Көбік түзілуін болдырмайтын агент көбік түзілуін қалай тоқтатады: техникалық нұсқаулық

Әлемдік көбік жоюшы заттар нарығының көлемі $5,64 миллиардты құрайды және 2030 жылға дейін жыл сайын 4,5TP3T-ке өседі. Бұл арнайы көбік жоюшы химикаттар көптеген салаларда маңызды рөл атқарады, бірақ олар сирек лайықты назарға ие болады. Көбік жиналуы жүйенің тиімділігін айтарлықтай төмендетіп, бірнеше мәселелерге әкеледі. Өнім тығыздығы біркелкі болмай қалады, машиналар зақымдалады және бөлу процестеріне кедергілер туындайды.

Көбік түзетін заттар газ бен сұйықтық кездесетін жерлерде көбік қабаттарын тұрақсыздандыра отырып, мәселелердің алдын алады. Азық-түлік және сусын индустриясы 2023 жылы нарық кірісінің 43,51%-ын құрады, бұл олардың бөтелкелеу және ферментация процесіндегі маңызды рөлін көрсетеді. Силикон негізіндегі өнімдер нарықта 49,41% кіріс үлесімен көш бастап тұр. Олардың танымалдығы төмен концентрацияда, pH деңгейі мен температураға қарамастан жақсы жұмыс істеуіне байланысты.

Бұл мақала арнайы химикаттардың көбік құрылымын қалай бұзатынын егжей-тегжейлі түсіндіреді. Сіз әртүрлі антикөбік агенттерінің түрлері мен олардың су өңдеу, азық-түлік өнеркәсібі, бояулар, мұнай-газ және кез келген көлемдегі тоқыма өнеркәсібі салаларындағы қолданылуын білесіз.

Сұйық жүйелерде көбік түзілуінің себептері

Сұйықтықта қалып қалған газ көпіршіктері бірден құлап қалмауға жеткілікті тұрақты көбік түзеді. Кез келген сұйықтықта көбік пайда болуы үшін екі негізгі нәрсе қажет: көпіршіктердің түзілуіне мүмкіндік беретін зат және сұйықтыққа ауаны араластыратын физикалық әсер.

Беттік-белсенді заттар және беттік кернеудің теңгерімсіздігі

Көбік түзу үшін беткі-белсенді заттар өте маңызды. Бұл арнайы молекулалардың екі ұшы бар – бірі суды жақсы көреді (гидрофильді), екіншісі судан қашады (гидрофобтық). Бұл молекулалар газ сұйықтықпен жанасатын жерге жиналып, беттік кернеуді төмендетеді – сұйықтық беттерін созылғыш мембраналар сияқты әрекет етуге мәжбүр ететін қасиет.

Беттік кернеуді төмендету көбік түзуде маңызды рөл атқарады. Судың өзі жоғары беттік кернеуге ие (25 °C-та шамамен 72 мН/м), бірақ сульфаттар оны 20–40 мН/м-ге дейін төмендете алады. Беттік кернеу төмен болғанда ауа көпіршіктерін түзуге және олардың тұрақты болуына аз энергия қажет. Әрбір көпіршік сульфат молекулаларының суға қарсы бағытталған ұштары ауаға, ал суды сүйетін ұштары сұйықтыққа қараған кезде қорғаныш қабатымен жабылады.

Көбік түзілуіндегі араластыру мен аэрацияның рөлі

Сұйықтықтарға ауамен араласу үшін механикалық энергия қажет. Бұл энергия болмаса, беткі-белсенді заттар болса да көпіршіктер пайда болмайды. Жиі қолданылатын араластыру көздеріне мыналар жатады:

• Табиғи сулардағы жел мен толқындар
• Өнеркәсіптік араластыру және қоздыру
• Сәлдер немесе ағыс жылдамдығы жоғары учаскелер арқылы ағатын су
• Машиналардағы сорғылар мен тісті берілістер жұмыс істеп жатыр

Күштірек араластыру сұйықтықта көбірек ауа көпіршіктерін ұстап қалып, көбірек көбік пайда болады. Көбік ауа қамалатын турбулентті аймақтарда, мысалы, ағынды судың шапшаң бөлімдерінде немесе бөгеттің негізінде ең оңай пайда болады.

Ақуыздар мен қатты заттар сияқты ластағыштардың әсері

Ақуыздар табиғи беткі-белсенді зат ретінде әрекет етіп, көбіктің тұрақтылығын арттырады. Кішігірім беткі-белсенді молекулалардан айырмашылығы, ақуыздар беттер арасында қалың, созылғыш пленкалар түзіп, көбіктің тұрақтылығын айтарлықтай күшейтеді. Бұл ұрланған жұмыртқа ақуызының тұрақты көбік түзуін түсіндіреді – ұру ақуыздарды ашып, суға қарсы бетін ауаға, ал суды сүйетін бетін сұйықтыққа бағыттайды.

Қатты бөлшектер өз қасиеттеріне қарай көбік түзілуін ынталандыра немесе болдырмай алады. Суға төзімді бөлшектер бетке жабысып, көпіршіктердің бірігуіне қарсы физикалық тосқауыл жасап, оларды тұрақтандырады. Алайда кейбір майлар мен суға төзімді бөлшектер көпіршіктер арасындағы сұйық пленкаларды тұрақсыздандырып, көбікті бұза алады.

Көбік түзуді ынталандыратын басқа ластаушы заттарға майлар, майлы заттар және жабысқақ майлар (FOG) жатады, олар газ көпіршіктерін ұстап қалатын жабысқақ беттер жасайды, сондай-ақ беттік кернеуді төмендететін ыдыраған қоспалар да кіреді.

Көбік қарсы агенттер көбік құрылымын қалай бұзады

Көбікке қарсы агенттер көбіктің тұрақтылығын түпкілікті түрде бағыттайтын арнайы физика-химиялық қағидалар арқылы әрекет етеді. Бұл агенттердің жұмыс істеуі үшін екі негізгі талап қажет: ену коэффициенті нөлден жоғары және таралу коэффициенті нөлден жоғары.

Кіру және таралу коэффициенттері түсіндірілді

Енгізу коэффициенті (E) көпіршік қарсыластырғыштың ауа мен көпіршік қабырғасы (ламелла) арасындағы интерфейске ену қабілетін көрсетеді. Ғалымдар бұл коэффициентті математикалық түрде былайша көрсетеді:

E = γwa + γwo – γoa

γwa көпіршікті сұйықтықтың беттік кернеуін білдіреді, γwo көбік жоюшы мен көпіршікті сұйықтық арасындағы интерфейстік кернеуді көрсетеді, ал γoa көбік жоюшының беттік кернеуін білдіреді. Оң мән көбікке қарсы агенттің көбік құрылымына енуіне мүмкіндік береді.

Таралу коэффициенті (S) агент кіргеннен кейін көбік беті бойымен қалай қозғалатынын көрсетеді:

S = γwa – γwo – γoa

Оң S мәні көбікке қарсы агенттің беттік-белсенді заттарды интерфейсте таратып, ығыстыруына көмектеседі. Көпірлену коэффициенті (B = γ²wa + γ²wo + γ²oa) де көбікті тиімді бұзу үшін оң болуы тиіс.

Ламелла енуі және пленка көпірленуі

Антифом көбік жоюшысы көбік құрылымына енгеннен кейін бірнеше механизм арқылы көбікті бұзады. Көпірлену-ылғалдан ажырау процесі май тамшысы көбік қабатының бетіне еніп, линза пішінін алып, қарама-қарсы беттер арасында көпір түзген кезде басталады. Капиллярлық күштер көпір айналасында ылғалдан ажырауды тудырып, нәтижесінде қабат жарылады.

Көпір-созу механизмі басқа бір тәсілді ұсынады. Мұнда көбікті болдырмайтын бөлшек көбік беттері арасында көпір жасап, ең жұқа жерінде жарылатын тұрақсыз пленка түзеді. Гидрофобты бөлшектері бар аралас майлы-қатты көбікті болдырмайтын агент бұл процесті ерекше тиімді етеді.

Газ-сұйықтық шекарасындағы беткі-белсенді заттардың ығысуы

Химиялық антикөбік агенті газ-сұйықтық шекарасында беткі-белсенді заттарды ығыстырады. Агент таралып, линза түзеді, ол ламелланы жұқартады. Бұл бастапқы беткі-белсенді затпен тұрақтандырылған құрылымға қарағанда әлдеқайда аз серпімді фильм қалыптастырады.

Дефоамерлер мен антифом көбік құрылымында әлсіз жерлер жасайды. Олар мұны беттік кернеуді төмендету, ламеллалар арасында физикалық көпірлер құру және көпіршіктерді бүтін ұстап тұратын стабилизациялайтын беткі-белсенді зат қабатын жою арқылы жүзеге асырады. Марангони эффектісі бұл үдерісті күшейтеді: беттік кернеуі жоғары аймақтар төмен беттік кернеуі бар сұйықтықтарды тартады, бұл көбік құрылымын одан әрі әлсірететін ағындар тудырады.

Көбік түзілуге қарсы агенттердің түрлері және олардың құрамы

Көбік түзілуге қарсы заттар әртүрлі формулаларда шығарылады, әрқайсысы белгілі бір қолданбаларға арналған ерекше химиялық құрамға ие. Силикон негізіндегі өнімдер нарықта үстемдік етіп, табыс үлесінің шамамен 49,41%-ын құрайды.

Силикон негізіндегі агенттер: ПДМС және эмульсиялар

Полидиметилсилоксан (PDMS) силикон негізіндегі көбік жоюшының негізін құрайды. Бұл полимерлердің молекулалық салмағы 3 200-ден 16 500 Da-ға дейін өзгереді. PDMS қосылыстары химиялық бейтараптылығы, жылу тұрақтылығы және шамамен 21 мН/м беттік кернеуінің өте төмен болуы арқасында тамаша өнімділік көрсетеді. Силикон эмульсиялары тиісті таралуды қамтамасыз ететін иондық емес эмульгаторлармен бірге 10–40 % белсенді силикон құрамын қамтиды.

Мұнай негізіндегі агенттер: минералды және өсімдік майлары

Минералды май негізіндегі деаэриаторлық формулалар 70–95% минералды майдан, гидрофобты бөлшектер мен эмульгаторлардан тұрады. Бұл заттар сулы және сусыз жүйелерде жақсы жұмыс істейді. Жержаңғақ және пальма ядросы майлары сияқты өсімдік майлары коммерциялық деаэриаторларға ұқсас тұтқырлық профилі бар биологиялық ыдырайтын баламаларды ұсынады. Зерттеулер көрсеткендей, кокос майы 54%-ға дейінгі айтарлықтай жоғары май қалпына келтіру көрсеткішімен ерекшеленеді.

Силиконсыз антипенка: майлы спирттер және эфирлер

Майлы спирттер негізіндегі көбік жоюшы сұйықтық гидрофобтық табиғаты арқасында тиімді антикөбіктік агенттер ретінде қызмет етеді. Бұл қосылыстарға көбікті жою қабілетіне әсер ететін әртүрлі этилен оксиді (EO) және пропилен оксиді (PO) бірліктері бар полиэфирлер жатады. EO және PO бірліктеріне (PO бірліктері EO бірліктерінен бұрын) байланысқан көбік жоюшылар тек EO бірліктері барларға қарағанда күшті көбікті жою қабілетін көрсетеді.

Гидрофобты қатты заттар: кремний диоксиді және майлар

Гидрофобты қатты заттар тасымалдаушы майлармен араласқанда кооперативтік әсер тудырады. Танымал нұсқаларға гидрофобталған кремний диоксиді, этилен бисстеарамиді (EBS), парафинді балауыз және майлы спиртті балауыз жатады. Қатты заттың бөлшектерінің өлшемі мен беттік қаталдығы оның тиімділігін анықтайды. Үлкен бөлшектер пленканы жақсырақ тұрақсыздандырады, бірақ сақтау кезінде шөгінділердің пайда болуына әкелуі мүмкін, сондықтан тиісті дисперсиялау әдістері маңызды.

Көбік түзілуге қарсы заттардың өнеркәсіптік қолданылуы

Көбік түзілуін болдырмайтын заттар барлық түрдегі кәсіпорындардағы жұмыс үдерісіндегі үзілістердің алдын алуға көмектеседі. Бұл арнайы химикаттар көбікке байланысты мәселелерді нақты қажеттіліктерге сай арнайы формулалар арқылы бақылайды.

Суды тазарту: аэрация бассейндері және тұндырғыштар

Кәріз суларын тазарту қондырғыларындағы шамадан тыс көбік жұмыс кезінде қауіпті жағдайлар тудырады және тиімділікті төмендетеді. Жұмысшылар аэрация бассейндеріндегі көбіктен, әсіресе шұңқырлар, резервуарлар мен ашық шұңқырлар маңында денсаулық пен қауіпсіздік қаупіне ұшырайды. Көбік түзетін заттар тұндырғыштардың жұмысын жақсартады, әсіресе қатты заттардың жоғары мөлшері көбік жиналып, тиімділікті төмендететін кезде. Бұл заттар техникалық қызмет көрсету қажеттілігін азайтып, қызметкерлер мен жұртшылыққа зиян келтіруі мүмкін көбіктегі бактериялардың өсуін тоқтатады.

Азық-түлік өңдеу: ферментация және жуу желілері

Азық-түлік сапасына сай көбікке қарсы агенттер ферментациялық үдерістерде, сусын өндіруде және жуу операцияларында аса маңызды. Дұрыс қолдану азық-түлік өндіру кезінде көбіктің асып кетуін болдырмай, жабдықты қорғап, тоқтау уақытын азайтады. Бұл агенттер жуу желілерін тиімдірек етеді: сынақтар қажетті дозаны 3 есе азайтатынын көрсетті. Сонымен қатар олар көбіксіз ағынды талап ететін нормативтік актілерге сәйкес келуге компанияларға көмектеседі.

Бояулар мен жабындар: пигментті ұнтақтау және толтыру

Бояу өндірісінде араластыру, ұнтақтау және автоматтандырылған толтыру кезінде көбік пайда болады, бұл өндіріс қарқынын бәсеңдетіп, өнімділікті төмендетеді. Бояуға арналған дефоамерлер қолдану кезінде кратерлер, «балық көзі» және ұсақ тесікшелер сияқты беттік ақаулардың пайда болуына жол бермейді. Өнеркәсіптік деректер көрсеткендей, уақытты дұрыс таңдау маңызды – осы агенттерді ұнтақтау, араластыру немесе дайын өнімге қосу олардың тиімділігіне айтарлықтай әсер етеді.

Мұнай және газ: бұрғылау және өңдеу операциялары

Мұнай-газ операцияларында ұңғыма басынан бастап өңдеуге дейін көбікті бақылау өте маңызды. Компаниялар газ-мұнай ажырату, бұрғылау шламдары, газды кептіру және газды тазалау процестерінде мұнайға арналған көбікке қарсы агенттерді қолданады. Көбік ажыратқыштардың тиімділігін төмендетіп, шикі мұнай өндіру кезінде сұйықтықтың қайта араласу ықтималдығын арттыруы мүмкін.

Текстильді өңдеу: бояу және соңғы өңдеу

Көбік тоқыма өндірісінде машиналардың тоқтауынан бастап бояудың біркелкі емеуіне және мата ақауларына дейін көптеген мәселелер тудырады. Көбікке қарсы агенттер өндіріс процесін үздіксіз жүргізуге, өнім сапасын жақсартуға және химикаттарды азайтуға мүмкіндік береді.

Қорытынды

Бұл мақала химиялық көбік сөндіргіш заттардың күрделі ғылымын және олардың барлық көлемдегі салалардағы маңызды рөлін зерттейді. Бұл арнайы химикаттар көбік түзілуін физика-химиялық принциптер арқылы бұзып, көбіктің құрылымын бұзу үшін оң ену және таралу коэффициенттерін пайдаланады.

Кремний негізіндегі формулалар, атап айтқанда полидиметилсилоксан (ПДМС) бар формулалар, аз мөлшерде ерекше жақсы жұмыс істейтіндіктен нарықта басты орын алады. Май негізіндегі агенттер, силиконсыз органикалық қосылыстар және гидрофобты қатты заттар нақты қажеттіліктер мен экологиялық факторларға сәйкес тамаша балама болып табылады.

Бұл антифом көбікті басу құралдары ламелла енуі, фильм көпірлеу және беткі-белсенді заттарды ығыстыру сияқты күрделі әдістер арқылы көбікті бақылайды. Олар су тазарту қондырғыларында, азық-түлік өңдеу зауыттарында, бояу өндіруде, мұнай өңдеу зауыттарында және тоқыма өндіріс желілеріндегі жұмыс мәселелерінің алдын алуға көмектеседі.

Көбікке қатысты мәселелер өнеркәсіптік өнімділікке әсер етуді жалғастырып келеді, сондықтан антикөбіктік агенттер міндетті емес қоспалар емес, маңызды технологиялық көмекшілер болып табылады. Олар өндірістің үздіксіз жұмыс істеуін қамтамасыз етіп, техникалық қызмет көрсету қажеттілігін азайтып, жабдықты зақымданудан қорғайды. Бұл артықшылықтар оларды қазіргі заманғы өнеркәсіптік процестер үшін аса маңызды етеді.

Осы агенттердің артындағы ғылым бұл мамандандырылған нарықтың әлемдік деңгейде $5,64 миллиардқа бағалануын және оның тұрақты түрде өсіп отыруын көрсетеді. Олардың табысы газ бен сұйықтық қабысатын молекулалық деңгейдегі жобаланған өзара әрекеттесулерден, тек қарапайым химиялық реакциялардан емес, туындайды.