多级排液泡沫塔的设计及其在浓缩发酵液中乳链菌肽中的应用

摘要

本文在系统地研究了简单泡沫塔中气速G和泡沫层总高度HF对泡沫层轴向持液率分布特性曲线及出口持液率εout 的影响的基础上，设计了一种具有促进排液功能的泡沫塔内部构件。在简单泡沫塔中插入多个这种构件构成了多级排液泡沫塔(MDF)，对使用MDF浓缩发酵液中的乳链菌肽进行了初步尝试，发现该设备可以很大程度上提高泡沫分离的富集比。最后对MDF 的排液过程进行了数学模拟，解释了该设备提高富集比的机理。此外本文还改进了比浊法测定乳链菌肽生物效价的数据处理方法，满足了多级排液泡沫塔应用实验的需要，也为工业化生产提供了一种简便的效价测定方法。实验结果表明，泡沫层停留时间不是出口持液率的决定性影响因素。HF 对于持液率轴向分布特性曲线有重要的影响。尤其是不同HF 时初始持液率的值并不相同：当泡沫层总高度由20 cm升高到60 cm时，出口持液率从0.7％下降到0.5％左右，而处于最低位置的一段塔节内泡沫的平均持液率却从1.2％上升到2.8％左右。气速对于εout 的影响要远远大于HF 对于它的影响：气速从400 cm3/min 降低到300 cm3/min 相当于HF 由20cm 增加到80cm，显然通过增加HF 来降低出口持液率的作法不会取得理想的效果。 本研究设计了一种由导流筒和截流板组成的泡沫层内部构件用以促进泡沫排液，降低出口持液率，进而提高富集比。在相同的处理时间内，带有3 个构件的多级排液泡沫塔的收率较简单泡沫塔有所降低，不足其95％，而残留率和失活率则分别是简单泡沫塔的1.26倍和1.16 倍。但是多级排液塔的富集比却高达简单泡沫塔的2.42 倍，由原来的4.25 提高到10.3。实验结果和理论分析发现，本文中所设计的泡沫层内部构件可以改变泡沫层轴向持液率的分布情况，但是这却不是其提高富集比的根本原因。塔顶处气泡直径才是出口持液率的直接影响因素。将Stevenson 简单泡沫塔上升泡沫层流体力学理论扩展到多级排液泡沫塔，建立了其排液过程的数学模型，成功地解释了构件的作用机理，改变了带有内部构件的复杂泡沫分离设备设计领域长期以来缺少流体力学理论研究的现状。