Forklaring af flydende skumdæmper: Sådan begrænser den skumdannelse i industrielle anvendelser

Vigtige pointer

Ved at forstå, hvordan flydende skumdæmpere virker, kan du beskytte din industrielle drift mod kostbare skader på udstyr og produktionstab som følge af ukontrolleret skumdannelse.

- Flydende skumdæmpere består af tre komponenter, der virker sammen: hydrofobe materialer (som f.eks. silica eller voks), bærestoffer (olier eller vand) og en minimal mængde emulgatorer, der sikrer hurtig spredning og destabiliserer skummet ved grænsefladen mellem luft og væske.

- Der findes fire hovedtyper af skumdæmpere, der imødekommer forskellige behov: oliebaseret til begrænsning af overfladeskum, vandbaseret til frigivelse af indkapslet luft, silikonebaseret til dobbeltfunktion og EO/PO-copolymerer til temperaturafhængige anvendelser.

- Skumkontrol foregår via tre mekanismer: at destabilisere skumlameller ved at fortrænge overfladeaktive stoffer, sprænge bobler ved hjælp af brodannelse og afvædning samt fremme boblesammenvoksning for hurtigt at frigøre indesluttet luft.

- Valg af det rette skumdæmpende middel forhindrer udstyrsfejl: I udvindingsudstyr kan skum reducere tankens kapacitet med 33% og forårsage korrosion af vakuummotoren, mens det inden for metalbearbejdning hæmmer køle- og smørefunktionerne.

- Doseringen varierer afhængigt af anvendelsen: De typiske koncentrationer ligger mellem 0,1 og 0,31 TP3T i latexmaling, mellem 10 og 30 ppm ved olie-gas-separering og mellem 10 og 200 ppm ved spildevandsrensning, afhængigt af skumdannelsens omfang og procesbetingelserne.

Det rigtige flydende skumdæmpende middel, der er tilpasset netop din industrielle proces, sikrer udstyrets levetid, opretholder driftseffektiviteten og fjerner produktionsflaskehalse forårsaget af skumrelaterede problemer.

Skumdannelse kan ødelægge dit udstyr. Skum med et højt indhold af rengøringsmiddel, blandet med snavs og fnug, suges ind i støvsugermotorerne og tilstopper luftvejene, forårsager korrosion på indvendige dele og mindsker sugeeffekten. Et flydende skumdæmpende middel er et kemisk tilsætningsstof, der reducerer og forhindrer skumdannelse i industrielle procesvæsker. Industrielle processer står over for alvorlige problemer med skum, der forårsager fejl i overfladebelægninger og forhindrer effektiv påfyldning af beholdere. Vi ser disse problemer oftest i opsamlingstanke på ekstraktionsmaskiner og automatiske skrubbemaskiner, hvor skumkontrol bliver afgørende. De mest almindelige skumdæmpende midler omfatter uopløselige olier, silikonebaserede skumdæmpende forbindelser som polydimethylsiloxaner og visse alkoholer. I denne artikel vil vi undersøge, hvordan flydende skumdæmpere virker, de forskellige typer og deres anvendelser på tværs af industrielle processer.

Hvad flydende skumdæmpere er, og deres vigtigste egenskaber

Et flydende skumdæmpende middel består af tre forskellige komponenter, der sammen virker til at begrænse skumdannelsen. Den vigtigste ingrediens er en hydrofobt materiale der fungerer som det aktive element. Hydrofobe materialer omfatter behandlet silica, voks (syntetisk eller naturligt) samt silikoner eller silikonderivater. Disse hydrofobe stoffer kan anvendes alene eller i kombination for at forbedre ydeevnen.

Den anden komponent er en transportkøretøj der overfører de hydrofobe aktive stoffer til det hydrofile system, der indeholder luften. Bærestoffer omfatter mineralolier, vegetabilske olier og silikoneolier. Bærestoffet har normalt en lavere overfladespænding end den skummende væske. Bærestoffets langtidstabilitet i den oprindelige væske er afgørende for effektiviteten af skumkontrollen i produkter med lang holdbarhed.

Den tredje komponent, en emulgator, vil sikre en optimal fordeling af den hydrofobe komponent i bærestoffet og samtidig lette spredningen af skumhæmmemidlet i væsken. Blandt de anvendte emulgatorer er ethoxylerede alkylphenoler og sorbitanestere. Vi minimerer mængden af emulgatorer, da disse forbindelser i sig selv kan bidrage til skumdannelse.

Kemisk sammensætning og overfladeaktivitet

Skumhæmmere virker bedre, når overfladespændingen eller grænsefladespændingen falder. Et skumhæmmende middel på silikonebasis indeholder overfladeaktive komponenter, der nedsætter væskens overfladespænding i en sådan grad, at luftboblerne i skummet brister. Denne nedsættelse af overfladespændingen gør det muligt for skumhæmmeren at sprede sig hurtigere hen over skumgrænsefladen.

Krav til viskositet ved hurtig udbredelse

Lav viskositet bidrager til indtrængning og spredning. Det flydende skumdæmpende middel skal have en hurtig spredningskoefficient, så det spredes ud over mediet. Uden denne lave viskositet kan skumdæmpningsmidlet ikke nå luft-væske-grænsefladen, hvor skummet stabiliseres, hurtigt nok.

Uopløselighed i skummende medium

Skumdæmpemidlet skal være uopløseligt i det skummende medium. Skumdæmpemidlets flydende fase skal udvise en vis uforenelighed eller uopløselighed i forhold til det medium, det tilsættes til. Denne uforenelighed gør det muligt for skumdæmpemidlet at danne dråber, der stiger op til overfladen og spreder sig godt, hvorved boblerne brister, uden at der dannes yderligere skum.

Typer af flydende skumdæmpere

Formuleringsingeniører vælger blandt fire hovedkategorier af flydende skumdæmpere ud fra det bærersystem og de aktive kemiske stoffer, der kræves under de specifikke procesbetingelser.

Oliebaserede skumdæmpere med bærestoffer af mineralsk eller vegetabilsk olie

Oliebaserede formuleringer anvender mineralolie, vegetabilsk olie eller hvid olie som bærestof. Disse blandinger indeholder voks eller hydrofobt siliciumdioxid for at forbedre ydeevnen. Mineralolievarianten sikrer fremragende skumdæmpning i vandbaserede systemer. Alternativer baseret på vegetabilsk olie tilbyder et aktivt indhold på 100% med effektivitet ved 0,1–0,3% vægtprocent i latexmalingssystemer. Formuleringerne med vegetabilsk olie eliminerer risikoen for silikoneforurening, der forårsager kraterdannelse, fiskeøjne og manglende vedhæftning mellem lagene i akryl- og vinylacetatsystemer. Disse skumdæmpere er særdeles effektive til at nedbryde overfladeskum.

Vandbaserede skumdæmpere til frigørelse af indkapslet luft

Vandbaserede formuleringer dispergerer forskellige olier og voksarter i en vandig bærer. Olierne kan være af mineralsk eller vegetabilsk oprindelse, og voksarterne består af langkædede fedtalkoholer, fedtsyresæber eller estere. Vandbaserede skumdæmpere fungerer som afluftningsmidler og frigør indesluttet luft fra procesvæsker, i modsætning til oliebaserede varianter. Denne specialisering gør dem ideelle til anvendelser, hvor fjernelse af luft under overfladen er vigtigere end kontrol af skum på overfladen.

Silikonebaserede skumdæmpende blandinger

Silikoneformuleringer indeholder polymerer med siliciumrygrad, der leveres som olier eller vandbaserede emulsioner. En typisk silikone-skumhæmmeremulsion består af 30%-polydimethylsiloxan i vand med modificerede uorganiske komponenter. Disse forbindelser dispergerer hydrofobt silica i silikoneolie. Silikonevarianter udfører to funktioner: de nedbryder overfladeskum og frigiver samtidig indesluttet luft. De er velegnede til ikke-vandbaserede skumsystemer, herunder råolie og raffinaderiprocesser.

Skumdæmpere baseret på EO/PO-copolymerer

Blokcopolymerer af ethylenoxid/propylenoxid virker gennem en omvendt opløselighedsmekanisme. Disse ikke-ioniske overfladeaktive stoffer forbliver vandopløselige ved lave temperaturer, men udfældes og spreder sig ved skumgrænsefladen, når processtemperaturen overstiger deres uklarhedspunkt. Skumdæmpning afhænger af forholdet mellem overfladeaktivt stofs tågepunkt og anvendelsestemperaturen. Formuleringsingeniører bør vælge blokcopolymerer, hvis tågepunkt ligger under den tilsigtede anvendelsestemperatur. Disse 100%-aktive, silikonefrie midler er biologisk inaktive. Dette gør dem sikre at anvende i fermenteringssystemer.

Hvordan flydende skumdæmpere begrænser skumdannelse

“udbredelsesmåde, der skyldes, at filmen fra den bristede boble absorberes i den omgivende væskefilm” — Rei Kurita, Lektor, Tokyo Metropolitan University

Der er tre mekanismer, der styrer skumkontrollen efter tilsætning af flydende skumdæmper til procesvæsker. Disse mekanismer virker sammen om at fjerne overfladeskum og medførte luftbobler.

Destabilisering af skumlameller ved grænsefladen mellem luft og væske

Spredningsprocessen udløser et mekanisk stød på skumoverfladen og destabiliserer strukturen. Skumdæmpemidlet spreder sig hurtigere over skumoverfladen, trænger ind i lamellerne og ødelægger skummets sammenhængskraft. Den hydrofobe komponent fortrænger de stabiliserende overfladeaktive stoffer ved grænsefladen mellem luft og væske. Denne affinitet til luft-væske-grænsefladen får luftboblerne til at briste og nedbryder overfladeskummet.

Brud på luftbobler gennem overfladespredning

Skumhæmmeren trænger ind i boblevæggen og bryder filmstrukturen gennem en brodannelsesmekanisme. Skumhæmmende dråber med lav overfladespænding strækker sig på tværs af lamellen og danner ustabile broer. En hydrofob partikel eller en oliedråbe med en kontaktvinkel på over 90° forårsager afvædning ved kontakt med begge sider af en lamelle. Væsken, der er i kontakt med partiklen, bøjer indad, indtil begge sider af filmen rører hinanden og brister. Lamellen tømmes, efterhånden som broen dannes, og når et kritisk punkt, hvor den brister og frigiver den indesluttede luft.

Agglomerering og opstigning af medførte luftbobler

Indfangede luftbobler klumper sig sammen og danner større bobler, der stiger hurtigere op til overfladen. Flere små bobler smelter sammen og undslipper blandingen gennem koalescens. Skumdæmpere reducerer gradienten i overfladespændingen. Boblefilmene bliver tyndere og brister på bestemte steder, hvorved den indre gas frigives. Denne koalescensproces fjerner store indfangede luftbobler ved hjælp af egnede omrøringsmetoder.

Industrielle anvendelser og problemløsning

“Vores silikat-teknologier muliggør et lavere olieindhold og en mere økonomisk dosering takket være deres kraftige forstærkende virkning, der fremskynder skumnedbrydningen og forbedrer formuleringens effektivitet.” — Evonik, Førende virksomhed inden for specialkemikalier

Industrivirksomheder oplever produktions tab som følge af skumdannelse i en række sektorer. Hver sektor kræver målrettede løsninger med flydende skumdæmpere, der er tilpasset de specifikke procesforhold.

Skumkontrol i opsamlingstanken i udsugningsanlæg

Skum i tæpperenserens opsamlingstanke får svømmermekanismen til at lukke for tidligt og reducerer tankens kapacitet med op til 33%. Svømmermekanismen svigter, når skummet forhindrer den i at fungere, og den snavsede opløsning suges ind i vakuummotoren. Dette medfører korrosion og for tidligt svigt. Vi tilsætter fortyndet skumdæmper gennem opsamlingsslangen for at behandle hele vakuumsystemet og opretholder derefter en koncentration på 0,5 til 1,0 ounce pr. gallon tankkapacitet.

Håndtering af skum i kølevæske og procesvæsker

Skum i kølevæske til metalbearbejdning hæmmer smøre- og kølefunktionerne. Det øger desuden systemets volumen. En ounce koncentreret skumhæmmer rækker til 50 gallon fortyndet kølevæske. CNC-bearbejdning under højt tryk på over 800 psi kræver specialformuleringer med lav skumdannelse.

Papirfabrik og forarbejdning af træmasse

Silikoneemulsioner forbliver aktive ved høje temperaturer og under alkaliske forhold. Disse forhold forekommer i faserne med vask, inddampning og blegning af papirmasse. Disse formuleringer fjerner indesluttet luft og nedsætter overfladespændingen i procesvæskerne. Vask af brunt papirmasse med modificerede organosilikonforbindelser reducerer kemikalieoverførsel og blegeomkostninger.

Fødevareforarbejdning og olieraffinering

Skumdæmpere af fødevarekvalitet begrænser skumdannelse inden for brygning, juiceforarbejdning og mejeriproduktion, samtidig med at de overholder FDA-kravene. Silikonebaserede skumdæmpere fjerner skum ved en dosering på 10–30 ppm i forbindelse med olie-gas-adskillelse og forhindrer væskeoverførsel.

Spildevandsrensning og hydrauliske systemer

Skumdæmpere til spildevand doseres i mængder på 10–200 ppm afhængigt af skumdannelsens omfang. Hydrauliske skumdæmpere forhindrer kavitationsskader og sikrer systemets effektivitet samt komponenternes levetid.

Konklusion

Vi har set nærmere på, hvordan flydende skumdæmpere begrænser skumdannelse gennem tre centrale mekanismer: destabilisering af skumlameller, sprængning af luftbobler og fremme af boblesammenvoksning. Specifikke proceskrav afgør, om vi vælger oliebaserede, vandbaserede, silikonebaserede eller EO/PO-copolymerformuleringer. Disse forbindelser beskytter kritisk udstyr i udvindingssystemer, metalbearbejdning, papirfabrikker og spildevandsanlæg. Valg og dosering af det rigtige skumdæmpende middel forhindrer skader på udstyret, som kan blive dyre. Det forbedrer også procesydelsen og eliminerer produktionstab, som ukontrolleret skum forårsager.