Глава 3 сепараторы газожидкостных систем

Процесс сепарации газожидкостных систем встречается в двух основных случаях: при разрушении пены и при выделении ка­пельной влаги из газа. Устойчивая структурная пена образуется на различных стадиях технологии получения биомассы: при ферментации, флотации и упаривании суспензий. На этих же стадиях может появиться необходимость улавливания капель­ной влаги, уносимой газом после разрушения пены.

Для пенорегулирования и предотвращения выбросов пены из биотехнологической аппаратуры существует много способов и средств, выбор которых зависит от природы продуцирующих микроорганизмов, физико-химических свойств среды и гидроди­намических условий ведения процесса. Эти способы и средства принято распределять по пяти основным группам:

1) химическое пеногашение, предусматривающее введение в пену веществ, связывающих пенообразователи в поверхностно-неактивные комплексы, или добавление ПАВ, уменьшающих прочность пленок;

2) физические способы пеногашения, к которым можно от­нести разрушение пены колебаниями звуковой или ультразву­ковой частоты, тепловое или электроимпульсное воздействие на пленки пены;

3) гидродинамические способы пеногашения, когда пена раз­рушается струями жидкости, ударной волной гидростатического давления или при прохождении через сужающее ее поток устрой­ство;

4) механические средства пеногашения, в которых разруше­ние пены осуществляется ударным воздействием на нее лопаток, трением пены о поверхности вращающихся дисков и конусов, а также за счет центробежного разделения фаз;

5) комбинированное пеногашение, сочетающее в себе различ­ные варианты указанных выше четырех способов.

Специфической особенностью химического пеногасителя яв­ляется более высокая его поверхностная активность, чем у основ­ного пенообразователя. Попадая на поверхность пленки, хими­ческий пеногаситель вытесняет из нее пенообразователь, создавая локальное понижение поверхностного натяжения. В результате этого происходит перемещение поверхностных слоев пленки в сторону больших значений поверхностного натяжения, сопро­вождающееся быстрым ее утончением в месте нахождения хими­ческого пеногасителя. Конечная толщина пленки при этом дости­гает нулевого значения, при котором наступает разрыв и раз­рушение пузырьков пены.

Кроме высокой поверхностной активности по отношению к пенообразующей жидкости химический пеногаситель должен быть практически не растворим в ней и хорошо диспергироваться в объеме пены.

Введение синтетического пеногасителя в культуральную среду на стадии ферментации ухудшает качество готового продукта, загрязняя его побочными примесями. Наблюдается при этом и понижение скорости переноса кислорода из газа в жидкость.

Особенность гидродинамических и механических способов воздействия на пену заключается в том, что она не разрушается полностью с образованием двух независимых фаз — газа и жид­кости. При этих способах в пену, как правило, вводится дополни­тельная энергия, и расходуется она на развитие межфазной поверхности. Вследствие этого из первичной крупноячеистой пены образуется вторичная мелкопузырчатая, отличающаяся большой площадью удельной поверхности и пониженным газо­содержанием. Часто такую пену называют эмульсией. Разрушение пены без образования ее вторичной структуры можно осу­ществить только в центробежных тарельчатых пеногасителях.