อธิบายเกี่ยวกับสารลดฟองแบบเหลว: วิธีควบคุมฟองในแอปพลิเคชันอุตสาหกรรม

ประเด็นสำคัญ

การเข้าใจหลักการทำงานของสารลดฟองแบบเหลวสามารถช่วยป้องกันการดำเนินงานในอุตสาหกรรมของคุณจากความเสียหายของอุปกรณ์ที่มีค่าใช้จ่ายสูงและการสูญเสียผลผลิต ซึ่งเกิดจากการสะสมของฟองที่ควบคุมไม่ได้.

• สารลดฟองแบบเหลวใช้สามส่วนประกอบที่ทำงานร่วมกัน: วัสดุที่กันน้ำ (เช่น ซิลิกาหรือสารขี้ผึ้ง), สารพาหะ (น้ำมันหรือน้ำ), และสารสร้างอิมัลชันในปริมาณน้อยที่สุด เพื่อกระจายตัวได้อย่างรวดเร็วและทำให้ฟองอากาศไม่เสถียรที่ผิวสัมผัสระหว่างอากาศกับของเหลว.

• มีสี่ประเภทหลักของสารลดฟองที่ตอบสนองความต้องการต่าง ๆ: แบบน้ำมันเพื่อควบคุมฟองบนพื้นผิว, แบบน้ำเพื่อปล่อยอากาศที่ติดอยู่, แบบซิลิโคนเพื่อประสิทธิภาพสองหน้าที่, และโคพอลิเมอร์ EO/PO สำหรับการใช้งานที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ.

• การควบคุมฟองเกิดขึ้นผ่านสามกลไก: ทำให้ชั้นฟองไม่เสถียรโดยการแทนที่สารลดแรงตึงผิว, ทำให้ฟองแตกผ่านการสร้างสะพานและลดการเปียกผิว, และส่งเสริมการรวมตัวของฟองเพื่อปล่อยอากาศที่ถูกกักไว้ให้เร็วขึ้น.

• การเลือกสารลดฟองที่เหมาะสมจะช่วยป้องกันการเสียหายของอุปกรณ์: ในอุปกรณ์การสกัด ฟองสามารถลดความจุของถังลงได้ 33% และก่อให้เกิดการกัดกร่อนของมอเตอร์สุญญากาศ ส่วนในกระบวนการแปรรูปโลหะ ฟองจะขัดขวางการทำงานของระบบระบายความร้อนและระบบหล่อลื่น.

• ปริมาณการใช้แตกต่างกันตามวัตถุประสงค์: ความเข้มข้นทั่วไปอยู่ในช่วง 0.1-0.3% ในสีลาเท็กซ์ 10-30 ppm ในกระบวนการแยกน้ำมันและก๊าซ และ 10-200 ppm ในกระบวนการบำบัดน้ำเสีย ขึ้นอยู่กับระดับความรุนแรงของฟองและสภาพกระบวนการ.

สารลดฟองที่เหมาะสม ซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อกระบวนการอุตสาหกรรมเฉพาะของคุณ จะช่วยยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ รักษาประสิทธิภาพการดำเนินงาน และขจัดจุดคอขวดในการผลิตที่เกิดจากปัญหาที่เกี่ยวข้องกับฟอง.

การสะสมของฟองสามารถทำลายอุปกรณ์ของคุณได้ ฟองที่มีสารทำความสะอาดเข้มข้นผสมกับฝุ่นและเส้นใยจะถูกดูดเข้าไปในมอเตอร์เครื่องดูดฝุ่น ทำให้ทางอากาศอุดตัน กัดกร่อนชิ้นส่วนภายใน และลดกำลังดูด สารลดฟองแบบเหลวเป็นสารเติมแต่งทางเคมีที่ช่วยลดและป้องกันการเกิดฟองในของเหลวที่ใช้ในกระบวนการอุตสาหกรรม กระบวนการอุตสาหกรรมต้องเผชิญกับปัญหาที่รุนแรงจากฟอง ซึ่งก่อให้เกิดข้อบกพร่องบนชั้นเคลือบผิวและขัดขวางการเติมของเหลวลงในภาชนะอย่างมีประสิทธิภาพ ปัญหาเหล่านี้มักพบได้บ่อยที่สุดในถังเก็บของเครื่องสกัดและเครื่องขัดพื้นอัตโนมัติ ซึ่งการควบคุมฟองจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง สารลดฟองที่นิยมใช้มากที่สุด ได้แก่ น้ำมันที่ไม่ละลายน้ำ สารลดฟองที่มีส่วนผสมของซิลิโคน เช่น โพลีไดเมทิลซิลอกเซน และแอลกอฮอล์บางชนิด ในบทความนี้ เราจะมาศึกษาว่าสารลดฟองแบบเหลวทำงานอย่างไร ประเภทต่าง ๆ ของมัน และการนำไปใช้ในกระบวนการอุตสาหกรรมต่าง ๆ.

สารลดฟองแบบเหลวคืออะไร และคุณสมบัติหลักของมัน

สารลดฟองแบบเหลวประกอบด้วยสามส่วนประกอบหลักที่ทำงานร่วมกันเพื่อควบคุมฟอง ส่วนประกอบหลักคือ วัสดุที่กันน้ำ ที่ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบหลัก วัสดุที่กันน้ำได้ ได้แก่ ซิลิกาที่ผ่านกระบวนการปรับสภาพ ขี้ผึ้ง (ทั้งแบบสังเคราะห์และแบบธรรมชาติ) และซิลิโคนหรืออนุพันธ์ของซิลิโคน วัสดุกันน้ำเหล่านี้สามารถใช้เดี่ยวๆ หรือผสมกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ.

ส่วนที่สองคือ รถขนส่ง ซึ่งทำหน้าที่นำสารออกฤทธิ์ที่ไม่ชอบน้ำเข้าสู่ระบบที่ชอบน้ำซึ่งเก็บอากาศไว้ สารพาหะ ได้แก่ น้ำมันแร่ น้ำมันพืช และน้ำมันซิลิโคน สารพาหะมักมีความตึงผิวต่ำกว่าของเหลวที่สร้างฟอง ความเสถียรในระยะยาวของสารพาหะในของเหลวต้นแบบ เป็นปัจจัยที่กำหนดประสิทธิภาพในการควบคุมฟองในผลิตภัณฑ์ที่มีอายุการเก็บรักษาที่ยาวนาน.

ส่วนที่สาม คือ, สารสร้างอิมัลชัน, จะช่วยให้ส่วนประกอบที่ไม่ชอบน้ำกระจายตัวอย่างเหมาะสมในตัวพา พร้อมทั้งช่วยให้สารควบคุมฟองกระจายตัวได้ง่ายขึ้นในของเหลว สารอิมัลซิไฟเออร์ที่ใช้ ได้แก่ อัลคิลฟีนอลที่ผ่านกระบวนการเอทอกซิเลชัน และเอสเทอร์ของซอร์บิแทน เราลดปริมาณสารอิมัลซิไฟเออร์ให้น้อยที่สุด เนื่องจากสารเหล่านี้เองก็อาจก่อให้เกิดฟองได้.

องค์ประกอบทางเคมีและกิจกรรมบนพื้นผิว

สารควบคุมฟองทำงานได้ดีขึ้นเมื่อแรงตึงผิวหรือแรงตึงระหว่างผิวลดลง สารลดฟองที่มีส่วนผสมของซิลิโคนมีสารออกฤทธิ์ที่ลดแรงตึงผิวของของเหลวจนทำให้ฟองอากาศในฟองยุบตัวลง การลดแรงตึงผิวนี้ทำให้สารลดฟองสามารถกระจายตัวได้เร็วขึ้นบนผิวสัมผัสของฟอง.

ข้อกำหนดเกี่ยวกับความหนืดเพื่อให้สามารถกระจายตัวได้อย่างรวดเร็ว

ความหนืดต่ำช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการซึมผ่านและการกระจายตัว สารลดฟองแบบเหลวต้องมีค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวที่รวดเร็ว เพื่อให้สามารถกระจายตัวไปทั่วพื้นผิวของสื่อ หากไม่มีคุณสมบัติด้านความหนืดต่ำนี้ สารลดฟองจะไม่สามารถเข้าถึงผิวสัมผัสระหว่างอากาศกับของเหลวได้ทันเวลา ซึ่งทำให้การทำให้ฟองคงตัวเกิดขึ้นได้ไม่รวดเร็วพอ.

ไม่ละลายในสารก่อฟอง

สารลดฟองต้องไม่ละลายในสารก่อฟอง สารลดฟองในสถานะของเหลวต้องมีความไม่เข้ากันหรือความไม่ละลายในระดับหนึ่งกับสารที่มันถูกใส่เข้าไป ความไม่เข้ากันนี้ทำให้สารลดฟองสามารถสร้างหยดน้ำที่ลอยขึ้นสู่ผิวและกระจายตัวได้ดี ซึ่งช่วยทำลายฟองโดยไม่ก่อให้เกิดฟองเพิ่มเติม.

ประเภทของสารลดฟองแบบเหลว

ผู้พัฒนาสูตรจะเลือกสารลดฟองแบบเหลวจากสี่ประเภทหลัก โดยพิจารณาจากระบบตัวพาและสารออกฤทธิ์ทางเคมีที่จำเป็นสำหรับสภาพกระบวนการเฉพาะ.

สารลดฟองแบบน้ำมันที่มีสารพาหะเป็นน้ำมันแร่หรือน้ำมันพืช

สูตรที่มีฐานน้ำมันใช้น้ำมันแร่ น้ำมันพืช หรือน้ำมันขาวเป็นสารพา สารประกอบเหล่านี้มีขี้ผึ้งหรือซิลิกาที่กันน้ำเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ น้ำมันแร่ชนิดต่าง ๆ ให้ประสิทธิภาพการยับยั้งฟองที่ยอดเยี่ยมในระบบที่มีฐานน้ำ ทางเลือกจากน้ำมันพืชมีปริมาณสารออกฤทธิ์ 100% และให้ประสิทธิภาพที่ระดับ 0.1-0.3% w/w ในระบบสีลาเท็กซ์ สูตรน้ำมันพืชช่วยขจัดความเสี่ยงจากการปนเปื้อนซิลิโคน ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาหลุมบ่อ (cratering), จุดตาปลา (fish-eyes), และความล้มเหลวในการยึดติดระหว่างชั้นในระบบอะคริลิกและไวนิลอะซิเตท สารลดฟองเหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงในการลดฟองบนพื้นผิว.

สารลดฟองแบบน้ำ สำหรับการปล่อยอากาศที่ติดมา

สูตรน้ำช่วยกระจายน้ำมันและขี้ผึ้งต่าง ๆ ในตัวพาหะที่เป็นน้ำ น้ำมันอาจเป็นประเภทน้ำมันแร่หรือน้ำมันพืช ส่วนขี้ผึ้งประกอบด้วยแอลกอฮอล์ไขมันสายยาว สบู่กรดไขมัน หรือเอสเทอร์ สารลดฟองแบบน้ำทำหน้าที่เป็นสารกำจัดอากาศและปล่อยอากาศที่ติดอยู่ในของเหลวในกระบวนการผลิตออกมา ซึ่งแตกต่างจากสารลดฟองแบบน้ำมัน ความเฉพาะตัวนี้ทำให้สารลดฟองแบบน้ำเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่การกำจัดอากาศใต้ผิวน้ำมีความสำคัญมากกว่าการควบคุมฟองบนผิวน้ำ.

สารลดฟองที่มีส่วนผสมของซิลิโคน

สูตรซิลิโคนประกอบด้วยโพลิเมอร์ที่มีโครงสร้างหลักเป็นซิลิคอน ซึ่งอยู่ในรูปแบบน้ำมันหรืออิมัลชันที่มีน้ำเป็นฐาน อิมัลชันต้านฟองซิลิโคนแบบทั่วไปประกอบด้วยโพลีไดเมทิลซิลอกเซน 30% ในน้ำ พร้อมด้วยส่วนประกอบอนินทรีย์ที่ได้รับการปรับแต่ง สารประกอบเหล่านี้ช่วยกระจายซิลิกาที่ต้านน้ำในน้ำมันซิลิโคน สารซิลิโคนชนิดต่าง ๆ มีหน้าที่สองประการ คือ ลดฟองบนผิวหน้าและปล่อยอากาศที่ติดอยู่ภายในออก พร้อมทั้งยังคงเหมาะสำหรับระบบสร้างฟองที่ไม่ใช้น้ำ ซึ่งรวมถึงการดำเนินงานด้านน้ำมันดิบและการกลั่นน้ำมัน.

สารลดฟองแบบโคพอลิเมอร์ EO/PO

โคพอลิเมอร์บล็อกเอทิลีนออกไซด์/โพรพิลีนออกไซด์ทำงานผ่านกลไกความละลายแบบผกผัน สารลดแรงตึงผิวแบบไม่ไอออนิกเหล่านี้ยังคงละลายในน้ำได้แม้ในอุณหภูมิต่ำ แต่จะตกตะกอนและกระจายตัวที่ผิวหน้าของฟองเมื่ออุณหภูมิกระบวนการเกินจุดคลาวด์ของสาร การกำจัดฟองขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างจุดคลาวด์ของสารลดแรงตึงผิวกับอุณหภูมิการใช้งาน ผู้พัฒนาสูตรควรเลือกโคพอลิเมอร์แบบบล็อกที่มีจุดคลาวด์ต่ำกว่าอุณหภูมิการใช้งานที่ตั้งใจไว้ สารออกฤทธิ์ 100% ที่ไม่มีซิลิโคนนี้มีความเฉื่อยทางชีวภาพ ซึ่งทำให้สามารถใช้ได้อย่างปลอดภัยในระบบการหมัก.

วิธีที่สารลดฟองแบบเหลวควบคุมการเกิดฟอง

“รูปแบบการแพร่กระจายเนื่องจากชั้นฟิล์มของฟองอากาศที่แตกถูกดูดซับเข้าไปในชั้นฟิล์มของของเหลวรอบข้าง” — เรย์ คุริตา, รองศาสตราจารย์, มหาวิทยาลัยโตเกียวเมโทรโพลิแทน

มีกลไกสามประการที่ช่วยควบคุมฟองหลังจากเติมสารลดฟองแบบเหลวลงในของเหลวในกระบวนการผลิต กลไกเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อกำจัดฟองบนผิวและฟองอากาศที่ติดอยู่.

การสูญเสียความเสถียรของชั้นฟองที่ผิวสัมผัสระหว่างอากาศกับของเหลว

การแพร่กระจายของสารลดฟองก่อให้เกิดแรงกระแทกทางกลต่อพื้นผิวฟองและทำให้โครงสร้างฟองไม่เสถียร สารลดฟองแพร่กระจายไปทั่วพื้นผิวฟองได้เร็วขึ้น แทรกซึมเข้าไปในชั้นลามิลา และทำลายแรงยึดเหนี่ยวของฟอง ส่วนประกอบที่กันน้ำจะแทนที่สารลดแรงตึงผิวที่ช่วยรักษาความเสถียร ณ จุดต่อระหว่างอากาศกับของเหลว ความชอบต่อพื้นผิวอากาศ-ของเหลวนี้ทำให้ฟองอากาศแตกและทำลายฟองบนพื้นผิว.

การแตกของฟองอากาศผ่านกระบวนการแพร่กระจายบนผิว

สารลดฟองจะแทรกซึมเข้าไปในผนังฟองและทำลายโครงสร้างฟิล์มผ่านกลไกการสร้างสะพาน สารลดฟองที่มีแรงตึงผิวต่ำจะยืดตัวข้ามชั้นลามิเนตและสร้างสะพานที่ไม่เสถียร อนุภาคที่ชอบน้ำมันหรือหยดน้ำมันที่มีมุมสัมผัสมากกว่า 90° จะก่อให้เกิดการแยกตัวของน้ำเมื่อสัมผัสกับทั้งสองด้านของชั้นฟิล์มบางของลาเมลลา ของเหลวที่สัมผัสกับอนุภาคจะโค้งเข้าด้านในจนกระทั่งทั้งสองด้านของฟิล์มสัมผัสกันและแตกออก ชั้นฟิล์มบางของลาเมลลาจะระบายออกเมื่อสะพานก่อตัวขึ้น และถึงจุดวิกฤตที่มันแตกออกและปล่อยอากาศที่ถูกกักไว้.

การรวมตัวและการลอยตัวของฟองอากาศที่ถูกดูดเข้าไป

ฟองอากาศที่ติดมาจะรวมตัวกันและก่อตัวเป็นฟองที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งลอยขึ้นสู่ผิวน้ำได้เร็วขึ้น ฟองอากาศขนาดเล็กหลายฟองจะรวมตัวกันและหลุดออกจากส่วนผสมผ่านกระบวนการรวมตัว สารลดฟองช่วยลดความชันของความตึงผิว ฟิล์มฟองจะบางลงและแตกออกที่จุดเฉพาะ ทำให้ก๊าซภายในหลุดออกมา กระบวนการรวมตัวนี้ช่วยกำจัดฟองอากาศขนาดใหญ่ที่ติดมาได้ ด้วยวิธีการผสมที่เหมาะสม.

การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมและการแก้ปัญหา

“เทคโนโลยีซิลิกาของเราช่วยให้ลดปริมาณน้ำมันและใช้ในปริมาณที่ประหยัดยิ่งขึ้น ด้วยผลเสริมประสิทธิภาพที่ทรงพลัง ซึ่งช่วยเร่งการสลายตัวของฟองและเพิ่มประสิทธิภาพของสูตรผลิตภัณฑ์” — Evonik, บริษัทชั้นนำด้านสารเคมีเฉพาะทาง

ผู้ประกอบการในอุตสาหกรรมต้องเผชิญกับความสูญเสียในการผลิตที่เกี่ยวข้องกับฟองในหลายภาคส่วน โดยแต่ละภาคส่วนจำเป็นต้องใช้สารลดฟองแบบของเหลวที่ออกแบบมาเฉพาะเพื่อตอบสนองเงื่อนไขกระบวนการผลิตที่เฉพาะเจาะจง.

การควบคุมฟองในถังเก็บของอุปกรณ์การสกัด

ฟองในถังเก็บน้ำของเครื่องดูดฝุ่นพรมทำให้กลไกลูกลอยปิดเร็วเกินไป และลดความจุของถังลงได้ถึง 33% การทำงานของลูกลอยจะล้มเหลวเมื่อฟองขัดขวาง และน้ำยาทำความสะอาดที่สกปรกจะถูกดูดเข้าไปในมอเตอร์เครื่องดูดฝุ่น ซึ่งก่อให้เกิดการกัดกร่อนและความเสียหายก่อนเวลาอันควร เราเพิ่มสารลดฟองที่เจือจางผ่านท่อเก็บน้ำเพื่อรักษาทั้งระบบเครื่องดูดฝุ่น และรักษาปริมาณสารลดฟองให้อยู่ที่ 0.5 ถึง 1.0 ออนซ์ต่อแกลลอนของความจุถัง.

การจัดการฟองในน้ำหล่อเย็นและของเหลวในกระบวนการผลิต

ฟองในน้ำหล่อเย็นสำหรับการทำงานกับโลหะจะขัดขวางการทำงานของสารหล่อลื่นและระบบระบายความร้อน นอกจากนี้ยังทำให้ปริมาณของระบบเพิ่มขึ้นด้วย สารลดฟองแบบเข้มข้น 1 ออนซ์ สามารถใช้กับน้ำหล่อเย็นที่เจือจางแล้วได้ 50 แกลลอน การทำงาน CNC ด้วยความดันสูงเกิน 800 psi จำเป็นต้องใช้สูตรน้ำหล่อเย็นพิเศษที่มีฟองน้อย.

โรงงานผลิตกระดาษและกระบวนการแปรรูปเยื่อไม้

อิมัลชันซิลิโคนยังคงมีประสิทธิภาพแม้ในอุณหภูมิสูงและสภาพแวดล้อมที่มีค่าความเป็นด่าง สภาพเหล่านี้เกิดขึ้นในขั้นตอนการล้างเยื่อกระดาษ การระเหย และการฟอกสี สูตรเหล่านี้ช่วยกำจัดอากาศที่ติดอยู่และลดแรงตึงผิวในน้ำที่ใช้ในกระบวนการ การล้างเยื่อกระดาษสีน้ำตาลด้วยสารประกอบออร์กาโนซิลิโคนที่ได้รับการปรับปรุงช่วยลดการนำสารเคมีติดตัวไปและลดค่าใช้จ่ายในการฟอกสี.

กระบวนการแปรรูปอาหารและการกลั่นน้ำมัน

สารลดฟองสำหรับอาหารช่วยควบคุมฟองในกระบวนการผลิตเบียร์ การแปรรูปน้ำผลไม้ และกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์นม พร้อมทั้งปฏิบัติตามข้อกำหนดของ FDA สารลดฟองซิลิโคนสามารถกำจัดฟองได้ด้วยปริมาณการใช้ 10-30 ppm ในกระบวนการแยกน้ำมันและก๊าซ และป้องกันการไหลข้ามของของเหลว.

ระบบการบำบัดน้ำเสียและระบบไฮดรอลิก

สารลดฟองในน้ำเสียควรใช้ในอัตรา 10-200 ppm ตามระดับความรุนแรงของฟอง สารลดฟองแบบไฮดรอลิกช่วยป้องกันความเสียหายจากปรากฏการณ์คาวิเทชัน และรักษาประสิทธิภาพของระบบรวมถึงอายุการใช้งานของชิ้นส่วน.

สรุป

เราได้อธิบายแล้วว่าสารลดฟองแบบเหลวช่วยควบคุมฟองผ่านกลไกหลักสามประการ ได้แก่ การทำให้ชั้นฟองไม่เสถียร การทำลายฟองอากาศ และการส่งเสริมการรวมตัวของฟอง ความต้องการเฉพาะของกระบวนการผลิตจะเป็นตัวกำหนดว่าเราจะเลือกสูตรที่มีส่วนผสมจากน้ำมัน น้ำ ซิลิโคน หรือโคพอลิเมอร์ EO/PO สารประกอบเหล่านี้ช่วยปกป้องอุปกรณ์สำคัญในระบบการสกัด การแปรรูปโลหะ โรงงานผลิตกระดาษ และโรงงานบำบัดน้ำเสีย การเลือกและกำหนดปริมาณสารลดฟองที่เหมาะสมจะช่วยป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ ซึ่งอาจก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายสูง นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการผลิต และลดการสูญเสียในการผลิตที่เกิดจากฟองที่ควบคุมไม่ได้.