Обяснение за течния антипенообразувател: как контролира образуването на пяна в промишлените приложения

Основни изводи

Разбирането на принципа на действие на течните антипенообразуватели може да предпази вашите промишлени операции от скъпоструващи повреди на оборудването и производствени загуби, причинени от неконтролирано натрупване на пяна.

- Течните антипенообразуватели се състоят от три компонента, които действат съвместно: хидрофобни материали (като силициев диоксид или восъци), носители (масла или вода) и минимално количество емулгатори, които да осигурят бързо разпространение и да дестабилизират пяната на границата между въздуха и течността.

- Четирите основни вида антипенни средства отговарят на различни нужди: на маслена основа за контрол на повърхностната пяна, на водна основа за отделяне на уловения въздух, на силиконова основа за двойна функционалност и EO/PO-кополимери за приложения, зависещи от температурата.

- Контролът върху пяната се осъществява чрез три механизма: дестабилизиране на пяна ламелите чрез изместване на повърхностноактивните вещества, разкъсване на мехурчетата чрез образуване на мостове и отблъскване на влагата, както и ускоряване на сливането на мехурчетата с цел бързо освобождаване на затворения въздух.

- Правилният избор на антипенни средства предотвратява повредите на оборудването: В екстракционното оборудване пяната може да намали капацитета на резервоара с 33% и да доведе до корозия на вакуумния мотор, докато при металообработката тя възпрепятства функциите по охлаждане и смазване.

- Дозировката варира в зависимост от приложението: Типичните концентрации варират от 0,1 до 0,31 TP3T в латексните бои, от 10 до 30 ppm при разделянето на нефт и газ и от 10 до 200 ppm при пречистването на отпадъчни води, в зависимост от степента на образуване на пяна и условията на процеса.

Подходящият течен антипенен препарат, съобразен с вашия конкретен промишлен процес, гарантира дълъг експлоатационен живот на оборудването, поддържа оперативната ефективност и премахва производствените затруднения, причинени от проблеми, свързани с образуването на пяна.

Натрупването на пяна може да унищожи оборудването ви. Пяната, богата на почистващи вещества и смесена с мръсотия и влакна, се всмуква в моторите на прахосмукачките, запушва въздуховодите, корозира вътрешните части и намалява силата на всмукване. Течният антипенообразувател е химическа добавка, която намалява и предотвратява образуването на пяна в течностите, използвани в промишлените процеси. Промишлените процеси се сблъскват със сериозни проблеми, причинени от пяната, която създава дефекти по повърхностните покрития и пречи на ефективното пълнене на контейнерите. Най-често тези проблеми се наблюдават в резервоарите за събиране на екстракционните машини и автоматичните почистващи машини, където контролът на пяната става от решаващо значение. Най-често срещаните средства за премахване на пяна включват неразтворими масла, съединения за премахване на пяна на силиконова основа, като полидиметилсилоксани, и определени алкохоли. В тази статия ще разгледаме как действат течните средства за премахване на пяна, различните им видове и приложенията им в промишлените операции.

Какво представляват течните антипенообразуватели и какви са основните им свойства

Течният антипенен агент се състои от три различни компонента, които действат съвместно за ограничаване на образуването на пяна. Основната съставка е хидрофобен материал който действа като активен елемент. Хидрофобните материали включват обработен силициев диоксид, восъци (синтетични или естествени) и силикони или силиконови производни. Тези хидрофобни вещества могат да се използват самостоятелно или в комбинация, за да се подобри ефективността.

Вторият компонент е превозващо превозно средство която пренася хидрофобните активни вещества в хидрофилната система, задържаща въздуха. Носителите включват минерални масла, растителни масла и силиконови масла. Носителната течност обикновено има по-ниско повърхностно напрежение от пенообразуващата течност. Дългосрочната стабилност на носителя в първоначалната течност определя ефективността на контрола върху пяната в продуктите с удължен срок на годност.

Третият компонент, а именно емулгатор, ще осигури оптимално разпределение на хидрофобния компонент в носителя, като същевременно улесни разпространението на агента за контрол на пяната в течността. Използваните емулгатори включват етоксилирани алкилфеноли и сорбитанови естери. Намаляваме количеството на емулгаторите до минимум, тъй като тези съединения сами по себе си могат да допринесат за образуването на пяна.

Химичен състав и повърхностна активност

Средствата за контрол на пяната действат по-ефективно, когато повърхностното напрежение или междуфазовото напрежение намалеят. Антипенният агент на силиконова основа съдържа повърхностноактивни компоненти, които намаляват повърхностното напрежение на течността до такава степен, че въздушните мехурчета в пяната се разрушават. Това намаляване на повърхностното напрежение позволява на антипенния агент да се разпространи по-бързо по границата на пяната.

Изисквания за вискозитет при бързо разстилане

Ниската вискозитет спомага за проникването и разпространението. Течният антипенен агент трябва да има коефициент на бързо разпространение, за да се разпространи по цялата повърхност на средата. Без тази характеристика на ниска вискозитет антипенният агент не може да достигне границата между въздуха и течността, където стабилизирането на пяната се осъществява достатъчно бързо.

Неразтворимост в пенообразуваща среда

Антипенообразувателят трябва да е неразтворим в пенообразуващата среда. Течната фаза на антипенообразувателя трябва да притежава степен на несъвместимост или неразтворимост спрямо средата, в която се поставя. Тази несъвместимост позволява на антипенообразувателя да образува капчици, които изплуват на повърхността и се разпространяват добре, като разкъсват мехурчетата, без да допринасят за образуването на допълнителна пяна.

Видове течни антипенообразуватели

Формулаторите избират измежду четири основни категории течни антипенни средства в зависимост от носещата система и активните химични съставки, необходими за конкретните технологични условия.

Антипенообразуватели на маслена основа с минерални или растителни масла като носители

Формулировките на маслена основа използват минерално масло, растително масло или бяло масло като носител. Тези съединения съдържат восък или хидрофобен силициев диоксид за подобряване на експлоатационните характеристики. Вариантите с минерално масло осигуряват отлично потискане на пяната в системи на водна основа. Алтернативите на растителното масло предлагат 100% активно вещество с ефективност при 0,1–0,3% тегловно в системи с латексни бои. Формулировките на растителна маслена основа елиминират рисковете от замърсяване със силикон, което води до образуване на кратери, „рибешки очи“ и проблеми с адхезията между слоевете в акрилни и винилацетатни системи. Тези антипенообразуватели се отличават с отличното си действие при потискане на повърхностната пяна.

Антипенообразуватели на водна основа за отделяне на увлечения въздух

Формулировките на водна основа диспергират различни масла и восъци във воден носител. Маслата могат да бъдат минерални или растителни, а восъците се състоят от дълговерижни мастни алкохоли, сапуни от мастни киселини или естери. Антипенните средства на водна основа действат като деаератори и освобождават уловения въздух от технологичните течности, за разлика от вариантите на маслена основа. Тази специфична характеристика ги прави идеални за приложения, при които отстраняването на въздуха под повърхността е по-важно от контролирането на пяната по повърхността.

Смеси за премахване на пяна на силиконова основа

Силиконовите състави съдържат полимери със силициева основна верига, предлагани под формата на масла или емулсии на водна основа. Типичната силиконова антипенообразуваща емулсия се състои от полидиметилсилоксан 30% във вода с модифицирани неорганични компоненти. Тези съединения диспергират хидрофобен силициев диоксид в силиконово масло. Силиконовите варианти изпълняват двойна функция – премахват повърхностната пяна и едновременно с това освобождават уловения въздух. Те са подходящи за неводни системи, при които се образува пяна, като например при добив на суров нефт и рафинирането му.

Антипенообразуватели на базата на EO/PO кополимери

Блок-кополимерите на етиленоксид/пропиленоксид действат чрез механизъм на обратна разтворимост. Тези нейонични повърхностноактивни вещества остават разтворими във вода при ниски температури, но се утаяват и разпространяват по границата на пяна, когато температурата на процеса надвиши тяхната точка на помътняване. Обезпененето зависи от съотношението между точката на помътняване на повърхностноактивното вещество и температурата на прилагане. Формулаторите трябва да избират блок-кополимери, чиято точка на помътняване е по-ниска от предвидената температура на употреба. Тези активни агенти 100%, без силикон, притежават биологична инертност. Това ги прави безопасни за употреба във ферментационни системи.

Как течните антипенообразуватели контролират образуването на пяна

“начин на разпространение, дължащ се на това, че филмът от спукания мехур се абсорбира в околния течен филм” — Рей Курита, Доцент, Токийски метрополитен университет

Три механизма осигуряват контрола върху пяната след добавянето на течен антипенник към технологичните течности. Тези механизми действат съвместно, за да премахнат повърхностната пяна и уловените въздушни мехурчета.

Дестабилизация на пяна ламелите на границата между въздуха и течността

Действието на разпространението създава механичен удар върху повърхността на пяната и дестабилизира структурата ѝ. Антипенният агент се разпространява по-бързо по повърхността на пяната, прониква в ламелите и нарушава кохезията на пяната. Хидрофобният компонент измества стабилизиращите повърхностноактивни вещества на границата между въздуха и течността. Тази афинитет към границата между въздуха и течността разкъсва въздушните мехурчета и разрушава повърхностната пяна.

Разрушаване на въздушните мехурчета чрез разпространение по повърхността

Антипенообразувателят прониква в стената на мехурчето и разрушава структурата на филма чрез механизъм на мостово свързване. Капките на антипенообразувателя с ниско повърхностно напрежение се разтягат по ламелата и образуват нестабилни мостове. Хидрофобна частица или маслена капчица с ъгъл на контакт, по-голям от 90°, предизвиква отблъскване на течността при допир с двете страни на ламелата. Течността, която е в контакт с частицата, се извива навътре, докато двете страни на филма се докоснат и се скъсат. Ламелата се изпразва, докато се образува мостът, и достига критична точка, в която се скъсва и освобождава затворения въздух.

Агломерация и издигане на увлечените въздушни мехурчета

Вкараните въздушни мехурчета се слепват и образуват по-големи мехурчета, които се издигат по-бързо към повърхността. Множество малки мехурчета се сливат и излизат от сместа чрез коалесценция. Антипенообразувателят намалява градиентите на повърхностното напрежение. Мехурчестите филми се изтъняват и се разкъсват в определени точки, като освобождават вътрешния газ. Този процес на коалесценция елиминира големите вкарани въздушни мехурчета при използване на подходящи методи за смесване.

Промишлени приложения и решаване на проблеми

“Нашите технологии на базата на силициев диоксид позволяват намаляване на съдържанието на масло и по-икономично дозиране благодарение на мощния им усилващ ефект, който ускорява разграждането на пяната и повишава ефективността на формулата.” — Евоник, Водеща компания в областта на специализираните химикали

Промишлените предприятия се сблъскват със загуби в производството, свързани с образуването на пяна, в редица сектори. Всеки от тях изисква целенасочени решения за течни антипенообразуватели, съобразени с конкретните условия на производствения процес.

Контрол на пяната в резервоара за възстановяване в оборудването за екстракция

Пяната в резервоарите за събиране на вакуумната система за почистване на килими води до преждевременно затваряне на поплавъковия механизъм и намалява капацитета на резервоара с до 33%. Работата на поплавъка се нарушава, когато пяната я възпрепятства, и мръсният разтвор се всмуква във вакуумния мотор. Това води до корозия и преждевременна повреда. Добавяме разреден антипенообразувател през маркуча за събиране, за да третираме цялата вакуумна система, след което поддържаме ниво от 0,5 до 1,0 унции на галон от капацитета на резервоара.

Управление на пяната в охлаждащите и технологичните течности

Пяната в охлаждащата течност за металообработка възпрепятства смазването и охлаждането. Освен това тя увеличава обема на системата. Една унция концентриран антипенообразувател е достатъчна за 50 галона разредена охлаждаща течност. Операциите с ЦПУ при високо налягане над 800 psi изискват специализирани състави с ниско ниво на пенообразуване.

Хартиена фабрика и преработка на дървесна целулоза

Силиконовите емулсии запазват своята активност при високи температури и алкални условия. Такива условия се наблюдават в етапите на измиване на целулозната маса, изпаряване и избелване. Тези състави освобождават уловения въздух и намаляват повърхностното напрежение в технологичните разтвори. Измиването на кафявата маса с модифицирани органосиликонови съединения намалява пренасянето на химикали и разходите за избелване.

Дейности по преработка на храни и рафиниране на нефт

Антипенителите, подходящи за употреба в хранителната промишленост, контролират образуването на пяна при производството на бира, преработката на сокове и млекопреработката, като същевременно отговарят на изискванията на FDA. Силиконовите антипенители елиминират пяната при дозировка от 10–30 ppm при разделянето на масло и газ и предотвратяват пренасянето на течност.

Пречистване на отпадъчни води и хидравлични системи

Дозировката на антипенителите за отпадъчни води е 10–200 ppm в зависимост от степента на образуване на пяна. Хидравличните антипенители предотвратяват уврежданията от кавитация и поддържат ефективността на системата и дълготрайността на компонентите.

Заключение

Разгледахме как течните антипенообразуватели ограничават образуването на пяна чрез три основни механизма: дестабилизиране на ламелите на пяната, разкъсване на въздушните мехурчета и ускоряване на коалесценцията на мехурчетата. Конкретните изисквания на процеса определят дали ще изберем формули на маслена, водна, силиконова основа или на базата на EO/PO кополимер. Тези съединения предпазват критично важното оборудване в екстракционни системи, металообработващи предприятия, хартиени фабрики и пречиствателни съоръжения за отпадъчни води. Правилният избор и дозиране на пеногасителя предотвратяват повреди по оборудването, които могат да струват скъпо. Това също подобрява производителността на процеса и елиминира производствените загуби, причинени от неконтролираната пяна.