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

消泡的方法, 目前在國內外通常采用下面三種方法:

·化學法

在反應物中加入化學消泡劑,如在制藥發酵過程使用的硅油。

· 蒸汽處理法

用蒸汽直接作反應物或間接加熱罐壁, 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。

· 機械法

機械消泡是最常用的方法, 主要原理是通過機械作用力, 使其對泡沫層產生剪應力, 達到破沫消泡的目的。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

泡沫層通過旋風分離器,產生復合作用力,經聚集而成液滴.

· 攪拌式

在旋轉攪拌過程中,外壓交替變化,剪應力不斷增加而消泡,攪拌器型式除盤式和葉片式外,國內常用的有鋸齒式、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,天津市化工設計院為某制藥廠設計的800升發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,為強化其消抱效果, 其左右兩側分別由4個齒和5個齒組成。據有關資料介紹: 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,國外開發了一種錐型機械消泡器 ,據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, 特別適用于生化反應過程,其外形示意見圖1所示, 錐面為具有數個通道的反孔輪毅,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)。

其建議的主要結構參數(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

在實驗中分別采用3種尺寸的消泡器(d=200,300 ,400mm) ,5種化學發泡劑和2種生物發酵基質進行實驗, 得到一些初步的實驗數據,和無因次數群關聯,作為設計和模擬放大時參考選用。

需要確定的主要參數是n值,(最低需要轉速),n值決定于消泡器的幾何參數,(主要是d值) ,泡沫層氣液兩相的物理參數,( 密度、粘度、表面張力、擴散系數、發泡劑密度……)。和工藝操作參數(單位時間內, 產生的泡沫量)。

通過有關實驗,其主要結論性意見是:

·為降低消泡器的需要轉速,進行了D /d值對比實驗, D /d值最大不能超過1.5.

·用不同的Z 值(通道數目)進行實驗,Z值由2至2 4個,發現如Z值加大一倍,轉速可降低1 5%左右。

·加大x值(攪拌器錐底面和液面的間矩), 可使需要轉速降低。