泡沫分离法解析

会计学1泡沫分离法解析一、泡沫分离法的分类第1页/共23页无泡沫分离是指用鼓泡进行分离，但不一定形成泡沫层，可分鼓泡分馏和溶媒浮选。鼓泡分馏是从塔设备底部通气鼓泡， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面活性物质被气泡富集并上升至塔顶，和液相主体分离，使溶质得到浓缩，液相主体被净化；溶媒浮选是在溶液顶部置有一种与其互不相溶的溶剂，用它来萃取或富集由塔底鼓出的气泡所吸附的表面活性物质。泡沫分离按分离对象是溶液还是含有固体离子的悬浮液、胶体溶液而分成泡沫分馏（FoamFractionation)，和泡沫浮选(FoamFlotation)。第2页/共23页泡沫分馏用于分离溶解物质，它们可以是表面活性剂如洗涤剂，也可以是不具有表面活性的物质如金属离子、阴离子、蛋白质、酶等，但它们必须具有和某一类型的表面活性剂结合的能力，当料液鼓泡时能进入液层上方的泡沫层而与液相主体分离。由于它的操作和 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 面可与精馏相类比，所以称它为泡沫分馏。第3页/共23页泡沫浮选用于分离不溶解的物质，按照分离对象分类：（1）矿物浮选，用于矿石和脉石离子的分离。（2）粗粒浮选和微粒浮选，常用于共生矿中单质的分离，前者粒子直径大致在1～10mm内，后者的粒子直径为1µm—lmm，处理的对象为胶体、高分子物质和矿浆。③粒子浮选和分子浮选，用于分离非表面活性粒子或分子，需要向体系中加入浮选捕集剂与被分离组分形成难溶或不溶物，然后以浮渣形式将其脱除。④沉淀浮选，首先利用改变溶液的pH值或加入某种絮凝剂等方法，使需脱除的粒子形成沉淀，再用浮选法将沉淀脱除。⑤吸附胶体浮选，是以胶体粒子作为捕集剂，选择性吸附所需的溶质，再用浮选法将沉淀除去。I第4页/共23页二泡沫分离技术的基本原理泡沫分离过程是利用待分离物质本身具有表面活性(如表面活性剂)或能与表面活性剂通过化学的、物理的力结合在一起(如金属离子、有机化合物、蛋白质和酶等)，在鼓泡塔中被吸附在气泡表面，得以富集，藉气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体液、浓缩待分离物质的目的。可见它的分离作用主要取决于组分在气—液界面上吸附的选择性和程度，其本质是各种物质在溶液中表面活性的差异。第5页/共23页三泡沫的形成与性质(1)泡沫的形成和组成部分泡沫是由被极薄的液膜所隔开的许多气泡所组成的。当气体在含活性剂的水溶液中发泡时，首先在液体内部形成被包裹的气泡。在此瞬时，溶液中表面活性剂分子立即在气泡表面排成单分子膜，亲油基指向气泡内部，亲水基指向溶液，该气泡会借浮力上升冲击溶液表面的单分子膜。在某种情况下，气泡也可从表面跳出。此时，在该气泡表面的水膜外层上，形成与上述单分子膜的分子排列完全相反的单分子膜，从而构成了较为稳定的双分子层气泡体，在气相空间形成接近于球体的单个气泡。许多气泡聚集成大小不同的球状气泡集合体，更多的集合体集聚在一起形成泡沫。形成泡沫的气泡集合体包括两个部分，一是泡，两个或两个以上的气泡，二是泡与泡之间以少量液体构成的隔膜(液膜)是泡沫的骨架。第6页/共23页(2)泡沫的稳定及层内排液泡沫不是很稳定的体系，气泡与气泡之间仅以薄膜隔开，此隔膜也会因彼此压力不均或间隙流的流失等原因而发生破裂，导致气泡间的合并现象，或由于小气泡的压力比大气泡高，因此气体可以从小气泡通过液膜向大气泡扩散，导致大气泡变大，小气泡变小，以至消失。泡沫的稳定性一般与溶质的化学性质和浓度，系统温度和泡沫单体大小、压力、溶液pH值有关。表面活性剂的浓度愈是接近临界浓度，气泡愈小，气泡的寿命愈长。第7页/共23页(b)o一表面活性剂分子o亲水基一亲油基图14．4气泡的形成过程(a)气体在液相内形成的被包裹气泡；(b)单分子膜：(c)双分子层气泡体第8页/共23页四、泡沫分离的操作方式泡沫分离的操作是由两个基本过程组成：（1）待分离的溶质被吸附到气—液界面上；（2）对被泡沫吸附的物质进行收集并用化学、热或机械的方法破坏泡沫，将溶质提取出来。因此，主要设备为泡沫塔和破沫器。泡沫分离流程可分为间歇式、连续式两类。第9页/共23页A．间歇式泡沫分离过程气体从塔底连续鼓入，形成的泡沫液从塔顶连续排除，原料液因不断形成泡沫而减少，可在塔的下部适当补充表面活性剂，以弥补其在分离过程中的减少。间歇式操作可用于溶液的净化和有用组分的回收，见图14．7。第10页/共23页B．连续式泡沫分离过程这种过程料液和表面活性剂连续加入塔内，泡沫液和残液连续从塔内排出。按照原料液引入塔的位置不同，可将连续泡沫分离过程分为浓缩塔、提取塔和复合塔。第11页/共23页在浓缩塔中，含表面活性剂的料液连续加入塔中的鼓泡区，在塔顶设置回流，将凝集的泡沫液部分引回塔顶，以提高泡沫液的浓度即塔顶产品浓度，故像精馏塔中的精馏段。除了外回流外，上升泡沫中气泡聚集所形成的内回流同样具有提高塔顶产品浓度的作用。但对残液的去污效果不好。在提取塔中，料液从泡沫塔顶加入，这样的操作可以达到很高的去污系数。在复合塔中，料液和部分表面活性剂由泡沫段中部加入，塔顶也采用部分回流，故相当于复合塔。第12页/共23页五、影响泡沫分离的因素A．待分离物质的种类待分离物质可能含一种，也可能含几种溶质：①待分离物质是一种溶剂和一种表面活性物质的二元体系，则可应用Gibbs吸附公式计算表面过剩量和分配系数；②待分离物质是非表面活性物质，如金属离子，则可用两种方法分离，一是加入表面活性剂，使其与待分离离子一起被气泡带到液面予以分离，·另一种方法是把溶液调节至适当的pH值，使待分离物质形成沉淀，并与表面活性剂一起被气泡带到泡沫层而分离。一般希望采用有机沉淀剂，因为它的选择性好，易于过滤。B．溶液的pH值溶液的pH值对分离效果有很大的影响。对于天然表面活性物质，如蛋白质在泡沫分离时，在等电点时效率最高，因为此时表面张力—浓度曲线的斜率最大；对于非表面活性物质，如金属离子，可控制在某pH值下使表面过剩量和溶液浓度的比值最大，这样可从离子混合物中分离个别离子。第13页/共23页C表面活性剂浓度表面活性剂的浓度不宜超过临界胶束浓度，但也不能太低，使泡沫层不稳定，太高则使分离效率下降。D．温度首先温度应达到表面活性剂的起泡温度，保持泡沫的稳定性，其次根据吸附平衡的类型来选择温度的高低。也可通过变温泡沫分馏，把不同的表面活性物质分开。E．气流速度气流速度上升，泡沫形成速度上升，则单位时间的去除率也上升，但泡沫中间歇液的含量也上升，因而降低了塔顶泡沫液的浓度。如果气速过大，则泡沫中气液分离形成乳化气体，对操作不利。F．离子强度很多泡沫分离体系对离子强度很敏感，离子强度增加，效率很快下降，这是由相同电荷离子的竞争吸附引起的。此外，泡沫的性质、层高、排沫方式、搅拌等也是影响泡沫分离的因素。第14页/共23页六泡沫分离的应用泡沫分离的应用可以分两大类。一类是本身为非表面活性剂，可通过络合或其他方法使其具有表面活性的，这类体系的分离被广泛地用于工业污水中各种金属离子铜、锌、镉、铁、汞、银等的分离回收，以及海水中铀、钼、铜等的富集和原子能工业中含放射性元素锶的废水的处理。另一类是本身具有表面活性物质的分离以及各种天然或合成表面活性剂的分离，如全细胞、蛋白质、酶和胶体分离、合成洗涤剂等。第15页/共23页A．大肠杆菌的分离用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作表面活性剂，对初始细胞浓度为7.2X108个／cm3的大肠杆菌进行泡沫分离，结果用1分钟时间能除去90％的细胞，用10分钟时间就能除去99％的细胞。这个方法对小球藻(Chlorella．SP)和衣藻(Chlomydomonas．SP)也是成功的。第16页/共23页B．酵母细胞的分离酿成的啤酒，一般含有20～40g／L酵母，含水率达75％，需进行酵母的分离。对于酵母浆的脱水，可使用许多方法，如浮选、分离、蒸发和干燥。分离和浓缩酵母的浮选法值得特别注意。但并不是所有的微生物都具有足够的浮选能力，它在很大程度上取决于酵母细胞的生理状态。为了获得好的浮选分离效果，必须有大的相接触表面(酵母细胞一空气)， 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 空气的分散作用很小。浮选方法分离酵母较其他分离方法具有一系列的优点，如可相当大地减少分离塔的数目、总投资经济等。酵母的浮选能力受酵母的种属、细胞大小、杂质的存在影响，单枝细胞的浮选要比枝密酵母困难。第17页/共23页在微生物工业中使用的浮选设备在制造上有些变动，可分为卧式和立式两种，也可以有一级操作和二级操作。最简单的结构是单级浮选塔(见图14．12和图14．13)。设备由平面桶底的外部壳体1和泡沫槽2的内桶构成，泡沫槽与壳体之间的环行空间用隔板分成几段(1～v)，在Ⅱ～v中都装有充气器4，用机械的方法消泡5，处理过的发酵液从最后段经过作水封的室排出，原始酵母悬浮液即发酵液经连接管6进入浮选塔I段，在那里酵母被抽出达80％，然后通过隔板下部到达Ⅱ～V段底部，在这些段中，酵母相应地被抽出10．5％～2％，这时生成泡沫并进入内泡沫槽，浓缩液从泡沫槽用离心泵送去分离。第18页/共23页第19页/共23页第20页/共23页C蛋白质和酶的分离浓缩泡沫分离可应用于各种蛋白质和酶的分离。最初是用于胆酸和胆酸钠混合物中分离胆酸，泡沫中胆酸的浓度为料液的3～6倍，活度增加65％。泡沫分离还可应用于从非纯制剂中分离磷酸酶，从链球菌培养液中分离链激酶，从粗的人体胎盘匀浆中分离蛋白酶。在pH值接近等电点时，约40％～50％的链激酶失活，但在pH值=6．5～7时，可回收80％的酶。也有报道用泡沫分离法使溶液中牛血清白蛋白浓缩，或从它与DNA的混合物中把它分离出来。从胃蛋白酶和血管紧张肽原酶混合物中分离胃蛋白酶，从尿素酶和过氧化氢酶混合物中分离尿素酶，从过氧化氢酶和淀粉酶中分离过氧化氢酶等均可用泡沫分离。胆碱酯酶可通过除去泡沫中的杂质从经预处理的马血清残余液中浓缩，其活力比料液高8～16倍。泡沫分离也可从苹果组织中回收蛋白质络合物。另外，从猪肾中分离纤维素酶、D—氨基酸氧化酶，从发面酵母中分离三肽合成酶，或从热带假丝酵母菌中分离酮—烯醇互变异构酶都几乎没有活力损失。用5级泡沫分离过程处理人体脱氢酶，只有5％～20％的总活力损失。用泡沫分离法从鸡心中提取苹果酸脂脱氢酶时总活力损失为25％。第21页/共23页七结论：由于泡沫分离具有高分离效率，且成本、操作维修费用均很低，若与层析、超滤等方法联用，可从许多体系中(例如生物废液、发酵液、动物组织、器官匀浆、植物萃取液、果汁等)分离或浓缩蛋白质和酶。泡沫分离的主要缺点有：表面活性剂大多数是高分子化合物，消耗量较大，有时难以回收；泡沫伞离塔中的返混严重影响分离的效率；能维持稳定泡沫层的表面活性剂较少，并且难以控制其在溶液中的浓度。但泡沫分离不失为一种很有发展前途的新型分离技术，故尚需继续努力开发。第22页/共23页