塔板和填料式泡沫分離塔的開發(fā)及其強化排液性能研究.pdf

1、泡沫分離技術(shù)具有能耗低、無污染、投資少等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于表面活性劑、重金屬離子、染料、蛋白質(zhì)和其它天然產(chǎn)物分離的過程中。如何提高泡沫分離效率，特別是提高目的產(chǎn)物富集比是泡沫分離研究的重要課題。本文將已經(jīng)在精餾領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用的塔板和填料應(yīng)用到泡沫分離過程中，開發(fā)了對應(yīng)的泡沫分離塔，并對其強化泡沫排液性能進(jìn)行了研究。
　　基于上升泡沫流體力學(xué)理論，將傳統(tǒng)的篩孔塔板（帶降液管）應(yīng)用到泡沫分離過程中，開發(fā)了篩板式泡沫分離塔。采用牛

2、血清白蛋白（BSA）水溶液為模擬體系，考察了影響泡沫分離效率的因素，闡述了篩孔塔板逐級強化泡沫排液的機(jī)理。結(jié)果表明，篩孔塔板可有效降低泡沫持液率，提高目的產(chǎn)物的富集比。在裝液量490 mL、BSA初始濃度0.1 g/L、氣體流量300 mL/min和10層塔板的條件下，BSA的富集比為7.6，是未安裝塔板的對照塔富集比的1.85倍。
　　根據(jù)傳統(tǒng)篩孔塔板強化泡沫排液機(jī)理，開發(fā)了一種改進(jìn)型篩孔塔板，通過去掉兩個弓形角，改善了篩孔塔板

3、（無降液管）的降液效果，在強化泡沫排液的同時解決了塔板上可能發(fā)生液泛的問題。采用十二烷基硫酸鈉（SDS）水溶液為模擬體系，研究了SDS初始濃度、氣體流量、塔板數(shù)量和塔板間距對泡沫分離性能的影響。結(jié)果表明，該改進(jìn)型篩孔塔板具有結(jié)構(gòu)簡單、易于放大和分離效率高的優(yōu)點。
　　將金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料應(yīng)用到泡沫分離塔中，開發(fā)了填料式泡沫分離塔，研究了填料對氣泡大小、持液率、富集比和回收率的影響，闡述了金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料強化泡沫排液的機(jī)理。采用BSA

4、水溶液為模擬物系，在裝液量490 mL、氣體流量300 mL/min、BSA初始濃度0.1 g/L、pH6.2和填料高度300 mm的條件下，填料塔的富集比為21.8，是未安裝填料空塔富集比的2.45倍。
　　將散裝聚丙烯花環(huán)填料裝填到泡沫分離塔的泡沫段，通過測定塔軸向不同高度的泡沫持液率，研究了該散裝填料強化泡沫排液的效率。在進(jìn)料流量50 mL/min、液池高度300 mm、SDS濃度0.3 g/L、進(jìn)氣流量300 mL/min

5、、塔底濃度0.29 g/L和塔頂濃度2.0 g/L時，填料塔需要的分離級數(shù)為12.3級，相應(yīng)的對照塔為15.5級，效率提高了20.6％。
　　基于連續(xù)精餾的概念，開發(fā)了一套單塔多級連續(xù)泡沫分離塔。研究了進(jìn)料濃度和進(jìn)料流量對分離效率的影響，結(jié)果表明在較低的進(jìn)料濃度和較小的進(jìn)料流量下，表面活性物質(zhì)能夠被有效地去除；而當(dāng)進(jìn)料濃度較高或增加進(jìn)料流量時，只能通過增加塔板數(shù)才能達(dá)到理想的分離效果。當(dāng)進(jìn)料濃度為0.25 g/L和進(jìn)料流量為9.5

6、 mL/min時， SDS的去除率為47.2%。
　　將傳統(tǒng)的泡罩塔板應(yīng)用到泡沫分離過程中，開發(fā)了一種泡罩式連續(xù)泡沫分離塔。采用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）水溶液為模擬體系，研究了操作參數(shù)（進(jìn)氣流量、進(jìn)料濃度和進(jìn)料流量）和設(shè)備參數(shù)（塔板數(shù)、進(jìn)料位置、塔板間距和泡罩?jǐn)?shù)量）對分離效果的影響，確定了該塔的操作性能負(fù)荷圖，提出了逐板計算法和圖解法求取泡沫分離塔理論塔板數(shù)的方法。
　　綜上所述，開發(fā)的篩孔塔板、改進(jìn)型篩孔塔板、金屬