Giải thích về chất khử bọt dạng lỏng: Cách thức kiểm soát bọt trong các ứng dụng công nghiệp

Những điểm chính

Hiểu rõ cơ chế hoạt động của chất khử bọt dạng lỏng có thể giúp các hoạt động công nghiệp của bạn tránh được những hư hỏng thiết bị tốn kém và tổn thất sản xuất do hiện tượng tích tụ bọt không kiểm soát được gây ra.

• Chất khử bọt dạng lỏng sử dụng ba thành phần hoạt động phối hợp với nhau: các chất kỵ nước (như silica hoặc sáp), chất mang (dầu hoặc nước) và một lượng nhỏ chất nhũ hóa để giúp chất lỏng lan tỏa nhanh chóng và làm mất ổn định bọt tại giao diện không khí-chất lỏng.

• Bốn loại chất khử bọt chính phục vụ các nhu cầu khác nhau: loại gốc dầu để kiểm soát bọt trên bề mặt, loại gốc nước để giải phóng khí bị kẹt, loại gốc silicone để đạt hiệu suất hai trong một, và các copolyme EO/PO cho các ứng dụng phụ thuộc vào nhiệt độ.

• Việc kiểm soát bọt diễn ra thông qua ba cơ chế: làm mất ổn định các lá bọt bằng cách dịch chuyển các chất hoạt động bề mặt, làm vỡ các bọt khí thông qua hiện tượng tạo cầu và hiện tượng tách ướt, đồng thời thúc đẩy quá trình hợp nhất bọt khí để giải phóng không khí bị kẹt một cách nhanh chóng.

• Việc lựa chọn chất khử bọt phù hợp giúp ngăn ngừa sự cố thiết bị: Trong thiết bị chiết xuất, bọt có thể làm giảm dung tích bể chứa xuống 33% và gây ăn mòn động cơ chân không, trong khi đó, trong lĩnh vực gia công kim loại, bọt lại cản trở các chức năng làm mát và bôi trơn.

• Liều lượng thay đổi tùy theo mục đích sử dụng: Nồng độ điển hình dao động từ 0,1–0,31 TP3T trong sơn latex, 10–30 ppm trong quá trình tách dầu–khí và 10–200 ppm trong xử lý nước thải, tùy thuộc vào mức độ tạo bọt và điều kiện quy trình.

Chất khử bọt dạng lỏng phù hợp, được lựa chọn dựa trên quy trình công nghiệp cụ thể của quý vị, sẽ giúp bảo vệ tuổi thọ thiết bị, duy trì hiệu quả vận hành và loại bỏ các điểm nghẽn trong sản xuất do các vấn đề liên quan đến bọt gây ra.

Sự tích tụ bọt có thể làm hỏng thiết bị của bạn. Bọt chứa nhiều chất tẩy rửa, khi trộn lẫn với bụi bẩn và xơ vải, sẽ bị hút vào động cơ máy hút bụi, gây tắc nghẽn đường dẫn khí, ăn mòn các bộ phận bên trong và làm giảm lực hút. Chất khử bọt dạng lỏng là một chất phụ gia hóa học giúp giảm thiểu và ngăn chặn sự hình thành bọt trong các chất lỏng của quy trình công nghiệp. Các quy trình công nghiệp phải đối mặt với những vấn đề nghiêm trọng do bọt gây ra, như tạo ra khuyết tật trên lớp phủ bề mặt và cản trở quá trình đổ đầy thùng chứa hiệu quả. Chúng ta thường gặp những vấn đề này nhất trong các bể thu hồi của máy chiết xuất và máy chà sàn tự động, nơi việc kiểm soát bọt trở nên cực kỳ quan trọng. Các chất khử bọt phổ biến nhất bao gồm dầu không tan, các hợp chất khử bọt gốc silicone như polydimethylsiloxanes và một số loại cồn. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách thức hoạt động của chất khử bọt dạng lỏng, các loại khác nhau của chúng và ứng dụng của chúng trong các hoạt động công nghiệp.

Chất khử bọt dạng lỏng là gì và các tính chất chính của chúng

Chất khử bọt dạng lỏng bao gồm ba thành phần riêng biệt phối hợp với nhau để kiểm soát bọt. Thành phần chính là một vật liệu kỵ nước đóng vai trò là thành phần hoạt tính. Các vật liệu kỵ nước bao gồm silica đã qua xử lý, sáp (tổng hợp hoặc tự nhiên) và silicone hoặc các dẫn xuất của silicone. Các chất kỵ nước này có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau để nâng cao hiệu suất.

Thành phần thứ hai là một xe chở hàng giúp chuyển các hoạt chất kỵ nước vào hệ thống ưa nước giữ không khí. Các chất mang bao gồm dầu khoáng, dầu thực vật và dầu silicone. Chất lỏng mang thường có sức căng bề mặt thấp hơn so với chất lỏng tạo bọt. Độ ổn định lâu dài của chất mang trong dung dịch ban đầu quyết định hiệu quả kiểm soát bọt trong các sản phẩm có thời hạn sử dụng kéo dài.

Thành phần thứ ba, một chất nhũ hóa, sẽ giúp phân bố tối ưu thành phần kỵ nước trong chất mang đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho chất kiểm soát bọt lan tỏa đều trong chất lỏng. Các chất nhũ hóa được sử dụng bao gồm alkylphenol ethoxyl hóa và este sorbitan. Chúng tôi giảm thiểu lượng chất nhũ hóa vì chính các hợp chất này cũng có thể góp phần vào quá trình tạo bọt.

Thành phần hóa học và hoạt tính bề mặt

Các chất khử bọt hoạt động hiệu quả hơn khi sức căng bề mặt hoặc sức căng giữa các pha giảm xuống. Một chất khử bọt gốc silicone chứa các thành phần hoạt tính bề mặt giúp làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng đến mức khiến các bọt khí trong bọt bị vỡ. Sự giảm sức căng bề mặt này giúp chất khử bọt lan tỏa nhanh hơn trên bề mặt tiếp xúc của bọt.

Yêu cầu về độ nhớt để có thể phết nhanh

Độ nhớt thấp góp phần vào khả năng thấm sâu và lan tỏa. Chất khử bọt dạng lỏng phải có hệ số lan tỏa nhanh để có thể lan tỏa đều trên bề mặt môi trường. Nếu không có đặc tính độ nhớt thấp này, chất khử bọt sẽ không thể tiếp cận được bề mặt tiếp giáp khí-lỏng, nơi quá trình ổn định bọt diễn ra đủ nhanh.

Không hòa tan trong môi trường tạo bọt

Chất khử bọt phải không hòa tan trong môi trường tạo bọt. Pha lỏng của chất khử bọt phải có mức độ không tương thích hoặc không hòa tan với môi trường mà nó được đưa vào. Sự không tương thích này giúp chất khử bọt có thể tạo thành các giọt nhỏ nổi lên bề mặt và lan tỏa tốt, làm vỡ các bọt khí mà không góp phần tạo thêm bọt.

Các loại chất khử bọt dạng lỏng

Các nhà chế tạo công thức lựa chọn từ bốn nhóm chính của chất khử bọt dạng lỏng dựa trên hệ thống chất mang và thành phần hóa học hoạt tính cần thiết cho các điều kiện quy trình cụ thể.

Chất khử bọt gốc dầu có chất mang là dầu khoáng hoặc dầu thực vật

Các công thức gốc dầu sử dụng dầu khoáng, dầu thực vật hoặc dầu trắng làm chất mang. Các hợp chất này bao gồm sáp hoặc silica kỵ nước để nâng cao hiệu suất. Các biến thể dầu khoáng mang lại khả năng ức chế bọt tuyệt vời trong các hệ thống gốc nước. Các sản phẩm thay thế từ dầu thực vật cung cấp hàm lượng hoạt chất 100% với hiệu quả ở mức 0,1–0,3% (theo trọng lượng) trong các hệ thống sơn latex. Các công thức dầu thực vật loại bỏ nguy cơ nhiễm silicone gây ra hiện tượng lõm bề mặt, vết mắt cá và sự thiếu kết dính giữa các lớp sơn trong các hệ thống acrylic và vinyl acetate. Các chất khử bọt này rất hiệu quả trong việc loại bỏ bọt trên bề mặt.

Chất khử bọt gốc nước để loại bỏ khí lẫn trong chất lỏng

Các công thức gốc nước phân tán các loại dầu và sáp khác nhau trong chất mang dạng nước. Các loại dầu có thể là dầu khoáng hoặc dầu thực vật, còn sáp bao gồm các loại rượu béo chuỗi dài, xà phòng axit béo hoặc este. Chất khử bọt gốc nước có chức năng khử khí và giải phóng không khí bị kẹt trong chất lỏng quá trình, khác với các loại gốc dầu. Đặc tính này khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng mà việc loại bỏ không khí bên trong chất lỏng quan trọng hơn việc kiểm soát bọt trên bề mặt.

Hợp chất khử bọt gốc silicone

Các công thức silicone chứa các polyme có cấu trúc xương sống là silicon, được cung cấp dưới dạng dầu hoặc nhũ tương gốc nước. Một nhũ tương chống tạo bọt silicone điển hình bao gồm polydimethylsiloxane 30% trong nước cùng với các thành phần vô cơ đã được biến tính. Các hợp chất này giúp phân tán silica kỵ nước trong dầu silicone. Các biến thể silicone thực hiện hai chức năng: làm giảm bọt bề mặt đồng thời giải phóng không khí bị kẹt bên trong. Chúng vẫn phù hợp cho các hệ thống tạo bọt không chứa nước, bao gồm các hoạt động liên quan đến dầu thô và quá trình tinh chế.

Chất khử bọt copolymer EO/PO

Các copolyme khối ethylene oxide/propylene oxide hoạt động thông qua cơ chế hòa tan nghịch đảo. Các chất hoạt động bề mặt không ion này vẫn hòa tan trong nước ở nhiệt độ thấp nhưng sẽ kết tủa và lan tỏa tại giao diện bọt khi nhiệt độ quá trình vượt quá điểm đục của chúng. Khả năng khử bọt phụ thuộc vào mối quan hệ giữa điểm mây của chất hoạt động bề mặt và nhiệt độ ứng dụng. Các nhà phát triển công thức nên lựa chọn các copolyme khối có điểm mây thấp hơn nhiệt độ sử dụng dự kiến. Các chất hoạt tính 100% không chứa silicone này có tính trơ sinh học. Điều này giúp chúng an toàn khi sử dụng trong các hệ thống lên men.

Cách thức các chất khử bọt dạng lỏng kiểm soát quá trình hình thành bọt

“cơ chế lan truyền do lớp màng của bong bóng vỡ bị hấp thụ vào lớp màng chất lỏng xung quanh” — Rei Kurita, Phó giáo sư, Đại học Thủ đô Tokyo

Có ba cơ chế chi phối việc kiểm soát bọt sau khi thêm chất khử bọt dạng lỏng vào dung dịch xử lý. Các cơ chế này phối hợp với nhau để loại bỏ bọt bề mặt và các bọt khí lẫn trong dung dịch.

Sự mất ổn định của các lá bọt tại giao diện khí-chất lỏng

Quá trình lan tỏa tạo ra một cú sốc cơ học lên bề mặt bọt và làm mất ổn định cấu trúc của nó. Chất khử bọt lan tỏa trên bề mặt bọt nhanh hơn, thấm sâu vào các lớp lamellae và phá vỡ sự kết dính của bọt. Thành phần kỵ nước thay thế các chất hoạt tính bề mặt ổn định tại giao diện không khí-chất lỏng. Tính tương hợp với bề mặt không khí-chất lỏng này làm vỡ các bong bóng khí và phá vỡ lớp bọt trên bề mặt.

Sự vỡ của các bong bóng khí do hiện tượng lan rộng trên bề mặt

Chất khử bọt xâm nhập vào thành bong bóng và phá vỡ cấu trúc màng thông qua cơ chế tạo cầu nối. Các giọt chất khử bọt có sức căng bề mặt thấp kéo dài qua các lamella và tạo thành các cầu nối không ổn định. Một hạt kỵ nước hoặc giọt dầu có góc tiếp xúc lớn hơn 90° sẽ gây ra hiện tượng tách ướt khi tiếp xúc với cả hai mặt của lớp màng mỏng. Chất lỏng tiếp xúc với hạt này sẽ uốn cong vào trong cho đến khi cả hai mặt của màng chạm vào nhau và vỡ ra. Lớp màng mỏng sẽ thoát nước khi cầu nối hình thành và đạt đến điểm tới hạn, nơi nó vỡ ra và giải phóng không khí bị kẹt bên trong.

Sự kết tụ và nổi lên của các bọt khí bị cuốn theo

Các bọt khí lẫn trong hỗn hợp kết tụ lại và tạo thành những bọt khí lớn hơn, nổi lên bề mặt nhanh hơn. Nhiều bọt khí nhỏ hợp nhất lại và thoát ra khỏi hỗn hợp thông qua quá trình hợp nhất. Chất khử bọt làm giảm độ dốc của sức căng bề mặt. Các màng bọt mỏng dần và vỡ ra tại các điểm cụ thể, giải phóng khí bên trong. Quá trình hợp nhất này giúp loại bỏ các bọt khí lẫn trong hỗn hợp có kích thước lớn khi áp dụng các phương pháp khuấy trộn phù hợp.

Ứng dụng trong công nghiệp và giải quyết vấn đề

“Các công nghệ silica của chúng tôi giúp giảm hàm lượng dầu và tiết kiệm hơn trong việc định lượng, nhờ hiệu ứng tăng cường mạnh mẽ giúp đẩy nhanh quá trình phân hủy bọt và nâng cao hiệu quả của công thức.” — Evonik, Công ty hàng đầu trong lĩnh vực hóa chất chuyên dụng

Các doanh nghiệp công nghiệp đang phải đối mặt với tình trạng thất thoát sản lượng do bọt gây ra trong nhiều lĩnh vực. Mỗi lĩnh vực đều cần các giải pháp chất khử bọt dạng lỏng được thiết kế riêng, phù hợp với các điều kiện quy trình cụ thể.

Kiểm soát bọt trong bể thu hồi của thiết bị chiết xuất

Bọt trong bể thu hồi của máy giặt thảm khiến cơ chế phao đóng lại quá sớm và làm giảm dung tích bể lên đến 33%. Cơ chế phao sẽ không hoạt động khi bị bọt cản trở, dẫn đến dung dịch bẩn bị hút vào động cơ hút chân không. Điều này gây ra hiện tượng ăn mòn và hư hỏng sớm. Chúng tôi thêm chất khử bọt đã pha loãng qua ống thu hồi để xử lý toàn bộ hệ thống hút, sau đó duy trì nồng độ từ 0,5 đến 1,0 ounce trên mỗi gallon dung tích bể chứa.

Quản lý bọt trong chất làm mát và chất lỏng công nghệ

Bọt trong dung dịch làm mát gia công kim loại làm giảm hiệu quả bôi trơn và làm mát. Nó cũng làm tăng thể tích của hệ thống. Một ounce chất khử bọt cô đặc có thể xử lý 50 gallon dung dịch làm mát đã pha loãng. Các quy trình gia công CNC áp suất cao trên 800 psi đòi hỏi phải sử dụng các công thức chuyên dụng có khả năng tạo bọt thấp.

Nhà máy giấy và chế biến bột gỗ

Nhũ tương silicone vẫn duy trì hoạt tính trong điều kiện nhiệt độ cao và môi trường kiềm. Những điều kiện này xuất hiện trong các giai đoạn rửa bột giấy, bay hơi và tẩy trắng. Các công thức này giúp loại bỏ không khí lẫn trong dung dịch và giảm sức căng bề mặt của dung dịch xử lý. Việc rửa bột giấy thô bằng các hợp chất organosilicone biến tính giúp giảm lượng hóa chất mang theo và chi phí tẩy trắng.

Các hoạt động chế biến thực phẩm và tinh chế dầu

Các chất khử bọt đạt tiêu chuẩn thực phẩm giúp kiểm soát bọt trong các quy trình sản xuất bia, chế biến nước ép và chế biến sữa, đồng thời tuân thủ các quy định của FDA. Các chất khử bọt silicone loại bỏ bọt với liều lượng 10–30 ppm trong quá trình tách dầu-khí và ngăn chặn hiện tượng lẫn chất lỏng.

Xử lý nước thải và hệ thống thủy lực

Liều lượng chất khử bọt trong nước thải dao động từ 10 đến 200 ppm, tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của hiện tượng tạo bọt. Chất khử bọt thủy lực giúp ngăn ngừa hư hỏng do hiện tượng xâm thực và duy trì hiệu suất hệ thống cũng như tuổi thọ của các bộ phận.

Kết luận

Chúng ta đã tìm hiểu cách các chất khử bọt dạng lỏng kiểm soát bọt thông qua ba cơ chế chính: làm mất ổn định các lớp màng bọt, làm vỡ các bong bóng khí và thúc đẩy quá trình hợp nhất bong bóng. Các yêu cầu cụ thể của quy trình sẽ quyết định việc lựa chọn công thức dựa trên dầu, dựa trên nước, silicone hay copolymer EO/PO. Các hợp chất này bảo vệ các thiết bị quan trọng trong các hệ thống chiết xuất, các hoạt động gia công kim loại, nhà máy giấy và các cơ sở xử lý nước thải. Việc lựa chọn và định lượng chất khử bọt phù hợp sẽ ngăn ngừa hư hỏng thiết bị, vốn có thể gây tốn kém. Điều này cũng cải thiện hiệu suất quy trình và loại bỏ các tổn thất sản xuất do bọt không được kiểm soát gây ra.