Способ оценки пенообразующей способности жидкости Советский патент 1979 года по МПК B01D19/02 C12B1/18 G01N33/00 

1

Изобретение относится к области лабораторной практики оценки иенообразующей способности пенящихся жидкостей, встречающихся в различных отраслях промышленности, а именно к оценке пенообразуюн1,ей способности культуральных жидкостей в микробиологической промышленности.

Для определения пенообразующей способности жидкостей, ценообразование которых в основном обусловлено барботал ем газа, наибольшее распространение получили способы вспенивания жидкостей в сравнительных условиях при продувании через них воздуха.

Известен способ оценки пенообразующей способности жидкостей путем продуванпя воздуха через залитый объем жидкости в мерном сосуде без стабилизации уровня образующейся газожидкостной смеси.

Вспенивание жидкости в этом случае производят ири иостоянных объеме жидкости в сосуде и скорости продувания воздуха. Подачу воздуха осуществляют до момента установления постоянного уровня пены.

В качестве показателя пенообразующей способности жидкости исиользуют предельную высоту пены, время достижения указанной высоты пены или длительность самопроизвольного распада пенного столба после прекращения подачи воздуха.

Иедостатком известного способа является узкий диапазон измерений, т. е. невозможность определения ненообразующих способностей жидкостей, сильно отличающихся по

своим пенообразующим свойствам. Кроме того, он не обеспечивает необходимой точности оценки пенообразующей способности. Ограниченные возможности этого сиособа объясняются тем, что для жидкостей, значительно отличающихся пенообразующей способностью, при иродувании воздуха с постоянной скоростью возникают различные режимы пенообразовання, отлпчающиеся структхрой и свойствами образующейся пены. Пизкая точность в определении показателя иенообразующей способности без стабилизации уровня пены обусловлена значительными погрешностями в измерении высоты пены из-за колебаний ее верхних слоев

частого образования крупных газовых пузырей, иногда приводящих даже к разрыву пенного столба. Серьезным недостатком известного способа является также необходимость заливки в сосуд одинакового объема

всех исследуемых жидкостей. При этом в пробе жидкости, заливаемой в сосуд, не допускается наличие пены, так как ее присутствие приводит к погрешности в измерении объема жидкости и нарушает процесс вспенивания жидкости. В связи с этим приходится длительное время выдерживать пробу жидкости, отобранную для ангктиза с целью оседания иены. Это в большинстве случаев приводит к старению растворов и изменению их иенообразующих свойств, что дополнительно увеличивает погрешность в определении иенообразу1оп1ей способности жидкостей.

Известен также способ всиенивания жидкостей путем продувания воздуха со стабилизацией уровня образующейся газол идкостной смеси 2. Этот способ устраняет некоторые из рассмотренных недостатко. Он позволяет резко снизить высоту газожндкостного слоя и уменьшить его пульсации. Однако его невозможно использовать для оценки пенообразующей способности жидкости при необходимости заливания в сосуд ностоянного объема жидкости и при поддержании постоянной скорости продувания воздуха ввиду возникновения разных режимов иенообразования для жидкостей, значительно отличаюпдихся по пенообразу10И1ей способности.

Целью изобретения является обеснечение возможности определения показателя иенообразующей способности любой жидкости и повышение точности измерения.

Это достигается тем, что продувание воздуха ведут с постоянным увеличением скорости от 0,01 м/с до критической, определяемой в момент исчезновения пенного слоя, а показатель пенообразуюш.ей способности жидкости определяют по формуле

где X-показатель пенообразуюш,ей способности;

V)K. - объем исследуемой жидкости, залитой в сосуд, л;

УСТ.Ж. - объем стандартной жидкости, oni)eделяемой по тарировочному графику и критической скороети, полученной для исследуемой жидкости, л. Предлагаемый способ вытекает из особенностей вспенивания жидкостей в условиях стабилизации, например механическим пеноразделителем, уровня газожндкостной смеси, образуюихейся при продувании воздуха. В этом случае общая высота газожидкостного слоя остается постоянной на уровне стабилизации независимо от скорости воздуха. Изменение скорости воздуха ириводит лишь к перераспределению высот эмульсионного и ценного слоев. По мере роста скорости продувания воздуха высота газожидкостной эмульсии растет, а пены уменьшается. После достижения некоторой (критической) скорости воздуха для данного объема жидкости пенный слой исчезает совсем и весь объем воздуха (от дна до стабилизирующего устройства) заполняется однородной газожидкостной эмульсией. На чертеже графически показана зависимость между ооъемом жидкости в сосуде и критическо скоростью воздуха в нем в vloгарифмических координатах для различных жидкостей.

Эта зависимость выражается в виде паралоТельных прямых, на которых большому объему жидкости соответствует меньшее значение критической скорости. При этом чем вьпие пенообразуюшая способность

жидкости, тем ниже располагается соответствуюп1.ая ей ирямая. Для исключения конструктивных иараметров и режима работы измерительной системы показатель пенообразующей способности выражают как отношение объемов исследуемой жидкости к стандартной при одной и той же критической скорости.

В качестве стандартной могут быть использованы жидкости, характеризующиеся

малой пенообразующей способностью, наиример раствор 1, 2, 3-триоксипропана (глицерина) в воде с массовой долей в растворе 0,65. Определение показателя пенообразующей

епособности предложенным способом сводится к нахождению критической скорости воздуха для произвольно залитого в сосуд объема жидкости. Причем для исключения старения раствора продувание воздуха ведут не ожидая оседания пены. Измерение объема жидкости в сосуде производят после нахождения критической скорости и последующего самопроизвольного разрушения пенного слоя (при прекращении подачи воздуха). Если исследуемая проба жидкости не содержит пены, то объем залитой в мерный сосуд жидкости можно измерять перед продуванием воздуха. Показатель пенообразующей снособности находят делением

измеренного объема залитой в сосуд жидкости на объем стандартной жидкости, определяемой по тарировочному графику при критической скорости воздуха, нолученной для исследованной жидкости. Тарировочный

график зависимости между объемом жидкости стандартной и критической скоростью строится предварительно.

Способ осуществляли следующим образом. Проводили оценку пенообразующей

способности различных жидкостей и раство)ов в мерном прозрачном сосуде диаметром 100 мм и объемом 2,4 л, снабженном механическим пеноразделителем роторного типа. В днище сосуда было сделано 10 отверстий диаметром 0,6 мм для подачи газа. Пеноразделитель включал диск диаметром 55 мм, снабженный двенадцатью радиальными лопатками высотой 6 мм и длиной 11 мм. Диск установлен на валу с зазором

крышкой сосуда и лонатками диска не более 0,3 мм, скорость вращения составляла 50 об/с.

Вначале производили тарировку устройства. Для этого в сосуд заливали различные объемы (от 1,7 до 2,2 л с интервалом

0,1 л) водного раствора глицерина с массовой долей в растворе 0,65. Для каждого объема находили критическую скорость. Определение критической скорости вели следующим образом. Заливали в сосуд заданный объем жидкости, приводили в действие пеноразделитель и начинали продувание через раствор воздуха. Вначале по расходомеру устанавливали расход воздуха, соответствующий скорости воздуха 0,01 м/с. После того, как уменьшение высоты пепного слоя прекращалось (по визуальной оценке), постепенцо увеличивали расход воздуха (примерно на 10%) до момента исчезновения пенного слоя. Момент исчезновения пенного слоя определяли визуально, а также по скачку перепада давления в пеноразделителе. Записывали показания ротаметра, при которых происходило исчезновение пенного слоя, и определяли расход воздуха с учетом измеренного давления воздуха перед ротаметром. Полученный расход воздуха приводили к стандартным условиям: температуре 0°С и давлению ЬЮ- Н/м- и по нему рассчитывали критическую скорость воздуха в сосуде. По результатам измерений строили тарировочный график зависимости между объемом раствора глицерина в сосуде и критической скоростью воздуха в нем. Тарировочный график охватывал диапазон критических скоростей воздуха от 0,012 (для объема глицерина 2,2 л) до 0,04 м/с (для объема глицерина 1,7 л).

После построения тарировочного графика определение пенообразующей способности жидкости сводилось к нахождению критической скорости воздуха для залитого объема исследуемой жидкости. Показатель пенообразующей способности жидкости выражали как отнощение объема исследуемой жидкости, залитой в сосуд, к объему раствора глицерина, определяемому по тарировочному графику при критической скорости, полученной для исследуемой жидкости. Значения измеренных показателей пенообразующих способностей жидкостей приведены ниже.

65%-ный водный раствор

глицерина1,0

0,02%-ный водный раствор моющего средства «Лотос 0,85

То же, 0,05%-ный раствор 0,40

Культуральная жидкость, стабилизированная химическим пеногасителем, при получении ферментиого препарата амипоcyбтИvTeнa на 48 ч роста

0,80 культуры

Послеспиртовая брага гидролизного производства 0,63

0,075%-ный водный раствор 0,54

казеинового клея 0,10%-пый водный раствор

поливинилового спирта0.34

Как видно из вывода, предлагаемый способ позволяет определить показатель пенообразующей способности жидкостей, сильно отличающихся физико-химической природой и пенообразующи.ми свойствами. Паряду с этим он дает возможность увеличить точность оценки пенообразующей способности жидкостей благодаря снижению пульсаций газожидкостного слоя в условиях стабилизации его уровня и исключению необходимости предварительного выдерживания исследуемой пробы жидкости перед продуванием газа с целью оседания пены.

Получение данных по пенообразующим способностям различных жидкостей иредлагаемым способом позволит более обосиованно выбирать и рассчитывать устройства для разрушения пены при проектировании аппаратуры, что дает возможность повышать эффективность ее работы.

Формула и 3 о о р е т е н и я

Способ оценки пенообразующей способности жидкости путем продувания воздуха через залптый объем жидкости в мерном сосуде и стабилизации уровня образующейся газожидкостной смеси, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения показателя пенообразующей способности любой жидкости и повыщения

точности измерения, продувание воздуха ведут с постепенным увеличением скорости от 0,01 м/с до критической, определяемой в момент исчезновения пенного слоя, а показатель пенообразующей способности жидкости

определяют по формуле

показатель пепообразующей способности;

объем исследуемой жидкости, залитой в сосуд, л;

объем стандартной жидкости, определяемой по тарировочному графпку и критической скорости, полученной для исследуемой жидкости, л.

S 7 8 9

J.WHP /с