CN102423552A - 一种泡沫分离不同表面活性剂的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种泡沫分离不同表面活性剂的工艺。该工艺包括以下步骤：1)调制表面活性剂溶液；2)用浓度为1mol/L的盐酸或1mol/L氢氧化钠调节所配制的表面活性剂溶液的pH值为6.0～6.5；3)将步骤2)得到的调节pH值的表面活性剂溶液加入带有螺旋构件的泡沫分离塔中，装料量占整个泡沫分离塔体积的15％～35％；4)分离温度为20～30℃，调节流量计设定表观气速为1.7～5.1mm/s，将泡沫从塔顶导出并收集，直到泡沫无法鼓出为止。本发明离心排液的结构所产生的离心力只是靠螺旋构件的泡沫相自动流动产生，无需外加机械转动，从而显著提高了泡沫分离不同表面活性剂的浓缩比。
Description
技术领域：
本发明属于泡沫分离技术领域，具体涉及一种泡沫分离不同表面活性剂的工艺。
背景技术：
泡沫分离技术因其具有设备简单、投资少、能耗低和不产生污染而越来越受到研究者的重视。所谓泡沫分离技术是以气泡作为分离介质，利用被分离组分的疏水性不同，造成被分离组分在气液两相界面吸附性质的差异而进行浓缩溶液中表面活性组分。在泡沫分离过程中，在泡沫分离塔液相中产生气泡，气泡沿着轴向向上流动，被分离表面活性组分吸附在气泡的气液两相界面上，当吸附接近平衡后，气泡离开液相，在液相上方形成泡沫相。在泡沫相中，刚离开液相的气泡夹带很多的液体，持液量很高，随着气泡沿着轴向由下向上流动，其中一部分所夹带的液体由于重力作用由上向下流动，即所谓的排液。高度增加，沿着轴向自下而上泡沫持液量逐渐降低并趋于不变，这时泡沫离开塔顶进入泡沫收集器进行消泡。通过泡沫分离，消泡液中的被分离组分浓度大于液相中初始料液的浓度，其比值就是浓缩比。
为了提高被分离组分的浓缩比，泡沫相的泡沫排液是关键。迄今为止，在泡沫分离过程中，泡沫塔泡沫相的排液完全是依据气泡之间的液体在重力的作用下由上往下流回主体液相，达到排液的目的。由于在泡沫排液过程中，气泡沿塔自下而上流动，而气泡所夹带的所要排出的液体自上而下流动，也就是说气泡和气泡所夹带的所要排出的液体之间呈逆流，因此流动阻力大，排液困难。能否在重力作用的基础上，根据泡沫相的特性，探索新的排液方法，从而更有效提高被分离组分的浓缩比。
为此本专利发明了在泡沫相添加螺旋构件的新型泡沫分离塔且确定用于分离不同表面活性剂工艺。
发明内容：
本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，设计一种泡沫分离不同表面活性剂的工艺，用带有螺旋构件的新型泡沫分离塔，确定分离不同表面活性剂工艺，其目的在重力排液作用的基础上，通过添加螺旋构件，使泡沫在塔内旋转而产生的离心力的作用下强化泡沫排液以提高所分离的表面活性物质的浓缩比。
本发明的技术方案是：
一种泡沫分离不同表面活性剂的工艺，包括以下步骤：
1)、调制表面活性剂溶液
调制表面活性剂溶液，使其浓度为0.050～0.50g/L；
2)、调节所配制的表面活性剂溶液pH值
用浓度为1mol/L的盐酸或1mol/L氢氧化钠调节所配制的表面活性剂溶液的pH值为6.0～6.5；
3)、装料
将步骤2)得到的调节pH值的表面活性剂溶液加入带有螺旋构件的泡沫分离塔中，装料量占整个泡沫分离塔体积的15％～35％；
4)、分离
温度为20～30℃，调节流量计设定表观气速为1.7～5.1mm/s，将泡沫从塔顶导出并收集，直到泡沫无法鼓出为止，此时关闭气阀、气泵，所导出收集的泡沫经机械消泡法消泡成消泡液，分别测量消泡液体积和塔底残余液体积，测定表面活性剂溶液中表面活性剂的浓度。
所述的表面活性剂为生物类表面活性剂、非生物类表面活性剂或由二者组成的混合表面活性剂。
所述的表面活性剂具体为牛血清白蛋白(BSA)、十二烷基硫酸钠(SDS)和大豆蛋白中的一种或两种。
所述的带有螺旋构件的泡沫分离塔由空气压缩机、缓冲瓶、气体流量计、气体分布器、螺旋泡沫分离塔和泡沫收集装置组成，其中空气压缩机将压缩的空气通过胶管输送到缓冲瓶，从缓冲瓶出来的空气进入气体流量计，从气体流量计出来的空气通过胶管进入螺旋泡沫分离塔底部的空气分布器，空气通过空气分布器进入螺旋泡沫分离塔，调节螺旋泡沫分离塔下面的底阀用于控制螺旋泡沫分离塔液相的液位高度。
所述的螺旋泡沫分离塔为塔内安装有螺旋构件的普通泡沫分离塔，螺旋构件为1mm厚的聚乙烯塑料制的，螺旋构件的直径比泡沫塔内直径小1mm，其构件的螺距h和构件直径d的比为1.2～1.6，倾斜角度为40°～50°。螺旋构件是固定在泡沫塔内泡沫相的，其高度等于泡沫塔内泡沫相高度，螺旋构件见附图3。
本发明的有益效果是：泡沫分离技术是一种重要的化工单元过程，其根据表面吸附原理，基于溶液中溶质表面活性的差异从而使其得以分离。泡沫分离技术在环保、生物物质的提取等领域得到日益广泛的应用。泡沫分离法的优点在于所用设备简单、投资少、耗能小、操作方便和无污染。在泡沫分离过程中，泡沫分离塔泡沫相中气泡中气体密度(几乎等于零)与气泡之间的液体密度(大约等于1)有显著的密度差，因此根据显著的密度差这个特性，本专利利用离心力的原理，设计了一种带有螺旋构件的新型泡沫分离塔，见附图1，这种离心排液的结构所产生的离心力只是靠螺旋构件的泡沫相自动流动产生，无需外加机械转动，保持了成本低的优点。与对照塔相比，螺旋泡沫分离塔由于在重力排液的基础上通过离心作用强化了排液，从而显著提高了泡沫分离不同表面活性剂的浓缩比。
附图说明：
图1带螺旋构件的泡沫分离塔结构图；
图2泡沫分离工艺流程图
图3泡沫分离塔内的螺旋构件结构图
具体实施实例
实施例1
第一步，设计制造带有螺旋构件的新型泡沫分离塔
制造带有螺旋构件的新型泡沫分离塔如附图1所示，该塔由空气压缩机1，缓冲瓶2，气体流量计3，气体分布器4，螺旋泡沫分离塔7，泡沫收集装置6组成。空气压缩机1将压缩的空气通过胶管输送到缓冲瓶2，从缓冲瓶2出来的空气进入气体流量计3，气体流量计3用于调节进入泡沫分离塔的气速。从气体流量计3出来的空气通过胶管进入螺旋泡沫分离塔7底部的空气分布器4，空气通过空气分布器4进入螺旋泡沫分离塔7，底阀5用于调节泡沫分离塔7中待分离溶液的液位高度。泡沫分离过程中，随着空气持续通入螺旋泡沫分离塔7，塔中泡沫流入泡沫分离塔7上部放置的泡沫收集装置6，泡沫收集装置6中的泡沫经机械消泡法消泡成表面活性剂溶液。螺旋泡沫分离塔7塔内直径为50mm，高度为800mm，其中构件的结构如图3，其构件的螺距h和构件直径d的比为1.2，螺距为60mm，倾斜角(螺旋构件的倾斜方向与水平方向之间的夹角)度为40°，由此带有螺旋构件的新型泡沫分离塔为重点设备确定如附图2所示的泡沫分离工艺流程图。
螺旋泡沫分离塔为塔内安装有螺旋构件的普通泡沫分离塔，螺旋构件为1mm厚的聚乙烯塑料制的，螺旋构件的直径比泡沫塔内直径小1mm，螺旋构件是固定在泡沫塔内泡沫相的，泡沫分离塔泡沫相9如附图1，其高度等于泡沫塔内泡沫相高度，螺旋泡沫分离塔的液相高度为350mm，泡沫分离塔液相8如附图1。
第二步，泡沫分离物系
选择生物类表面活性剂牛血清白蛋白(BSA)；
第三步，泡沫分离表面活性剂牛血清白蛋白工艺
1、调制表面活性剂牛血清白蛋白溶液
调制表面活性剂BSA的溶液，其浓度为0.15～0.20g/L；
2、调节所配制的表面活性剂BSA溶液pH值
用浓度为1mol/L的盐酸或1mol/L氢氧化钠调节所配制的表面活性剂BSA溶液的pH值为6.0～6.5；
3、装料
将步骤2得到的调节pH值的表面活性剂BSA溶液加入带有螺旋构件的泡沫分离塔中，装料量为445～550mL，装料量占整个泡沫分离塔体积的28％～35％；
4、分离
温度为常温在24～26℃，接通电源开启气泵，调节流量计使表观气速为4.3～5.1mm/s，将泡沫从塔顶导出并收集，直到泡沫无法鼓出为止，此时关闭气阀、气泵。所导出收集的泡沫经机械消泡法消泡成消泡液，分别测量消泡液体积和塔底残余液体积，用GB/T20371-2006的方法测定表面活性剂BSA溶液中BSA的浓度。
为了评价螺旋泡沫塔的分离效果，本发明采用没有安装螺旋构件普通直塔作为对照塔，两个塔的工艺完全相同。
对于螺旋泡沫塔的工艺：塔底残余液体积为429～522mL，消泡液体积为16～28mL，塔底残余液BSA浓度为0.050～0.060g/L，消泡液BSA浓度为1.8～3.2g/L，浓缩比为9～16；对于普通直塔的工艺：塔底残余液体积为389～465mL，消泡液体积为56～85mL，塔底残余液BSA浓度为0.040～0.050g/L，消泡液BSA浓度为0.60～1.0g/L，浓缩比为4～6。因此螺旋塔的工艺BSA浓缩比是普通直塔的工艺的2.0～2.5倍。
浓缩比和回收率的计算公式如下所示。
实施列2
第一步，设计制造带有螺旋构件的新型泡沫分离塔
改变指出为，螺旋泡沫分离塔7塔内直径为50mm，高度为1000mm，其构件的螺距h和构件直径d的比1.4，螺距为70mm，倾斜角度为45°，其它同实施例1中的第一步；
第二步，泡沫分离物系
选择非生物类表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)；
第三步，泡沫分离表面活性剂SDS工艺
1、调制表面活性剂SDS溶液
调制表面活性剂SDS的溶液，其浓度为0.15～0.20g/L；
2、调节所配制的表面活性剂SDS溶液pH值
用浓度为1mol/L的盐酸或1mol/L氢氧化钠调节所配制的表面活性剂SDS溶液的pH值为6.0～6.3；
3、装料
将步骤2得到的调节pH值的表面活性剂SDS溶液加入带有螺旋构件的泡沫分离塔中，装料量为300～450mL，装料量占整个泡沫分离塔体积的15％～23％；
4、分离
温度为常温在20～22℃，接通电源开启气泵，调节流量计使表观气速为1.7～3.4mm/s，将泡沫从塔顶导出并收集，直到泡沫无法鼓出为止，此时关闭气阀、气泵。所导出收集的泡沫经机械消泡法消泡成消泡液，分别测量消泡液体积和塔底残余液体积，用GB7494-8的方法测定表面活性剂SDS溶液中SDS的浓度。
为了评价螺旋泡沫塔的分离效果，本发明采用没有安装螺旋构件普通直塔作为对照塔，两个塔的工艺完全相同。
对于螺旋泡沫塔的工艺：塔底残余液体积为280～415mL，消泡液体积为20～35mL，塔底残余液SDS浓度为0.030～0.045g/L，消泡液SDS浓度为1.5～2.5g/L，浓缩比为8～16；对于普通直塔的工艺：塔底残余液体积为265～365mL，消泡液体积为35～85mL，塔底残余液SDS浓度为0.035～0.040g/L，消泡液SDS浓度为0.50～1.0g/L，浓缩比为3.5～6.0。因此螺旋塔的工艺SDS浓缩比是普通直塔的工艺的2.0～2.5倍。
SDS溶液的浓缩比和回收率的计算公式如下所示。
实施例3
第一步，设计制造带有螺旋构件的新型泡沫分离塔
改变指出为，螺旋泡沫分离塔7塔内直径为50mm，高度为1200mm，其构件的螺距h和构件直径d的比为1.4，螺距为70mm，倾斜角度为45°，其它同实施例1中的第一步；
第二步，泡沫分离物系
选择生物类表面活性剂大豆蛋白；
第三步，泡沫分离表面活性剂大豆蛋白工艺
1、调制表面活性剂大豆蛋白溶液
调制表面活性剂大豆蛋白的溶液，其浓度为0.3～0.5g/L；
2、调节所配制的表面活性剂大豆蛋白溶液pH值
用浓度为1mol/L的盐酸或1mol/L氢氧化钠调节所配制的表面活性剂SDS溶液的pH值为6.0～7.0；
3、装料
将步骤2得到的调节pH值的表面活性剂大豆蛋白溶液加入带有螺旋构件的泡沫分离塔中，装料量为650～750mL，装料量占整个泡沫分离塔体积的28％～33％；
4、分离
温度为常温在25～30℃，接通电源开启气泵，调节流量计使表观气速为4.3～5.1mm/s，将泡沫从塔顶导出并收集，直到泡沫无法鼓出为止，此时关闭气阀、气泵。所导出收集的泡沫经机械消泡法消泡成消泡液，分别测量消泡液体积和塔底残余液体积，用GB/T20371-2006的方法测定表面活性剂大豆蛋白溶液中大豆蛋白的浓度。
为了评价螺旋泡沫塔的分离效果，本发明采用没有安装螺旋构件普通直塔作为对照塔，两个塔的工艺完全相同。
对于螺旋泡沫塔的工艺：塔底残余液体积为620～700mL，消泡液体积为30～50mL，塔底残余液大豆蛋白浓度为0.13～0.18g/L，消泡液大豆蛋白浓度为2.5～4.5g/L，浓缩比为8～15；对于普通直塔的工艺：塔底残余液体积为610～685mL，消泡液体积为40～65mL，塔底残余液大豆蛋白浓度为0.10～0.15g/L，消泡液大豆蛋白的浓度为1.5～2.0g/L，浓缩比为3.0～5.0。因此螺旋塔的工艺大豆蛋白浓缩比是普通直塔的工艺的2.0～3.0倍。
大豆蛋白溶液的浓缩比和回收率的计算公式如下所示。
实施例4
第一步，设计制造带有螺旋构件的新型泡沫分离塔
改变指出为，螺旋泡沫分离塔7塔内直径为50mm，高度为1200mm，其构件的螺距h和构件直径d的比为1.6，螺距为80mm，倾斜角度为50°，其它同实施例1中的第一步；
第二步，泡沫分离物系
选择生物和非生物类混合表面活性剂大豆蛋白和SDS；
第三步，泡沫分离表面活性剂大豆蛋白和SDS工艺
1、调制表面活性剂大豆蛋白和SDS溶液
选取含有大豆蛋白和SDS的表面活性剂溶液，其中大豆蛋白浓度为0.20～0.30g/L；SDS浓度为0.050～0.10g/L。
2、调节所配制的表面活性剂大豆蛋白和SDS溶液pH值
用浓度为1mol/L的盐酸或1mol/L氢氧化钠调节所配制的表面活性剂大豆蛋白和SDS溶液的pH值为6.0～6.5；
3、装料
将步骤2得到的调节pH值的表面活性剂大豆蛋白和SDS溶液加入带有螺旋构件的泡沫分离塔中，装料量为550～650mL，装料量占整个泡沫分离塔体积的23％～28％；
4、分离
温度为常温在28～30℃，接通电源开启气泵，调节流量计使表观气速为3.4～4.3mm/s，将泡沫从塔顶导出并收集，直到泡沫无法鼓出为止，此时关闭气阀、气泵。所导出收集的泡沫经机械消泡法消泡成消泡液，分别测量消泡液体积和塔底残余液体积，用GB/T20371-2006的方法测定表面活性剂大豆蛋白溶液中大豆蛋白的浓度，用GB7494-8的方法测定表面活性剂SDS溶液中SDS的浓度。
为了评价螺旋泡沫塔的分离效果，本发明采用没有安装螺旋构件普通直塔作为对照塔，两个塔的工艺完全相同。
对于螺旋泡沫塔的工艺：塔底残余液体积为535～615mL，消泡液体积为15～35mL，塔底残余液大豆蛋白浓度为0.10～0.15g/L，塔底残余液SDS浓度为0.020～0.030g/L，消泡液大豆蛋白浓度为1.5～4.5g/L，消泡液SDS浓度为1.5～1.8g/L，大豆蛋白浓缩比为8～22，SDS浓缩比15～20；对于普通直塔的工艺：塔底残余液体积为530～605mL，消泡液体积为20～45mL，塔底残余液大豆蛋白浓度为0.090～0.13g/L，塔底残余液SDS浓度为0.010～0.020g/L，消泡液大豆蛋白浓度为1.0～2.0g/L，消泡液SDS浓度为0.80～1.2g/L，大豆蛋白浓缩比为5～10，SDS浓缩比8～12。因此螺旋塔的工艺大豆蛋白浓缩比是普通直塔的工艺的1.5～2.0倍，螺旋塔的工艺SDS浓缩比是普通直塔的工艺的1.5～2.0倍。
SDS溶液的浓缩比和回收率的计算公式见实施列2，大豆蛋白溶液的缩比和回收率的计算公式见实施列3。
Claims (5)
1.一种泡沫分离不同表面活性剂的工艺，其特征为包括以下步骤：
1)、调制表面活性剂溶液
调制表面活性剂溶液，使其浓度为0.050～0.50g/L；
2)、调节所配制的表面活性剂溶液pH值
用浓度为1mol/L的盐酸或1mol/L氢氧化钠调节所配制的表面活性剂溶液的pH值为6.0～6.5；
3)、装料
将步骤2)得到的调节pH值的表面活性剂溶液加入带有螺旋构件的泡沫分离塔中，装料量占整个泡沫分离塔体积的15％～35％；
4)、分离
温度为20～30℃，调节流量计设定表观气速为1.7～5.1mm/s，将泡沫从塔顶导出并收集，直到泡沫无法鼓出为止，此时关闭气阀、气泵，所导出收集的泡沫经机械消泡法消泡成消泡液，分别测量消泡液体积和塔底残余液体积，测定表面活性剂溶液中表面活性剂的浓度。
2.如权利要求1所述的泡沫分离不同表面活性剂的工艺，其特征为所述的表面活性剂为生物类表面活性剂、非生物类表面活性剂或由二者组成的混合表面活性剂。
3.如权利要求1所述的泡沫分离不同表面活性剂的工艺，其特征为所述的表面活性剂具体为牛血清白蛋白(BSA)、十二烷基硫酸钠(SDS)和大豆蛋白中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的泡沫分离不同表面活性剂的工艺，其特征为所述的带有螺旋构件的泡沫分离塔由空气压缩机、缓冲瓶、气体流量计、气体分布器、螺旋泡沫分离塔和泡沫收集装置组成，其中空气压缩机将压缩的空气通过胶管输送到缓冲瓶，从缓冲瓶出来的空气进入气体流量计，从气体流量计出来的空气通过胶管进入螺旋泡沫分离塔底部的空气分布器，空气通过空气分布器进入螺旋泡沫分离塔，调节螺旋泡沫分离塔下面的底阀用于控制螺旋泡沫分离塔液相的液位高度。
5.如权利要求4所述的泡沫分离不同表面活性剂的工艺，其特征为所述的螺旋泡沫分离塔为塔内安装有螺旋构件的普通泡沫分离塔，螺旋构件为1mm厚的聚乙烯塑料制的，螺旋构件的直径比泡沫塔内直径小1mm，其构件的螺距h和构件直径d的比为1.2～1.6，倾斜角度为40°～50°。螺旋构件是固定在泡沫塔内泡沫相的，其高度等于泡沫塔内泡沫相高度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120425 |