离心篮式消泡器（上）[ 05-20 10:05 ]

离心篮式消泡器是一种罐外消泡方式。其结构分内层和外层，内层是可旋转的篮子，壁上有密集的网眼，其高速旋转可将篮内的泡沫甩向外壁，中间又经过网孔的剪切作用，使得泡沫破碎。外层是以无网眼的不可旋转圆筒，用以收集内篮甩出的液体。液体再集中流入反应器中。其优点是将泡沫引出来集中消泡，处理量相当大，完全有能力处理泡沫问题。但是增加外围设备不利于灭菌，染菌的概率较大。在1967年就提出了离心篮式消泡器(见图1)。其模仿气升式发酵罐搭建实验装置。比较了泡沫压缩因子和转速之间的关系，发现在转速上升到3000r／min之间，压缩因子与

生物发酵过程中的机械消泡方法[ 05-20 09:05 ]

机械消泡方法是目前继化学消泡方法之后应用较为广泛的消泡方法，而且有望取代消泡剂而成为最主要的消泡方式。尤其在食品发酵行业具有明显的优势。其没有化学消泡剂的有毒成分，不会影响生物发酵进程和下游的产品分离，消泡装置不贵，并且其消泡能力足够消除发酵过程产生的多余泡沫。机械消泡器的消泡机理主要是利用叶轮的快速转动所产生的压力变化、剪切力、压缩力和冲击力来达到消泡的目的。根据国内外关于机械消泡器的研究，可将机械消泡器分为4种，分别是离心篮式消泡器、转轴桨叶式消泡器、上部叶轮搅拌式消泡器和椎体消泡器。

生物发酵过程中的化学消泡法[ 05-20 08:05 ]

化学方法主要是运用各种化学或者生物消泡剂来消除表面活性剂以达到消泡的目的。其机理主要有：消泡剂降低泡沫的机械强度，同时降低液膜表面黏度，两方面的作用再加上其他的一些相对较小作用因素的相互作用，足可以消除泡沫。这种方法较为简单方便，消泡剂种类繁多，消泡效率极高，是目前应用最为广泛的消泡方式。对消泡剂的研究进展进行了梳理。总结出消泡剂发展的4个阶段，分别为以矿物油、脂肪酸及脂肪酸酯、脂肪酰胺、低级醇类等有机物为代表的第一代；以聚醚类消泡剂为代表的第二代；以有机硅消泡剂为代表的第三代和以聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂为代表第四

生物发酵过程中的物理消泡法[ 05-19 10:05 ]

国内外研究者对消泡方法都进行比较详细的概述。主要可分为三类：物理消泡法、化学消泡法和机械消泡法。物理消泡方法包括高低温消泡、声波消泡和液体喷洒消泡。高低温消泡是利用泡沫在高温或低温条件下不稳定而达到消泡的目的。声波消泡四是利用声波使泡沫内的物质分子振动，再加上声波对泡沫表面的声压作用使泡沫破碎，其可分为机械声波消泡和超声波消泡。液体喷洒消泡是利用液体对泡沫表面的冲击力来破泡。物理消泡方法对发酵过程及产品毫无任何影响，可以作为化学消泡剂的理想替代方法。但是物理消泡方法要么消泡装置很贵，要么效率较低，因而至今仍未得以广

生物发酵过程泡沫产生的原因[ 05-19 09:05 ]

泡沫的产生通常是由气液接触而导致，一般在纯溶剂的液体中由通气而导致起泡的持续时间很短，所以不需要外加的消泡手段。但当溶剂中有一种或一种以上的表面活性剂存在的话，泡沫的持续时间就会较长。生物发酵很多情况下都是好氧发酵，所以通气是必不可少的环节，因为发酵培养基本身就含有许多表面活性物质，如表面活性蛋白类、油类(磷酸盐、脂肪胺盐等)、脂肪酸、酯类、聚二乙醇和硅氧烷、醇类、亚硫酸盐和磺酸盐等。再加上发酵过程中菌种又会产生一些表面活性物质，从而导致生物发酵的泡沫相当多。虽然气泡在溶液中的活动可以增加溶液的溶氧，为菌体提供足够

生物发酵过程中消泡方式[ 05-19 08:05 ]

好氧生物发酵过程大多是伴随通气而进行的。通入的空气与培养基中表面活性物质的结合往往会导致泡沫的产生而难以破灭。虽然泡沫在食品技术、医药、化妆品、海洋技术、环境技术和消防等领域发挥着重要作用，但是在生物发酵过程中，泡沫的产生会造成发酵产品丢失、菌种染菌、污染传感器、减少工作体积和环境污染等危害。所以消除发酵过程中多余泡沫的工作就显得尤为重要。目前工业生产中的消泡方式主要有化学消泡法、物理消泡法和机械消泡法。其中化学消泡剂的种类极为繁多，效率很高，因而在发酵生产中应用最为广泛。而机械消泡器以其绿色无毒和有利于生产等优势

新型诱导式机械消泡器的节能减排效果[ 05-18 10:05 ]

诱导式机械消泡器已运行一年多，获得国家发明专利，据公司使用检测，投运后每锅浆回收浓黑液达72米3，较投运前提高10米3／锅，提高黑液回收率13.8%。按每天煮浆40锅计算，每天减少黑液流失400余米3，每年减排污染物约14万米3。该设备具有广泛推广应用价值，减少污染物排放，优化环境，其综合社会效益显著。经济效益情况以年产量10万吨的木浆厂为例：蒸煮全年用碱量为：0.51×10=5.1万吨，提高黑液回收率13.8%，设碱回收率为90%，相当于提高碱回收率12.4%，年增加碱回收量为5.1×12

新型诱导式机械消泡器的技术特点[ 05-18 09:05 ]

从结构原理可以看出，该诱导式机械消泡器主要具有如下技术特点：（1）击碎作用。特殊的叶轮结构与筒壁结合，构成对泡沫的有效击打作用（非搅拌作用）而破碎泡沫，从而使气体和液体有效分离。（2）诱导作用。双筒与双效叶轮能使气、液分开导流，避免了叶轮反复搅拌而重新生成泡沫的弊端。（3）双效作用。特殊结构的叶轮和流道构成对泡沫的两次抛甩，一个叶轮起到双重捎沫作用。（4）封堵作用。泡沫上升过程中只有唯一的一个出口，被高速运转的叶轮严实地封住，无法自由冒出桶外，全部黑液均被叶轮有效捕集，只有空气能逸出桶外。

新型诱导式机械消泡器的基本原理[ 05-18 08:05 ]

含泡沫黑液通过管道进入收集器，随着液位的上升泡沫沿收集器顶部的诱导内筒上升，沿着诱导内筒接近高速旋转的叶轮。特殊结构的叶轮具有双效作用，首先，叶轮将泡沫甩向诱导内筒壁，泡抹撞击内筒壁而被击破转变为液体，掖体沿内筒壁流回收集槽（内筒壁设有导流向槽）。在此过程中同时逸出的空气会裹带部分泡抹向上逃逸，穿过叶轮的孔板进入第二层叶轮，进一步被叶轮甩向诱导外筒，碰撞外筒壁再次转化为液体，从而被二次捕集，这部分液体经过捕集室和回流管流回收集槽。空气则从叶轮上部逸出，进入扩散室，扩散室可进一步捕集少量被裹带的小液滴。经过两级捕集，

黑液泡沫与机械消泡器[ 05-17 10:05 ]

黑液泡沫是制浆造纸生产过程中产生环境污染的主要污染源之一。处理黑液泡沫难度很大，普通的黑液消泡装置通常不起作用，因而造成普遍的资源流失和环境污染。诱导式机械消泡器采用了→种创新的构想，其设计完全不同于普通的黑注消泡器，如图1。其特点是创新设计了一种诱导式消泡结构，从而解决了泡沫越搅越多的难题，实现了有效的气、液分离。消泡装置由上下两部分组成，下部为收集器负责收集泡沫，上部有特殊的双效叶轮机构主要起消泡作用，两者构成一个统一的组合体。

模拟结果分析（2）[ 05-17 09:05 ]

(2)方案二扩孔开坯+反复墩拔((2次)+扩孔成形，此工艺可以作为各向性能要求比较高的大型筒体锻件的成形工艺。由于增加了墩粗工艺，所以轴向锻比得到了保证，从而轴向性能得到了提高。结合第三章和第四章的研究结果，成形时先采用扩孔开坯，此时空心钢锭H/t由1.5增大到2，达到适锻范围，然后进行墩粗，墩粗压下量为20%，接着进行拔长操作，将锻件拔长至H/t=2，为使锻件变形均匀需要进行第二次墩拔，此时墩粗压下量为20%，接着将锻坯拔长至所需尺寸，最后扩孔成形。上述模拟充分利用了空心钢锭墩粗的研究结果，模拟过程中各工艺衔接比

模拟结果分析（1）[ 05-17 08:05 ]

方案一直接拔长+扩孔成形分析，此工艺可以作为冶炼技术比较好的空心钢锭或对轴向性能要求不高的大型筒体锻件的成形工艺，拔长锻比为1.6，因此在一定程度上也能保证锻件具备一定的轴向性能。成形时可以采用先拔长后扩孔或先扩孔后拔长，但是无论采用哪一种成形方案，都应注意开坯锻造应采取高温大压下量用以锻合缺陷、打碎粗晶、压实心部;终锻成形时应控制温度、控制压下量，以避免晶粒过分长大，从而达到控形控性的效果。清华大学朱峰和钟志平[[4G]等研究表明采用110。的上、下V砧拔长时可以使内部变形均匀，拔长效率也可得到高。根据实际生产经

扩孔开坯各工艺参数的确定[ 05-16 10:05 ]

圆筒形锻件在进行芯轴扩孔操作时，每压下一步之后，需要旋转锻件以逐砧锻压达到扩孔成形的目的。在旋转锻件的过程中，连砧转角的控制是最为重要的工艺参数。连砧转角的设计应保证锻件在变形均匀的前提下，尽量提高扩孔效率。研究表明筒体锻件在变形过程中，等效应变、温度、轴向位移和成形力等随着芯棒转动角度的增大先增加后下降，研究表明锻件表面的尺寸精度随着芯棒转动角度的增大有先上升后下降的趋势。从筒体锻件变形连续且充分锻透和锻件表面尺寸精度方面考虑，芯轴转动角度在30。一40。之间比较合理，转角不应超过500，本文选用30。的芯棒转动

开坯锻造工艺的确定与芯棒直径的选择[ 05-16 09:05 ]

由第四章研究结论可知，空心钢锭开坯锻造工艺应选择拔长或扩孔。图5.3模拟结果表明，钢锭在芯轴拔长过程中，靠近外表面的为大变形区，靠近内表面的为小变形区，因此，最终凝固点的缺陷不会产生明显内移，有利于将缺陷和夹杂控制在壁厚中间，在车削加工后缺陷和夹杂不会暴露于内表面。从第四章研究结果可知，拔长对径向空洞缺陷的锻合能力不强，结合本章模拟结果，若开坯过程采用芯轴拔长，很可能不能锻合缺陷或锻合缺陷所需要的变形量较大。由于芯轴拔长是一种减小空心毛坯外径而增加轴向长度的锻造工艺，用于锻制长筒类锻件，芯轴拔长若采用较大的变形会导

利用空心钢锭锻造筒体锻件的工艺方案[ 05-16 08:05 ]

利用空心钢锭制造大型筒体锻件，可以查到的工艺很少，且很笼统，多数都是套用传统的实心钢锭制造筒体锻件的工艺，认为空心钢锭成形以直接芯轴拔长加马杠扩孔成形为主。对于工作环境复杂、严峻的大型筒体锻件只通过拔长加扩孔成形，轴向性能不能够保证即轴向锻比不够。利用空心钢锭制造大型筒体锻件工艺方案大致有两类。(1>对于普通的大型筒体锻件可以采用直接芯轴拔长加马杠扩孔成形。(2>对于各向性能要求较高的大型筒体锻件采用扩孔开坯加反复墩拔(或墩扩)和最终扩孔成形。选用一重制造的30t空心钢锭进行缩比模拟，参照以上空心钢锭墩

利用空心钢锭制造筒形件锻造工艺的探讨[ 05-15 10:05 ]

大型筒体锻件是火电、核电、石化、煤化工以及航天航空压力容器中的关键部件，为了保证大型筒体锻件的质量，成品锻件必须经过严格的超声波探伤和外观尺寸检测。生产实践表明，在空心钢锭的铸造过程中，钢锭内部的各种冶金缺陷是不可避免的，即使是采用目前国际上最先进的双真空冶炼技术。因此，必须通过锻造的方法消除空心钢锭内部的偏析、孔洞、疏松等铸态缺陷，由于空心钢锭特殊的原始组织结构，不能采用冲去心部缩孔、夹杂等方法来消除内部缺陷，所以，不能简单的套用传统的锻造工艺，应结合空心钢锭缺陷特点选用合理的锻造工艺组合及参数，使成品锻件能达到

空心钢锭开坯锻造工艺的制定[ 05-15 09:05 ]

空心钢锭开坯锻造的目的是打碎粗晶、锻合缺陷、压实心部、减小夹杂影响。从表4. 1可以看出墩粗、拔长和扩孔锻合四种不同方向的空洞缺陷所需的压下量，从图4.2,  4.5,  4.6,  4.8不难看出，当墩粗压下量过大时，内孔壁会产生鼓形，造成内孔直径减少，考虑到墩粗后与后续芯轴拔长和马杠扩孔工艺的衔接，我们即不希望空心钢锭内壁产生折叠也不希望内壁出现鼓形，因此考虑到实际的锻造工艺允许的墩粗压下量，我们可以得出，在一定压下量的墩粗下，墩粗不能锻合轴向空洞缺陷，而且轴向缺陷有增大趋势;拔长

验证试验结果分析[ 05-15 08:05 ]

用100吨油压机对试样进行缓慢墩粗，墩粗后的试样用锯床切开。图4. 15 ( a)显示，墩粗压下量为40%时，轴向缺陷未能锻合轴向缺陷且内孔发生了严重的畸变;从图4. 15 (b)径向空洞缺陷墩粗实验可以看出，径向缺陷已经锻合，与模拟结果吻合;从图4. 15 (c)可以看出，对于轴向空洞缺陷，墩粗时未能锻合且变形后空洞变成弓形。对于轴向空洞缺陷，变形时空洞径向远端和径向近端同时向外流动，并且在高度一半处径向远端部分流动速度比径向近端部分流动速度快，此处空洞缺陷有增大的趋势，如图4. 16所示。实验与模拟结果吻合，由

镦粗验证实验的试样设计[ 05-14 10:05 ]

本文选取典型的径向空洞缺陷和轴向空洞缺陷进行墩粗实验验证[[56]墩粗压下量选用40%。由于铅具有典型的刚勃塑性材料的特征，且常温变形过程与钢在高温下的变形过程相似，无润滑条件下摩擦因子也相似，所以本文选用铅进行常温物理实验验证。试样如图7所示，空洞直径为8mm。

拔长、扩孔对径向空洞缺陷锻合的影响[ 05-14 09:05 ]

由图4.13 (a),  (b)可以看出，拔长压下量达到21. 4%时，可锻合轴向空洞缺陷。球形空洞缺陷闭合处等效应变为0. 433，空洞缺陷闭合处的静水应力为压应力，大小为-54. 5MPa。由图4.13 (c),  (d)可以看出，拔长压下量达到24. 6%时，即可锻合轴向空洞缺陷。球形空洞缺陷闭合处等效应变为0. 563，空洞缺陷闭合处的静水应力为压应力，大小为一33. 9MPa。从拔长和扩孔对球形、径向、轴向、切向空洞缺陷锻合模拟可以看出，在锻造径向缺陷时，马杠扩孔比芯轴拔长效果更优，而