泡沫分离技术具有能耗低、无污染、投资少等优点,已经被广泛应用于表面活性剂、重金属离子、染料、蛋白质和其它天然产物分离的过程中。如何提高泡沫分离效率,特别是提高目的产物富集比是泡沫分离研究的重要课题。本文将已经在精馏领域获得广泛应用的塔板和填料应用到泡沫分离过程中,开发了对应的泡沫分离塔,并对其强化泡沫排液性能进行了研究。基于上升泡沫流体力学理论,将传统的筛孔塔板(带降液管)应用到泡沫分离过程中,开发了筛板式泡沫分离塔。采用牛血清白蛋白(BSA)水溶液为模拟体系,考察了影响泡沫分离效率的因素,阐述了筛孔塔板逐级强化泡沫排液的机理。结果表明,筛孔塔板可有效降低泡沫持液率,提高目的产物的富集比。在装液量490 mL、BSA初始浓度0.1 g/L、气体流量300 mL/min和10层塔板的条件下,BSA的富集比为7.6,是未安装塔板的对照塔富集比的1.85倍。根据传统筛孔塔板强化泡沫排液机理,开发了一种改进型筛孔塔板,通过去掉两个弓形角,改善了筛孔塔板(无降液管)的降液效果,在强化泡沫排液的同时解决了塔板上可能发生液泛的问题。采用十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液为模拟体系,研究了SDS初始浓度、气体流量、塔板数量和塔板间距对泡沫分离性能的影响。结果表明,该改进型筛孔塔板具有结构简单、易于放大和分离效率高的优点。将金属丝网规整填料应用到泡沫分离塔中,开发了填料式泡沫分离塔,研究了填料对气泡大小、持液率、富集比和回收率的影响,阐述了金属丝网规整填料强化泡沫排液的机理。采用BSA水溶液为模拟物系,在装液量490 mL、气体流量300 mL/min、BSA初始浓度0.1 g/L、pH 6.2和填料高度300 mm的条件下,填料塔的富集比为21.8,是未安装填料空塔富集比的2.45倍。将散装聚丙烯花环填料装填到泡沫分离塔的泡沫段,通过测定塔轴向不同高度的泡沫持液率,研究了该散装填料强化泡沫排液的效率。在进料流量50 m L/min、液池高度300 mm、SDS浓度0.3 g/L、进气流量300 mL/min、塔底浓度0.29 g/L和塔顶浓度2.0 g/L时,填料塔需要的分离级数为12.3级,相应的对照塔为15.5级,效率提高了20.6%。基于连续精馏的概念,开发了一套单塔多级连续泡沫分离塔。研究了进料浓度和进料流量对分离效率的影响,结果表明在较低的进料浓度和较小的进料流量下,表面活性物质能够被有效地去除;而当进料浓度较高或增加进料流量时,只能通过增加塔板数才能达到理想的分离效果。当进料浓度为0.25 g/L和进料流量为9.5 m L/min时,SDS的去除率为47.2%。将传统的泡罩塔板应用到泡沫分离过程中,开发了一种泡罩式连续泡沫分离塔。采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液为模拟体系,研究了操作参数(进气流量、进料浓度和进料流量)和设备参数(塔板数、进料位置、塔板间距和泡罩数量)对分离效果的影响,确定了该塔的操作性能负荷图,提出了逐板计算法和图解法求取泡沫分离塔理论塔板数的方法。综上所述,开发的筛孔塔板、改进型筛孔塔板、金属丝网规整填料和聚丙烯花环填料均能有效强化泡沫排液,显著提高表面活性物质的富集比;单塔多级连续泡沫分离塔和泡罩式连续泡沫分离塔均能实现泡沫分离的连续化操作,提高分离效率,具有良好的工业应用前景。