Vedela vahtuvastase aine selgitus: kuidas see reguleerib vahtu tööstuslikes rakendustes

Peamised järeldused

Vedelate vahutamisvastaste ainete toimimise mõistmine võib säästa teie tööstusettevõtet kulukatest seadmekahjustustest ja tootmiskadudest, mida põhjustab kontrollimatu vahtu tekkimine.

- Vedelad vahutamisvastased ained koosnevad kolmest omavahel koostoimivast komponendist: hüdrofoobsed materjalid (nagu ränidioksiid või vahad), kandjaained (õlid või vesi) ning minimaalne kogus emulgaatoreid, et tagada kiire levik ja vahtu õhu-vedeliku piirpinnal destabiliseerida.

- Neli peamist vahutamisvastase aine tüüpi vastavad erinevatele vajadustele: õlipõhised pindmise vahtu tekke piiramiseks, veepõhised kaasahaaratud õhu vabastamiseks, silikoonipõhised kaheotstarbeliseks kasutamiseks ning EO/PO kopolümeerid temperatuurist sõltuvateks rakendusteks.

- Vahu tekkimist reguleeritakse kolme mehhanismi kaudu: vahtlamellide destabiliseerimine pindaktiivsete ainete väljatõrjumise teel, mullide lõhkumine sildade moodustumise ja niiskuse eemaldamise kaudu ning mullide ühinemise soodustamine, et vangistunud õhk kiiresti vabaneks.

- Õige vahutamisvastase aine valik aitab vältida seadmete rikkeid: Ekstraheerimisseadmetes võib vaht vähendada mahuti mahutavust 33% võrra ja põhjustada vaakummootori korrosiooni, samas kui metallitöötlemisel takistab see jahutamist ja määrimist.

- Annus sõltub kasutusotstarbest: Tüüpilised kontsentratsioonid on lateksvärvides vahemikus 0,1–0,31 TP3T, nafta ja gaasi eraldamisel 10–30 ppm ning reoveepuhastuses 10–200 ppm, sõltuvalt vahtu tekitavast tegurist ja protsessi tingimustest.

Teie konkreetsele tööstusprotsessile sobiv vedel vahutamisvastane aine tagab seadmete pika kasutusaja, säilitab töötamise tõhususe ja kõrvaldab vahuga seotud probleemidest tingitud tootmise kitsaskohti.

Vahu kogunemine võib teie seadmeid rikkuda. Pesuvahenditest rikas vaht, millele on segunenud mustus ja kiud, imetakse tolmuimeja mootoritesse, ummistab õhukanaleid, söövitab sisemisi osi ja vähendab imemisvõimsust. Vedela vahtuvastane aine on keemiline lisaaine, mis vähendab ja ennetab vahtu tööstusprotsesside vedelikes. Tööstusprotsessides tekitavad vahud tõsiseid probleeme, kuna need põhjustavad pindkatete defekte ja takistavad mahutite tõhusat täitmist. Neid probleeme esineb kõige sagedamini ekstraheerimismasinate ja automaatsete puhastusmasinate kogumismahutites, kus vahtu kontrollimine on kriitilise tähtsusega. Kõige levinumad vahtuvastased ained on lahustumatud õlid, silikoonipõhised vahtuvastased ühendid, nagu polüdimetüülsiloksaanid, ja teatud alkoholid. Käesolevas artiklis uurime, kuidas vedelad vahtuvastased ained toimivad, millised on nende erinevad tüübid ja kuidas neid tööstuslikes protsessides kasutatakse.

Mis on vedelad vahutamisvastased ained ja millised on nende peamised omadused

Vedel vahtuvastane aine koosneb kolmest erinevast komponendist, mis koos aitavad vahtu kontrollida. Peamine koostisosa on hüdrofoobne materjal mis toimib aktiivelemendina. Hüdrofoobsete materjalide hulka kuuluvad töödeldud ränidioksiid, vahad (sünteetilised või looduslikud) ning silikoonid või silikooni derivaadid. Neid hüdrofoobseid aineid võib kasutada eraldi või kombineeritult, et parandada toote toimivust.

Teine komponent on veok mis viib hüdrofoobsed toimeained õhku sisaldavasse hüdrofiilsesse süsteemi. Kandjaaineteks on mineraalõlid, taimeõlid ja silikoonõlid. Kandjaainel on tavaliselt madalam pindpinevus kui vahutaval vedelikul. Kandjaaine pikaajaline stabiilsus algses vedelikus määrab vahutamise kontrolli tõhususe toodetes, millel on pikem säilivusaeg.

Kolmas komponent, nimelt emulgaator, tagab hüdrofoobse komponendi optimaalse jaotumise kandjas, hõlbustades samal ajal vahutamisvastase aine levimist kogu vedelikus. Kasutatavate emulgaatorite hulka kuuluvad etoksüülitud alküülfenoolid ja sorbitaanestrid. Vähendame emulgaatorite kogust miinimumini, kuna need ühendid võivad ise kaasa aidata vahutamisele.

Keemiline koostis ja pindaktiivsus

Vahutamisvastased ained toimivad paremini, kui pindpinevus või faasipiiripinevus väheneb. Silikoonipõhine vahutamisvastane aine sisaldab pindaktiivseid komponente, mis vähendavad vedeliku pindpinevust niivõrd, et vahus olevad õhumullid kokku varisevad. Pindpinevuse vähenemise tõttu levib vahutamisvastane aine kiiremini üle vahtu ja faasipiiri.

Kiire laotamise viskoossusnõuded

Madal viskoossus soodustab imendumist ja levimist. Vedelal vahtuvastase aine peab olema kiire levimiskoefitsient, et see leviks kogu keskkonnas. Ilma selle madala viskoossuse omaduseta ei jõua vahtuvastane aine piisavalt kiiresti õhu ja vedeliku vahelisele piirpinnale, kus vaht stabiliseerub.

Lahustumatus vahutavas keskkonnas

Vahutamisvastane aine peab olema vahutavas keskkonnas lahustumatu. Vahutamisvastase aine vedel faas peab olema mingil määral kokkusobimatu või lahustumatu keskkonnaga, kuhu see lisatakse. See kokkusobimatus võimaldab vahutamisvastasel ainel moodustada tilku, mis tõusevad pinnale ja levivad hästi, lõhkudes mullid ilma edasist vahutamist põhjustamata.

Vedelate vahutamisvastaste ainete tüübid

Valmistajad valivad vedelate vahutamisvastaste ainete hulgast nelja peamise kategooria vahel, lähtudes kandjasüsteemist ja konkreetsete protsessitingimuste jaoks vajalikust toimeainest.

Õlipõhised vahutamisvastased ained, mille kandjaaineks on mineraal- või taimeõli

Õlipõhistes koostistes kasutatakse kandjana mineraalõli, taimeõli või valget õli. Nende koostisesse kuuluvad vaha või hüdrofoobne ränidioksiid, mis parandavad toote toimivust. Mineraalõli variandid tagavad veepõhistes süsteemides suurepärase vahtuvastase toime. Taimeõli alternatiivid pakuvad 100% aktiivainesisaldust, mis on lateksvärvisüsteemides efektiivne kontsentratsioonil 0,1–0,3% massiprotsenti. Taimeõli koostisega tooted kõrvaldavad silikooniga saastumise ohu, mis põhjustab akrüül- ja vinüülatsetaatsüsteemides kraatrite, kalasilmade ja kihtidevahelise haardumise häireid. Need vahutamisvastased ained on eriti tõhusad pinnavahu mahasurumisel.

Veepõhised vahutamisvastased ained kaasahaaratud õhu eraldamiseks

Veepõhised koostised hajutavad erinevaid õlisid ja vahasid veepõhises kandjaaines. Õlid võivad olla mineraal- või taimset päritolu ning vahad koosnevad pika ahelaga rasvalkoholidest, rasvhapete seepidest või estritest. Veepõhised vahutamisvastased ained toimivad õhu eemaldajatena ja vabastavad protsessivedelikest kaasa tõmmatud õhu, erinevalt õlipõhistest variantidest. See eripära teeb need ideaalseks rakendustele, kus pinnalähedase õhu eemaldamine on olulisem kui pinnalise vahtu kontrollimine.

Silikoonipõhised vahutamisvastased ühendid

Silikoonipreparaadid sisaldavad räni põhikettaga polümeere, mida pakutakse õlide või veepõhiste emulsioonidena. Tüüpiline silikoonist vahutamisvastane emulsioon koosneb vees lahustunud 30% polüdimetüülsiloksaanist koos modifitseeritud anorgaaniliste komponentidega. Need ühendid hajutavad hüdrofoobset ränidioksiidi silikoonõlis. Silikoonipõhised tooted täidavad kaht funktsiooni: need kõrvaldavad pinnal tekkinud vahtu ja vabastavad samal ajal vahtu kaasahaaratud õhu. Need sobivad kasutamiseks mittevesipõhistes vahutamissüsteemides, sealhulgas toornafta ja rafineerimistööde puhul.

EO/PO-kopolümeerist vahutamisvastased ained

Etüleenoksiidi/propüleenoksiidi plokk-kopolümeerid toimivad pöördlahustuvuse mehhanismi kaudu. Need mitteioonsed pindaktiivsed ained jäävad madalatel temperatuuridel vees lahustuvaks, kuid sadestuvad ja levivad vahtu moodustava piiri pinnal, kui protsessitemperatuur ületab nende hägustumispunkti. Vahutamisvastane toime sõltub pindaktiivse aine hägustumispunkti ja kasutustemperatuuri vahelisest suhtest. Valmistajad peaksid valima plokk-kopolümeerid, mille hägustumispunkt on madalam kui kavandatud kasutustemperatuur. Need 100% aktiivsed, silikoonivabad ained on bioloogiliselt inertsed. Seetõttu on neid ohutu kasutada kääritamissüsteemides.

Kuidas vedelad vahutamisvastased ained piiravad vahtu tekkimist

“levimisviis, mis tuleneb purunenud mullikese kile imendumisest ümbritsevasse vedelikukilesse” — Rei Kurita, dotsent, Tokyo Metropolitan University

Pärast vedelate vahutamisvastaste ainete lisamist protsessivedelikesse mõjutavad vahtu kolm mehhanismi. Need mehhanismid toimivad koos, et kõrvaldada pinnavaht ja kaasa tõmmatud õhumullid.

Vahtlamellide destabiliseerumine õhu ja vedeliku piirpinnal

Laialivalgumine tekitab vahtpinnale mehaanilise löögi ja destabiliseerib struktuuri. Vahutamisvastane aine levib vahtpinnal kiiremini, tungib lamellidesse ja häirib vahtu kokkuhoidvat jõudu. Hüdrofoobne komponent tõrjub stabiliseerivad pindaktiivsed ained õhu ja vedeliku piirpinnalt ära. See afiinsus õhu ja vedeliku piirpinna suhtes lõhub õhumulle ja lagundab pinnal oleva vahtu.

Õhumullide lõhkemine pindalale levimise tagajärjel

Vahutamisvastane aine tungib mulliseina sisse ja lõhub kilestruktuuri sillutamismehhanismi kaudu. Madala pindpingega vahutamisvastased tilgad venivad üle lamelli ja moodustavad ebastabiilseid sildu. Hüdrofoobne osake või õlitilk, mille kontaktnurk on suurem kui 90°, põhjustab lamelli mõlema küljega kokkupuutel niiskuse eemaldumist. Osakega kokkupuutuv vedelik painub sissepoole, kuni kile mõlemad küljed puutuvad kokku ja rebenevad. Lamell tühjeneb silla moodustumisel ning jõuab kriitilise punktini, kus see puruneb ja vabastab kinni jäänud õhu.

Kaasahaaratud õhumullide aglomeratsioon ja tõus

Kaasahaaratud õhumullid ühinevad ja moodustavad suuremaid mullid, mis tõusevad pinnale kiiremini. Mitmed väikesed mullid ühinevad ja eralduvad segust koalesentsi teel. Vahutamisvastane aine vähendab pindpinevuse gradiente. Mullikiled õhenevad ja rebenevad kindlates kohtades, vabastades sisemise gaasi. See koalesentsiprotsess kõrvaldab sobivate segamismeetodite abil suured kaasahaaratud õhumullid.

Tööstuslikud rakendused ja probleemide lahendamine

“Meie ränitehnoloogiad võimaldavad vähendada õlisisaldust ja kasutada toodet säästlikumalt, tänu nende tugevale võimendavale mõjule, mis kiirendab vahtu lagunemist ja suurendab koostise tõhusust.” — Evonik, Juhtiv erikeemiatoodete ettevõte

Tööstusettevõtted seisavad silmitsi vahtuga seotud tootmiskadudega mitmes sektoris. Igas neist on vaja sihtotstarbelisi vedelaid vahtuvastaseid lahendusi, mis on kohandatud konkreetsetele protsessitingimustele.

Väljavõtuseadmete kogumismahutite vahtukontroll

Vaipupuhastusmasina kogumismahutites olev vaht põhjustab ujukimehhanismi liiga varajase sulgumise ja vähendab mahuti mahutavust kuni 33% võrra. Ujuki töö häirub, kui vaht seda takistab, ning määrdunud lahus imetakse vaakummootorisse. See põhjustab korrosiooni ja enneaegset riket. Lisame lahjendatud vahtuvastast ainet kogumisvooliku kaudu, et töödelda kogu vaakumsüsteemi, ning hoiame seejärel taset 0,5–1,0 untsi galoni mahutavuse kohta.

Jahutusvedeliku ja protsessivedeliku vahutamise kontroll

Metallitöötlemise jahutusvedeliku vaht takistab määrimist ja jahutamist. Samuti suurendab see süsteemi mahtu. Üks unts kontsentreeritud vahtuvastast ainet töötleb 50 galloni lahjendatud jahutusvedelikku. Kõrgsurve-CNC-töötlemisel, kus rõhk ületab 800 psi, on vaja spetsiaalseid vähese vahutamisega koostisi.

Paberivabrik ja puidutselluloosi töötlemine

Silikoonemulsioonid säilitavad oma toime ka kõrgel temperatuuril ja leeliselistes tingimustes. Sellised tingimused valitsevad tselluloosi pesemise, aurustamise ja pleegitamise etappides. Need koostised vabastavad protsessivedelikest kaasahaaratud õhu ja vähendavad pindpinevust. Pruuni massi pesemine modifitseeritud orgaaniliste silikoonühenditega vähendab kemikaalide ülekandumist ja pleegituskulusid.

Toiduainete töötlemine ja nafta rafineerimine

Toiduainetööstuses kasutatavad vahutamisvastased ained piiravad vahutamist õlle tootmisel, mahla töötlemisel ja piimatoodete valmistamisel, vastates samal ajal FDA eeskirjadele. Silikoonipõhised vahutamisvastased ained kõrvaldavad vahutamist annuses 10–30 ppm õli ja gaasi eraldamisel ning takistavad vedeliku ülekandumist.

Reoveepuhastus ja hüdraulikasüsteemid

Reovee vahutamisvastaste ainete annus on 10–200 ppm, sõltuvalt vahutamise intensiivsusest. Hüdrauliline vahutamisvastane aine ennetab kavitatsioonikahjustusi ning tagab süsteemi tõhususe ja komponentide pika kasutusaja.

Kokkuvõte

Oleme juba käsitlenud, kuidas vedelad vahutamisvastased ained vähendavad vahutamist kolme peamise mehhanismi kaudu: vahulamellide destabiliseerimine, õhumullide lõhkumine ja mullide ühinemise soodustamine. Konkreetsed protsessinõuded määravad, kas valime õlipõhised, veepõhised, silikoonipõhised või EO/PO kopolümeeripõhised koostised. Need ühendid kaitsevad kriitilise tähtsusega seadmeid ekstraheerimissüsteemides, metallitöötlemisettevõtetes, paberivabrikutes ja reoveepuhastusjaamades. Õige vahutamisvastase aine valik ja doseerimine aitab vältida seadmete kahjustusi, mis võivad osutuda kulukaks. Samuti parandab see protsessi jõudlust ja kõrvaldab kontrollimatu vahutamise põhjustatud tootmiskadusid.