Επεξήγηση του υγρού αντιαφριστικού: Πώς ελέγχει τον αφρό στις βιομηχανικές εφαρμογές

Βασικά συμπεράσματα

Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των υγρών αντι αφριστικών μπορεί να προστατεύσει τις βιομηχανικές σας δραστηριότητες από δαπανηρές ζημιές στον εξοπλισμό και απώλειες παραγωγής που προκαλούνται από την ανεξέλεγκτη συσσώρευση αφρού.

- Οι υγροί αντιαφριστικοί παράγοντες χρησιμοποιούν τρία συστατικά που δρουν από κοινού: υδρόφοβα υλικά (όπως το διοξείδιο του πυριτίου ή τα κεριά), φορείς (έλαια ή νερό) και ελάχιστη ποσότητα γαλακτωματοποιητών, ώστε να απλώνονται γρήγορα και να αποσταθεροποιούν τον αφρό στη διεπαφή αέρα-υγρού.

- Υπάρχουν τέσσερις βασικοί τύποι αντι αφριστικών που καλύπτουν διαφορετικές ανάγκες: με βάση το λάδι για τον έλεγχο του αφρού στην επιφάνεια, με βάση το νερό για την απομάκρυνση του εγκλωβισμένου αέρα, με βάση τη σιλικόνη για διπλή λειτουργία, καθώς και συμπολυμερή EO/PO για εφαρμογές που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία.

- Ο έλεγχος του αφρού πραγματοποιείται μέσω τριών μηχανισμών: αποσταθεροποίηση των λεπίδων αφρού μέσω της μετατόπισης των επιφανειοδραστικών ουσιών, διάσπαση των φυσαλίδων μέσω της δημιουργίας γεφυρών και της απουγρασίας, καθώς και προώθηση της συνένωσης των φυσαλίδων για την ταχεία απελευθέρωση του παγιδευμένου αέρα.

- Η σωστή επιλογή του αντι αφριστικού αποτρέπει τη βλάβη του εξοπλισμού: Στον εξοπλισμό εξόρυξης, ο αφρός μπορεί να μειώσει τη χωρητικότητα της δεξαμενής κατά 33% και να προκαλέσει διάβρωση στον κινητήρα κενού, ενώ στη μεταλλουργία παρεμποδίζει τις λειτουργίες ψύξης και λίπανσης.

- Η δοσολογία διαφέρει ανάλογα με τη χρήση: Οι τυπικές συγκεντρώσεις κυμαίνονται από 0,1 έως 0,31 TP3T στα χρώματα λατέξ, από 10 έως 30 ppm στον διαχωρισμό πετρελαίου-αερίου και από 10 έως 200 ppm στην επεξεργασία λυμάτων, ανάλογα με την ένταση του αφρού και τις συνθήκες της διεργασίας.

Ο κατάλληλος υγρός αντιαφριστικός παράγοντας, προσαρμοσμένος στη συγκεκριμένη βιομηχανική σας διαδικασία, προστατεύει τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού, διατηρεί την λειτουργική αποδοτικότητα και εξαλείφει τα εμπόδια στην παραγωγή που προκαλούνται από προβλήματα που σχετίζονται με τον αφρό.

Η συσσώρευση αφρού μπορεί να καταστρέψει τον εξοπλισμό σας. Ο πλούσιος σε απορρυπαντικό αφρός, αναμεμειγμένος με ρύπους και χνούδια, απορροφάται στους κινητήρες των ηλεκτρικών σκουπών, φράζει τους αγωγούς αέρα, διαβρώνει τα εσωτερικά εξαρτήματα και μειώνει την ισχύ αναρρόφησης. Ένας υγρός αντιαφριστής είναι ένα χημικό πρόσθετο που μειώνει και αποτρέπει τον σχηματισμό αφρού σε υγρά βιομηχανικών διεργασιών. Οι βιομηχανικές διεργασίες αντιμετωπίζουν σοβαρά προβλήματα από τον αφρό, ο οποίος δημιουργεί ελαττώματα στις επιφανειακές επικαλύψεις και εμποδίζει την αποτελεσματική πλήρωση των δοχείων. Αυτά τα προβλήματα παρατηρούνται συχνότερα στις δεξαμενές ανάκτησης των μηχανημάτων εκχύλισης και των αυτόματων πλυντηρίων δαπέδων, όπου ο έλεγχος του αφρού αποκτά κρίσιμη σημασία. Τα πιο συνηθισμένα αντιαφριστικά μέσα περιλαμβάνουν αδιάλυτα έλαια, αντιαφριστικές ενώσεις με βάση τη σιλικόνη, όπως τα πολυδιμεθυλοσιλοξάνια, και ορισμένες αλκοόλες. Σε αυτό το άρθρο, θα διερευνήσουμε τον τρόπο λειτουργίας των υγρών αντιαφριστικών, τους διάφορους τύπους τους και τις εφαρμογές τους σε βιομηχανικές δραστηριότητες.

Τι είναι οι υγροί αντιαφριστές και ποιες είναι οι βασικές τους ιδιότητες

Ένας υγρός αντι αφριστικός παράγοντας αποτελείται από τρία ξεχωριστά συστατικά που συνεργάζονται για τον έλεγχο του αφρού. Το κύριο συστατικό είναι ένα υδρόφοβο υλικό που λειτουργεί ως ενεργό στοιχείο. Στα υδρόφοβα υλικά συγκαταλέγονται η επεξεργασμένη διοξείδιο του πυριτίου, τα κεριά (συνθετικά ή φυσικά) και οι σιλικόνες ή τα παράγωγα σιλικόνης. Αυτά τα υδρόφοβα υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν μεμονωμένα ή σε συνδυασμό για τη βελτίωση της απόδοσης.

Το δεύτερο στοιχείο είναι ένα όχημα μεταφοράς που μεταφέρει τα υδρόφοβα δραστικά συστατικά στο υδρόφιλο σύστημα που συγκρατεί τον αέρα. Τα μέσα μεταφοράς περιλαμβάνουν ορυκτέλαια, φυτικά έλαια και σιλικονούχα έλαια. Το υγρό-φορέας έχει συνήθως χαμηλότερη επιφανειακή τάση από το αφριστικό υγρό. Η μακροπρόθεσμη σταθερότητα του φορέα στο αρχικό υγρό καθορίζει την αποτελεσματικότητα του ελέγχου του αφρού σε προϊόντα με παρατεταμένη διάρκεια ζωής.

Το τρίτο συστατικό, ένα γαλακτωματοποιητής, θα εξασφαλίσει τη βέλτιστη κατανομή της υδρόφοβης ουσίας στον φορέα, διευκολύνοντας παράλληλα την εξάπλωση του παράγοντα ελέγχου του αφρού σε όλο το υγρό. Οι γαλακτωματοποιητές που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν αιθοξυλιωμένες αλκυλοφαινόλες και εστέρες σορβιτάνης. Ελαχιστοποιούμε την ποσότητα των γαλακτωματοποιητών, καθώς οι εν λόγω ενώσεις μπορούν οι ίδιες να συμβάλουν στον σχηματισμό αφρού.

Χημική σύνθεση και επιφανειακή δραστηριότητα

Τα μέσα ελέγχου του αφρού λειτουργούν καλύτερα όταν μειώνεται η επιφανειακή τάση ή η διαφασική τάση. Ένας αποαφριστικός παράγοντας με βάση τη σιλικόνη περιέχει επιφανειοδραστικά συστατικά που μειώνουν την επιφανειακή τάση του υγρού σε τέτοιο βαθμό ώστε οι φυσαλίδες αέρα στον αφρό να καταρρέουν. Αυτή η μείωση της επιφανειακής τάσης επιτρέπει στον αποαφριστικό παράγοντα να εξαπλώνεται ταχύτερα κατά μήκος της διεπαφής του αφρού.

Απαιτήσεις ιξώδους για γρήγορη επάλειψη

Το χαμηλό ιξώδες συμβάλλει στη διείσδυση και την εξάπλωση. Ο υγρός αντιαφριστής πρέπει να διαθέτει συντελεστή ταχείας εξάπλωσης, ώστε να απλώνεται σε όλο το μέσο. Χωρίς αυτό το χαρακτηριστικό του χαμηλού ιξώδους, ο αντιαφριστής δεν μπορεί να φτάσει στην διεπαφή αέρα-υγρού, όπου πραγματοποιείται η σταθεροποίηση του αφρού, αρκετά γρήγορα.

Αδιάλυτο σε αφρώδες μέσο

Ο αντι αφριστικός παράγοντας πρέπει να είναι αδιάλυτος στο μέσο που δημιουργεί αφρό. Η υγρή φάση ενός αντι αφριστικού παράγοντα πρέπει να παρουσιάζει κάποιο βαθμό ασυμβατότητας ή αδιαλυτότητας με το μέσο στο οποίο εισάγεται. Αυτή η ασυμβατότητα επιτρέπει στον αντι αφριστικό παράγοντα να σχηματίζει σταγονίδια που ανεβαίνουν στην επιφάνεια και απλώνονται καλά, σπάζοντας τις φυσαλίδες χωρίς να συμβάλλουν στη δημιουργία περαιτέρω αφρού.

Τύποι υγρών αντιαφριστικών

Οι υπεύθυνοι για τη σύνθεση επιλέγουν ανάμεσα σε τέσσερις κύριες κατηγορίες υγρών αντιαφριστικών, ανάλογα με το σύστημα φορέα και τα ενεργά χημικά συστατικά που απαιτούνται για συγκεκριμένες συνθήκες επεξεργασίας.

Αντιαφριστικά με βάση το λάδι, με φορείς ορυκτού ή φυτικού ελαίου

Τα σκευάσματα με βάση το λάδι χρησιμοποιούν ορυκτέλαιο, φυτικό έλαιο ή λευκό λάδι ως φορέα. Αυτά τα σκευάσματα περιλαμβάνουν κερί ή υδρόφοβη πυριτία για την ενίσχυση της απόδοσης. Οι παραλλαγές με ορυκτέλαιο προσφέρουν εξαιρετική καταστολή αφρού σε συστήματα με βάση το νερό. Οι εναλλακτικές λύσεις με φυτικά έλαια προσφέρουν ενεργό συστατικό 100% με αποτελεσματικότητα σε συγκέντρωση 0,1-0,3% κατά βάρος σε συστήματα χρωμάτων λατέξ. Τα σκευάσματα φυτικού ελαίου εξαλείφουν τους κινδύνους μόλυνσης από σιλικόνη που προκαλούν σχηματισμό κρατήρων, «μάτια ψαριού» και προβλήματα πρόσφυσης μεταξύ των στρώσεων σε συστήματα ακρυλικού και οξικού βινυλίου. Αυτοί οι αντιαφριστικοί παράγοντες ξεχωρίζουν στην καταπολέμηση του επιφανειακού αφρού.

Αντιαφριστικά με βάση το νερό για την απομάκρυνση του εγκλωβισμένου αέρα

Τα σκευάσματα με βάση το νερό διασκορπίζουν διάφορα έλαια και κεριά σε ένα υδατικό φορέα. Τα έλαια μπορεί να είναι ορυκτά ή φυτικά, ενώ τα κεριά αποτελούνται από λιπαρούς αλκοόλες μακράς αλυσίδας, σαπούνια λιπαρών οξέων ή εστέρες. Οι αντιαφριστές με βάση το νερό λειτουργούν ως απαερωτές και απελευθερώνουν τον εγκλωβισμένο αέρα από τα υγρά επεξεργασίας, σε αντίθεση με τις παραλλαγές με βάση το λάδι. Αυτή η εξειδίκευση τους καθιστά ιδανικούς για εφαρμογές όπου η απομάκρυνση του υποεπιφανειακού αέρα έχει μεγαλύτερη σημασία από τον έλεγχο του επιφανειακού αφρού.

Αντιαφριστικές ενώσεις με βάση τη σιλικόνη

Τα σκευάσματα σιλικόνης περιέχουν πολυμερή με σκελετό σιλικόνης, τα οποία διατίθενται ως έλαια ή γαλακτώματα με βάση το νερό. Ένα τυπικό γαλάκτωμα αντιαφριστικού σιλικόνης αποτελείται από πολυδιμεθυλοσιλοξάνη 30% σε νερό με τροποποιημένα ανόργανα συστατικά. Αυτές οι ενώσεις διασκορπίζουν υδρόφοβη σιλικόνη σε έλαιο σιλικόνης. Οι παραλλαγές σιλικόνης εκτελούν διπλή λειτουργία: καταστέλλουν τον επιφανειακό αφρό και ταυτόχρονα απελευθερώνουν τον εγκλωβισμένο αέρα. Παραμένουν κατάλληλες για μη υδατικά συστήματα αφρισμού, όπως αυτά που περιλαμβάνουν το αργό πετρέλαιο και τις διεργασίες διύλισης.

Αντιαφριστικά από συμπολυμερή EO/PO

Τα συμπολυμερή τύπου μπλοκ αιθυλενοξειδίου/προπυλενοξειδίου λειτουργούν μέσω ενός μηχανισμού αντίστροφης διαλυτότητας. Αυτά τα μη ιονικά επιφανειοδραστικά παραμένουν υδατοδιαλυτά σε χαμηλές θερμοκρασίες, αλλά κατακρημνίζονται και εξαπλώνονται στη διεπαφή του αφρού όταν η θερμοκρασία της διεργασίας υπερβαίνει το σημείο θόλωσης τους. Η αποαφριστική δράση εξαρτάται από τη σχέση μεταξύ του σημείου θόλωσης της επιφανειοδραστικής ουσίας και της θερμοκρασίας εφαρμογής. Οι υπεύθυνοι σύνθεσης θα πρέπει να επιλέγουν συμπολυμερή μπλοκ των οποίων το σημείο θόλωσης είναι χαμηλότερο από τη θερμοκρασία προβλεπόμενης χρήσης. Αυτά τα δραστικά συστατικά 100%, χωρίς σιλικόνη, παρουσιάζουν βιολογική αδράνεια. Αυτό τα καθιστά ασφαλή για χρήση σε συστήματα ζύμωσης.

Πώς οι υγροί αντιαφριστικοί παράγοντες ελέγχουν τον σχηματισμό αφρού

“τρόπος διάδοσης που οφείλεται στην απορρόφηση του φιλμ της σπασμένης φυσαλίδας από το περιβάλλον υγρό φιλμ” — Ρέι Κουρίτα, Αναπληρωτής Καθηγητής, Πανεπιστήμιο της Μητροπολιτικής Περιφέρειας του Τόκιο

Τρεις μηχανισμοί συμβάλλουν στον έλεγχο του αφρού μετά την προσθήκη υγρού αντιαφριστικού στα υγρά της διεργασίας. Οι μηχανισμοί αυτοί συνεργάζονται για την εξάλειψη του επιφανειακού αφρού και των φυσαλίδων αέρα που έχουν παρασυρθεί.

Αποσταθεροποίηση των ελασμάτων αφρού στη διεπαφή αέρα-υγρού

Η δράση εξάπλωσης προκαλεί μηχανικό κλονισμό στην επιφάνεια του αφρού και αποσταθεροποιεί τη δομή του. Ο αντιαφριστικός παράγοντας εξαπλώνεται ταχύτερα στην επιφάνεια του αφρού, διεισδύει στις λάμες και διαταράσσει τη συνοχή του αφρού. Το υδρόφοβο συστατικό εκτοπίζει τα σταθεροποιητικά επιφανειοδραστικά στη διεπαφή αέρα-υγρού. Αυτή η συγγένεια με την επιφάνεια αέρα-υγρού προκαλεί τη ρήξη των φυσαλίδων αέρα και τη διάσπαση του επιφανειακού αφρού.

Ρήξη φυσαλίδων αέρα μέσω επιφανειακής εξάπλωσης

Ο αντιαφριστικός παράγοντας εισχωρεί στο τοίχωμα της φυσαλίδας και διαλύει τη δομή του υμενίου μέσω ενός μηχανισμού δημιουργίας γεφυρών. Τα σταγονίδια του αντιαφριστικού με χαμηλή επιφανειακή τάση εκτείνονται κατά μήκος της λάμελας και σχηματίζουν ασταθείς γέφυρες. Ένα υδρόφοβο σωματίδιο ή σταγονίδιο ελαίου με γωνία επαφής μεγαλύτερη από 90° προκαλεί απουγρασία κατά την επαφή με τις δύο πλευρές μιας λάμες. Το υγρό που έρχεται σε επαφή με το σωματίδιο κάμπτεται προς τα μέσα έως ότου οι δύο πλευρές της μεμβράνης αγγίξουν η μία την άλλη και σπάσουν. Η λάμα αποστραγγίζεται καθώς σχηματίζεται η γέφυρα και φτάνει σε ένα κρίσιμο σημείο όπου σπάει και απελευθερώνει τον εγκλωβισμένο αέρα.

Συσσωμάτωση και ανάδυση φυσαλίδων αέρα που έχουν παρασυρθεί

Οι φυσαλίδες αέρα που έχουν εγκλωβιστεί συσσωματώνονται και σχηματίζουν μεγαλύτερες φυσαλίδες που ανεβαίνουν πιο γρήγορα στην επιφάνεια. Πολλές μικρές φυσαλίδες συγχωνεύονται και διαφεύγουν από το μείγμα μέσω της συνένωσης. Ο αντιαφριστής μειώνει τις κλίσεις της επιφανειακής τάσης. Οι μεμβράνες των φυσαλίδων λεπταίνουν και ρήγνυνται σε συγκεκριμένα σημεία, απελευθερώνοντας το εσωτερικό αέριο. Αυτή η διαδικασία συνένωσης εξαλείφει τις μεγάλες φυσαλίδες αέρα που έχουν εγκλωβιστεί με κατάλληλες μεθόδους ανάμιξης.

Βιομηχανικές εφαρμογές και επίλυση προβλημάτων

“Οι τεχνολογίες μας με βάση το διοξείδιο του πυριτίου επιτρέπουν τη μείωση της περιεκτικότητας σε έλαιο και την πιο οικονομική δοσολογία, χάρη στα ισχυρά ενισχυτικά τους αποτελέσματα που επιταχύνουν τη διάλυση του αφρού και βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα της σύνθεσης.” — Evonik, Κορυφαία εταιρεία ειδικών χημικών προϊόντων

Οι βιομηχανικές επιχειρήσεις αντιμετωπίζουν απώλειες παραγωγής που οφείλονται στον αφρό σε πολλούς τομείς. Κάθε τομέας απαιτεί στοχευμένες λύσεις με υγρά αντιαφριστικά, προσαρμοσμένες στις συγκεκριμένες συνθήκες της κάθε διαδικασίας.

Έλεγχος αφρού στη δεξαμενή ανάκτησης σε εξοπλισμό εκχύλισης

Ο αφρός στις δεξαμενές ανάκτησης των μηχανημάτων καθαρισμού χαλιών προκαλεί το πρόωρο κλείσιμο του μηχανισμού πλωτήρα και μειώνει τη χωρητικότητα της δεξαμενής έως και 33%. Η λειτουργία του πλωτήρα διακόπτεται όταν εμποδίζεται από τον αφρό, με αποτέλεσμα το βρώμικο διάλυμα να εισέρχεται στον κινητήρα αναρρόφησης. Αυτό προκαλεί διάβρωση και πρόωρη βλάβη. Προσθέτουμε αραιωμένο αντι αφριστικό μέσω του σωλήνα αναρρόφησης για να επεξεργαστούμε ολόκληρο το σύστημα αναρρόφησης και στη συνέχεια διατηρούμε 0,5 έως 1,0 ουγγιές ανά γαλόνι χωρητικότητας της δεξαμενής.

Διαχείριση αφρού ψυκτικού και υγρού επεξεργασίας

Ο αφρός του υγρού ψύξης για τη μεταλλουργία παρεμποδίζει τις λειτουργίες λίπανσης και ψύξης. Επιπλέον, αυξάνει τον όγκο του συστήματος. Μία ουγγιά συμπυκνωμένου αντι-αφριστικού επεξεργάζεται 50 γαλόνια αραιωμένου υγρού ψύξης. Οι εργασίες CNC υψηλής πίεσης άνω των 800 psi απαιτούν εξειδικευμένα σκευάσματα χαμηλής αφριστικότητας.

Χαρτοβιομηχανία και επεξεργασία ξυλοπολτού

Τα γαλακτώματα σιλικόνης παραμένουν δραστικά σε υψηλές θερμοκρασίες και αλκαλικές συνθήκες. Οι συνθήκες αυτές επικρατούν στα στάδια πλύσης, εξάτμισης και λεύκανσης του πολτού. Τα σκευάσματα αυτά απομακρύνουν τον εγκλωβισμένο αέρα και μειώνουν την επιφανειακή τάση στα υγρά της διαδικασίας. Η πλύση του καφέ πολτού με τροποποιημένες οργανοσιλικονικές ενώσεις μειώνει τη μεταφορά χημικών ουσιών και το κόστος λεύκανσης.

Δραστηριότητες επεξεργασίας τροφίμων και διύλισης ελαίων

Τα αντιαφριστικά κατάλληλα για τρόφιμα ελέγχουν τον αφρό στη ζυθοποιία, στην επεξεργασία χυμών και στις γαλακτοκομικές εγκαταστάσεις, συμμορφούμενα παράλληλα με τους κανονισμούς της FDA. Τα αντιαφριστικά σιλικόνης εξαλείφουν τον αφρό σε δόση 10-30 ppm κατά τον διαχωρισμό ελαίου-αερίου και αποτρέπουν τη μεταφορά υγρών.

Επεξεργασία λυμάτων και υδραυλικά συστήματα

Οι αντι αφριστικοί παράγοντες για λύματα χορηγούνται σε δόση 10-200 ppm, ανάλογα με την ένταση του αφρού. Ο υδραυλικός αντι αφριστικός παράγοντας αποτρέπει τις ζημιές από σπηλαίωση και διατηρεί την αποδοτικότητα του συστήματος καθώς και τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων.

Συμπέρασμα

Έχουμε εξετάσει τον τρόπο με τον οποίο οι υγροί αντιαφριστικοί παράγοντες περιορίζουν τον αφρό μέσω τριών βασικών μηχανισμών: αποσταθεροποίηση των στρωμάτων του αφρού, διάσπαση των φυσαλίδων αέρα και προώθηση της συνένωσης των φυσαλίδων. Οι συγκεκριμένες απαιτήσεις της διαδικασίας καθορίζουν αν θα επιλέξουμε σκευάσματα με βάση το λάδι, το νερό, τη σιλικόνη ή συμπολυμερή EO/PO. Αυτές οι ενώσεις προστατεύουν κρίσιμο εξοπλισμό σε συστήματα εκχύλισης, εργασίες μεταλλουργίας, χαρτοβιομηχανίες και εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων. Η σωστή επιλογή και δοσολογία του αντιαφριστικού αποτρέπει ζημιές στον εξοπλισμό που μπορεί να αποβούν δαπανηρές. Βελτιώνει επίσης την απόδοση της διεργασίας και εξαλείφει τις απώλειες παραγωγής που προκαλεί ο ανεξέλεγκτος αφρός.