شرح مزيل الرغوة السائل: كيف يتحكم في الرغوة في التطبيقات الصناعية

الوجبات الرئيسية

إن فهم كيفية عمل مزيلات الرغوة السائلة يمكن أن يحمي عملياتك الصناعية من الأضرار المكلفة التي تلحق بالمعدات وخسائر الإنتاج الناجمة عن تراكم الرغوة بشكل غير متحكم فيه.

• تستخدم مزيلات الرغوة السائلة ثلاثة مكونات تعمل معًا: مواد كارهة للماء (مثل السيليكا أو الشمع)، ووسائل حمل (زيوت أو ماء)، وكمية ضئيلة من المستحلبات لتسهيل الانتشار السريع وزعزعة استقرار الرغوة عند السطح الفاصل بين الهواء والسائل.

• هناك أربعة أنواع رئيسية من مزيلات الرغوة تلبي احتياجات مختلفة: ذات أساس زيتي للتحكم في الرغوة السطحية، وذات أساس مائي لتحرير الهواء المحبوس، وذات أساس سيليكوني لأداء مزدوج الوظيفة، وبوليمرات EO/PO المشتركة للتطبيقات التي تعتمد على درجة الحرارة.

• يتم التحكم في الرغوة من خلال ثلاث آليات: زعزعة استقرار الصفائح الرغوية عن طريق إزاحة المواد الخافضة للتوتر السطحي، وتمزيق الفقاعات من خلال تكوين الجسور وإزالة الترطيب، وتشجيع اندماج الفقاعات لإطلاق الهواء المحبوس بسرعة.

• يمنع الاختيار الصحيح لمزيلات الرغوة حدوث أعطال في المعدات: في معدات الاستخراج، يمكن أن تؤدي الرغوة إلى تقليل سعة الخزان بمقدار 33% وتسبب تآكل محرك التفريغ، بينما في مجال تشغيل المعادن، فإنها تعيق وظائف التبريد والتشحيم.

• تختلف الجرعة حسب الاستخدام: تتراوح التركيزات المعتادة بين 0.1 و0.3% في الدهانات اللاتكسية، وبين 10 و30 جزء في المليون في عمليات فصل النفط عن الغاز، وبين 10 و200 جزء في المليون في معالجة مياه الصرف الصحي، وذلك اعتمادًا على شدة الرغوة وظروف العملية.

إن استخدام مزيل الرغوة السائل المناسب، الذي يتوافق مع عمليتك الصناعية المحددة، يحمي عمر المعدات، ويحافظ على الكفاءة التشغيلية، ويزيل الاختناقات الإنتاجية الناتجة عن المشكلات المتعلقة بالرغوة.

يمكن أن يؤدي تراكم الرغوة إلى تلف معداتك. فالرغوة الغنية بالمنظفات، عندما تختلط بالأوساخ والوبر، يتم امتصاصها داخل محركات المكانس الكهربائية، مما يؤدي إلى انسداد مجاري الهواء وتآكل الأجزاء الداخلية وتقليل قوة الشفط. مزيل الرغوة السائل هو مادة كيميائية مضافة تقلل من تكوّن الرغوة وتمنعه في سوائل العمليات الصناعية. تواجه العمليات الصناعية مشاكل خطيرة بسبب الرغوة التي تسبب عيوبًا في الطلاءات السطحية وتمنع ملء الحاويات بكفاءة. نلاحظ هذه المشكلات في أغلب الأحيان في خزانات الاسترداد الخاصة بآلات الاستخراج وآلات التنظيف الأوتوماتيكية، حيث يصبح التحكم في الرغوة أمرًا بالغ الأهمية. تشمل عوامل إزالة الرغوة الأكثر شيوعًا الزيوت غير القابلة للذوبان، ومركبات إزالة الرغوة القائمة على السيليكون مثل البوليديميثيلسيلوكسانات، وبعض أنواع الكحول. في هذا المقال، سنتناول كيفية عمل مزيلات الرغوة السائلة، وأنواعها المختلفة، وتطبيقاتها في مختلف العمليات الصناعية.

ما هي مزيلات الرغوة السائلة وخصائصها الأساسية

يتكون مزيل الرغوة السائل من ثلاثة مكونات متميزة تعمل معًا للسيطرة على الرغوة. المكون الرئيسي هو مادة كارهة للماء التي تعمل كعنصر فعال. وتشمل المواد الكارهة للماء السيليكا المعالجة، والشموع (الاصطناعية أو الطبيعية)، والسيليكونات أو مشتقات السيليكون. ويمكن استخدام هذه المواد الكارهة للماء بمفردها أو مزجها معًا لتعزيز الأداء.

العنصر الثاني هو مركبة نقل الذي ينقل العوامل الفعالة الكارهة للماء إلى النظام المحب للماء الذي يحتفظ بالهواء. وتشمل المواد الحاملة الزيوت المعدنية والزيوت النباتية وزيوت السيليكون. وعادةً ما يكون التوتر السطحي للسائل الحامل أقل من التوتر السطحي للسائل المُكوّن للرغوة. وتحدد الاستقرار طويل الأمد للمادة الحاملة في السائل الأصلي فعالية التحكم في الرغوة في المنتجات ذات مدة الصلاحية الطويلة.

المكون الثالث، وهو مستحلب, ، مما يضمن التوزيع الأمثل للمكون الكاره للماء في المادة الحاملة، مع تسهيل انتشار عامل التحكم في الرغوة في جميع أنحاء السائل. وتشمل المستحلبات المستخدمة الألكيلفينولات المُثوكسيلية وإسترات السوربيتان. ونحن نعمل على تقليل كمية المستحلبات إلى أدنى حد ممكن لأن هذه المركبات يمكن أن تسهم هي نفسها في تكوين الرغوة.

التركيب الكيميائي والنشاط السطحي

تعمل عوامل التحكم في الرغوة بشكل أفضل عندما تنخفض التوترات السطحية أو التوترات بين الأسطح. ويحتوي مزيل الرغوة القائم على السيليكون على مكونات نشطة سطحياً تعمل على خفض التوتر السطحي للسائل إلى درجة تؤدي إلى انهيار فقاعات الهواء الموجودة في الرغوة. ويسمح هذا الانخفاض في التوتر السطحي لمزيل الرغوة بالانتشار بشكل أسرع عبر السطح الفاصل للرغوة.

متطلبات اللزوجة للتوزيع السريع

تساهم اللزوجة المنخفضة في التغلغل والانتشار. يجب أن يتمتع مزيل الرغوة السائل بمعامل انتشار سريع حتى ينتشر عبر الوسط. وبدون خاصية اللزوجة المنخفضة هذه، لا يمكن لمزيل الرغوة الوصول إلى السطح الفاصل بين الهواء والسائل حيث يحدث تثبيت الرغوة بالسرعة الكافية.

عدم القابلية للذوبان في الوسط الرغوي

يجب أن يكون مزيل الرغوة غير قابل للذوبان في الوسط المسبب للرغوة. ويجب أن تتمتع المرحلة السائلة لمزيل الرغوة بدرجة من عدم التوافق أو عدم القابلية للذوبان مع الوسط الذي يوضع فيه. وهذا عدم التوافق يجعل مزيل الرغوة قادراً على تكوين قطرات ترتفع إلى السطح وتنتشر جيداً، مما يؤدي إلى انفجار الفقاعات دون المساهمة في تكوين المزيد من الرغوة.

أنواع مزيلات الرغوة السائلة

يختار المُصمِّمون من بين أربع فئات رئيسية من مزيلات الرغوة السائلة بناءً على نظام الناقل والمكونات الكيميائية الفعالة المطلوبة لظروف عملية معينة.

مزيلات الرغوة ذات الأساس الزيتي التي تحتوي على زيوت معدنية أو نباتية كحاملات

تستخدم التركيبات القائمة على الزيت الزيت المعدني أو الزيت النباتي أو الزيت الأبيض كحامل. وتشمل هذه المركبات الشمع أو السيليكا الكارهة للماء لتعزيز الأداء. وتوفر أنواع الزيت المعدني قدرة ممتازة على منع تكوّن الرغوة في الأنظمة القائمة على الماء. توفر بدائل الزيوت النباتية محتوى فعالاً يبلغ 100% مع فعالية تتراوح بين 0.1 و0.3% بالوزن في أنظمة الطلاء اللاتكس. تقضي تركيبات الزيوت النباتية على مخاطر التلوث بالسيليكون التي تسبب تشكل الحفر، وظهور عيون السمكة، وفشل الالتصاق بين الطبقات في أنظمة الأكريليك وأسيتات الفينيل. تتميز مزيلات الرغوة هذه بقدرتها الفائقة على إزالة الرغوة السطحية.

مزيلات الرغوة ذات الأساس المائي لتحرير الهواء المحبوس

تعمل التركيبات ذات الأساس المائي على تشتيت أنواع مختلفة من الزيوت والشمع في حامل مائي. وقد تكون الزيوت من النوع المعدني أو النباتي، أما الشمع فيتكون من كحولات دهنية طويلة السلسلة، أو صابون الأحماض الدهنية، أو الإسترات. تعمل مزيلات الرغوة ذات الأساس المائي كمزيلات للهواء وتحرر الهواء المحبوس من سوائل المعالجة، على عكس الأنواع ذات الأساس الزيتي. هذا التخصص يجعلها مثالية للتطبيقات التي تكون فيها إزالة الهواء تحت السطح أكثر أهمية من التحكم في الرغوة السطحية.

مركبات مزيلة الرغوة القائمة على السيليكون

تحتوي تركيبات السيليكون على بوليمرات ذات سلاسل رئيسية من السيليكون، وتُقدَّم على شكل زيوت أو مستحلبات مائية. يتكون مستحلب السيليكون المضاد للرغوة النموذجي من بولي ديميثيل سيلوكسان 30% في الماء مع مكونات غير عضوية معدَّلة. تعمل هذه المركبات على تشتيت السيليكا الكارهة للماء في زيت السيليكون. تؤدي أنواع السيليكون المختلفة وظائف مزدوجة، حيث تعمل على إزالة الرغوة السطحية مع إطلاق الهواء المحبوس. وتظل هذه الأنواع مناسبة لأنظمة الرغوة غير المائية التي تشمل عمليات النفط الخام والتكرير.

مزيلات الرغوة المصنوعة من البوليمرات المشتركة EO/PO

تعمل البوليمرات المتقاطعة من أكسيد الإيثيلين/أكسيد البروبيلين من خلال آلية ذوبان عكسية. تظل هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية قابلة للذوبان في الماء عند درجات الحرارة المنخفضة، لكنها تترسب وتنتشر عند واجهة الرغوة عندما تتجاوز درجة حرارة العملية نقطة التغيم الخاصة بها. يعتمد إزالة الرغوة على العلاقة بين نقطة التغيم للمادة الخافضة للتوتر السطحي ودرجة حرارة الاستخدام. يجب على صانعي التركيبات اختيار البوليمرات المتقاطعة التي تقل نقطة تغيمها عن درجة حرارة الاستخدام المقصودة. تتميز هذه العوامل الفعالة الخالية من السيليكون 100% بالخمول البيولوجي، مما يجعلها آمنة للاستخدام في أنظمة التخمير.

كيف تعمل مزيلات الرغوة السائلة على التحكم في تكوّن الرغوة

“طريقة الانتشار الناتجة عن امتصاص طبقة السائل المحيطة لطبقة الفقاعة المكسورة” — ري كوريتا, أستاذ مشارك، جامعة طوكيو متروبوليتان

هناك ثلاث آليات تحكم في الرغوة بعد إضافة مزيل الرغوة السائل إلى سوائل المعالجة. وتعمل هذه الآليات معًا للقضاء على الرغوة السطحية وفقاعات الهواء المحبوسة.

زعزعة استقرار الصفائح الرغوية عند السطح الفاصل بين الهواء والسائل

تؤدي عملية الانتشار إلى إحداث صدمة ميكانيكية على سطح الرغوة وتزعزع استقرار بنيتها. حيث ينتشر مزيل الرغوة عبر سطح الرغوة بسرعة أكبر، ويخترق الصفائح الرقيقة، ويقوض تماسك الرغوة. يقوم المكون الكاره للماء بإزاحة المواد الخافضة للتوتر السطحي المُثبِّتة عند السطح الفاصل بين الهواء والسائل. ويؤدي هذا الترابط مع السطح الفاصل بين الهواء والسائل إلى تمزيق فقاعات الهواء وتفكيك الرغوة السطحية.

انفجار الفقاعات الهوائية من خلال الانتشار السطحي

يدخل مزيل الرغوة إلى جدار الفقاعة ويكسر بنية الغشاء من خلال آلية تشكيل الجسور. وتمتد قطرات مزيل الرغوة ذات التوتر السطحي المنخفض عبر الصفيحة وتشكل جسورًا غير مستقرة. تتسبب الجسيمات الكارهة للماء أو قطرات الزيت التي تزيد زاوية التلامس فيها عن 90 درجة في حدوث انزلاق السائل عند ملامستها لكلا جانبي الصفيحة. ينحني السائل الملامس للجسيم إلى الداخل حتى يتلامس جانبا الغشاء وينفصلا. تتصرف الصفيحة من السائل أثناء تكوّن الجسر وتصل إلى نقطة حرجة تنكسر عندها وتطلق الهواء المحبوس.

تكتل فقاعات الهواء المحبوسة وارتفاعها

تتكتل فقاعات الهواء المحبوسة وتشكل فقاعات أكبر ترتفع إلى السطح بسرعة أكبر. وتندمج الفقاعات الصغيرة المتعددة وتخرج من الخليط عن طريق الاندماج. يعمل مزيل الرغوة على تقليل تدرجات التوتر السطحي. وترقق أغشية الفقاعات ثم تنفجر عند نقاط محددة، مما يؤدي إلى إطلاق الغاز الداخلي. وتؤدي عملية الاندماج هذه إلى التخلص من فقاعات الهواء المحبوسة الكبيرة باستخدام طرق الخلط المناسبة.

التطبيقات الصناعية وحل المشكلات

“تتيح تقنيات السيليكا التي نقدمها خفض محتوى الزيت واستخدام الجرعات بشكل أكثر اقتصادية، وذلك بفضل تأثيراتها المعززة القوية التي تسرع من تفكك الرغوة وتعزز كفاءة التركيبة.” — إيفونيك, شركة رائدة في مجال الكيماويات المتخصصة

يواجه المشغلون الصناعيون خسائر إنتاجية ناجمة عن الرغوة في قطاعات متعددة. ويتطلب كل قطاع حلولاً مخصصة لمزيلات الرغوة السائلة تتناسب مع ظروف العمليات المحددة.

التحكم في الرغوة في خزان الاسترداد في معدات الاستخلاص

تؤدي الرغوة المتكونة في خزانات الاسترداد الخاصة بآلات تنظيف السجاد إلى إغلاق آلية العوامة قبل الأوان، مما يقلل من سعة الخزان بنسبة تصل إلى 33%. ويفشل عمل العوامة عندما تعوقها الرغوة، فيتم سحب المحلول المتسخ إلى محرك الشفط. وهذا يؤدي إلى التآكل والتلف المبكر. نقوم بإضافة مزيل الرغوة المخفف عبر خرطوم الاسترداد لمعالجة نظام الشفط بأكمله، ثم نحافظ على نسبة تتراوح بين 0.5 و1.0 أونصة لكل جالون من سعة الخزان.

إدارة الرغوة في سوائل التبريد وسوائل العمليات

تعيق رغوة سائل التبريد المستخدم في تشغيل المعادن وظائف التشحيم والتبريد. كما أنها تزيد من حجم النظام. تعالج أونصة واحدة من مزيل الرغوة المركز 50 غالونًا من سائل التبريد المخفف. وتتطلب عمليات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) ذات الضغط العالي الذي يتجاوز 800 psi تركيبات متخصصة منخفضة الرغوة.

مصانع الورق ومعالجة لب الخشب

تظل مستحلبات السيليكون نشطة في ظل درجات الحرارة المرتفعة والظروف القلوية. وتحدث هذه الظروف في مراحل غسل اللب، والتبخير، والتبييض. وتعمل هذه التركيبات على إزالة الهواء المحبوس وخفض التوتر السطحي في سوائل المعالجة. كما أن غسل اللب البني باستخدام مركبات السيليكون العضوية المعدلة يقلل من انتقال المواد الكيميائية وتكاليف التبييض.

عمليات تجهيز الأغذية وتكرير النفط

تعمل مزيلات الرغوة المخصصة للاستخدام الغذائي على التحكم في الرغوة في عمليات تصنيع الجعة ومعالجة العصائر ومنتجات الألبان، مع الامتثال للوائح إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA). أما مزيلات الرغوة المصنوعة من السيليكون، فتقضي على الرغوة عند جرعة تتراوح بين 10 و30 جزء في المليون في عمليات فصل النفط عن الغاز، وتمنع انتقال السوائل.

معالجة مياه الصرف الصحي والأنظمة الهيدروليكية

تتراوح جرعة مزيلات الرغوة في مياه الصرف الصحي بين 10 و200 جزء في المليون، اعتمادًا على شدة الرغوة. تعمل مزيلات الرغوة الهيدروليكية على منع الأضرار الناتجة عن التكهف، كما تحافظ على كفاءة النظام وعمر المكونات.

الخاتمة

لقد تناولنا كيف تعمل مزيلات الرغوة السائلة على الحد من الرغوة من خلال ثلاث آليات أساسية: زعزعة استقرار صفائح الرغوة، وتمزيق فقاعات الهواء، وتعزيز اندماج الفقاعات. وتحدد متطلبات العملية المحددة ما إذا كنا سنختار تركيبات قائمة على الزيت، أو على الماء، أو السيليكون، أو البوليمرات المشتركة EO/PO. تحمي هذه المركبات المعدات الحيوية في أنظمة الاستخراج، وعمليات تشغيل المعادن، ومصانع الورق، ومنشآت معالجة مياه الصرف. ويؤدي اختيار مزيل الرغوة المناسب وتحديد الجرعة الصحيحة إلى منع تلف المعدات الذي قد يكون مكلفًا. كما أنه يحسّن أداء العملية ويقضي على خسائر الإنتاج التي تسببها الرغوة غير المنضبطة.