Kaip iš tikrųjų veikia pramoninis putų šalinimas: Nuo teorijos iki praktikos

Putos kelia didelių problemų pramoniniuose procesuose. Dėl jų atsiranda paviršiaus dangų defektų, o konteinerių užpildymas tampa neefektyvus. Gamintojams reikia putų šalinimo - labai svarbaus proceso, kuris sumažina putų susidarymą pramoniniuose skysčiuose ir užkerta kelią jų susidarymui, kad būtų išlaikyta produktų kokybė ir optimizuotos operacijos.

Cheminiai priedai, vadinami putojimą mažinančiomis medžiagomis, padeda sumažinti nepageidaujamas putas. Šios medžiagos veikia trimis mechanizmais: drėkinimo, tempimo ir (arba) sujungimo ir destabilizavimo. Populiariausios putojimą mažinančios medžiagos yra netirpios alyvos, polidimetilsiloksanai, tam tikri alkoholiai, stearatai ir glikoliai. Kiekvieną putų šalinimo priemonę reikia kruopščiai suformuluoti, kad ji atitiktų sistemą, kurią ji apdoroja.

Šis straipsnis padės suprasti putų susidarymo mokslą ir įvairių putų šalinimo priemonių veikimą. Gausite praktinių patarimų, kaip pasirinkti tinkamą sprendimą savo pramonės uždaviniams spręsti. Turinys suteiks svarbiausių žinių apie veiksmingą putų šalinimą, nesvarbu, ar susiduriate su nuolatinėmis putų susidarymo problemomis, ar norite sužinoti pagrindinę teoriją.

Putų susidarymo pramoninėse sistemose supratimas

Pramoniniam putų šalinimui reikia suprasti, kaip susidaro ir išlieka putos. Putų sistema išsklaido dujų burbuliukus skystoje fazėje ir išlieka termodinamiškai nestabili. Šios putos pasižymi ypatingu patvarumu pramonėje.

Paviršinio aktyvumo medžiagų vaidmuo stabilizuojant putas

Paviršiaus aktyviosios medžiagos (paviršinio aktyvumo medžiagos) yra labai svarbios putų susidarymui ir stabilumui. Šios amfifilinės molekulės turi ir hidrofilinių, ir hidrofobinių dalių, kurios leidžia joms adsorbuotis dujų ir skysčio sąsajose. Paviršinio aktyvumo medžiagos difunduoja į tirpalus ir pasiekia susiformavusių branduolių ir skysčio sąsają. Jos sukuria burbuliukus mažindamos tarpfazinį įtempimą ir neleidžia burbuliukams koalescuoti prieš stabilizuojantis.

Paviršinio aktyvumo medžiagos maksimaliai putoja esant vidutinei koncentracijai. Paviršinio aktyvumo medžiaga gali pakeisti tolygų burbuliukų susidarymą į ląstelines putas, o burbuliukų dydis priklauso nuo angos Reynoldso skaičiaus. Paviršius tampa elastingas, kuri padeda burbuliukams atsispirti deformacijai ir mechaniniam poveikiui.

Putplasčio plokštelių ir plokščiųjų sienų struktūra

Putplastį sudaro keli struktūriniai elementai. Lamellae tai plonos skysčio plėvelės, atskiriančios dujų burbuliukus. Trys plokštelės susijungia ir sudaro kanalus, vadinamus Plynaukštės ribos, kurių viršūnės jungiasi 109,5° kampu. Skysčiui judant nuo burbulo sienelių prie šių plokščių ribų, putos iš “šlapių” tampa “sausomis”. Dėl to burbuliukai palei ribas tampa daugiakampiai.

Putų ląstelių struktūra - dydis, sienelių storis ir tankis - turi įtakos jų matomam tankiui ir stabilumui. Skystoji putų dalis lemia daugelį fizikinių savybių.

Gibso-Marangonio efektas putų stabilumui

Svetainė Gibbso-Marangonio efektas yra pagrindinis stabilizavimo mechanizmas. Paviršiaus įtempimo gradientai susidaro, kai plokštelė išsitempia arba sutrinka, todėl toje vietoje sumažėja paviršinio aktyvumo medžiagos koncentracija. Dėl šių gradientų susidaro tangentinis srautas, kuris perskirsto paviršinio aktyvumo medžiagą išilgai plėvelės.

Šis savigydos procesas veikia tam tikru būdu. Veikiant jėgai, burbulų paviršiuje susidaro plonos dėmės, dėl to padidėja paviršiaus plotas ir kartu sumažėja paviršinio aktyvumo medžiagos koncentracija. Įtampos gradientai traukia paviršinio aktyvumo medžiagas į išretėjusias vietas ir atstato pagrindinius skysčio sluoksnius, kad būtų atkurta plėvelė. Gryni skysčiai neputoja, nes šiam procesui reikalingos paviršinio aktyvumo medžiagos.

Gibso-Marangonio parametras rodo tangentinio ir normaliojo judėjimo greičių santykį. Didesnės vertės lemia didesnį paviršiaus įtempimo kitimą, todėl padidėja paviršinio aktyvumo medžiagų persiskirstymas ir sumažėja putų skilimo tikimybė.

Pagrindiniai putojimą mažinančių medžiagų mechanizmai

Putų putojimą mažinanti medžiaga veikia sudėtingais fizikiniais ir cheminiais mechanizmais, kad sumažintų putų stabilumą. Formuluotojams reikia suprasti šiuos procesus, kad galėtų parinkti tinkamus agentus, veikiančius įvairiose srityse.

Drėkinimo mechanizmas ir kontaktinis kampas >90°

Drėkinimo mechanizmas yra pagrindinis mokslo apie putojimą principas. Šis mechanizmas reikalauja, kad kontaktinis kampas tarp putojimą mažinančios medžiagos ir putojančio skysčio būtų didesnis nei 90°, matuojant per vandeninę fazę. Šiuo kritiniu kampu putojantis skystis negali sudrėkinti putokšlio paviršiaus. Taip susidaro puikios sąlygos putoms sunaikinti. Aštriabriaunės hidrofobinės dalelės palengvina šį procesą. Jos praduria putų plėvelę ir sukuria “tiltą” per ją. Tada skystis atsitraukia nuo dalelės paviršiaus ir nutraukia plėvelę ties trijų fazių sąlyčio linija.

Tilto tempimas ir Marangoni srauto sutrikdymas

Defoamerio lašeliai pirmiausiai praduria ir sujungia putų plokštelę, veikdami sujungimo-išsitempimo mechanizmu. Šie tilteliai tampa silpnomis putų struktūros vietomis. Užmūrytas putplasčio lašelis tampa pažeidžiamiausia plokštelės dalimi. Net ir nedidelės tempimo jėgos, veikiančios putplasčio lašelį, gali jį sulaužyti. Be to, putpikliai blokuoja Marangoni efektą - savigydos mechanizmą, kuris palaiko putų stabilumą. Lamelės paviršiuje pasiskirstęs putpiklis sukuria paviršiaus įtempimo gradientą. Šis gradientas kovoja su natūraliu putų Marangoni srautu. Priešinga tėkmė plonina lameles netoli putokšlio lašelio ir dar labiau silpnina putų struktūrą.

Destabilizacija dėl paviršinio aktyvumo adsorbcijos

Kai kurios putų antipireninės medžiagos pakeičia paviršinio aktyvumo medžiagų pasiskirstymą putų sistemoje. Putų šalintojo molekulės užima dujų ir skysčio sąsają dėl konkurencinės adsorbcijos. Tai išstumia putojančias paviršinio aktyvumo medžiagas. Be to, kai kurios putojimą mažinančios medžiagos gali ištirpinti putojančią paviršinio aktyvumo medžiagą. Dėl to sumažėja jos koncentracija ir susilpnėja burbulų sienelės. Dėl šio proceso sumažėja putų plėvelių paviršiaus elastingumas - labai svarbi putų stabilumo savybė. Nepakankamai elastingos putų plėvelės lengvai lūžta veikiamos mechaninio poveikio.

Paaiškinti skverbties ir sklaidos koeficientai

Skystųjų putokšlių veikimą lemia du pagrindiniai veiksniai: skverbties koeficientas (E) ir sklaidos koeficientas (S). Įsiskverbimo koeficientas parodo, ar putpiklio lašelis gali patekti į putų plokštelę. Kad jis veiktų, reikia, kad E > 0. Sklidimo koeficientas kontroliuoja, kaip gerai putų atitirpintojas pasklinda po plėvelės paviršių, patekęs į vidų. Kad jis tinkamai veiktų, S > 0. Abu koeficientai priklauso nuo tarpfazinių įtampų tarp trijų fazių: skysčio, kuris turi būti putojamas, putpiklio ir oro. Kruopšti sudėtis padeda putokšliams pasiekti geriausias šių koeficientų vertes. Tai užtikrina, kad jie gerai veiktų gruntuose.

Pramoninių putokšlių tipai ir jų naudojimo atvejai

Pramoniniai putojimą mažinantys agentai yra įvairių sudėčių, skirti spręsti konkrečias putojimo problemas įvairaus dydžio pramonės šakose. Tinkamą putų šalinimo priemonės pasirinkimą lemia keli veiksniai, pavyzdžiui, putų tipas, perdirbimo sąlygos ir galutinio produkto reikalavimai.

Silikono pagrindo antipirenas didelio efektyvumo sistemoms

Silikoninis putokšlis - tai polimerai su silicio stuburu, kuriuos gamintojai kuria kaip alyvos nešiklius arba vandens emulsijas. Šiose galingose priemonėse yra hidrofobinio silicio dioksido, esančio silikoninėje alyvoje, kartu su emulsikliais, kurie greitai pasklinda putojančiose terpėse. Jie puikiai veikia šalindami paviršiaus putas ir išlaisvindami įkalintą orą, todėl puikiai tinka nevandeninėms sistemoms, pavyzdžiui, neapdorotai naftai apdoroti. Maisto perdirbimo įmonės naudoja šias putų šalinimo priemones, nes jos išlieka stabilios įvairiomis sąlygomis ir yra specializuotų maisto produktų sudėties. Jų ekonomiškumas pasireiškia, kai jų koncentracija yra 1-200 ppm.

Alyvos putokšlis su vaško arba silicio dioksido priedais

Aliejaus pagrindo preparatuose naudojami nešikliai, pavyzdžiui, mineralinis, baltasis arba augalinis aliejus, kurie lieka atskirai nuo putojančios terpės. Kad šios kietosios putokšlės geriau veiktų, į jas įmaišoma hidrofobinių vaškų (etileno bis stearamido, parafinų, riebalų alkoholių) arba hidrofobinio silicio dioksido. Bendras hidrofobinių dalelių ir aliejų poveikis sukuria “smeigtuko efektą”, kuris prasiskverbia giliau ir greičiau destabilizuoja. Popieriaus perdirbimo gamyklose, nuotekų valymo įrenginiuose ir dangų gamintojų nuomone, šie aliejiniai putų šalintojai ypač naudingi paviršiaus putoms šalinti.

Vandens pagrindo antipirenas, skirtas susikaupusiam orui išleisti

Vandens pagrindo preparatuose maišomi įvairūs aliejai ir vaškai vandens laikmenose. Šios putų šalinimo priemonės daugiausia veikia kaip deaeratoriai, išleisdamos įkalintą orą, o ne veikdamos paviršiaus putas. Jų sudėtyje yra mineralinių arba augalinių aliejų kartu su ilgos grandinės riebalų alkoholiais, riebalų rūgščių muilais arba esteriais. Vartotojai vertina jų švarų profilį, kuris palieka mažai likučių ir lengvai nuplaunamas. Emulsija gali tapti nestabili ekstremaliomis pH sąlygomis arba esant didelei elektrolitų koncentracijai.

Miltelių putokšlis cementui ir plovikliams

Milteliniai putokšliai veikia kaip ir aliejiniai preparatai, tačiau juose naudojami kietųjų dalelių nešikliai, pvz., silicio dioksidas. Šie putokšliai suaktyvėja, kai yra drėgni, ir gerai veikia sausose sistemose, pavyzdžiui, cemento, tinko ir ploviklių. XIAMETER APW-4248, silikono turintis miltelių antiputintojas, itin gerai veikia skalbinių miltelių plovikliuose, net ir esant mažam jų kiekiui, neprarasdamas veiksmingumo laikymo metu. Gamintojai gali lengvai sumaišyti šias laisvai birstančias granules sausuoju būdu, be to, jos išlieka veiksmingos naudojant įvairių tipų paviršinio aktyvumo medžiagas, pH lygį ir skalbimo temperatūrą.

Glikolio ir EO/PO kopolimerų pagrindu pagaminti putokšlai

EO/PO (etileno oksido ir propileno oksido) kopolimerų putokšliai būna aliejiniai, vandens tirpalai arba emulsijos. Dėl puikių dispersinių savybių jie padeda spręsti nuosėdų susidarymo problemas. DOWFAX DF-117, 100% aktyvusis poliglikolis, veiksmingai kontroliuoja putų susidarymą plaunant daržoves, fermentuojant, perdirbant popierių ir statybines medžiagas. Debesų temperatūra ir naudojimo temperatūra turi įtakos tam, kaip gerai EO/PO kopolimerai veikia kaip putų šalintojai - formuotojai turėtų rinktis produktus, kurių debesų temperatūra yra žemesnė už numatytą naudojimo temperatūrą. Šie putokšliai užtikrina vidutinio lygio putų kontrolę, geresnes drėkinimo galimybes ir mažesnį likučių kiekį nei silikono pagrindo variantai.

Testavimo, optimizavimo ir taikymo iššūkiai

Norint pasirinkti tinkamą putų šalinimo sprendimą, reikia atlikti išsamius bandymus ir įvertinti daugybę kintamųjų. Sėkmė priklauso nuo to, kaip gerai pažįstate ir putų šalinimo priemonę, ir sistemą, kurią norite apdoroti.

Putų aukščio ir drenažo bandymo metodai

Testuojant putų kontrolę geriausiai veikia standartinės procedūros. Rosso-Mileso metodu, matuojant putų stulpelių aukštį, tikrinama, kaip formuojasi ir išlieka stabilios putos. Atliekant dinaminę putų analizę stebima, kaip nuteka skystis, kinta putų aukštis ir keičiasi burbuliukų dydis. Šie pokyčiai parodo, kiek stabilios yra putos. Putų nutekėjimo tyrimai daug ką pasako apie putų struktūrą. Jais matuojama, kiek padidėja skysčio aukštis, kai putos suyra.

Pritraukto oro matavimas naudojant tankio matuoklius

Oro kiekio tyrimai yra labai svarbūs siekiant išvengti betono ir statybinių medžiagų paviršiaus defektų ir atsisluoksniavimo. Slėgio metodais greitai ir patikimai gaunami normalaus svorio betono mišinių rezultatai, nes naudojami oro matuokliai, kurie į betono kamerą išleidžia suslėgtą orą. Taip pat galima naudoti tūrinius metodus su ritininiais matuokliais. Jais iš mišinio išplaunamos oro tuštumos izopropilo alkoholiu. Skysčio lygių skirtumas parodo oro kiekį.

Suderinamumo su pH ir temperatūra problemos

Temperatūros pokyčiai gali iš esmės paveikti putokšlių veikimą, nes keičiasi jų dispersinė būsena ir paviršiaus savybės. Dauguma putokšlių blogai pakelia aukštą temperatūrą ir suyra, kai sistema per daug įkaista. Kitas svarbus veiksnys yra pH lygis - kai kurie neutralioje aplinkoje puikiai veikiantys putokšliai greičiau suyra labai rūgščioje arba šarminėje aplinkoje. Todėl labai svarbu rinktis pH atitinkančius putokšlius.

Su preparato stabilumu ir tinkamumo vartoti terminu susijusios problemos

Skirtingų tipų putokšliai veikia skirtingą laiką. Silikono pagrindo produktai paprastai išlieka tinkami 12-24 mėnesius, o alyvos ir vandens pagrindo - 6-12 mėnesių. Laikymo sąlygos labai lemia jų veikimo trukmę. Laikykite putokšlius vėsiose, sausose vietose, atokiau nuo saulės spindulių ir karščio. Be to, naudinga naudoti sandariai uždarytas talpyklas, kad oras ir drėgmė neleistų pagreitinti irimo.

Tinkamo putokšlio pasirinkimas jūsų procesui

Greičiausias būdas išsirinkti putokšlį prasideda nuo konkrečios putų problemos žinojimo. Pažvelkite į savo sistemos pH, darbinę temperatūrą, klampą, cheminę sudėtį ir putų susidarymo būdą. Svarbiausia tinkamai suderinti suderinamumo balansą - jūsų putų šalintojas turi būti pakankamai netirpus, kad išliktų kaip išsklaidyti lašeliai skysčio ir oro sąsajoje, tačiau pakankamai gerai susimaišyti, kad galėtų pasiskirstyti nesukeldamas problemų. Šlyties stabilumas ypač svarbus sistemose, kuriose naudojami siurbliai, greitaeigiai maišytuvai arba purkštukai.

Išvada

Putų kontrolė yra labai svarbus komponentas, padedantis racionalizuoti procesus ir pagerinti produktų kokybę pramonėje. Šiame straipsnyje apžvelgėme sudėtingus mokslinius putų susidarymo pagrindus, ypač tai, kaip paviršinio aktyvumo medžiagos stabilizuoja burbuliukus dėl Gibso-Marangonio efekto. Suprasdami šiuos pagrindinius mechanizmus, galite geriau pasirinkti ir naudoti putojimą mažinančią priemonę.

Putų susidarymo mechanizmai - drėkinimas, tiltelių tempimas ir destabilizacija - veikia kartu, kad pažabotų putų susidarymą skirtingais susidarymo etapais. Kiekvienas mechanizmas skirtas konkrečioms putų savybėms, todėl putokšlio parinkimas tampa tiksliu mokslu, o ne spėjimu.

Skirtingiems pramoniniams scenarijams tiesiog reikia pritaikytų metodų. Silikono pagrindo priemonės nuo putų efektyviai veikia visų tipų įrenginiuose, o alyvos pagrindo preparatai puikiai pašalina paviršiaus putas. Vandens pagrindo variantai užtikrina puikų oro išskyrimą su minimaliu likučių kiekiu. Miltelių pavidalo antiputai gerai veikia cemento ir ploviklių srityse, o glikolio pagrindo variantai subalansuoja vidutinį putojimą ir geresnes drėkinimo galimybes.

Prieš įgyvendindami bet kokį putų kontrolės sprendimą, turite atlikti kruopštų bandymą. Putų aukščio, drenažo bandymai ir sulaikomo oro matavimai suteikia vertingų duomenų apie putokšlio efektyvumą. Jautrumas pH, stabilumas temperatūroje ir galiojimo laikas turi didelę įtaką realiam veiksmingumui.

Pramonės procesams tampant vis sudėtingesniems, putų šalinimo mokslas nuolat tobulėja. Kuriant naujus tirpalus, formuotojai turi suderinti suderinamumą ir netirpumą. Vienoje srityje puikiai veikiantis putokšlis gali kelti didelių problemų kitoje srityje.

Sėkmė priklauso nuo to, ar tinkama putų šalinimo priemonė atitinka konkrečias proceso sąlygas. Turėtumėte pagalvoti apie darbo parametrus, chemines sąveikas ir eksploatacinius reikalavimus. Tinkamos putojimo priemonės gali padidinti proceso efektyvumą, sumažinti defektų kiekį ir pagerinti produktų kokybę visų tipų pramonės šakose.