Cosa sono gli agenti antischiuma? La guida essenziale al controllo della schiuma nella produzione

Gli agenti antischiuma sono una parte vitale delle operazioni di produzione da oltre 45 anni. Le industrie manifatturiere di tutti i tipi si affidano a loro per mantenere l'efficienza operativa. Gli impianti di produzione, in particolare quelli del settore petrolifero e del gas, rischiano di subire arresti completi senza un efficace controllo della schiuma.

La schiuma può sembrare un fastidio minore per molte persone. La realtà è che crea problemi importanti nella lavorazione chimica, nella raffinazione del petrolio, nella produzione alimentare e nella produzione di carta. La scelta del giusto agente antischiuma ottimizza la produttività e migliora la qualità del prodotto. La differenza principale tra antischiuma e agenti antischiuma spesso confonde le persone. Gli antischiuma eliminano i problemi di schiuma esistenti, mentre gli antischiuma ne impediscono la formazione iniziale.

Questo articolo vi aiuterà a comprendere a fondo gli antischiuma. Imparerete a conoscere le loro applicazioni e a trovare la soluzione giusta per i vostri requisiti di produzione.

Comprendere i problemi di schiuma nella produzione

La formazione di schiuma rappresenta una sfida importante nella produzione. Bolle e schiuma si accumulano e possono interrompere le operazioni. Le aziende devono comprendere questo problema prima di implementare soluzioni antischiuma.

Perché si forma la schiuma nei processi industriali

Due condizioni principali creano la schiuma: l'aerazione e le sostanze tensioattive. I processi di produzione introducono aria nei liquidi mediante agitazione meccanica, miscelazione, agitazione o sparging. I tensioattivi che riducono la tensione superficiale aiutano a stabilizzare le bolle.

I tensioattivi provengono da diverse fonti. Tra queste vi sono i detergenti, i saponi e i prodotti chimici industriali, sia di origine domestica che industriale. Il processo diventa più complesso quando compaiono proteine e altri composti tensioattivi. I microrganismi li rilasciano durante la fermentazione o la lavorazione, rendendo la schiuma ancora più stabile.

L'industria del poliuretano crea schiuma di proposito. L'acqua reagisce con le miscele di polioli/diisocianato per generare anidride carbonica come agente espandente. Questa reazione controllata crea la struttura cellulare necessaria per il prodotto finale.

Problemi comuni causati da un eccesso di schiuma

Una quantità eccessiva di schiuma comporta diversi problemi operativi:

• Riduzione dell'efficienza:La schiuma blocca il trasferimento di ossigeno nei processi aerobici e limita il trasferimento di massa nelle colonne
• Danni alle apparecchiature:La schiuma può rompere pompe, filtri, valvole e altri macchinari vitali.
• Rischi di contaminazione:I prodotti vengono contaminati e le ricadute inquinano l'ambiente
• Limiti di produzione:La produzione cala perché la schiuma costringe a rallentare i ritmi di produzione
• Problemi di qualità:La schiuma impedisce il corretto volume di riempimento delle bevande
• Pericoli per la sicurezza:Gli agenti patogeni si diffondono attraverso il vento o creano rischi di incendio nei compressori di ossigeno

La fermentazione farmaceutica corre i rischi maggiori. Le "schiume" possono distruggere completamente i processi e le attrezzature.

L'impatto sui costi della schiuma non controllata

I problemi di schiuma costano più di quanto si possa pensare. Le interruzioni della produzione comportano enormi perdite di fatturato a causa dei fermi di produzione. Un lotto rovinato nella produzione farmaceutica può comportare uno spreco di centinaia di migliaia di sterline. Senza contare i danni alle apparecchiature e i costi di pulizia.

La maggior parte delle aziende gestisce la schiuma in modo reattivo anziché proattivo. Questo approccio comporta uno spreco di denaro perché gli operatori continuano ad aggiungere prodotti chimici antischiuma anche quando la schiuma scompare. Gli impianti di trattamento delle acque reflue devono affrontare un doppio problema: sprecare prodotti chimici e peggiorare la formazione della schiuma.

Gli effetti si ripercuotono su interi settori. Alcuni produttori di imbottiti hanno dovuto ridurre la produzione da sei giorni a soli tre o quattro giorni a settimana a causa di problemi legati alla catena di fornitura della schiuma.

La scelta del giusto antischiuma diventa fondamentale sia per le operazioni che per il risparmio dei costi di produzione.

Cosa sono gli antischiuma e come funzionano

Gli agenti antischiuma svolgono un ruolo fondamentale come additivi chimici quando la schiuma crea problemi operativi negli ambienti industriali. Vi spiego queste sostanze e la scienza che sta alla base delle loro capacità di combattere la schiuma.

Definizione e scopo degli agenti antischiuma

Gli antischiuma sono prodotti chimici specializzati che eliminano o riducono la schiuma indesiderata nei processi industriali. Agiscono come agenti di controllo della schiuma e rompono le bolle di gas intrappolate nei liquidi o nei solidi. Questi potenti additivi si rivelano essenziali nei processi chimici, nella raffinazione del petrolio, nella produzione alimentare e nella fabbricazione della carta. In questi settori la schiuma può bloccare le apparecchiature, interrompere le misurazioni e bloccare il flusso dei liquidi. Un buon antischiuma mantiene una solubilità parziale: deve rimanere "metà dentro e metà fuori" dalla soluzione per abbattere la schiuma senza causare altri problemi.

La scienza della distruzione della schiuma

La chimica della distruzione della schiuma funziona attraverso diversi meccanismi sofisticati. Per eliminare con successo la schiuma è necessario che gli antischiuma abbiano una bassa tensione superficiale (in genere tra 20-30 mN m-¹) rispetto al mezzo schiumogeno (in genere 30-50 mN m-¹). Una volta applicati, gli antischiuma si diffondono rapidamente sulle superfici delle bolle e creano tre percorsi principali di distruzione:

• Disidratazione si verifica quando le particelle idrofobe toccano la parete della bolla (lamella)
• Stretching e ponti si verifica quando le gocce di antischiuma a bassa tensione superficiale si allungano attraverso la lamella formando ponti instabili.
• Destabilizzazione è dovuto al fatto che le particelle idrofobiche attraggono le code idrofobiche dei tensioattivi.

Gli antischiuma ad azione rapida rompono i film di schiuma durante le prime fasi di assottigliamento e distruggono completamente la schiuma in pochi minuti. Gli antischiuma più lenti richiedono tempi di lavorazione più lunghi e spesso lasciano un po' di schiuma.

Differenza tra antischiuma e agenti antischiuma

Spesso si confondono questi termini, ma hanno scopi diversi. Gli antischiuma bloccano la schiuma prima che si formi: intervengono precocemente nei sistemi per prevenire la formazione di schiuma in futuro. Gli antischiuma affrontano la schiuma esistente nel momento in cui si forma. Questa differenza va oltre la semplice terminologia e riguarda l'uso effettivo: gli antischiuma agiscono in modo preventivo attraverso un'aggiunta continua, mentre gli antischiuma reagiscono alla schiuma attraverso un'aggiunta occasionale quando necessario. Entrambe le tipologie utilizzano meccanismi chimici e ingredienti simili, il che spiega perché l'industria utilizza spesso questi termini in modo intercambiabile.

Tipi di antischiuma per diverse applicazioni

Le aziende manifatturiere di tutti i tipi hanno bisogno di soluzioni specializzate per il controllo della schiuma che rispondano alle loro specifiche sfide operative. La scelta del giusto antischiuma influisce sia sull'efficienza che sulla qualità del prodotto finale.

Antischiuma a base di silicone

Gli antischiuma siliconici contengono polidimetilsilossano (PDMS) e offrono eccezionali capacità di rompere la schiuma grazie alla loro bassissima tensione superficiale (circa 20 mN/m). Questi potenti prodotti sono disponibili in tre forme: emulsioni di silicone, composti di silicone e polveri.

Gli agenti antischiuma a base di silicone funzionano bene in ambienti difficili perché resistono a pH e temperature elevati (efficaci fino a 100°C). Negli anni '80 questi antischiuma hanno sostituito le soluzioni più vecchie nei processi di lavaggio della pasta di cellulosa. Contribuiscono alla sostenibilità riducendo l'uso di acqua, energia e sostanze chimiche.

Soluzioni a base di olio

Gli antischiuma a base di olio sono ottimi quando il silicone crea problemi di compatibilità. Questi prodotti sono disponibili in due tipi principali:

A base di olio minerale: Questi antischiuma spalmabili durano più a lungo e offrono il miglior rapporto qualità-prezzo. Funzionano al meglio per controllare la schiuma durante la produzione di vernici e il trattamento delle acque.

A base di olio vegetale: Queste opzioni ecologiche funzionano bene nella produzione di inchiostri, rivestimenti e cartoni. Sempre più aziende le scelgono perché si decompongono naturalmente nell'ambiente.

Formulazioni a base d'acqua

Gli antischiuma a base acquosa utilizzano l'acqua come vettore (contenuto d'acqua 60-95%) e mescolano oli emulsionati o ingredienti attivi. Questi prodotti offrono diversi vantaggi:

• Costi di produzione inferiori
• Applicazione e diluizione semplici
• Migliore miscelazione nei sistemi a base d'acqua
• Più rispettosi dell'ambiente (molti si decompongono naturalmente)
• Funziona bene a diverse temperature (fino a 60°C) e livelli di pH (3-10)

Questi antischiuma sono stati utilizzati per la prima volta dall'industria della carta, ma oggi si trovano anche in agricoltura, nella lavorazione degli alimenti, nella produzione chimica e nel trattamento delle acque reflue.

Sgrassanti in polvere per usi speciali

Gli antischiuma in polvere risolvono problemi unici nella lavorazione di materiali secchi. Sfruttano la struttura porosa simile a una spugna della silice portante SIPERNAT® per assorbire gli agenti antischiuma liquidi attraverso l'azione capillare. Questo "effetto polvere secca" aiuta a miscelare uniformemente il tutto con altri materiali in polvere.

Queste formule speciali funzionano benissimo in:

• Materiali da costruzione (cemento, malta, livellanti)
• Detergenti per la casa
• Lavorazione degli alimenti (soprattutto raffinerie di zucchero)

Gli agenti assorbenti si liberano dai supporti quando vengono miscelati con l'acqua. In questo modo si evitano le bolle e si mantiene un funzionamento regolare delle operazioni senza compromettere l'integrità strutturale o l'efficienza.

Selezione del giusto antischiuma per il vostro processo

La scelta dell'antischiuma perfetto per il processo di produzione non si limita a individuare i problemi di schiuma. È necessario trovare il giusto equilibrio tra compatibilità ed efficacia, che si adatti alla vostra specifica applicazione.

Fattori chiave da considerare prima di scegliere

L'efficacia dell'antischiuma dipende dalla conoscenza delle cause della schiuma nel prodotto. Ogni tipo di schiuma ha bisogno di agenti antischiuma specifici per funzionare correttamente. Fate un quadro completo della vostra situazione: verificate se la schiuma è persistente o temporanea, conoscete le proprietà fisiche e chimiche del vostro sistema e le condizioni operative.

Il giusto equilibrio tra compatibilità e incompatibilità è un fattore vitale. Una fonte esperta osserva: "Il disaerante deve essere sufficientemente compatibile da disperdersi nel sistema, ma deve essere insolubile al punto da rimanere in forma di goccioline fini per interagire efficacemente con la schiuma".

Compatibilità con il sistema di produzione

L'esame di compatibilità deve rispondere a queste domande:

• Il vostro antischiuma potrebbe lasciare depositi nel sistema?
• Danneggia i catalizzatori?
• Le membrane o i filtri si intasano?
• Quali effetti a valle potrebbero verificarsi?

La solubilità dell'antischiuma deve essere sufficientemente bassa da non dissolversi del tutto, ma sufficientemente alta da potersi spalmare correttamente. Gli esperti del settore lo dicono meglio: "La scelta del corretto antischiuma è quindi una sorta di 'bilanciamento' tra compatibilità e incompatibilità".

Metodi di prova per valutare l'efficacia

Le prove al banco devono rispecchiare fedelmente le condizioni operative reali. In questo modo è possibile valutare il funzionamento dell'antischiuma. L'approccio migliore consiste nel simulare il mezzo schiumogeno e le condizioni di lavorazione in un ambiente controllato.

La valutazione della schiuma di produzione si avvale in genere di metodi di prova con agitatore o dissolutore. È possibile misurare l'altezza della schiuma, la persistenza, la stabilità e la densità per ottenere solidi dati di confronto. Le condizioni di prova devono essere costanti per ottenere risultati accurati.

Considerazioni ambientali e normative

Le prestazioni sono importanti, ma l'impatto ambientale e la conformità alle normative sono diventati criteri di selezione altrettanto importanti. La maggior parte dei settori industriali è alla ricerca di antischiuma biodegradabili e rispettosi dell'ambiente, soprattutto nei casi in cui si possono verificare emissioni nell'ambiente.

Il programma Safer Choice dell'EPA esamina tutti gli ingredienti dei prodotti qualificati, compresi gli antischiuma. I diversi antischiuma sono sottoposti a criteri di valutazione diversi in base alla loro struttura e alla loro chimica, dai criteri relativi ai tensioattivi a quelli relativi ai polimeri o ai master.

Le schede di sicurezza (SDS) aiutano a garantire la conformità alle normative e la sicurezza dei lavoratori durante la manipolazione e lo stoccaggio.

Conclusione

I piccoli dettagli possono determinare il successo della produzione, e un adeguato controllo della schiuma è un componente vitale. Questo pezzo esplora il funzionamento degli antischiuma come strumenti chiave in industrie di tutti i tipi, dalla lavorazione chimica alla produzione alimentare.

La scelta del giusto antischiuma dipende da diversi fattori. Le soluzioni a base di silicone eccellono negli ambienti ad alta temperatura, mentre le alternative a base di olio e acqua offrono vantaggi unici per applicazioni specifiche. I requisiti operativi specifici, le considerazioni ambientali e le esigenze di conformità alle normative determineranno la soluzione migliore.

Un controllo efficace della schiuma non si limita alla scelta del prodotto: è necessario comprendere le problematiche specifiche della schiuma, verificarne la compatibilità e monitorarla costantemente. L'investimento iniziale nella scelta del giusto antischiuma può sembrare elevato, ma i vantaggi a lungo termine superano di gran lunga i costi. Vedrete migliorare l'efficienza, ridurre i tempi di inattività e migliorare la qualità del prodotto.

I processi produttivi sono in continua evoluzione, ma gli agenti antischiuma restano fondamentali per il successo operativo. Le aziende che eccellono nel controllo della schiuma attraverso una selezione intelligente degli antischiuma ottengono un grande vantaggio competitivo, garantendo al contempo pratiche di produzione ecologiche ed efficienti.