在制藥和化工的有關(guān)生產(chǎn)單元操作過程中,大量泡沫的形成是經(jīng)常遇到的一個間題,如微生物發(fā)酵、聚合反應(yīng)、氣體的吸收和蒸餾以及浮選等操作,泡沫往往會構(gòu)成影響甚致破壞正常生產(chǎn)的因素,特別對生物發(fā)酵過程尤為突出,因?yàn)樵S多代謝作用都會產(chǎn)生某些表面活性劑,反應(yīng)系統(tǒng)又常是由多相物系組成,并伴有通氣和產(chǎn)氣的生產(chǎn)特點(diǎn), 使發(fā)酵罐上部集中了大量抱沫,必須及時打破消除。

消泡的方法, 目前在國內(nèi)外通常采用下面三種方法:

·化學(xué)法

在反應(yīng)物中加入化學(xué)消泡劑,如在制藥發(fā)酵過程使用的硅油。

· 蒸汽處理法

用蒸汽直接作反應(yīng)物或間接加熱罐壁, 目的是沖破泡沫和降低泡沫

中的液層粘度, 但不適用于熱敏性物料。

· 機(jī)械法

機(jī)械消泡是最常用的方法, 主要原理是通過機(jī)械作用力, 使其對泡沫層產(chǎn)生剪應(yīng)力, 達(dá)到破沫消泡的目的。其中有:

· 噴射式

泡沫層通過噴射器式孔板后,由于壓降的急劇變化而消泡。

· 離心式

泡沫層通過旋風(fēng)分離器,產(chǎn)生復(fù)合作用力,經(jīng)聚集而成液滴.

· 攪拌式

在旋轉(zhuǎn)攪拌過程中,外壓交替變化,剪應(yīng)力不斷增加而消泡,攪拌器型式除盤式和葉片式外,國內(nèi)常用的有鋸齒式、耙齒式和孔板式等多種。孔板式的孔徑通常是10~20 mm ,長度是罐徑的0.65倍,天津市化工設(shè)計(jì)院為某制藥廠設(shè)計(jì)的800升發(fā)酵罐采用耙齒式消泡器, 罐體直段高度3400mm,罐徑170mm,在上部泡沫層設(shè)置攪拌消泡器, 長度90mm,有9個由爭10mm園鋼制的耙齒斜向安放,為強(qiáng)化其消抱效果, 其左右兩側(cè)分別由4個齒和5個齒組成。據(jù)有關(guān)資料介紹: 盤式消泡器以由3個葉片組成的盤式渦輪攪拌器的消泡效果最為理想。

最近,國外開發(fā)了一種錐型機(jī)械消泡器 ,據(jù)介紹除有高效消泡的作用外,并具有容易清洗、消毒和不易積垢的特點(diǎn), 特別適用于生化反應(yīng)過程,其外形示意見圖1所示, 錐面為具有數(shù)個通道的反孔輪毅,錐角為90°,dk/d=0.1(dk: 通道直徑)。攪拌器可裝在罐體封頭下面,或直接聯(lián)在排廢氣的管線上,安裝方式可參見( 圖2)和(圖3)。

其建議的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)(見圖4)。其中.

d-消泡器直徑

h-錐面和封頭的間矩，

x-錐底和液面的間矩

dn-渦輪攪拌器直徑

hR-渦輪攪拌器和罐底間矩

D-罐體直徑

Hb-罐體總高度

H-液伴高度

在實(shí)驗(yàn)中分別采用3種尺寸的消泡器(d=200,300 ,400mm) ,5種化學(xué)發(fā)泡劑和2種生物發(fā)酵基質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 得到一些初步的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),和無因次數(shù)群關(guān)聯(lián),作為設(shè)計(jì)和模擬放大時參考選用。

需要確定的主要參數(shù)是n值,(最低需要轉(zhuǎn)速),n值決定于消泡器的幾何參數(shù),(主要是d值) ,泡沫層氣液兩相的物理參數(shù),( 密度、粘度、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)、發(fā)泡劑密度……)。和工藝操作參數(shù)(單位時間內(nèi), 產(chǎn)生的泡沫量)。

通過有關(guān)實(shí)驗(yàn),其主要結(jié)論性意見是:

·為降低消泡器的需要轉(zhuǎn)速,進(jìn)行了D /d值對比實(shí)驗(yàn), D /d值最大不能超過1.5.

·用不同的Z 值(通道數(shù)目)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),Z值由2至2 4個,發(fā)現(xiàn)如Z值加大一倍,轉(zhuǎn)速可降低1 5%左右。

·加大x值(攪拌器錐底面和液面的間矩), 可使需要轉(zhuǎn)速降低。