Антипінення - огляд тем ScienceDirect
Пов’язані терміни:
- Енергетична інженерія
- В'язкість
- Білок
- Силікони
- Диспергатори
- Насичення повітрям
- Біореактори
- Ферментер
- Передача кисню
Завантажити у форматі PDF
Про цю сторінку
Промивання целюлози
15.6 Використання добавок/допоміжних засобів
Піногасники
Дія піногасників
При високій об'ємній в'язкості зниження поверхневого натягу не має значення для механізму стабілізації пінопласту, але для всіх інших механізмів стабілізації піни зміна властивостей поверхні є суттєвою. Піногасник змінить поверхневі властивості піни при активації. Більшість піногасників мають поверхневий натяг в діапазоні 20 - 30 м Нм - 1. Поверхневі натяги деяких піногасників наведені в таблиці 13.1 .
Таблиця 13.1. Поверхневі натяги деяких піногасників
| Полі (оксипропілен) 3 кДа | 31.2 |
| Полі (диметилсилоксан) 3,9 кДа | 20.2 |
| Мінеральна олія | 28.8 |
| Кукурудзяна олія | 33.4 |
| Арахісове масло | 35,5 |
| Трибутилфосфат | 25.1 |
Для низького поверхневого натягу певних складів піногасника запропоновано два пов'язані механізми проти піноутворення:
Піногасник розподілений дрібними крапельками в рідині. З крапель молекули можуть потрапляти на поверхню піни. Напруженість, спричинена цим розповсюдженням, призводить до можливого розриву фільму.
В якості альтернативи передбачається, що молекули будуть утворювати моношар, а не поширюватися. Моношар має меншу когерентність, ніж вихідний моношар на плівці, і спричиняє дестабілізацію плівки.
Коефіцієнт розповсюдження
Коефіцієнт розповзання визначається як різниця поверхневого натягу піноутворюючого середовища σ f, поверхневого натягу піногасника σ d та міжфазного натягу обох матеріалів σ df
Неважко помітити, що коефіцієнт розповсюдження S стає дедалі позитивнішим, оскільки поверхневий натяг піногасника стає меншим. Це вказує на термодинамічну тенденцію піногасіння.
Вищезазначені твердження є достатніми для рідких піногасників, які в основному не розчиняються. Однак досвід довів, що певні дисперговані гідрофобні тверді речовини можуть значно підвищити ефективність піногасіння. Встановлено сильну кореляцію між ефективністю піногасника та кутом контакту для обробленого силіконом діоксиду кремнію у вуглеводнях. Вважається, що процес зволоження гідрофобного діоксиду кремнію спричиняє руйнування піни безпосереднім механічним ударом, що виникає в результаті цього процесу.
Середовища для промислових ферментацій
Масла та жири
Стоуелл, 1987 р. Повідомив про результати антибіотичного процесу Pfizer, що проводився з використанням ряду масел та жирів у лабораторних масштабах. З чисто технічної точки зору триолеат гліцерину був найбільш підходящим субстратом. Однак у Сполученому Королівстві, якщо враховувати як технічні, так і економічні фактори, соєва олія або ріпакова олія є переважними субстратами. Папапанагайоту, Квін, Молітор, Нієнов та Хьюітт (2005) досліджували використання мікроемульсії ріпакової олії для виробництва окситетрацикліну Streptomyces rimosus. Вироблялося більше біомаси, використання нафти збільшилося втричі і збільшилось виробництво окситетрацикліну. Відомо, що триолеат гліцерину використовується в деяких ферментаціях, де чистота субстрату є важливим фактором. Метилолеат використовувався як єдиний вуглецевий субстрат у виробництві цефалоспоринів (Pan, Speth, McKillip, & Nash, 1982). Юнкер, Манн, Гейліот, Бірн та Вілсон (1998) повідомляють про успішне використання соєвої олії (з додаванням сульфату амонію) для вторинного виробництва метаболітів Streptomyces hygroscopicus.
Ультразвукова піногаснення та розмивання у харчовій промисловості та інших сферах застосування
J.A. Гальєго-Хуарес,. А. Кардоні, в Power Ultrasonics, 2015
26.3 Звичайні методи контролю піни
Звичайні фізичні методи піногасіння включають термічні, електричні та механічні пінорозбивачі. Теплові методи полягають у нагріванні та охолодженні піни, виробляючи розширення та стиснення бульбашок, що призводить до їх руйнування. Однак застосування теплових методів на промислових підприємствах було дуже обмеженим через практичні труднощі, споживання енергії та вплив високих температур на продукт. Електричні методи засновані на різній дії сил, що створюються електричним струмом на рідину та газ при проходженні їх через піну. Однак точний механізм цієї дії недостатньо відомий. Крім того, цей метод майже не застосовувався на практиці.
Механічні методи мають все більше і більш широке застосування. Існує велика кількість механічних систем руйнування піни, розроблених відповідно до конкретних вимог. Механічні піноломи руйнують пінопластові бульбашки під впливом відцентрових, стискаючих, ударних чи зсувних сил, всмоктування або змін тиску. Найбільш широко використовувані механічні системи включають поворотні пристрої, циклони, струмені потоку рідини або повітря та вакуумні камери. Однак на промислових підприємствах використовується лише обмежена кількість механічних систем, мабуть, тому, що вони не завжди пропонують економічні переваги, особливо в порівнянні з хімічними піногасниками, і вони також можуть бути потенційним джерелом забруднення, залежно від їх доцільності в стерильних умовах . Крім того, проектування та виготовлення систем є дорогими та складними, а для великих блоків часто виникають значні проблеми масштабування. Загалом, механічні системи ефективні для грубих пін (Deshpande and Barigou, 2000; Viesturs et al., 1982).
Змішування
8.12.2 Точки подачі
Серйозні проблеми змішування можуть виникнути у ферментерах промислового масштабу, коли матеріал подається в посудину під час роботи. Концентровані кислоти або луги та піногасники часто автоматично закачують у відвар для контролю рН та піни; ферментери, що експлуатуються з безперервним потоком або в режимі подачі порцій, також мають свіже середовище та поживні речовини, додані під час культури. Якщо перемішування та об'ємний розподіл повільні, поблизу точки подачі розвиваються дуже високі місцеві концентрації доданого матеріалу. Ця проблема спостерігалась у багатьох типах культур, але особливо гостра під час широкомасштабного виробництва одноклітинного білка з метанолу. Оскільки високий вміст метанолу є токсичним для клітин, урожайність біомаси значно зменшується, коли повільне змішування кормового матеріалу в бульйоні. Такі проблеми можна полегшити шляхом встановлення декількох точок впорскування для сприяння розподілу субстрату по всьому посудині. Зробити це набагато дешевше, ніж збільшити швидкість мішалки та вхідну потужність.