垂直筛板强化高粘度物系泡沫排液性能及其在泡沫分离中的应用

摘要

泡沫分离作为一种绿色的物理吸附分离技术，基于物质之间在气液界面上吸附性能的差异而实现微量表面活性物质的浓缩分离。该技术主要包括液相吸附和泡沫相排液两个阶段。研究表明体系粘度的升高显著抑制了泡沫排液，因此泡沫分离技术难以适用于从高粘度物系中分离表面活性物质。这极大地抑制了泡沫分离技术在化学工程、食品工程及环境工程等领域的应用。为了解决这一技术难题，本文开发了一种泡沫相带有垂直筛板的泡沫分离塔，并以山药粘液质溶液和黄原胶/山药粘蛋白混合溶液作为高粘度研究物系，对该构件的泡沫排液性能及其对泡沫分离效果的影响进行研究。 泡沫在经过垂直筛板时会受到筛孔的挤压和刮蹭作用，其运动方向由垂直变为倾斜，并在筛孔附近形成错流排液体系，同时，泡沫流通截面的收缩与扩张作用又进一步加快了泡沫间隙液的排出。此外，塔板上所收集到的泡沫排出液通过其上所安装的降液管返回至主体液相，从而避免了上升泡沫与液体的逆流接触。实验结果表明，在塔板层数为5、每层塔板上的帽罩数为4和每个帽罩上的筛孔数为28时，实验塔中泡沫的表观液体流速和平衡持液率较对照塔分别下降12.71%和12.63%。 以山药淀粉加工过程中所排放的废水为物系，利用所开发的泡沫相带有垂直筛板的泡沫分离塔回收其中的山药粘液质。实验结果表明此物系是表面活性物质浓度和溶液粘度呈正比例关系的高粘度物系。在温度25℃、气体体积流率50mL/min、气体分布器孔径125μm和装液体积500mL时，带有垂直筛板泡沫分离塔中山药粘液质的富集比为5.70，是对照塔的3.77倍，其回收率为91.21%，是对照塔的1.55倍。 以黄原胶/山药粘蛋白混合溶液为物系，利用所开发的泡沫相带有垂直筛板的泡沫分离塔回收其中的山药粘蛋白。此物系中表面活性物质对于物系粘度的影响可忽略，溶液粘度是由无表面活性的黄原胶所确定的高粘度物系，在山药粘蛋白浓度0.50g/L，黄原胶浓度0.50g/L、气体体积流率50mL/min和装液体积450mL条件下，实验塔中山药粘蛋白的富集比为3.86，回收率为74.56%，较对照塔分别提高了64.96%和49.57%。 综上，泡沫相带有垂直筛板的泡沫分离塔可有效强化高粘度物系的泡沫排液从而有利于其中表面活性物质的分离和回收。

目录

声明

符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 泡沫分离的基理

1.2.1 界面吸附

1.2.2 泡沫相排液

1.3 泡沫排液的影响因素

1.3.1 物系性质

1.3.2 设备结构

1.3.3 操作条件

1.3.4 操作方式

1.4 泡沫排液方式及设备

1.4.1 泡沫分离塔形状的改变

1.4.2 带有内部构件泡沫分离塔的开发

1.5 本论文研究的意义及主要内容

1.5.1 带有垂直筛板泡沫分离塔的开发及泡沫排液性能研究

1.5.2 应用垂直筛板泡沫分离山药加工废水中的山药粘液质

1.5.3 垂直筛板在高粘度混合溶液中山药粘蛋白分离中的应用

第二章 带有垂直筛板泡沫分离塔的开发及泡沫排液性能研究

2.1 引言

2.2 实验材料与方法

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验仪器

2.2.3 山药粘液质溶液的制备

2.2.4 泡沫分离装置

2.2.5 强制排液装置

2.2.6 溶液粘度的测定

2.2.7 气泡直径的测定

2.2.8 山药粘液质溶液粘度与其浓度的关联式

2.2.9 泡沫排液性能的表征

2.3 实验结果和讨论

2.3.1 垂直筛板设计参数的确定

2.3.2 垂直筛板强化泡沫排液性能分析

2.4 小结

第三章 应用垂直筛板泡沫分离山药加工废水中的山药粘液质

3.1 引言

3.2 实验材料与方法

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器

3.2.3 山药淀粉加工废水的制备

3.2.4 实验装置

3.2.5 山药粘液质泡沫分离效果的表征

3.2.6 山药粘液质的纯化

3.2.7 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 pH对山药淀粉加工废水泡沫性能的影响

3.3.2 操作条件对于山药粘液质泡沫分离效果的影响

3.3.3 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析

3.4 小结

第四章 垂直筛板在高粘度混合溶液中山药粘蛋白分离中的应用

4.1 引言

4.2 实验材料与方法

4.2.1 实验试剂

4.2.2 实验仪器

4.2.3 山药粘蛋白的纯化

4.2.4 黄原胶/山药粘蛋白混合溶液的制备

4.2.5 实验装置

4.2.6 黄原胶/山药粘蛋白混合溶液粘度的测定

4.2.7 黄原胶/山药粘蛋白混合溶液表面张力的测定

4.2.8 黄原胶/山药粘蛋白混合溶液泡沫性能的测定

4.2.9 山药粘蛋白浓度的测定

4.2.10 山药粘蛋白泡沫分离效果的表征

4.3 结果与讨论

4.3.1 黄原胶/山药粘蛋白混合溶液的理化性质分析

4.3.2 操作条件对山药粘蛋白泡沫分离效果的影响

4.4 小结

第五章 结论

5.1 结论

5.2 创新点

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢