以上多种方法多次消泡后，可以保证黑液泡沫在该系统内得以基本消除。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、改真空洗浆机的水腿水封为液封，使黑液中的气泡尽快与黑液分离，从源头上减少了泡沫的形成。
2、改用风机代替真空泵，在保证洗浆系统正常运行的前提下，使系统运行能耗降低到只有原来的10％-20％。同时也大大降低了运行噪音，同时也省去了大量冷却水。
3、由于改用了风机，就为后面增加高效的旋风除沫器提供了可能。也为进一步消除细小的和难以破碎的黑液泡沫提供了方便。
4、本发明采用多种方法多次除沫的独特设计，可使系统内基本无泡沫外泄。真正做到低能耗、低噪音、无外泄、无污染、不用冷却水、经济洁净地生产。附图说明：
图1为初级除沫装置的结构示意图。
图2为除沫装置的结构示意图。
图3为旋风除沫器的结构示意图。
图4为由3个初级除沫装置和一个1除沫装置组成的真空黑液除沫系统俯视图。具体实施方式：
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
由图1可知，初级除沫装置由黑液贮槽1、旋液器5、黑液出口保护罩6、挡板7和液位控制仪10组成。
黑液贮槽1为圆筒体，圆筒体顶面开有两个圆孔，一个为泡沫入口12，另一个为泡沫出口13，离圆筒体底面2～5米高处开有黑液入口8，圆筒体底面的边上开有黑液出口9，圆筒体顶面的边上装有水封溢流口11。
旋液器5安装在黑液贮槽1的底部，由内筒和外筒组成，内筒和外筒均为圆形，其中内筒体的直径一般为黑液入口8直径的2～5.5倍，内筒和外筒底部与黑液贮槽焊接，上部均不封闭，外筒的高度一般比黑液入口低100～300毫米，内筒底部开有总面积为黑液入口面积2～5倍的3～6个方形口与外筒体相通，内筒的高度比外筒高1～2米，在内筒和外筒的中间加置与方形开口数量相同的径向隔板，隔板径向焊在内、外筒上，并置于方形开口间隙的中间；
黑液出口保护罩6安装在黑液出口9处，黑液出口9正好位于黑液出口保护罩6的中间，黑液出口保护罩6由支承和面板组成，面板与黑液贮槽1底部平行焊接在支承和黑液贮槽1内壁上，面板宽0.7～1.6米，长0.9～2.6米；
挡板7的高度比外筒高0.2～1.1米，宽度比黑液贮槽1内径小0.6～1.8米，焊接在黑液贮槽1底部和一侧；
液位控制仪10安装在黑液贮槽1的圆筒体上，其高度与旋液器的外筒的高度相同。
由图2可知，除沫装置由初级除沫装置和消沫器2、高压风机3和旋风除沫器4组成。
消沫器2安装在初级除沫装置的黑液贮槽1圆筒体的顶面，其泡沫入口与初级除沫装置的泡沫出口13连接，消沫器2的泡沫出口与高压风机3用管道连接，其黑液出口导入旋液器5的内筒进行水封。
高压风机3安装在初级除沫装置的黑液贮槽1顶面，用管道与旋风除沫器4连接。
旋风除沫器安装在初级除沫装置的黑液贮槽1圆筒体的顶面，其锥体部分在黑液贮槽1的圆筒体内，圆柱体部分在黑液贮槽1顶面之上。
由图3可知，旋风除沫器由旋风分离器21、扩容室15和隔板17组成。
旋风分离器23由分离器圆筒体21、锥体20、螺旋挡板19、泡沫入口、黑液出口和空气出口组成。分离器圆筒体21的直径一般为泡沫进口管直径的6～15倍，其高度为分离器圆筒体21直径的0.6～2.5倍；泡沫进口管与圆筒体内壁切向焊接，内置螺旋挡板19置于圆筒体中，其螺距18和宽度为泡沫进口直径的1.1～1.5倍，其旋转方向与泡沫入口切向进入圆筒体的方向相同。
锥体20的上部直径与圆筒体相同，并与圆筒体连接，下部直径与黑液出口相同，并与黑液出口连接，其高度为圆柱体21高度的1～3倍。
黑液出口为水封式，直径为泡沫进口直径的0.3～0.8倍，并与锥体20的下部连接；空气出口置于圆筒体的中央，其大小为泡沫进口直径的1.1～1.5倍，从内置螺旋挡板的底部起，穿过隔板，与扩容室相通。
隔板17将上部扩容室15和下部旋风分离器23隔开，中间只有空气出口相通，焊接在圆筒体21上。扩容室15由上部圆筒体21、顶部盖板、空气出口、中间隔板、空气入口、挡板16和黑液出口组成。上部圆柱体直径与下部圆筒体直径相同，其高度为圆筒体21直径的0.6-1.5倍；顶部盖板24开有空气出口，并焊接在圆筒体21上，上部空气出口直径与下部空气入口25的直径相同，空气入口25为下部旋风分离器23的空气出口。挡板16为锥形，置于顶部盖板24和空气入口之间，其直径大于空气入口，小于圆筒体7直径，黑液出口置于扩容室15底部的圆筒体上，其直径为50-200毫米。
由图4可知，真空黑液除沫系统的一号初级除沫装置封闭了泡沫入口，其泡沫出口与二号初级除沫装置的泡沫入口用管道连接，二号初级除沫装置则封闭了黑液入口8，其泡沫出口与三号初级除沫装置的泡沫入口用管道连接，三号初级除沫装置同样封闭了黑液入口8，其泡沫出口与除沫装置的泡沫入口用管道连接，除沫装置则封闭了泡沫出口。
本发明的工作流程为：从真空洗浆机出来的黑液经黑液入口沿旋液器内筒壁切向进入旋液器内筒，由于泡沫比黑液轻，所以泡沫一般浮在黑液贮槽的上部，黑液沉在黑液贮槽的底部。当泡沫充满整个黑液贮槽后，由于黑液贮槽是全封闭的，同时在高压风机的作用下，一号初级除沫装置内的泡沫只能通过其顶部的连通管流入二号初级除沫装置，同理，二号初级除沫装置内的泡沫只能流入三号初级除沫装置内，当所有泡沫流入除沫装置后，只能从除沫装置的顶部进入机械式消沫器进行一次机械除沫，破除的泡沫变成黑液经消沫器下部出口流入四号初级除沫装置内，余下的泡沫随空气一起进入高压风机。在风机的作用下，被高速吹入高效的旋风除沫器，由于是沿旋风除沫器的下部内壁切向进入，所以当空气和泡沫高速进入后，会沿筒壁高速旋转，产生强烈的剪切和碰撞，进行二次除沫。同时由于高效旋风除沫器内置螺旋的作用，加大了泡沫之间产生的剪切和碰撞作用，同时也加大了泡沫沿螺旋向下的力度，破除后的泡沫变成黑液经下部出口直接流入除沫装置内。极少量难以破除的细小泡沫随空气一起进入旋风除沫器的上部，上部主要起扩容作用，由于流通截止面突然增大，速度降低，细小泡沫比较容易靠自重沉聚下来，并在重力作用下流入除沫装置内。非常微小的泡沫随空气一起从旋风除沫器的顶部出口排入大气中。