شرح مایع ضدکف: چگونه در کاربردهای صنعتی کف را کنترل می‌کند

نکات کلیدی

درک نحوه عملکرد مایع ضدکف‌کننده‌ها می‌تواند عملیات صنعتی شما را از آسیب‌های پرهزینه به تجهیزات و زیان‌های تولیدی ناشی از تجمع کنترل‌نشده کف نجات دهد.

• ضدکف‌های مایع از سه جزء تشکیل شده‌اند که با هم کار می‌کنند.مواد آب‌گریز (مانند سیلیکا یا واکس‌ها)، حامل‌ها (روغن‌ها یا آب) و امولسیفایرهای حداقلی برای پخش سریع و ناپایدارسازی کف در مرز مشترک هوا-مایع.

• چهار نوع اصلی کف‌گیر برای نیازهای مختلف به کار می‌روند.روغن‌محور برای کنترل کف سطحی، آب‌محور برای آزادسازی هوای همراه، سیلیکون‌محور برای عملکرد دوگانه و کوپلیمرهای EO/PO برای کاربردهای وابسته به دما.

• کنترل کف از طریق سه مکانیسم انجام می‌شود.لاملاهای کف‌زا را با جابجایی سورفکتانت‌ها ناپایدار می‌کنند، حباب‌ها را از طریق پل‌زنی و جداشدن از سطح می‌ترکانند و با ترویج ادغام حباب‌ها، هوای به‌دام‌افتاده را به‌سرعت آزاد می‌کنند.

• انتخاب مناسب ضدرطوب‌کننده از خرابی تجهیزات جلوگیری می‌کند.در تجهیزات استخراج، کف می‌تواند ظرفیت مخزن را تا ۳۳۱TP3T کاهش دهد و باعث خوردگی موتور خلأ شود، در حالی که در ماشین‌کاری، مانع عملکردهای خنک‌کاری و روانکاری می‌شود.

• میزان مصرف بسته به کاربرد متفاوت است.غلظت‌های معمول بین ۰٫۱ تا ۰٫۳۱ TP3T در رنگ‌های لاتکس، ۱۰ تا ۳۰ پی‌پی‌ام در جداسازی گاز–روغن و ۱۰ تا ۲۰۰ پی‌پی‌ام در تصفیه فاضلاب، بسته به شدت کف و شرایط فرآیند، متغیر است.

ضدکفوی مایع مناسب، متناسب با فرآیند صنعتی خاص شما، از طول عمر تجهیزات محافظت می‌کند، کارایی عملیاتی را حفظ می‌کند و گلوگاه‌های تولید ناشی از مشکلات مربوط به کف را از بین می‌برد.

تجمع کف می‌تواند تجهیزات شما را از بین ببرد. کف غنی از دترجنت که با خاک و پرز مخلوط شده است، وارد موتورهای جاروبرقی می‌شود، مجاری هوا را مسدود می‌کند، قطعات داخلی را زنگ می‌زند و قدرت مکش را کاهش می‌دهد. یک کف‌گیر مایع یک افزودنی شیمیایی است که تشکیل کف را در مایعات فرآیندهای صنعتی کاهش داده و از آن جلوگیری می‌کند. فرآیندهای صنعتی با مشکلاتی جدی از سوی کف‌هایی مواجه هستند که نواقصی را در پوشش‌های سطحی ایجاد کرده و از پر شدن کارآمد مخازن جلوگیری می‌کنند. ما اغلب این مشکلات را در مخازن بازیابی دستگاه‌های استخراج و دستگاه‌های تمیزکننده خودکار می‌بینیم، جایی که کنترل کف به امری حیاتی تبدیل می‌شود. رایج‌ترین عوامل کف‌گیر شامل روغن‌های غیرقابل حل، ترکیبات کف‌گیر سیلیکونی مانند پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان‌ها و الکل‌های خاص هستند. در این مطلب، به بررسی نحوه عملکرد کف‌گیرهای مایع، انواع مختلف آن‌ها و کاربردهایشان در عملیات‌های صنعتی خواهیم پرداخت.

ده‌سوزهای مایع چیستند و خواص اصلی آن‌ها

یک مایع ضدکف‌کننده از سه جزء متمایز تشکیل شده است که با هم برای کنترل کف کار می‌کنند. مادهٔ اصلی یک جنس آب‌گریز که به‌عنوان عنصر فعال عمل می‌کند. مواد هیدروفوب شامل سیلیکا فرآوری‌شده، واکس‌ها (سنتتیک یا طبیعی) و سیلیکون‌ها یا مشتقات سیلیکونی هستند. این هیدروفوب‌ها می‌توانند به‌تنهایی یا در ترکیب با یکدیگر برای افزایش عملکرد به‌کار روند.

جزء دوم یک وسیله نقلیه حامل که عامل‌های فعال هیدروفوبیک را به سیستم هیدروفیلک نگهدارنده هوا منتقل می‌کند. حامل‌ها شامل روغن‌های معدنی، روغن‌های گیاهی و روغن‌های سیلیکونی هستند. سیال حامل معمولاً کشش سطحی کمتری نسبت به مایع کف‌زا دارد. پایداری طولانی‌مدت حامل در مایع اصلی، اثربخشی کنترل کف را در محصولاتی با عمر مفید طولانی تعیین می‌کند.

سومین مؤلفه، یک امولسیفایر, این امر توزیع بهینهٔ جزء هیدروفوبیک در حامل را فراهم می‌کند و در عین حال پخش عامل کنترل کف در سراسر مایع را تسهیل می‌نماید. امولسیفایرهای مورد استفاده شامل الکیل‌فنول‌های اتوکسیله‌شده و استرهاى سوربیتان هستند. ما مقدار امولسیفایر را به حداقل می‌رسانیم زیرا این ترکیبات خود می‌توانند در تشکیل کف نقش داشته باشند.

ترکیب شیمیایی و فعالیت سطحی

عوامل کنترل کف وقتی که تنش‌های سطحی یا بین‌سطحی کاهش می‌یابند، بهتر عمل می‌کنند. یک ضدافزن سیلیکونی حاوی ترکیبات فعال سطحی است که تنش سطحی مایع را تا حدی کاهش می‌دهد که حباب‌های هوا در کف فرو می‌ریزند. این کاهش تنش سطحی به ضدافزن امکان می‌دهد سریع‌تر در سطح تماس کف پخش شود.

الزامات ویسکوزیته برای پخش سریع

ویسکوزیته پایین به نفوذ و پخش کمک می‌کند. مایع ضدکف‌کننده باید ضریب پخش سریعی داشته باشد تا در سراسر محیط پخش شود. بدون این ویژگی ویسکوزیته پایین، ضدکف‌کننده نمی‌تواند به سطح مشترک هوا-مایع برسد تا تثبیت کف به‌موقع انجام شود.

حل‌نشدنی در محیط کف‌زا

ضدکف‌کننده باید در محیط کف‌زا نامحلول باشد. فاز مایع ضدکف‌کننده باید درجه‌ای از ناسازگاری یا نامحلولیت با محیطی که در آن قرار می‌گیرد داشته باشد. این ناسازگاری باعث می‌شود ضدکف‌کننده به صورت قطرات درآید که به سطح صعود کرده و به‌خوبی پخش شوند و حباب‌ها را بدون ایجاد کف بیشتر می‌ترکند.

انواع مایع زدودنده کف

فرمولاسیون‌کنندگان بر اساس سیستم حامل و شیمی فعال مورد نیاز برای شرایط فرآیندی خاص، از میان چهار دسته اصلی از مایع زدودنده حباب انتخاب می‌کنند.

ضدکف‌کننده‌های پایهٔ روغن با حامل‌های روغن معدنی یا گیاهی

فرمولاسیون‌های پایهٔ روغن از روغن معدنی، روغن گیاهی یا روغن سفید به‌عنوان حامل استفاده می‌کنند. این ترکیبات شامل واکس یا سیلیکا هیدروفوبیک برای افزایش عملکرد هستند. انواع روغن معدنی در سیستم‌های پایهٔ آب، سرکوب‌کنندگی عالی کف را ارائه می‌دهند. جایگزین‌های روغن گیاهی دارای محتوای فعال 100% با اثربخشی در محدوده 0.1-0.3% بر اساس وزن در سیستم‌های رنگ لاتکس هستند. فرمولاسیون‌های روغن گیاهی خطرات آلودگی سیلیکونی را که باعث ایجاد فرورفتگی (cratering)، چشم ماهی (fish-eyes) و عدم چسبندگی بین لایه‌ها در سیستم‌های اکریلیک و وینیل استات می‌شوند، از بین می‌برند. این کف‌گیرها در از بین بردن کف سطحی عملکرد بسیار خوبی دارند.

ضدکف‌کننده‌های پایه آبی برای آزادسازی هوای به دام افتاده

فرمولاسیون‌های پایه آبی، انواع روغن‌ها و واکس‌ها را در یک حامل آبی پراکنده می‌کنند. این روغن‌ها می‌توانند از نوع معدنی یا گیاهی باشند و واکس‌ها از الکل‌های چرب زنجیره‌بلند، صابون‌های اسید چرب یا استرها تشکیل شده‌اند. ضدکف‌کننده‌های پایه آبی به‌عنوان هواگیر عمل کرده و هوای به‌دام‌افتاده را از مایعات فرآیندی آزاد می‌کنند، برخلاف انواع پایه روغن. این تخصص آن‌ها را برای کاربردهایی که حذف هوای زیرسطحی مهم‌تر از کنترل کف سطحی است، ایده‌آل می‌سازد.

ترکیبات حباب‌زدا بر پایه سیلیکون

فرمولاسیون‌های سیلیکونی حاوی پلیمرهایی با اسکلت سیلیکونی هستند که به صورت روغن یا امولسیون‌های پایه آبی عرضه می‌شوند. یک امولسیون ضدکف معمولی سیلیکونی از پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان 30% در آب با ترکیبات معدنی اصلاح‌شده تشکیل شده است. این ترکیبات سیلیکا آب‌گریز را در روغن سیلیکونی پخش می‌کنند. انواع سیلیکون دو عملکرد را انجام می‌دهند و کف سطحی را از بین می‌برند در حالی که هوای به دام افتاده را آزاد می‌کنند. آن‌ها همچنان برای سیستم‌های کف‌زایی غیرآبی که شامل نفت خام و عملیات پالایش هستند، مناسب باقی می‌مانند.

ضدکف‌کننده‌های کوپلیمر EO/PO

کاپولیمرهای بلاکی اتیلن اکسید/پروپیلن اکسید از طریق مکانیزم محلولیت معکوس عمل می‌کنند. این سورفکتانت‌های غیرآنیونی در دماهای پایین محلول در آب باقی می‌مانند اما زمانی که دمای فرآیند از نقطه ابری آن‌ها فراتر می‌رود، در سطح تماس فوم رسوب کرده و پخش می‌شوند. کف‌زدایی به رابطه بین نقطه ابری شدن سورفکتانت و دمای کاربرد بستگی دارد. فرمول‌بندان باید بلاک کوپلیمرهایی را انتخاب کنند که نقطه ابری شدنشان پایین‌تر از دمای کاربرد مورد نظر باشد. این عوامل فعال 100% بدون سیلیکون، از نظر بیولوژیکی خنثی هستند. این ویژگی، استفاده از آن‌ها را در سیستم‌های تخمیر ایمن می‌سازد.

چگونه مایع‌کننده‌های ضدکف، تشکیل کف را کنترل می‌کنند

“حالت انتشار به دلیل جذب لایهٔ حباب ترک‌خورده به درون لایهٔ مایع اطراف رِی کوریتا, استادیار، دانشگاه متروپولیتن توکیو

سه مکانیزم پس از افزودن مایع کف‌گیر به مایعات فرآیندی، کنترل کف را انجام می‌دهند. این مکانیزم‌ها با هم کار می‌کنند تا کف سطحی و حباب‌های هوای دربرگرفته را از بین ببرند.

ناپایدارسازی لاملاهای کف در مرز مشترک هوا-مایع

عمل پخش‌شوندگی شوک مکانیکی به سطح کف ایجاد می‌کند و ساختار را ناپایدار می‌سازد. عامل کف‌زدا سریع‌تر روی سطح کف پخش می‌شود، لایه‌های لامل را نفوذ می‌کند و پیوستگی کف را مختل می‌کند. جزء هیدروفوبیک، سورفکتانت‌های تثبیت‌کننده را در سطح مشترک هوا-مایع جابه‌جا می‌کند. این تمایل به سطح مشترک هوا-مایع، حباب‌های هوا را می‌ترکاند و کف سطحی را از بین می‌برد.

پارگی حباب‌های هوا از طریق گسترش سطحی

ضدکف‌کننده وارد دیواره حباب می‌شود و ساختار فیلم را از طریق مکانیزم پل‌زنی می‌شکند. قطرات ضدکف با کشش سطحی پایین در سراسر لامله‌ امتداد می‌یابند و پل‌های ناپایداری تشکیل می‌دهند. یک ذره هیدروفوبیک یا قطره روغن با زاویه تماس بیش از ۹۰ درجه هنگام تماس با هر دو طرف لامل باعث جداشدن از سطح (dewetting) می‌شود. مایع در تماس با ذره به داخل خم می‌شود تا دو طرف فیلم به هم برسند و بشکنند. لامل در حین تشکیل پل تخلیه می‌شود و به نقطه‌ای بحرانی می‌رسد که در آن پل می‌شکند و هوای محبوس را آزاد می‌کند.

تغلیظ و بالا آمدن حباب‌های هوای همراه

حباب‌های هوای درگیر شده توده‌وار شده و حباب‌های بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند که سریع‌تر به سطح صعود می‌کنند. چندین حباب کوچک از طریق همگرایی با هم ادغام شده و از مخلوط خارج می‌شوند. عامل کف‌زدا شیب‌های تنش سطحی را کاهش می‌دهد. لایه‌های حباب نازک شده و در نقاط مشخصی می‌ترکند و گاز داخلی را آزاد می‌کنند. این فرآیند همگرایی با روش‌های مناسب اختلاط، حباب‌های بزرگ هوای درگیر شده را از بین می‌برد.

کاربردهای صنعتی و حل مسئله

“فناوری‌های سیلیکایی ما به لطف اثرات تقویت‌کننده قدرتمندشان که از بین رفتن کف را تسریع کرده و کارایی فرمولاسیون را افزایش می‌دهند، امکان کاهش میزان روغن و دوزینگ اقتصادی‌تر را فراهم می‌کنند. اِوونیک, شرکت پیشرو در زمینه مواد شیمیایی تخصصی

اپراتورهای صنعتی در بخش‌های مختلف با زیان‌های تولیدی ناشی از کف مواجه هستند. هر بخش نیازمند راه‌حل‌های مایع ضدکف هدفمند متناسب با شرایط خاص فرآیند است.

کنترل کف مخزن بازیابی در تجهیزات استخراج

کف در مخازن بازیابی دستگاه استخراج فرش باعث می‌شود مکانیزم شناور زودتر از حد لازم بسته شود و ظرفیت مخزن را تا ۳۳۱TP3T کاهش دهد. عملکرد شناور زمانی که کف مانع آن می‌شود، ناموفق می‌گردد و محلول کثیف به داخل موتور وکیوم کشیده می‌شود. این امر باعث خوردگی و خرابی زودرس می‌شود. ما از طریق شلنگ بازیابی، کف‌گیر رقیق‌شده را به کل سیستم وکیوم تزریق می‌کنیم و سپس سطح آن را بین ۰.۵ تا ۱.۰ اونس در هر گالن ظرفیت مخزن حفظ می‌کنیم.

مدیریت کف مایع خنک‌کننده و فرآیندی

کف خنک‌کنندهٔ فلزکاری از عملکرد روانکاری و خنک‌کنندگی جلوگیری می‌کند. همچنین حجم سیستم را افزایش می‌دهد. یک اونس از عامل ضدکف غلیظ می‌تواند ۵۰ گالن مایع خنک‌کنندهٔ رقیق‌شده را درمان کند. عملیات CNC با فشار بالا بیش از ۸۰۰ psi به فرمولاسیون‌های تخصصی کم‌کف نیاز دارند.

کارخانه کاغذسازی و فرآوری خمیر چوب

امولسیون‌های سیلیکونی در شرایط دمایی بالا و قلیایی فعال باقی می‌مانند. این شرایط در مراحل شستشوی خمیر، تبخیر و سفیدکاری رخ می‌دهند. این فرمولاسیون‌ها هوای به دام افتاده را آزاد کرده و کشش سطحی محلول‌های فرآیندی را کاهش می‌دهند. شستشوی خمیر قهوه‌ای با ترکیبات آلی‌سیلیکونی اصلاح‌شده، انتقال مواد شیمیایی و هزینه‌های سفیدکاری را کاهش می‌دهد.

عملیات فرآوری مواد غذایی و پالایش روغن

ضدکف‌های خوراکی کف را در فرایند آبجوسازی، فرآوری آب‌میوه و عملیات لبنیات کنترل می‌کنند و در عین حال با مقررات FDA مطابقت دارند. ضدکف‌های سیلیکونی با دوز ۱۰ تا ۳۰ پی‌پی‌ام در جداسازی نفت و گاز کف را از بین می‌برند و از انتقال مایع جلوگیری می‌کنند.

تصفیه فاضلاب و سیستم‌های هیدرولیک

مقدار دوز زدودنده کف فاضلاب بسته به شدت کف بین ۱۰ تا ۲۰۰ پی‌پی‌ام است. ضدکف هیدرولیک از آسیب کویتاسیون جلوگیری کرده و کارایی سیستم و طول عمر قطعات را حفظ می‌کند.

نتیجه‌گیری

ما به این موضوع پرداخته‌ایم که مایع کف‌گیرها چگونه از طریق سه مکانیزم اصلی، کف را مهار می‌کنند: ناپایدارسازی لامل‌های کف، ترکاندن حباب‌های هوا و ترویج همگرایی حباب‌ها. نیازمندی‌های خاص فرآیند تعیین می‌کند که آیا فرمولاسیون‌های پایه روغن، پایه آب، سیلیکونی یا کوپلیمر EO/PO را انتخاب کنیم. این ترکیبات از تجهیزات حیاتی در سیستم‌های استخراج، عملیات ماشین‌کاری فلزات، کارخانه‌های کاغذسازی و تأسیسات فاضلاب محافظت می‌کنند. انتخاب و دوزبندی مناسب زدوده‌کننده کف از آسیب به تجهیزات که می‌تواند پرهزینه باشد جلوگیری می‌کند. همچنین عملکرد فرآیند را بهبود می‌بخشد و تلفات تولید ناشی از کف کنترل‌نشده را از بین می‌برد.