Vaahdon jakotislaus

Vaahto fraktiointi on kemiallinen prosessi , jossa molekyylit hydrofobisten on erotettu selektiivisesti päässä nestemäistä liuosta käyttäen sarakkeita nouseva vaahto . Tätä prosessia käytetään yleisesti pienessä mittakaavassa orgaanisten jätteiden hävittämiseen akvaarioista; nämä laitteet tunnetaan skimmereiksi . Sillä on kuitenkin paljon laajempia sovelluksia kemianteollisuudessa, ja sitä voidaan käyttää pinta-aktiivisten aineiden epäpuhtauksien poistamiseen jätevesistä biologisten tuotteiden rikastamisen lisäksi.

Historia ja kehitys

Vaikka skimmerit ovat olleet yleisiä akvaarion harrastuksessa jo vuosia, vasta 1960-luvulla Robert Lemlich Cincinnatin yliopistosta yritti yhdessä kuvata kuplan adsorptioprosesseja. 2000-luvun puoliväliin saakka vaahtofraktioituminen ei kehittynyt lainkaan tai yrityksiä selittää prosessin taustalla olevia mekanismeja. Kenttä oli tyytyväinen tiettyjen järjestelmien empiirisiin kuvauksiin yrittämättä tuottaa mallia prosessin mekanismeista, ja on mahdollista, että tästä syystä tämän tekniikan käyttöönotto on hidastunut sen valtavasta potentiaalista huolimatta.

Vaahdon fraktiointi muistuttaa vaahdotusta , jossa hydrofobiset hiukkaset kiinnittyvät ilmakupliksi nousevien kuplien pintaan. Tällä tavalla suhteellisen hydrofobiset hiukkaset voidaan erottaa suhteellisen hydrofiilisistä hiukkasista. Vaahdotusta käytetään tyypillisesti erillisten hiukkasten hiilen tuhkaa tai hiukkaset, mineraalit sen sivukiven . Newcastlen yliopistossa suoritettu vaahdotusvaiheen tutkimus erityisesti nestemäisen fraktion ja pneumaattisen vaahdon nestevirtauksen ennustamiseksi mahdollisti alustavan kuvauksen vaahdon fraktioinnista. Vaahdon fraktioinnin ja vaahdotuksen välistä synergiaa on tutkittu Asia Pacific Journal of Chemical Engineering -lehden erikoispainoksessa.

Huomioita prosessin suunnittelussa

Robert Lemlich osoitti, kuinka vaahtofraktiopylväitä voidaan käyttää strippaamiseen , rikastamiseen tai näiden kahden yhdistelmään (riippuen ohituksen sijainnista pylvään ylä-, ala- tai keskiosassa) ja niitä voidaan käyttää palautusjäähdyttimellä tai ilman virtaus kolonnin yläosassa. Voi olla hyödyllistä ajatella, että tämä järjestelmä on samanlainen kuin kaasukromatografiapylväs . Erot ovat seuraavat:

  1. Kohdistetut molekyylit adsorboituvat pintaan sen sijaan, että ne imeytyisivät, kun keho siirtyy vaiheesta toiseen
  2. Itse vaahto tukee pylvästä.

Kuten kaasukromatografiassa, palautusjäähdyttimen lisääminen kolonnin yläosaan voi luoda useita tasapainotiloja kolonnissa. Kuitenkin, jos hallitaan kuplien koon muuttuessa niiden korkeuden kanssa sarakkeessa, koalesenssilla tai Ostwaldin kypsymisellä, pylvääseen voidaan luoda sisäinen refluksointilähde.

Kuten monissa kemiallisissa prosesseissa, on useita tekijöitä, jotka kilpailevat talteenotosta (ts. Ylemmästä vaahtokierrosta löydetyn pinta-aktiivisen aineen prosenttiosuus ) ja rikastumisesta (ts. Vaahdon pinta-aktiivisen aineen pitoisuuden suhde johdannaiseen). Yksi tapa karkeasti moduloida rikastus- ja talteenottokertoimia on kontrolloida kaasun virtausta pylvään läpi. Suurempi läpäisykyky tarkoittaa suurempaa talteenottoa, mutta vähemmän rikastumista.

Vaahdon fraktiointi toimii kahdella mekanismilla:

  1. Kohdennettu molekyyli adsorboituu kuplan pinnalle
  2. Kuplat muodostavat vaahdon, joka nousee pylvääseen.

Nopeus, jolla tietyt ionittomat molekyylit voivat adsorboitua kuplien pinnalle, voidaan arvioida käyttämällä Ward-Tordai-yhtälöä. Rikastuminen ja talteenotto riippuvat nousevan vaahdon hydrodynaamisesta kunnosta, joka muodostaa monimutkaisen järjestelmän, joka riippuu kuplien koon jakautumisesta, jännitystilasta kaasun ja nesteen rajapinnassa, kuplien yhdistymisnopeudesta, kaasuvirrasta, muiden joukossa. Hydrodynaaminen tila kuvataan nousevan vaahdon hydrodynaamisella teorialla.

Vaahdon jakotekniikan sovellukset

  1. Biomolekyyliliuosten rikastaminen lääke- ja elintarviketekniikoissa. # Pinta-aktiivisten aineiden epäpuhtauksien poistaminen jätevesistä.
  2. Ei-pinta-aktiivisten epäpuhtauksien, kuten metalli-ionien, poistaminen jätevedestä lisäämällä pinta-aktiivisia aineita.
  3. Vaahdon poisto vaahdotustoiminnan jälkeen.

Ryhmät, jotka osallistuvat vaahdon fraktiointitutkimukseen

Zhaoliang Wu, Hebein teknillinen yliopisto, Kiina.
Robert Tanner, Kalifornian teknillinen instituutti (entinen Vanderbiltin yliopisto )
Paul Stevenson, Aucklandin yliopisto
Czarena Crofcheck, Kentuckyn yliopisto
Noel Lambert, TUNRA Clean Coal

Huomautuksia ja viitteitä

  1. Lemlich R, Lavi E 1961 Vaahdon fraktiointi palautusjäähdytyksellä, Science 134 , s. 191
  2. Lemlich R 1968 Adsorptiiviset kuplanerotustekniikat: Vaahdon fraktiointi ja siihen liittyvät tekniikat, Teollinen ja tekninen kemia 60 s.16
  3. Stevenson P, Jameson GJ 2007 Jatkuvan vaahtofraktioiden mallintaminen palautusjäähdytyksellä, kemian tekniikka ja prosessointi 39 , s. 590
  4. Ward AFH & Tordai L 1946 Ratkaisujen rajajännityksen aikariippuvuus I. diffuusion merkitys aikavaikutuksissa , Journal of Chemical Physics 14 , s.453
  5. Stevenson P 2007 Hydrodynaaminen teoria nousevasta vaahdosta, Minerals Engineering 20 , s.282