Explicații privind agentul antispumant lichid: cum controlează spuma în aplicațiile industriale

Principalele concluzii

Înțelegerea modului de funcționare al agenților antispumant lichizi vă poate proteja operațiunile industriale de avariile costisitoare ale echipamentelor și de pierderile de producție cauzate de acumularea necontrolată de spumă.

- Agentii antispumanti lichizi utilizează trei componente care acționează în mod sinergic: materiale hidrofobe (cum ar fi silicea sau cerurile), vehicule purtătoare (uleiuri sau apă) și o cantitate minimă de emulgatori pentru a se răspândi rapid și a destabiliza spuma la interfața aer-lichid.

- Există patru tipuri principale de agenți antispumant care răspund unor nevoi diferite: pe bază de ulei pentru controlul spumei de suprafață, pe bază de apă pentru eliminarea aerului antrenat, pe bază de silicon pentru performanță cu dublă funcție și copolimeri EO/PO pentru aplicații dependente de temperatură.

- Controlul spumei se realizează prin trei mecanisme: destabilizarea lamelelor de spumă prin înlăturarea agenților tensioactivi, ruperea bulelor prin formarea de punți și dezumidificare, precum și favorizarea coalescenței bulelor pentru a elibera rapid aerul captat.

- Alegerea corectă a agentului antispumant previne defectarea echipamentelor: În echipamentele de extracție, spuma poate reduce capacitatea rezervorului cu 33% și poate provoca coroziunea motorului de vid, în timp ce în prelucrarea metalelor aceasta împiedică funcțiile de răcire și lubrifiere.

- Doza variază în funcție de aplicație: Concentrațiile tipice variază între 0,1 și 0,31 TP3T în vopselele pe bază de latex, între 10 și 30 ppm în procesul de separare a petrolului de gaz și între 10 și 200 ppm în tratarea apelor uzate, în funcție de intensitatea spumării și de condițiile de proces.

Un agent antispumant lichid adecvat, adaptat procesului dvs. industrial specific, asigură durabilitatea echipamentelor, menține eficiența operațională și elimină blocajele din producție cauzate de problemele legate de spumă.

Acumularea de spumă poate distruge echipamentul dumneavoastră. Spuma bogată în detergent, amestecată cu murdărie și scame, este aspirată în motoarele aspiratoarelor, înfundând canalele de aer, corodând componentele interne și reducând puterea de aspirare. Un agent antispumant lichid este un aditiv chimic care reduce și previne formarea spumei în lichidele utilizate în procesele industriale. Procesele industriale se confruntă cu probleme grave cauzate de spumă, care creează defecte la acoperirile de suprafață și împiedică umplerea eficientă a recipientelor. Aceste probleme apar cel mai des în rezervoarele de recuperare ale mașinilor de extracție și ale mașinilor automate de spălat pardoseli, unde controlul spumei devine esențial. Printre cei mai comuni agenți antispumant se numără uleiurile insolubile, compușii antispumant pe bază de silicon, precum polidimetilsiloxanii, și anumiți alcooli. În acest articol, vom analiza modul în care funcționează antispumanții lichizi, diversele lor tipuri și aplicațiile lor în cadrul operațiunilor industriale.

Ce sunt agenții antispumant lichizi și care sunt proprietățile lor principale

Un agent antispumant lichid este alcătuit din trei componente distincte care acționează împreună pentru a controla formarea spumei. Ingredientul principal este un material hidrofob care îndeplinește rolul de element activ. Printre materialele hidrofobe se numără silicea tratată, cerurile (sintetice sau naturale) și siliconii sau derivații de silicon. Aceste substanțe hidrofobe pot fi utilizate singure sau combinate pentru a spori performanța.

A doua componentă este o vehicul de transport care transferă agenții activi hidrofobi în sistemul hidrofil care reține aerul. Printre substanțele purtătoare se numără uleiurile minerale, uleiurile vegetale și uleiurile siliconice. Fluidul purtător are, de obicei, o tensiune superficială mai mică decât lichidul spumant. Stabilitatea pe termen lung a substanței purtătoare în lichidul inițial determină eficacitatea controlului spumei în produsele cu termen de valabilitate prelungit.

A treia componentă, o emulgator, va asigura o distribuție optimă a componentei hidrofobe în vehicul, facilitând în același timp răspândirea agentului anti-spumant în întregul lichid. Emulgatorii utilizați includ alchilfenoli etoxilați și esteri de sorbitan. Reducem la minimum cantitatea de emulgator, deoarece acești compuși pot contribui ei înșiși la formarea spumei.

Compoziția chimică și activitatea de suprafață

Agenții de control al spumei sunt mai eficienți atunci când tensiunea superficială sau tensiunea interfacială scade. Un agent antispumant pe bază de silicon conține componente tensioactive care reduc tensiunea superficială a lichidului într-o asemenea măsură încât bulele de aer din spumă se sparg. Această reducere a tensiunii superficiale permite agentului antispumant să se răspândească mai rapid pe interfața spumei.

Cerințe privind vâscozitatea pentru o întindere rapidă

Vâscozitatea redusă contribuie la penetrare și răspândire. Agentul antispumant lichid trebuie să aibă un coeficient de răspândire rapid, astfel încât să se răspândească pe suprafața mediului. Fără această caracteristică de vâscozitate redusă, agentul antispumant nu poate ajunge la interfața aer-lichid, unde stabilizarea spumei are loc suficient de repede.

Insolubilitate în mediu spumant

Agentul antispumant trebuie să fie insolubil în mediul care produce spuma. Faza lichidă a agentului antispumant trebuie să prezinte un anumit grad de incompatibilitate sau insolubilitate față de mediul în care este introdus. Această incompatibilitate permite agentului antispumant să formeze picături care se ridică la suprafață și se răspândesc bine, spărgând bulele fără a contribui la formarea de spumă suplimentară.

Tipuri de agenți antispumant lichizi

Formulatorii aleg dintre patru categorii principale de agenți antispumant lichizi, în funcție de sistemul de transport și de compoziția chimică activă necesare pentru condițiile specifice ale procesului.

Agenți antispumant pe bază de ulei, cu uleiuri minerale sau vegetale ca substanțe purtătoare

Formulele pe bază de ulei utilizează ulei mineral, ulei vegetal sau ulei alb ca vehicul. Acești compuși conțin ceară sau silice hidrofobă pentru a îmbunătăți performanța. Variantele pe bază de ulei mineral asigură o suprimare excelentă a spumei în sistemele pe bază de apă. Alternativele pe bază de ulei vegetal oferă un conținut activ de 100%, cu eficacitate la 0,1-0,3% în greutate în sistemele de vopsea pe bază de latex. Formulele pe bază de ulei vegetal elimină riscurile de contaminare cu silicon care provoacă formarea de cratere, „ochi de pește” și defecte de aderență între straturi în sistemele acrilice și pe bază de acetat de vinil. Aceste agenți antispumant excelează în eliminarea spumei de suprafață.

Agenți antispumant pe bază de apă pentru eliminarea aerului antrenat

Formulele pe bază de apă dispersează diverse uleiuri și ceruri într-un vehicul apos. Uleiurile pot fi de origine minerală sau vegetală, iar cerurile sunt alcătuite din alcooli grași cu lanț lung, săpunuri din acizi grași sau esteri. Antispumanții pe bază de apă acționează ca dezaeratori și eliberează aerul antrenat din lichidele de proces, spre deosebire de variantele pe bază de ulei. Această specializare îi face ideali pentru aplicații în care eliminarea aerului din interiorul lichidului este mai importantă decât controlul spumei de la suprafață.

Compuși antispumant pe bază de silicon

Formulele pe bază de silicon conțin polimeri cu lanțuri principale de siliciu, disponibili sub formă de uleiuri sau emulsii pe bază de apă. O emulsie antispumantă tipică pe bază de silicon este alcătuită din polidimetilsiloxan 30% în apă, împreună cu componente anorganice modificate. Acești compuși dispersează silicea hidrofobă în uleiul de silicon. Variantele pe bază de silicon îndeplinesc o dublă funcție: elimină spuma de la suprafață și eliberează aerul antrenat. Acestea sunt adecvate pentru sistemele de formare a spumei neapoase, inclusiv în operațiunile cu țiței și de rafinare.

Agenți antispumant copolimeri EO/PO

Copolimerii bloc de oxid de etilenă/oxid de propilenă acționează printr-un mecanism de solubilitate inversă. Acești agenți tensioactivi neionici rămân solubili în apă la temperaturi scăzute, dar precipită și se răspândesc la interfața spumei în momentul în care temperatura de proces depășește punctul lor de întunecare. Efectul antispumant depinde de relația dintre punctul de întunecare al agentului tensioactiv și temperatura de aplicare. Formulatorii ar trebui să aleagă copolimeri bloc al căror punct de întunecare să fie inferior temperaturii de utilizare prevăzute. Acești agenți activi 100%, fără silicon, prezintă inertitate biologică. Acest lucru îi face siguri pentru utilizarea în sistemele de fermentație.

Cum controlează agentii antispumant lichizi formarea spumei

“modul de propagare datorat faptului că pelicula bulei sparte este absorbită în pelicula de lichid din jur” — Rei Kurita, Profesor asociat, Universitatea Metropolitană din Tokyo

Trei mecanisme stau la baza controlului spumei după adăugarea unui agent antispumant lichid în lichidele de proces. Aceste mecanisme acționează în mod concertat pentru a elimina spuma de suprafață și bulele de aer antrenate.

Destabilizarea lamelelor de spumă la interfața aer-lichid

Acțiunea de răspândire produce un șoc mecanic la suprafața spumei și destabilizează structura acesteia. Agentul antispumant se răspândește mai rapid pe suprafața spumei, pătrunde în lamelele acesteia și perturbă coeziunea spumei. Componenta hidrofobă înlocuiește surfactanții stabilizatori la interfața aer-lichid. Această afinitate față de suprafața aer-lichid rupe bulele de aer și distruge spuma de la suprafață.

Ruptura bulelor de aer prin extinderea la suprafață

Agentul antispumant pătrunde în peretele bulei și distruge structura peliculei printr-un mecanism de formare a punților. Picăturile de agent antispumant cu tensiune superficială redusă se întind peste lamela și formează punți instabile. O particulă hidrofobă sau o picătură de ulei cu un unghi de contact mai mare de 90° provoacă dezumidificarea la contactul cu ambele părți ale lamelelor. Lichidul aflat în contact cu particula se curbează spre interior până când ambele părți ale peliculei se ating și se rup. Lamela se golește pe măsură ce se formează puntea și ajunge la un punct critic în care se rupe și eliberează aerul capturat.

Aglomerarea și ascensiunea bulelor de aer antrenate

Bulele de aer antrenate se aglomerează și formează bule mai mari, care se ridică mai repede la suprafață. Mai multe bule mici se unesc și ies din amestec prin coalescență. Agentul antispumant reduce gradientele de tensiune superficială. Peliculele de bule se subțiază și se rup în anumite puncte, eliberând gazul din interior. Acest proces de coalescență elimină bulele mari de aer antrenate cu ajutorul unor metode adecvate de amestecare.

Aplicații industriale și rezolvarea problemelor

“Tehnologiile noastre pe bază de silice permit reducerea conținutului de ulei și o dozare mai economică, datorită efectelor lor potențatoare puternice, care accelerează descompunerea spumei și sporesc eficiența formulării.” — Evonik, Companie lider în domeniul produselor chimice de specialitate

Operatorii industriali se confruntă cu pierderi de producție cauzate de spumă în numeroase sectoare. Fiecare dintre acestea necesită soluții specifice de antispumante lichide, adaptate condițiilor specifice ale procesului.

Controlul spumei în rezervorul de recuperare al echipamentelor de extracție

Spuma din rezervoarele de recuperare ale aspiratoarelor de covoare determină închiderea prematură a mecanismului cu flotor și reduce capacitatea rezervorului cu până la 33%. Funcționarea flotorului este împiedicată de spumă, iar soluția murdară este aspirată în motorul de vid. Acest lucru provoacă coroziune și defectarea prematură a echipamentului. Adăugăm un agent antispumant diluat prin furtunul de recuperare pentru a trata întregul sistem de aspirare și apoi menținem o concentrație de 0,5 până la 1,0 uncii pe galon din capacitatea rezervorului.

Gestionarea spumei din lichidul de răcire și din lichidul de proces

Spuma din lichidul de răcire utilizat în prelucrarea metalelor împiedică funcțiile de lubrifiere și răcire. De asemenea, aceasta mărește volumul sistemului. O uncie de agent antispumant concentrat tratează 50 de galoane de lichid de răcire diluat. Operațiunile CNC la presiune înaltă, de peste 800 psi, necesită formule specializate cu spumare redusă.

Fabrica de hârtie și prelucrarea celulozei

Emulsiile de silicon își păstrează activitatea la temperaturi ridicate și în condiții alcaline. Aceste condiții se regăsesc în etapele de spălare a celulozei, de evaporare și de albire. Aceste formulări elimină aerul antrenat și reduc tensiunea superficială a lichidelor de proces. Spălarea celulozei brută cu compuși organosiliconici modificați reduce transferul de substanțe chimice și costurile de albire.

Operațiuni de prelucrare a alimentelor și de rafinare a uleiurilor

Antispumanții de calitate alimentară controlează formarea spumei în procesele de fabricare a berii, de prelucrare a sucurilor și în industria lactatelor, respectând în același timp reglementările FDA. Antispumanții pe bază de silicon elimină spuma la o doză de 10-30 ppm în procesul de separare ulei-gaz și previn contaminarea cu lichid.

Tratarea apelor uzate și sistemele hidraulice

Antispumantele pentru apele uzate se dozează la 10-200 ppm, în funcție de intensitatea spumării. Antispumantul hidraulic previne deteriorarea cauzată de cavitație și menține eficiența sistemului și durata de viață a componentelor.

Concluzie

Am analizat modul în care agentii antispumanti lichizi reduc spuma prin trei mecanisme principale: destabilizarea lamelelor de spumă, ruperea bulelor de aer și favorizarea coalescenței bulelor. Cerințele specifice ale procesului determină alegerea formulelor pe bază de ulei, pe bază de apă, pe bază de silicon sau pe bază de copolimeri EO/PO. Acești compuși protejează echipamentele critice din sistemele de extracție, operațiunile de prelucrare a metalelor, fabricile de hârtie și instalațiile de tratare a apelor uzate. Alegerea și dozarea corectă a agentului antispumant previne deteriorarea echipamentelor, care poate genera costuri semnificative. De asemenea, îmbunătățește performanța procesului și elimină pierderile de producție cauzate de spuma necontrolată.