第9章_泡沫

1.起泡能力
第二节 泡沫稳定性及其影响因素 1.液膜的性质 ◆共性
它们均是界面膜，有自身的独特性质，其 性质决定所在分散体系的稳定性。 泡沫稳定的关键 ①泡沫液膜与乳状液液膜的异同
异性 ◆ 异性 ◆ ◆异性 b) 乳状液液膜两侧接触的都是液相，泡 a) 乳状液的内相是液态，呈球形。泡沫的内相是 c)泡沫液膜比乳状液液膜薄，在 气态，呈多面体形； 沫液膜内侧接触气相，外侧有气相也有液相 体系中所占的体积分数也更小。 ；
第二节 泡沫稳定性及其影响因素
r1
r2
r0
不同曲率半径泡沫接触模型
第二节 泡沫稳定性及其影响因素
(2) 泡间液体的毛细管流动
几个气泡接触，且以多面体结构存在 在平台边界内的液体压力低于平行 时，形成泡间毛细管，毛细管细处（液体 区域，所产生的压差将驱动液体流向平 (3) 重力导致的泡沫膜液流失 边界平行区 ）的液体压力小于粗处（液体边 台边界，使液膜薄化（液体边界平行区 界平台区） 。 当泡沫体积膨胀或上升至液面之上时，因重力 的平行边界更靠近），终致泡沫破裂。 作用，产生膜液流失，一旦膜液薄化到5nm～15nm的 临界厚度时，极易破裂。
膨胀度的自动测定装臵
第一节 概述
Vs是振动后泡沫的静容积；Vd是送气中泡沫层气体的容积； v1是泡沫层液体的容积；mg是泡沫中气体的质量；ml是泡沫中液体的 质量；Vg是起泡所用气体的容积；Vl是起泡所用液体的容积。
表述泡沫体系的一些参数符号及代表意义
第一节 概述
在能源钻探方面，泡沫的流变性对满足携带钻 4.气液泡沫体系的性质 屑、平衡地层压力、润滑和冷却钻头等需要十分重 泡沫密度低于或远低于构成该分 （1）低密度 要。 因泡沫体系的组成不同流动 散体系的分散介质的密度。 泡沫的流变性在液体食品或食品的液态加工过 （2）流动性 性差异很大. 该性质在某些工程上有重要应用 程中，是设备选型、搅拌、泵送和喷雾干燥等单元 ①流动性与体系组成和所处的环境条件有关 价值。如石油开采、煤炭钻探。 操作的依据。
第九章
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泡沫
Chapter Fourteen The Foam System
教学内容 第一节 概述 第二节 泡沫稳定性及其影响因素 第三节 常用起泡剂与稳泡剂
第一节 概述
一、泡沫（体系）的概念及作用
泡沫也称泡沫体系。泡沫 1.泡沫的概念 定义：泡沫体系中的分散相。 （1）气体分散相不溶于液 是气体分散在液体或固体中形
第二节 泡沫稳定性及其影响因素
一、气-液泡沫体系的稳定性
1.气-液泡沫体系稳定性的表征
半衰期是泡沫体系的体积 是泡沫稳定性的衡量指标， t 泡沫稳定性常用半衰期表示。 1/2 ①半衰期含义 从刚发完泡计起，到体积消减 t1/2 数值越大，泡沫越稳定，反之越 记作t1/2 ②半衰期符号 到原来一半所用的时间。 不稳定。
（2）“浓泡沫”
第一节 概述
三、气-液泡沫
1.气-液泡沫的产生条件
◆须满足三个条件 ◆说明 （3）阻碍源自文库体从小
气泡向大气泡或向大气 任一单组分均不能满足上述三 （ 1 ） 能扩展其表面积，以便 环境扩散。 （ 2 ） 具有适当的流变性和表面 个条件，故单一组分液体不会产生 在气泡周围形成液泡膜（液体 泡沫。 特性 ，能阻碍导致气泡融合或破 具有拉伸性)； 灭的液膜薄化作用。
第一节 概述
泡沫体系除在选矿、污 4 泡沫的应用 优点： 馒头、面包、蛋糕、 水处理、石油勘探、钻井、 增加食品的松软感，便 油条等柔软性固态食品都 灭火、建筑体保温、隔音等 （1）柔软固态食品加工 于涂抹黄油等佐料，也便 是通过生物发酵、加膨松 应用外，在食品加工业也有 饼干、虾片等食品都是通 于消化、吸收。 剂等手段产生气泡，形成 过焙烤、膨化等工艺在固相分 （2）硬脆固态食品 重要应用。 泡沫体系的。 散介质中形成气泡的。 汽水和啤酒中经常充入CO2后封 优点： （3）碳酸饮料 瓶口，当开瓶后产生大量气泡或泡 食用方便、保质期长、咀 嚼时有酥脆感。 沫，增加爽口感。
第一节 概述
（4）隔离性
泡沫体因气泡内空气的优良绝 热性而具有很强的隔热能力。 ①隔热性 声波在泡沫体系中传播性 该性能在需要保温的工艺中有 泡沫分散体系还有良好的隔 很差。故固 -气泡沫体经常被 优势，但传热介质中存在泡沫，会 ②隔声性 影响其传热效率。 绝空气的能力，这一性质被广泛 用作隔音材料，如墙体贴泡沫 用于消防器具中，泡沫灭火器中 板可增强隔音效果。 ③覆盖性 就是利用气-液泡沫体能隔绝空气 来实现灭火的。
VO 的商表示 g与液体体积 R%=100×(V ρl－ ρ )/ ρ ：
O × =100 vg/ g vl / Vl R=V 反映泡沫层中气体所占
体积与液体所占体积之比。 泡沫体积、泡沫比体积、起泡 体积、润湿度等。
l
F
F
（4）其它参数
1.2是自动阀；3是定容测压室；4是压力传感器； 5是缸筒；6是柱塞；7是齿轮；8是齿条； 9是同步电机；10是管道岔口。
特点： 泡沫分为气-液和 气泡以细小的球形均匀分 按分散相尺寸大小及分布、聚 二、泡沫的分类 特点 气： -固两大类。 散在较黏稠的液体中，气泡液 集状态与分散相浓度等差异可分为 气泡浮在液体表面上，以 膜较厚。 1.按分散介质形态分 两类。 聚集体形式存在；气泡呈多面 实例： 体形状；液膜较薄。 液体发酵食品生产时发酵 2.按气-液泡沫中分散相状况分 实例： 液中的气泡。 碳酸饮料、啤酒中泡沫； （1）“稀泡沫” 洗涤泡沫。
第二节 泡沫稳定性及其影响因素
液膜
流动相
气相
在气相平台边缘高压，液相平台边缘低压 多面体结构泡沫间存在毛细管流动现象的模型
第二节 泡沫稳定性及其影响因素
3.增加气-液泡沫体系稳定性的方法
①提高体相黏度
增大液体流动阻力，还能产生“衬垫”效
◆适当增加高分子溶质浓度。
②增大表面黏度 应，吸收随机或感应运动产生的振动，均能缓 解外力对泡沫的机械冲击。 ●蛋白质等稳泡剂在起泡液中有足够 减小膜液流失速率和流失量，维持液膜足够 的浓度。 的强度和弹性，抑制气泡因变形而破裂。
第一节 概述
发泡液成分(表面活性
①影响起泡性的因素 剂或蛋白质)及其浓度。浓 ②起泡性指标
度增高，起泡性增强。 是表示单位剂量表 面活性剂可以形成泡沫 试验改变一系列活性 层液体的质量。 剂浓度，测定其对应的起 泡体积和泡沫密度。
③起泡性的测试
第一节 概述
膨胀度用泡沫中的气体体积
（3）膨胀度
①数学表达式 ②反映的实质
第二节 泡沫稳定性及其影响因素
②液膜的双吸附结构的作用
气
③表面活性剂亲油基 ① 吸附层中的表面活性 液膜 液膜中表面活性剂形 团之间的相互吸引，使液 剂对膜液有束缚作用，限制 成的双吸附层结构，对形 膜中分子排列紧密，增大 了膜液的蒸发； 气 成稳定的泡沫具有决定性 液膜强度； ②表面活性剂的亲水基 液膜中表活剂吸附层结构 ④含离子型表面活性 作用。 团吸引水分子，使膜液黏度 剂的双吸附层中，活性离 增大，膜液不易流失，能够 子带有相同电荷，其静电 保持一定的膜厚度； 排斥作用阻止液膜减薄。
◆理解要点 和固体中； 成的分散体系。 2.泡沫的理解要点 （1）气泡具有气 -液、气-固或 （2）气体分散相被液体或 分散相：气体 气-液-固界面； 固体的薄膜包围成独立单元。 分散介质：液体/固体
3.气泡
（2）气泡是泡沫（体系）的组成 单元。
第一节 概述
4.气泡和泡沫的作用
充分利用它达到某种目的。
第一节 概述
单管吹气法发泡装置
第一节 概述
1.送水管 2.溢水管 3.虹吸管 4.定压室 5.8.压力室 6.泡沫室 7.多孔板
定压吹气法发泡装臵
第一节 概述
◆缺点 a)泡沫形成时难以观察气泡状 用压力传感器实时监测泡 态； 使用的搅拌装置有搅拌器和均 搅拌时的流动阻力。 靠强剪切力使气泡在液体中 b) 质机等。 适于生产泡沫特性优良的 ◆控制方法 掼奶油等。 均匀分散，剪切力过大会导致气泡 优点 简便易行。 ●适用范围 “聚合”，泡沫不匀； 装液体原料于容器中，将 c)长时间激烈搅拌使蛋白质的 容器固定在振荡器上，控制条 表面吸附膜遭到破坏，导致泡沫体 件振荡，在液体中产生泡沫。 （3）振荡法 积增大到一定程度后又减小。 常用于起泡和消泡试验。
（2）搅拌法
第一节 概述
1.电机2.应变仪3.放大器4.记录仪 5.传感器6.转台7.搅拌器
电动搅打器及泡沫物性测定装置
第一节 概述
3.描述气-液泡沫体系的重要参数
（1）泡沫密度 （2）起泡性
泡沫密度是泡沫层质量与泡 起泡性是单位起泡剂的 沫层体积的商： 起泡效果的度量。 ρ=ml / Vs 用泡沫层液体的体积与 假设条件 ◆ 起泡剂的质量的比值表示： 泡沫层中气体质量与液体 起泡性=Vl /ms 质量比较可以忽略不计。
第一节 概述
2.气-液泡沫体系的形成
（1）吹气法
该法是将气体（通常是空气 氮气、二氧化碳等）通过毛细管
、多孔板或颗粒填充层鼓入液体 缺点： 中，得到泡沫分散体系。 c)泡沫处于不断产生 准确控制气体流速和流量。 ①工艺原理 a) 优点 ：连续充气时，泡沫体 与破灭的动态变化之中； 可获得好的重现性，且可由 能直接观察到泡沫生成 积达到最大后又会减小； ②关键技术 低浓度的表面活性剂或蛋白质溶 泡沫体积与蛋白质溶 d) 过程和泡沫状态。 b)在泡沫室上下会产生 液得到理想的泡沫分散体系。 , 而与蛋白质性 ③方法优/缺点 液浓度无关 蛋白质浓差，使泡沫体系不 质关系很大。 均匀；
⑴积极作用
如：浮选、灭火、除尘洗涤、 需要消除它。 制造泡沫陶瓷和塑料等，利用液体
如工业发酵、搅拌、煮沸、浓缩 加热后产生气泡的温度（泡点）衡 ⑵消极作用 涂料、造纸、印染等工艺过程，锅炉 量其蒸汽压与温度间的关系。 用水，棱镜(或玻璃)制造等，均要消 均是利用其有利的一面。 除其不利影响。
第一节 概述
②流动性有重要应用价值
第一节 概述
泡沫的悬浮能力很强，是发泡前 在密度、黏度及增溶或分散性方面 （3）悬浮性 液体的几倍到十几倍。 带来应用与贮运麻烦。
促进食用油脂或液态及半固态食品
的氧化变质、导致好氧微生物繁殖加快 ●泡沫悬浮性的应用 等不良后果。 矿物浮选（根据密度和亲和性分矿石粉
◆泡沫悬浮性的负面影响 中各种物质）； 污水处理（分离油污和悬浮物）。
第二节 泡沫稳定性及其影响因素 二、气-液泡沫稳定性的影响因素
泡沫的稳定性是指 起泡能力是指液体在一 泡沫生成后的保持时间 定的外界条件下生成泡沫的 2.泡沫稳定性 长短，它是泡沫的关键 难易程度，它直接与液体的 泡沫体系的稳定性取决 表面张力相关，表面张力越 性能，只有液膜有足够 于泡沫液膜的性质，液膜性 3.泡沫稳定性的相关因素 低起泡性越好。 环境温度、射 质又取决于泡沫体系组成。 的强度，才能抵抗外界 线、场力作用、机 影响，保持泡沫稳定。 （1）泡沫体系的组成与性质 械力作用、化学品 作用 （2）外部影响因素
③半衰期与泡沫稳定性的关系
第二节 泡沫稳定性及其影响因素
2.气-液泡沫体系不稳定的热力学因素 (1) 泡内气体渗透（扩散）作用
r2 与r2差别越大，气体扩散愈厉。泡沫体系中， 其动力来自相互接触的不同曲率半径的两个 时间足够长时，泡沫的平均尺寸差别和分散度范围均 泡沫内气体压力差Δp。 会增大。 由Laplace方程知，p小泡= p 0+4σ/r2 ， p大泡= 大泡沫体积增大→液膜减薄→小于临界厚度→膜 p0+4σ/r1 ， p小泡＞ p大泡 ，小气泡内的气体要向大 强度极差→在泡内压力或外部机械撞击破裂。两个泡 沫接触但未破裂或融合时，两气泡之间隔膜的曲率半 气泡内扩散，使小气泡缩小，大气泡长大。 径r0=r1 r2 /(r1-r2)。
第二节 泡沫稳定性及其影响因素
③创造有利于Gibbs吸附和Marangoni效应的 条件（控制好温度、起泡剂种类和浓度； 避免不必要的搅动和振动）
增强泡沫“愈合”因膜液流失、薄化 ④增大相邻界面 （一个泡沫液膜中两个气-液 而造成的薄膜区域。 界面、不同泡沫的外层气 -液界面）的静电 在发泡工艺中采取措施（如搅打）控制泡 斥力作用和空间阻碍作用 径分布，尽量获得等径泡沫。 向起泡液中添加离子型和非离子型表面活性剂、 ⑤避免气体由小气泡向大气泡扩散 高分子化合物和其它助剂，产生的表面吸附，抵抗膜 液流失，防止膜液薄化.