Що таке рідкий піногасник: як він контролює утворення піни в промислових процесах

Основні висновки

Розуміння принципу дії рідких піногасників може вберегти ваше підприємство від дорогого пошкодження обладнання та виробничих втрат, спричинених неконтрольованим утворенням піни.

- У рідких піногасниках використовуються три компоненти, що діють у комплексі: гідрофобні матеріали (такі як діоксид кремнію або воски), носії (олії або вода) та мінімальна кількість емульгаторів, що забезпечують швидке розповсюдження та дестабілізацію піни на межі розділу «повітря-рідина».

- Чотири основні типи піногасників призначені для різних потреб: на масляній основі — для контролю утворення піни на поверхні; на водній основі — для вивільнення захопленого повітря; на силіконовій основі — для подвійної функції; а також на основі кополімерів ЕО/ПО — для застосувань, що залежать від температури.

- Контроль піни здійснюється за допомогою трьох механізмів: дестабілізація пінових ламел шляхом витіснення поверхнево-активних речовин, руйнування бульбашок за допомогою утворення містків та зневоложення, а також сприяння зливанню бульбашок для швидкого вивільнення уловленого повітря.

- Правильний вибір піногасника запобігає виходу обладнання з ладу: У екстракційному обладнанні піна може зменшити ємність резервуара на 33% і спричинити корозію вакуумного двигуна, тоді як у металообробці вона перешкоджає охолодженню та змащуванню.

- Дозування залежить від способу застосування: Типові концентрації становлять від 0,1 до 0,31 TP3T у латексних фарбах, від 10 до 30 ppm у процесі розділення нафти та газу та від 10 до 200 ppm у процесі очищення стічних вод, залежно від інтенсивності піноутворення та умов технологічного процесу.

Правильно підібраний рідкий піногасник, що відповідає вашому конкретному промисловому процесу, забезпечує довговічність обладнання, підтримує ефективність роботи та усуває виробничі перешкоди, спричинені проблемами, пов’язаними з піною.

Накопичення піни може призвести до виходу обладнання з ладу. Піна, насичена миючими речовинами, змішана з брудом та ворсом, засмоктується в двигуни пилососів, закупорює повітропроводи, спричиняє корозію внутрішніх деталей та знижує силу всмоктування. Рідкий піногасник — це хімічна добавка, яка зменшує та запобігає утворенню піни в рідинах, що використовуються в промислових процесах. Промислові процеси стикаються з серйозними проблемами через піну, яка створює дефекти на поверхневих покриттях та заважає ефективному наповненню ємностей. Найчастіше ці проблеми спостерігаються в резервуарах для відбору рідини екстракційних машин та автоматичних підлогомиючих машин, де контроль піни стає критично важливим. До найпоширеніших піногасників належать нерозчинні олії, піногасні сполуки на основі силікону, такі як полідиметилсилоксани, та певні спирти. У цій статті ми розглянемо, як працюють рідкі піногасники, їхні різні типи та сфери застосування в промислових процесах.

Що таке рідкі піногасники та їхні основні властивості

Рідкий піногасник складається з трьох окремих компонентів, які спільно забезпечують контроль за утворенням піни. Основним інгредієнтом є гідрофобний матеріал який виконує роль активного елемента. До гідрофобних матеріалів належать оброблений діоксид кремнію, воски (синтетичні або натуральні), а також силікони та їхні похідні. Ці гідрофобні речовини можна використовувати окремо або в поєднанні для підвищення ефективних характеристик.

Другим компонентом є базовий автомобіль яка переносить гідрофобні активні речовини в гідрофільну систему, що утримує повітря. До носіїв належать мінеральні олії, рослинні олії та силіконові олії. Носійна рідина зазвичай має нижчу поверхневу напругу, ніж піноутворююча рідина. Довготривала стабільність носія в вихідній рідині визначає ефективність контролю піноутворення в продуктах із подовженим терміном придатності.

Третій компонент, а саме емульгатор, забезпечить оптимальний розподіл гідрофобного компонента в носії, одночасно полегшуючи розподіл піногасника по всій рідині. Серед використовуваних емульгаторів — етоксильовані алкілфеноли та ефіри сорбітану. Ми мінімізуємо кількість емульгаторів, оскільки ці сполуки самі по собі можуть сприяти утворенню піни.

Хімічний склад та поверхнева активність

Агенти, що контролюють утворення піни, діють ефективніше, коли поверхневий або міжфазний натяг знижується. Антипінник на силіконовій основі містить поверхнево-активні компоненти, які знижують поверхневий натяг рідини настільки, що повітряні бульбашки в піні руйнуються. Таке зниження поверхневого натягу дозволяє антипіннику швидше поширюватися по межі розділу піни.

Вимоги до в'язкості для швидкого розтікання

Низька в'язкість сприяє проникненню та розподілу. Рідкий піногасник повинен мати високий коефіцієнт розподілу, щоб рівномірно розподілятися по середовищу. Без цієї властивості — низької в'язкості — піногасник не зможе достатньо швидко дістатися до межі розділу «повітря-рідина», де відбувається стабілізація піни.

Нерозчинність у піноутворювальному середовищі

Піногасник повинен бути нерозчинним у середовищі, що піниться. Рідка фаза піногасника повинна мати певний ступінь несумісності або нерозчинності з середовищем, у яке він вводиться. Завдяки цій несумісності піногасник здатний утворювати краплі, які піднімаються на поверхню та добре розповсюджуються, розриваючи бульбашки, не сприяючи при цьому подальшому утворенню піни.

Види рідких піногасників

Розробники рецептур обирають з чотирьох основних категорій рідких піногасників, виходячи з системи носіїв та активних хімічних компонентів, необхідних для конкретних умов технологічного процесу.

Піногасники на масляній основі з носіями з мінеральних або рослинних олій

У складах на олійній основі в якості носія використовують мінеральну олію, рослинну олію або білу олію. До складу цих сумішей входять віск або гідрофобний діоксид кремнію для підвищення ефективних характеристик. Варіанти на основі мінеральної олії забезпечують чудове пригнічення піноутворення у системах на водній основі. Альтернативні варіанти на основі рослинної олії містять активну речовину 100%, ефективність якої становить 0,1–0,3% (маса до маси) у латексних фарбових системах. Композиції на основі рослинної олії усувають ризик забруднення силіконом, що спричиняє утворення кратерів, «риб’ячих очей» та порушення міжшарової адгезії в акрилових і вінілацетатних системах. Ці піногасники чудово справляються з поверхневою піною.

Піногасники на водній основі для виведення захопленого повітря

Препарати на водній основі забезпечують диспергування різних олій та восків у водному носії. Олії можуть бути мінерального або рослинного походження, а воски складаються з довголанцюгових жирних спиртів, мил жирних кислот або ефірів. Піногасники на водній основі, на відміну від варіантів на масляній основі, виконують функцію деаераторів і вивільняють захоплене повітря з технологічних рідин. Ця особливість робить їх ідеальними для застосувань, де видалення повітря з глибини має більшу важливість, ніж контроль поверхневої піни.

Антипінні суміші на основі силікону

Силіконові композиції містять полімери з кремнієвим ланцюгом, що випускаються у вигляді олій або емульсій на водній основі. Типова силіконова протипінна емульсія складається з полідиметилсилоксану 30% у воді з додаванням модифікованих неорганічних компонентів. Ці сполуки забезпечують диспергування гідрофобного діоксиду кремнію в силіконовій олії. Силіконові варіанти виконують подвійну функцію: знищують поверхневу піну та вивільняють уловлене повітря. Вони залишаються придатними для неводних піноутворювальних систем, що використовуються у нафтопереробці та нафтовидобутку.

Антипінні засоби на основі сополімерів ЕО/ПО

Блокові кополімери етиленоксиду та пропіленоксиду діють за механізмом оберненої розчинності. Ці неіонні поверхнево-активні речовини залишаються розчинними у воді при низьких температурах, але випадають у осад і розподіляються на межі розділу піни, коли технологічна температура перевищує їхню температуру помутніння. Ефективність піногасіння залежить від співвідношення між точкою помутніння поверхнево-активної речовини та температурою застосування. Розробники рецептур повинні обирати блок-кополімери, точка помутніння яких нижча за передбачувану температуру використання. Ці активні, безсиліконові агенти серії 100% характеризуються біологічною інертністю. Це робить їх безпечними для використання у ферментаційних системах.

Як рідкі піногасники контролюють утворення піни

“режим поширення, зумовлений поглинанням плівки розірваної бульбашки навколишньою рідкою плівкою” — Рей Куріта, Доцент, Токійський міський університет

Існує три механізми, що забезпечують контроль піноутворення після додавання рідкого піногасника до технологічних рідин. Ці механізми діють спільно, щоб усунути поверхневу піну та бульбашки повітря, що потрапили в рідину.

Дестабілізація ламел піни на межі розділу «повітря-рідина»

Процес розтікання створює механічний удар по поверхні піни та дестабілізує її структуру. Антипінник швидше розтікається по поверхні піни, проникає в ламели та порушує когезію піни. Гідрофобний компонент витісняє стабілізуючі поверхнево-активні речовини на межі розділу «повітря-рідина». Ця спорідненість до поверхні «повітря-рідина» призводить до руйнування повітряних бульбашок і розбивання поверхневої піни.

Розрив повітряних бульбашок внаслідок розтікання по поверхні

Піногасник проникає в стінку бульбашки та руйнує структуру плівки за допомогою механізму утворення містків. Краплі піногасника з низьким поверхневим натягом розтягуються по ламелі та утворюють нестабільні містки. Гідрофобна частинка або крапля олії з кутом контакту, більшим за 90°, спричиняє зсунення рідини при контакті з обома сторонами ламели. Рідина, що контактує з частинкою, вигинається всередину, доки обидві сторони плівки не стикаються й не розриваються. Ламела спорожнюється під час утворення містка й досягає критичної точки, де вона розривається та випускає ув’язнене повітря.

Агломерація та спливання бульбашок повітря, що потрапили в суміш

Захоплені бульбашки повітря згущуються й утворюють більші бульбашки, які швидше піднімаються на поверхню. Численні дрібні бульбашки зливаються й виходять із суміші в результаті коалесценції. Піногасник зменшує градієнти поверхневого натягу. Плівки бульбашок стають тоншими й розриваються в певних точках, вивільняючи газ, що міститься всередині. Цей процес коалесценції дозволяє усунути великі захоплені бульбашки повітря за допомогою відповідних методів перемішування.

Промислові застосування та вирішення проблем

“Наші технології на основі діоксиду кремнію дозволяють знизити вміст олії та забезпечити більш економічне дозування завдяки потужному підсилюючому ефекту, який прискорює руйнування піни та підвищує ефективність рецептури”. — Evonik, Провідна компанія у галузі спеціалізованих хімічних речовин

Промислові підприємства стикаються з виробничими втратами, пов’язаними з утворенням піни, у багатьох галузях. Кожна з них потребує цільових рішень у вигляді рідких піногасників, підібраних відповідно до конкретних умов технологічного процесу.

Контроль утворення піни в резервуарі для відновлення в екстракційному обладнанні

Піна в резервуарах для збору води пилососа для килимів призводить до передчасного закриття поплавкового механізму та зменшує місткість резервуара на 33%. Робота поплавкового механізму порушується, коли піна перешкоджає його функціонуванню, і брудний розчин потрапляє у вакуумний двигун. Це спричиняє корозію та передчасний вихід з ладу. Ми додаємо розведений піногасник через шланг для збору води, щоб обробити всю вакуумну систему, а потім підтримуємо концентрацію від 0,5 до 1,0 унції на галон ємності бака.

Управління піноутворенням в охолоджувальних рідинах та технологічних рідинах

Піна в охолоджувальній рідині для металообробки перешкоджає змащуванню та охолодженню. Вона також збільшує об’єм системи. Одна унція концентрованого піногасника розрахована на 50 галонів розведеної охолоджувальної рідини. Для операцій з ЧПУ під високим тиском (понад 800 psi) потрібні спеціальні низькопінисті суміші.

Паперова фабрика та переробка деревної целюлози

Силіконові емульсії зберігають свою активність у умовах високих температур та лужних середовищ. Такі умови спостерігаються на етапах промивання целюлозної маси, випарювання та відбілювання. Ці суміші сприяють виведенню уловленого повітря та знижують поверхневий натяг у технологічних розчинах. Промивання коричневої маси за допомогою модифікованих органосиліконових сполук дозволяє зменшити перенесення хімікатів та витрати на відбілювання.

Підприємства з переробки харчових продуктів та нафтопереробки

Антипінні засоби харчового призначення контролюють утворення піни у пивоварінні, переробці соків та молочній промисловості, відповідаючи вимогам FDA. Силіконові антипінні засоби усувають піну при дозуванні 10–30 ppm під час сепарації нафти та газу та запобігають перенесенню рідини.

Очищення стічних вод та гідравлічні системи

Дозування піногасників для стічних вод становить 10–200 ppm залежно від інтенсивності піноутворення. Гідравлічний піногасник запобігає пошкодженню внаслідок кавітації та забезпечує ефективність роботи системи й тривалий термін експлуатації її компонентів.

Висновок

Ми розглянули, як рідкі піногасники пригнічують утворення піни за допомогою трьох основних механізмів: дестабілізації пінових ламел, руйнування повітряних бульбашок та сприяння їх зливанню. Конкретні технологічні вимоги визначають, чи слід обирати препарати на олійній, водній основі, силіконові або на основі кополімерів ЕО/ПО. Ці сполуки захищають критично важливе обладнання в системах екстракції, на металообробних підприємствах, паперових фабриках та очисних спорудах. Правильний вибір та дозування піногасника запобігають пошкодженню обладнання, яке може обійтися дорого. Це також покращує ефективність технологічного процесу та усуває виробничі втрати, спричинені неконтрольованою піною.