Forklaring på flytende skumdempere: Hvordan de regulerer skumdannelse i industrielle anvendelser

De viktigste erfaringene

Å forstå hvordan skumdempere for væsker fungerer, kan beskytte din industrivirksomhet mot kostbare skader på utstyr og produksjonstap som skyldes ukontrollert skumdannelse.

- Flytende skumdempere består av tre komponenter som virker sammen: hydrofobe materialer (som silisiumdioksid eller voks), bærestoffer (oljer eller vann) og en minimal mengde emulgatorer for å sikre rask spredning og destabilisere skummet ved grensesnittet mellom luft og væske.

- Fire hovedtyper av skumdempere dekker ulike behov: oljebaserte for å kontrollere overflateskum, vannbaserte for å frigjøre innblandet luft, silikonbaserte for dobbeltfunksjon, og EO/PO-kopolymerer for temperaturavhengige bruksområder.

- Skumkontrollen skjer gjennom tre mekanismer: å destabilisere skumlameller ved å fortrenge overflateaktive stoffer, sprenge bobler gjennom brodannelse og avfukting, samt fremme sammensmelting av bobler for å frigjøre innestengt luft raskt.

- Riktig valg av skumdempere forhindrer utstyrssvikt: I utvinningsutstyr kan skum redusere tankkapasiteten med 33% og føre til korrosjon i vakuummotoren, mens det i metallbearbeiding hemmer kjøle- og smørefunksjonene.

- Doseringen varierer avhengig av bruksområdet: Typiske konsentrasjoner varierer fra 0,1–0,31 TP3T i lateksmaling, 10–30 ppm ved separasjon av olje og gass og 10–200 ppm ved avløpsrensing, avhengig av skumdannelsens omfang og prosessforholdene.

Det riktige flytende skumdempingsmiddelet, tilpasset akkurat din industrielle prosess, sikrer utstyrets levetid, opprettholder driftseffektiviteten og eliminerer produksjonsflaskehalser forårsaket av skumrelaterte problemer.

Skumdannelse kan ødelegge utstyret ditt. Skum med høyt innhold av vaskemiddel, blandet med smuss og lo, suges inn i støvsugermotorene og tetter til luftkanalene, forårsaker korrosjon på innvendige deler og reduserer sugekraften. Et flytende skumdempende middel er et kjemisk tilsetningsstoff som reduserer og forhindrer skumdannelse i industrielle prosessvæsker. Industrielle prosesser står overfor alvorlige problemer med skum som forårsaker feil på overflatebelegg og hindrer effektiv fylling av beholdere. Vi ser disse problemene oftest i oppsamlingstanker på ekstraksjonsmaskiner og automatiske skrubbere, der skumkontroll blir avgjørende. De vanligste skumdempende midlene inkluderer uoppløselige oljer, silikonbaserte skumdempende forbindelser som polydimetylsiloksaner og visse alkoholer. I denne artikkelen skal vi se nærmere på hvordan flytende skumdempere fungerer, de ulike typene og bruksområdene deres i industrielle operasjoner.

Hva flytende skumdempere er, og deres viktigste egenskaper

Et flytende skumdempende middel består av tre forskjellige komponenter som virker sammen for å dempe skumdannelsen. Hovedingrediensen er en hydrofobt materiale som fungerer som det aktive elementet. Hydrofobe materialer omfatter behandlet silisiumdioksid, voks (syntetisk eller naturlig) samt silikoner eller silikonderivater. Disse hydrofobe stoffene kan brukes alene eller i kombinasjon for å forbedre ytelsen.

Den andre komponenten er en transportkjøretøy som overfører de hydrofobe aktive stoffene til det hydrofile systemet som holder på luften. Bærestoffer omfatter mineraloljer, vegetabilske oljer og silikonoljer. Bærervæsken har vanligvis lavere overflatespenning enn den skummende væsken. Bærerens langsiktige stabilitet i den opprinnelige væsken avgjør hvor effektiv skumkontrollen er i produkter med lang holdbarhet.

Den tredje komponenten, en emulgator, vil sikre en optimal fordeling av den hydrofobe komponenten i bærestoffet, samtidig som det letter spredningen av skumdempemidlet i væsken. Blant emulgatorene som brukes, finnes etoksylerte alkylfenoler og sorbitanestere. Vi holder mengden emulgatorer på et minimum, da disse forbindelsene i seg selv kan bidra til skumdannelse.

Kjemisk sammensetning og overflateaktivitet

Skumdempende midler virker bedre når overflatespenningen eller grensesnittspenningen reduseres. Et silikonbasert skumdempende middel inneholder overflateaktive komponenter som reduserer væskens overflatespenning i en slik grad at luftboblene i skummet kollapser. Denne reduksjonen i overflatespenningen gjør at det skumdempende middelet sprer seg raskere over skumgrensesnittet.

Krav til viskositet for rask utbredning

Lav viskositet bidrar til inntrengning og spredning. Det flytende skumdempende middelet må ha en rask spredningskoeffisient slik at det sprer seg over mediet. Uten denne egenskapen med lav viskositet kan ikke skumdempende middelet nå grensesnittet mellom luft og væske, der skummet stabiliseres, raskt nok.

Uoppløselighet i skummende medium

Skumdempemidlet må være uoppløselig i det skummende mediet. Skumdempemidlets væskefase må ha en viss grad av uforenlighet eller uoppløselighet med mediet det tilsettes. Denne uforenligheten gjør at skumdempemidlet kan danne dråper som stiger opp til overflaten og sprer seg godt, slik at de sprekker boblene uten å bidra til ytterligere skumdannelse.

Typer av flytende skumdempere

Formulerere velger blant fire hovedkategorier av flytende skumdempere, avhengig av bærersystemet og den aktive kjemien som kreves for de spesifikke prosessforholdene.

Oljebaserte skumdempere med mineral- eller vegetabilsk olje som bærestoff

Oljebaserte formuleringer bruker mineralolje, vegetabilsk olje eller hvitolje som bærestoff. Disse blandingene inneholder voks eller hydrofobt silisiumdioksid for å forbedre ytelsen. Mineraloljevarianter gir utmerket skumdemping i vannbaserte systemer. Alternativene med vegetabilsk olje har et aktivt innhold på 100% og er effektive ved 0,1–0,3% vektprosent i latexmalingssystemer. Formuleringene med vegetabilsk olje eliminerer risikoen for silikonforurensning som forårsaker kraterdannelse, «fish-eyes» og manglende vedheft mellom lagene i akryl- og vinylacetatsystemer. Disse skumdempere er svært effektive til å fjerne overflateskum.

Vannbaserte skumdempere for fjerning av innblandet luft

Vannbaserte formuleringer dispergerer ulike oljer og voksarter i en vannholdig bærer. Oljene kan være av mineralsk eller vegetabilsk opprinnelse, og voksene består av langkjedede fettalkoholer, fettsyresåper eller estere. Vannbaserte skumdempere fungerer som avluftingsmidler og frigjør innfanget luft fra prosessvæsker, i motsetning til oljebaserte varianter. Denne spesialiseringen gjør dem ideelle for anvendelser der fjerning av luft under overflaten er viktigere enn kontroll av skum på overflaten.

Silikonbaserte skumdempende blandinger

Silikonformuleringer inneholder polymerer med silisiumkjeder, og leveres som oljer eller vannbaserte emulsjoner. En typisk silikonbasert skumdempende emulsjon består av 30%-polydimetylsiloksan i vann med modifiserte uorganiske komponenter. Disse forbindelsene dispergerer hydrofobt silisiumdioksid i silikonolje. Silikonvarianter har en dobbel funksjon: de bryter ned overflateskum samtidig som de frigjør innestengt luft. De er egnet for ikke-vannholdige skumsystemer, blant annet i forbindelse med råolje og raffineringsprosesser.

Skumdempere av EO/PO-kopolymer

Blokk-kopolymerer av etylenoksid og propylenoksid virker gjennom en mekanisme basert på omvendt løselighet. Disse ikke-ioniske overflateaktive stoffene forblir vannløselige ved lave temperaturer, men utfelles og sprer seg ved skumgrensesnittet når prosessens temperatur overstiger deres tåkepunkt. Skumdemping avhenger av forholdet mellom overflateaktivt middelets tåkepunkt og brukstemperaturen. Formulerere bør velge blokk-kopolymerer med et tåkepunkt som ligger under den tiltenkte brukstemperaturen. Disse aktive, silikonfrie midlene av typen 100% er biologisk inerte. Dette gjør dem trygge å bruke i gjæringssystemer.

Hvordan flytende skumdempere regulerer skumdannelsen

“utbredelsesmåte som skyldes at hinnen fra den sprukne boblen absorberes inn i den omgivende væskehinnen” — Rei Kurita, Førsteamanuensis, Tokyo Metropolitan University

Det er tre mekanismer som styrer skumkontrollen etter at flytende skumdempende middel er tilsatt prosessvæskene. Disse mekanismene virker sammen for å fjerne overflateskum og medførte luftbobler.

Destabilisering av skumlameller ved grensesnittet mellom luft og væske

Spredningsprosessen skaper et mekanisk støt mot skumoverflaten og destabiliserer strukturen. Skumdempemidlet sprer seg raskere over skumoverflaten, trenger inn i lamellene og bryter ned skumets sammenhengskraft. Den hydrofobe komponenten fortrenger stabiliserende overflateaktive stoffer ved grensesnittet mellom luft og væske. Denne affiniteten til luft-væske-grensesnittet sprekker luftboblene og bryter ned overflateskummet.

Brudd på luftbobler gjennom overflatespredning

Skumdempemidlet trenger inn i bobleveggen og bryter filmstrukturen gjennom en brodanningsmekanisme. Skumdempende dråper med lav overflatespenning strekker seg over lamellen og danner ustabile broer. En hydrofob partikkel eller en oljedråpe med en kontaktvinkel på over 90° forårsaker avfukting ved kontakt med begge sider av en lamell. Væsken som er i kontakt med partikkelen bøyer seg innover til begge sider av filmen berører hverandre og brister. Lamellen tømmes etter hvert som broen dannes og når et kritisk punkt der den bryter og frigjør innestengt luft.

Agglomerering og oppstigning av medførte luftbobler

Innesluttede luftbobler klumper seg sammen og danner større bobler som stiger raskere opp til overflaten. Flere små bobler smelter sammen og slipper ut av blandingen gjennom koalescens. Skumdempere reduserer gradienten i overflatespenningen. Boblefilmene blir tynnere og sprekker på bestemte steder, slik at gassen inni slippes ut. Denne koalescensprosessen fjerner store innesluttede luftbobler ved hjelp av egnede blandingsmetoder.

Industrielle anvendelser og problemløsning

“Våre silikatteknologier gjør det mulig å redusere oljeinnholdet og oppnå mer økonomisk dosering, takket være deres kraftige forsterkende effekt som fremskynder skumnedbrytningen og forbedrer formuleringens effektivitet.” — Evonik, Ledende selskap innen spesialkjemikalier

Industribedrifter opplever produksjonstap knyttet til skumdannelse i flere sektorer. Hver av disse sektorene krever målrettede løsninger med flytende skumdempere som er tilpasset de spesifikke prosessforholdene.

Skumkontroll i oppsamlingstanken i utvinningsutstyr

Skum i oppsamlingstankene på tepperenseren fører til at flottørmekanismen lukkes for tidlig og reduserer tankkapasiteten med opptil 33%. Flottørmekanismen slutter å fungere når skummet hindrer den, og skittent vaskevann suges inn i vakuummotoren. Dette fører til korrosjon og for tidlig svikt. Vi tilsetter fortynnet skumdempende middel gjennom oppsamlingsslangen for å behandle hele vakuumsystemet, og opprettholder deretter en konsentrasjon på 0,5 til 1,0 ounces per gallon tankkapasitet.

Håndtering av skum i kjølevæske og prosessvæske

Skum i kjølevæske til metallbearbeiding hemmer smøre- og kjølefunksjonene. Det øker også systemvolumet. Én ounce konsentrert skumdempende middel behandler 50 gallon fortynnet kjølevæske. CNC-operasjoner med høyt trykk over 800 psi krever spesialutviklede formuleringer med lavt skumdannende innhold.

Papirfabrikk og tremasseforedling

Silikonemulsjoner forblir aktive ved høye temperaturer og under alkaliske forhold. Slike forhold forekommer i vaske-, fordampings- og blekingsfasene ved masseproduksjon. Disse formuleringene fjerner innestengt luft og reduserer overflatespenningen i prosessvæskene. Vasking av brunt masse med modifiserte organosilikonforbindelser reduserer kjemikalieoverføring og blekingskostnader.

Matforedling og oljeraffinering

Skumdempere av næringsmiddelkvalitet regulerer skumdannelsen ved brygging, juiceproduksjon og meierivirksomhet, samtidig som de oppfyller FDA-forskriftene. Silikonbaserte skumdempere eliminerer skum ved en dosering på 10–30 ppm ved separasjon av olje og gass og forhindrer væsketransport.

Avløpsrensing og hydrauliske systemer

Skumdempere for avløpsvann doseres med 10–200 ppm, avhengig av hvor kraftig skumdannelsen er. Hydrauliske skumdempere forhindrer kavitasjonsskader og opprettholder systemets effektivitet og komponenters levetid.

Konklusjon

Vi har sett nærmere på hvordan flytende skumdempere reduserer skumdannelse gjennom tre hovedmekanismer: ved å destabilisere skumlameller, sprenge luftbobler og fremme sammensmelting av bobler. Spesifikke prosesskrav avgjør om vi velger oljebaserte, vannbaserte, silikonbaserte eller EO/PO-kopolymerformuleringer. Disse forbindelsene beskytter kritisk utstyr i utvinningssystemer, metallbearbeiding, papirfabrikker og avløpsanlegg. Riktig valg og dosering av skumdempere forhindrer skader på utstyret som kan bli kostbare. Det forbedrer også prosessytelsen og eliminerer produksjonstap som ukontrollert skum forårsaker.