泡沫分离过程中压力的影响和环流泡沫塔设备的应用研究

论文摘要

泡沫分离蛋白质是利用蛋白质的表面活性对其进行分离的一种方法,由于其分离过程中的条件温和,对蛋白质的活性影响较小,因此该方法是一种成本小并且有着较大应用前景的分离方法。本文系统地研究了简单泡沫塔中压力对泡沫分离过程中气泡大小及分布,气泡聚并行为,气泡比表面积和分离效果的影响。实验结果表明,压力的增加使得气泡大小,泡沫层结构,泡沫稳定性和上升泡沫的流体力学性质发生了极大地变化,进而影响到泡沫分离的效果;加压操作使得液相气泡平均直径减小,气泡大小分布变窄;小气泡具有较大的气泡比表面积,提高了气液吸附效率;与此同时,加压操作对泡沫层产生了一定的破坏作用,降低了泡沫的稳定性,加速了泡沫层中气泡间聚并速率。上述变化导致了泡沫分离牛血清蛋白质（BSA）过程的富集比提高而回收率下降。压力为0.15 MPa时,富集比为17.3,较常压相比提高了,而回收率仅为13.5%。在之前的实验基础上,设计了一种由导流筒组成的液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。在简单泡沫塔中插入这种构件构成了环流泡沫塔,并以牛血清蛋白质（BSA）作为分离体系的目标蛋白质进行了初步尝试,测量了压力,牛血清蛋白质（BSA）料液浓度,泡沫相高度和液相高度比（K）,pH对泡沫分离效果的影响。结果表明:低气速有利于泡沫分离;富集比随牛血清蛋白质（BSA）料液浓度的增大而减小;又随泡沫相和液相高度比的增大先增大后基本不变;在pH在6.0-7.4范围内,分离效果良好;随着压力的增加富集比逐渐增大,而回收率却又相反的变化趋势。优化条件下,富集比最高可达12.86,回收率可达73.63%。在环流泡沫塔分离过程中,以牛血清蛋白（BSA）为分离体系的目标蛋白质,考察了压力,气速,泡沫相高度和液相高度比（K）,pH对出口持液量（εout）的影响。结果表明:随着泡沫层总高度的增加εout缓慢下降,而气速的增加却使εout急剧上升,BSA在等电点附近出口持液量最高,同时我们首次发现提高压力有效降低了出口持液量。最后,通过实验结果和理论分析,将简单泡沫塔的上升泡沫层流体力学理论扩展到环流泡沫塔,解释了构件的作用机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• §1-2 泡沫分离法概述
• 1-2-1 泡沫分离法的简介
• 1-2-2 泡沫分离法的分类
• §1-3 泡沫分离的影响因素
• 1-3-1 操作参数的影响
• 1-3-2 溶液体系性质的影响
• 1-3-3 分离设备的影响
• 1-3-4 压力的影响
• §1-4 泡沫分离设备及其研究进展
• 1-4-1 泡沫分离设备分类
• 1-4-2 环流泡沫分离设备研究进展
• §1-5 本论文的研究背景及内容
• 1-5-1 压力对牛血清白蛋白泡沫分离过程中气泡及其分离效果的影响
• 1-5-2 环流泡沫塔的设计及在牛血清蛋白泡沫分离中的应用研究
• 1-5-3 环流泡沫塔在牛血清蛋白泡沫分离中出口持液量的研究
• 第二章 压力对泡沫分离牛血清白蛋白的影响
• §2-1 引言
• §2-2 材料和方法
• 2-2-1 材料与装置
• 2-2-2 实验流程
• 2-2-3 实验方法
• §2-3 结果与讨论
• 2-3-1 压力对液层气泡大小的影响
• 2-3-2 浓度对液层气泡大小的影响
• 2-3-3 压力对气泡大小分布变化的影响
• 2-3-4 压力对液相气泡聚并作用的影响
• 2-3-5 压力对泡沫层气泡的影响
• 2-3-6 压力对气泡比表面积的影响
• 2-3-7 压力对牛血清蛋白分离效果的影响
• 2-3-8 泡沫层高度对牛血清蛋白分离效果的影响
• §2-4 小结
• 第三章 环流泡沫分离塔的设计及应用研究
• §3-1 引言
• §3-2 环流泡沫分离塔的设计及特性
• §3-3 材料和方法
• 3-3-1 材料与装置
• 3-3-2 方法
• §3-4 结果与讨论
• 3-4-1 导流筒构件的影响
• 3-4-2 泡沫高度对分离效果的影响
• 3-4-3 浓度对分离效果的影响
• 3-4-4 pH 对分离效果的影响
• 3-4-5 压力对分离效果的影响
• 3-4-6 正交实验
• §3-5 小结
• 第四章 环流泡沫分离过程中出口持液率的研究
• §4-1 引言
• §4-2 材料和方法
• 4-2-1 材料及装置
• 4-2-2 实验流程
• 4-2-3 出口持液率的测量方法
• §4-3 结果与讨论
• 4-3-1 出口持液率随鼓泡时间的变化
• 4-3-2 出口持液率随气速的变化
• 4-3-3 出口持液量随泡沫层高度的变化
• 4-3-4 出口持液量随pH 的变化
• 4-3-5 压力对持液量的影响
• §4-4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果