Рабочие среды с пониженным ценообразованием находят практическое использование в процессах биосинтеза, при ма­шинной стирке белья, мойке стеклянной посуды и т. д.

В ходе ферментационного процесса пенообразованне культу­ральных жидкостей изменяется, поскольку с ростом микробной популяции п с выделением продуктов метаболизма изменяются их физико-химические свойства (вязкость, поверхностное натя­жение и др.). Опыт показывает, что пенообразованне исходных питательных сред не соответствует ценообразованию культураль ной жидкости в ходе ферментации. Для оценки пенообразующей способности питательных сред рекомендовано использовать ин­тегральный показатель вспениваемости Qs [378]:

X

Qs = J (Q — <?усл) Л при q — q, > 0

0

Где т — продолжительность ферментационного процесса; Q — показатель вспе­ниваемости культуральиой жидкости, определяемый но уравнению (5.3); <7усл=50 — условно допустимый уровень нспеппваемости, достигаемый без применения пепогасителей.

Если интегральный показатель <7S<1-I04 см/ч, среда являет­ся непенящейся, при Qs=( 1—2)-104 см/ч — среднепенящейся, а при <7s>2-104 См/ч— сильнопенящейся.

Используя одни и те же компоненты питательной среды, но в разных концентрациях, можно найти оптимальное для вспени­ваемости соотношение этих компонентов [372]. Так как нахож­дение оптимальной питательной среды довольно трудоемкая ра­бота, обычно используют метод экстремального планирования эксперимента [379]. По полученным данным о вспениваемости строят график зависимости q=f(Т), а затем вычисляют интег­ральный показатель пенообразования Qs-

Малопенящиеся композиции используют в качестве моющих средств при машинной стирке в прачечных или при мойке посу­ды, так как обильная пена затрудняет проведение процесса. Разработанные малопеиящиеся композиции обладают такой же моющей способностью, что и сильнопенящнеся. Принцип состав­ления подобных композиций основан на введении веществ, по­давляющих пену или обусловливающих антагонизм некоторых пенообразователей. Примером могут служить пары анионное — пеиопогсппое ПАВ. Так, антагонизм имеет место в смесях олеи­нового и касторового мыл. Экспериментально показано, что при добавлении касторового мыла к олеиновому уменьшается рН раствора, и это вызывает подавление пенообразующей способ­ности. По-видимому, это происходит в результате нейтрализации мицеллами касторового мыла гидроксильных ионов, образую­щихся при гидролизе олеинового мыла.

Взаимодействие анионного и катиоппого ПАВ в водной сре­де приводит к образованию электронейтрального водонераство - римого комплекса, устойчивые суспензии которого имеют низкое поверхностное натяжение и незначительную вспениваемоеть [380]. В работе [381] указывается, что композиции, содержа­щие мыла жирных кислот, в присутствии синтетических мою­щих средств (в соотношении 3:2) обладают незначительным це­нообразованием. Введение в неионогенное ПАВ от 20% и более жирных спиртов (лаурилового, стеарилового и олеинового) примерно в 10 раз уменьшает объем пены. Многие моющие средства с низкой пенообразующей способностью состоят из трех ПАВ: алкил(арил)сульфоната или сульфата, жирного мы­ла н одного из неионогенных ПАВ, например, в небольших ко - лнчестнах оксиэтилпрованпого иопилфепола или окспэтплпро - ваппого жирного спирта с небольшим числом окспэтшкчкшых групп. Естественно, что их соотношение подбирают таким, что­бы моющая способность раствора была максимальной.

Разработаны моющие композиции с ограниченным вспенива­нием для посудомоечных машин [382]. Одна нз таких компо­зиций, обладающая высокой моющей эффективностью по отноше­нию к белковым загрязнениям, состоит пз мопостеарппопого эфира фосфорной кислоты п пепсиасшеля «плюропнк I 62». Имеются композиции, дающие низший уровень иены в стираль­ных машинах, па основе биологически разрушаемых неионоген­ных ПАВ [383]. Сложные смеси подобного назначения содер­жат до пяти различных компонентов. Широко применяемые в хозяйстве сульфонаты имеют значительно меньшую непеппвае - мость, если к ним добавить смесь, состоящую из диметплполи- снлоксапа и амипоалкнлалкоксисилана w-NE^RSi (OR')3 [384].

Изучали причины снижения вспеннваемостн растворов пено - погеппых ПАВ при повышении температуры вплоть до точки по­мутнения [385]. Прн исследовании растворов пеноногепного ПАВ «Тритон Х-100» обнаружено повышение температуры по­мутнения при отфильтровывании выделившейся фазы ПАВ. На основании полученных данных сделан вывод о том, что преду­преждение пенообразования в растворах неионогенных ПАВ при повышенных температурах объясняется дегидратацией их мо­лекул с выделением микрокапель эмульсии. Процесс выделения новой фазы обратим, и поэтому первоначальная пенообразую­щая способность ПАВ восстанавливается.

Значительного снижения пенообразования можно добиться прн использовании смеси ноиогенного и пеноногепного ПАВ с добавкой 0,5—2% пепогаептеля (сплнкоча, глицерина, спирта и др.) [386]. Порошкообразные вещества, регулирующие высо­ту столба пепы, можно получить нанесением на поверхность твердых частиц пепогаептеля [387]. Находят практическое при­менение вещества, пенообразующая способность которых изме­няется с изменением температуры, например производные триал - кнлмеламппа.

Ограничения вспеннваемостн рабочих сред можно добиться также изменением режима технологического процесса; обычно изменяют режим барботирования илч заменяют его поверхност­ной аэрацией.

Для аэрирования в ферментационных сосудах лабораторного назначения можно применить самовсасывающий насос, выне­сенный за пределы сосуда [388]. Этот насос засасывает вместе с культуральиой жидкостью и пену. Аэрация и перемешивание жидкости в этом случае происходят как в насосе, так и в фер­ментационном сосуде. В такой системе осуществляется рецирку­ляция воздуха.

Самовсасыванне достигается также с помощью вентилятора, который не только свободно всасывает воздух и равномерно

Распределяет его по поперечному сечению аппарата, по н способ­ствует циркуляции жидкости, содержащейся в рабочем резер­вуаре. Затрата энергии на всасывание, распределение воздуха и циркуляцию жидкости составляет при водяном столбе над ро­тором вентилятора, равном 4 м, около 3000 кДж на 10 м3 вса­сываемого воздуха.

Для проведения ферментационных процессов с ограничен­ным пепообразованием используют также систему с пульсирую­щей аэрацией. Циклическое повышение н снижение давления воздуха в аппарате (около 20 раз в 1 мнн) вызывает перемеще­ние пены во внутреннюю часть установки. Аэратор пульсирую­щего действия может быть вращающимся. Такие установки по­зволяют повысить производительность процессов и снизить по­требление энергии на аэрацию примерно па 50%.

Иногда при ферментации в аэрируемых средах вспенивание предупреждают созданием в аппарате зоны пониженного дав­ления. В этом случае аэрация осуществляется без барботирова-' ння вследствие засасывания газа из воздушного пространства над жидкостью вихрем, создаваемым мешалкой. Для создания устойчивого водоворота частота вращения должна достигать 1000—2000 об/мин даже при небольших объемах аппарата.

Предотвращения вспенивания в дистилляционной колонне можно достичь установкой кольцевой диафрагмы и подачей па­ровой смеси по касательной [389]. Смесь движется по спирали вдоль стенок кожуха, и возникающая центробежная сила пре­пятствует упосу жидкости в выше расположенную зону.

Для удаления коллоидов из культуральиых жидкостей при производстве дрожжей используют бентонит. При этом объем пены снижается в 40 раз, а ее устойчивость — в 6 раз. При про­изводстве растворимого кофе экстракт обрабатывают катиони - том для удаления ионов металлов. Детергенты в сточных водах подвергают термической деструкции.

В химических производствах процесс проводят в аппаратах, в которых отношение диаметра к его высоте равно 1 : 3 [390]. У двух аппаратов с различным объемом (например, отношение объемов 1 : 10) при одинаковом отношении диаметра к высоте, равном' D : Н— 1 : 3, отношение диаметров составляет 1 10, а площадей сечения 1 :>Л02. Так как обычно эффективность аэра­ции задается расходом газа, приходящимся на единицу объема жидкости, в большем аппарате в единицу времени через едини­цу площади будет проходить газа в 10 :т/Т()2 = 2,16 раза больше, чем в меньшем аппарате. При одинаковой устойчивости пены, исходя нз зависимости Vcr=Qlk (см. разд. 12.1), максимальный уровень пены в большом аппарате будет также больше в 2,16 ра­за. Отсюда следует, что для больших аппаратов более целесо­образно принимать отношение D:H>1:3 для достижения пе­нообразования такого же, как в малом аппарате.. Этот вывод подтвержден экспериментами, показавшими, что с увеличением

Диаметра сосуда и уменьшением столба пеиы понижается и се устойчивость. Учитывая также, что стабильность пены снижает­ся с уменьшением среднего диаметра пузырьков, можно реко­мендовать еще один путь ограничения пенообразования в рабо­чих растворах—изменением конструктивных параметров барбо тера. Кроме уменьшения диаметра отверстии для снижения пе - пообразоиаиин можно изменять размещение этих отверстии, что нодтерждастся следующим примером. В области средних ско­ростей газового потока пузырьки образуются почти с постоян­ной частотой, а с увеличением скорости газа их размер возра­стает, достигая максимального значения. При этом скорость всплывания пузырьков увеличивается незначительно. Пузырь­ки npuooperaioi максимальные размеры dMBкс, когда достигается значение числа Реппольдса Re=2500 для барботажного отвер­стия. Тогда имеем:

- 0, L&yV. ReVj = 2,3uVi 1де (I дн.1мс1|) опюрешя аэратора.

Приравняв минимальное расстояние между отверстиями I максимальному диаметру пузырька в потоке, что соответствует условию раздельного отрыва пузырьков от отверстий аэратора (без их слияния), получим:

L/d = ймаксА' ~ 2,3d'1'г

Для отверстий, расположенных в вершинах равносторонних треугольников, доля площади S, занятой отверстиями барботе­ра, равна

5 = п/[2 Уз (l/d)*] = 0,907 (l/d)~*

Комбинируя последние два уравнения, получим:

5 = 0.172D

Таким образом, слияние пузырьков н образование вспенен ной жидкости можно предотвратить, если отверстия аэратора занимают менее 17% его поверхности, т. е. Sc 17,2% от D.