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在制药和化工的有关生产单元操作过程中,大量泡沫的形成是经常遇到的一个间题,如微生物发酵、聚合反应、气体的吸收和蒸馏以及浮选等操作,泡沫往往会构成影响甚致破坏正常生产的因素,特别对生物发酵过程尤为突出,因为许多代谢作用都会产生某些表面活性剂,反应系统又常是由多相物系组成,并伴有通气和产气的生产特点, 使发酵罐上部集中了大量抱沫,必须及时打破消除。
消泡的方法, 目前在国内外通常采用下面三种方法:
·化学法
在反应物中加入化学消泡剂,如在制药发酵过程使用的硅油。
· 蒸汽处理法
用蒸汽直接作反应物或间接加热罐壁, 目的是冲破泡沫和降低泡沫
中的液层粘度, 但不适用于热敏性物料。
· 机械法
机械消泡是最常用的方法, 主要原理是通过机械作用力, 使其对泡沫层产生剪应力, 达到破沫消泡的目的。其中有:
· 喷射式
泡沫层通过喷射器式孔板后,由于压降的急剧变化而消泡。
· 离心式
泡沫层通过旋风分离器,产生复合作用力,经聚集而成液滴.
· 搅拌式
在旋转搅拌过程中,外压交替变化,剪应力不断增加而消泡,搅拌器型式除盘式和叶片式外,国内常用的有锯齿式、耙齿式和孔板式等多种。孔板式的孔径通常是10~20 mm ,长度是罐径的0.65倍,天津市化工设计院为某制药厂设计的800升发酵罐采用耙齿式消泡器, 罐体直段高度3400mm,罐径170mm,在上部泡沫层设置搅拌消泡器, 长度90mm,有9个由争10mm园钢制的耙齿斜向安放,为强化其消抱效果, 其左右两侧分别由4个齿和5个齿组成。据有关资料介绍: 盘式消泡器以由3个叶片组成的盘式涡轮搅拌器的消泡效果最为理想。
最近,国外开发了一种锥型机械消泡器 ,据介绍除有高效消泡的作用外,并具有容易清洗、消毒和不易积垢的特点, 特别适用于生化反应过程,其外形示意见图1所示, 锥面为具有数个通道的反孔轮毅,锥角为90°,dk/d=0.1(dk: 通道直径)。搅拌器可装在罐体封头下面,或直接联在排废气的管线上,安装方式可参见( 图2)和(图3)。
其建议的主要结构参数(见图4)。其中.
d-消泡器直径
h-锥面和封头的间矩，
x-锥底和液面的间矩
dn-涡轮搅拌器直径
hR-涡轮搅拌器和罐底间矩
D-罐体直径
Hb-罐体总高度
H-液伴高度
在实验中分别采用3种尺寸的消泡器(d=200,300 ,400mm) ,5种化学发泡剂和2种生物发酵基质进行实验, 得到一些初步的实验数据,和无因次数群关联,作为设计和模拟放大时参考选用。
需要确定的主要参数是n值,(最低需要转速),n值决定于消泡器的几何参数,(主要是d值) ,泡沫层气液两相的物理参数,( 密度、粘度、表面张力、扩散系数、发泡剂密度……)。和工艺操作参数(单位时间内, 产生的泡沫量)。
通过有关实验,其主要结论性意见是:
·为降低消泡器的需要转速,进行了D /d值对比实验, D /d值最大不能超过1.5.
·用不同的Z 值(通道数目)进行实验,Z值由2至2 4个,发现如Z值加大一倍,转速可降低1 5%左右。
·加大x值(搅拌器锥底面和液面的间矩), 可使需要转速降低。
