错流和离心强化泡沫相排液机理和行为及在泡沫分离过程中应用

The phase drainage is a common phenomenon in nature, experiment and industrial production and in particular, it is one of the most critical factors affecting the separation efficiency of foam separation. The project proposed the study on the mechanism and behavior of strengthening the foam phase drainage using cross-flow and centrifugalization and the application in the foam separation process. On the basis the principle of surface adsorption and foam characteristics, its theoretical significance is to study the effects of cross-flow and centrifugalization on bubble size, liquid holdup, the other foam characteristics and the bio-surfactant propertires for exploring their mechanism and behavior and to establish the foam phase drainage models of cross-flow, centrifugalization, respectively; The value of this project is to make full use of the advantages of foam separation technique with simple equipment, low investment and low energy consumption and free pollution, to develop the optimizing technologies of the two-stage foam separation using the foam phase drainage of cross-flow and centrifugalization, respectively resulting in not only greatly improving the concentration ratio, but also increasing the recovery percentage of the component, of which the concentration is greater than its critical micelle concentration or even close to its solubility. Therefore this project promotes the development of not only foam fractionation but also many other related fields.

泡沫相排液是自然界和实验及工业应用中普遍存在的现象，特别是在泡沫分离过程中泡沫相排液是影响泡沫分离效率最关键的因素。本项目提出错流和离心强化泡沫相排液机理和行为以及在泡沫分离过程中的应用研究，其理论意义在于根据表面吸附的原理和泡沫相的特性，提出研究泡沫相错流和离心排液过程中气泡大小、持液量和泡沫相其它性能及生物表面活性物质性能的变化规律，探索对应的排液机理和行为，分别建立错流和离心排液的泡沫相排液模型；本项目的应用价值在于充分利用泡沫分离技术具有设备简单、投资少、能耗低和不产生污染的优点，建立排液可控的泡沫相错流和离心排液所对应的最佳两级泡沫分离工艺。使组分大于临界胶束浓度甚至接近组分溶解度不仅能大幅度提高浓缩比，而且也能提高回收率。本项目的研究，不仅很好促进泡沫分离技术的发展，而且对相关其它许多领域也有很好的促进作用。

根据研究目标，本项目的具体完成情况如下。. 为了强化泡沫相错流排液，开发了斜泡沫相分离塔，以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为体系，研究倾斜泡沫相倾斜角度和长度对富集比和回收率的影响。结果表明倾斜角度和倾斜泡沫相长度对泡沫分离效率有显著影响。最佳的倾斜角度和倾斜泡沫相长度分别为40°和650 mm，在最佳操作条件下富集比为16.7，是对照垂直泡沫相分离塔的1.8倍。. 为了强化泡沫相排液，采用具有离心强化排液的有螺旋构件的新型泡沫分离塔，以表面活性剂十二烷基磺酸钠（SDS）和牛血清蛋白（BSA）为体系，研究了螺距等螺旋内构件结构参数和螺旋内构件级数对其富集比和回收率的影响。结果表明螺距为30 mm、级数为10和倾斜角为30o的螺旋内构件使SDS和BSA的富集比相对于对照塔的富集比分别提高了60.1%和85.4%。. 在强化泡沫相排液研究的基础上，为了强化吸附，开发了在液相加入垂直筛板构件的泡沫分离塔，以大豆蛋白（WSP）为体系，研究了塔板层数、板间距和垂直帽罩数对WSP吸附性能的影响。结果表明在塔板层数为5、板间距为60 mm和垂直帽罩数为4时，大豆蛋白的吸附密度与对照塔相比提高91.4%。. 根据以上研究，确定了未采用强化泡沫相排液和液相吸附的泡沫分离BSA的最低浓度为50 mg/L，开发了强化分离效率的单塔二级泡沫分离BSA工艺。结果表明泡沫分离BSA得到的最大富集比分别43，最大回收率为78.2%，最低残液浓度为4.0 mg/L。. 开发了泡沫分离重结晶耦合浓缩和纯化废水中的叶酸工艺研究。结果表明十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)是合适的捕获剂，通过此工艺，叶酸的回收率为66.0%，纯度为98.0%，而且91.4%的CTAB得到了回收利用。. 其它相关的研究工作包括。1泡沫分离乳清废水中大豆蛋白的中试工艺，2利用壳聚糖微球从泡沫分离和酸水解后的乳清废水中分离大豆异黄酮苷元工艺，3金属丝网规整填料泡沫分离塔富集牛血清白蛋白工艺，4金属丝网规整填料泡沫分离塔富集牛血清白蛋白工艺,5气体分布器孔径对泡沫分离过程影响。