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工業消泡概述

日期:2014-02-25 15:16 瀏覽:

 一般來說,泡沫是氣體再液體中的粗分散體,屬于氣-液非均相體系。體積密度接近氣體而不接近液體的氣-液分散體。氣-液分散體分為液多氣少的“氣泡分散體”和氣多液少的“泡沫”。 
       在工業生產的過程中會產生許多有害泡沫,需要添加消泡劑消泡劑的種類很多,有機硅氧烷、聚醚、硅和醚接枝、含胺、亞胺和酰胺類的,具有消泡速度更快,抑泡時間更長,適用介質范圍更廣,甚至苛刻介質環境如高溫、強酸和強堿的特點。廣泛應用于清除膠乳、紡織上漿、食品發酵、生物醫藥、涂料、石油化工、造紙、工業清洗等行業生產過程中產生的有害泡沫。右圖為消泡劑,消泡前后中的圖片。
       消泡劑的消泡機理
       泡及泡沫常伴隨著人們的生活和生產,有時需要利用它,像浮選、滅火、除塵、洗滌、制造泡沫陶瓷和塑料等;有時需要消除它,如發酵、涂料、造紙、印染、排除體內器官脹氣、鍋爐用水、廢水處理及棱鏡(或玻璃)的制造等。所謂“泡”或“氣泡”是指不溶性氣體存在于液體或固體中,或存在于以它們的薄膜包圍的獨立的氣泡(bubble)。許多氣泡聚集在一起彼此以薄膜隔開的積聚狀態謂之泡沫(foam)。氣泡是一種具有氣/液、氣/固、氣/液/固界面的分散體系,后者常見于選礦及油田體系的氣泡。 一般而言,純水和純表面活性劑不起泡,這是因為它們的表面和內部是均勻的,很難形成彈性薄膜,即使形成亦不穩定,會瞬間消失。但在溶液中有表面活性劑的存在,氣泡形成后,由于分子間力的作用,其分子中的親水基和疏水基被氣泡壁吸附,形成規則排列,其親水基朝向水相,疏水基朝向氣泡內,從而在氣泡界面上形成彈性膜,其穩定性很強,常態下不易破裂。泡沫的穩定性與表面粘性和彈性、電斥性、表面膜的移動、溫度、蒸發等因素有關。再者,氣泡與液體的表面張力反變相關,其張力愈小,則愈易起泡。在生活和生產中,有時泡沫的出現,給人們帶來諸多不便,故必須消泡。 凡能破壞泡沫穩定性的因素,均可用于消泡。消泡涵蓋“抑泡”和“破泡”兩重因素。有機硅消泡劑即賦此功能,它能降低水、溶液、懸浮液等的表面張力,防止形成泡沫,或使原有泡沫減少,通常具有選擇性作用。一般物理消泡法難于瞬間消泡,而化學和界面消泡,則十分快捷、便當、高效。 概而言之,消泡劑是指具有化學和界面化學消泡作用的藥劑。作為消泡劑,有低碳醇、礦物油、有機極性化合物及硅樹脂等。其形態有油型、溶液型、乳液型、泡沫型。作為消泡劑均具消泡力強、化性穩定、生理惰性、耐熱、耐氧、抗蝕、溶氣、透氣、易擴散、易滲透、難溶于消泡體系且無理化影響、消泡劑用量少、高效等特點。 消泡劑品種繁多,用途廣泛。消泡劑“抑泡”、“破泡”過程是:當體系加入消泡劑后,其分子雜亂無章地廣布于液體表面,抑制形成彈性膜,即終止泡沫的產生。當體系大量產生泡沫后,加入消泡劑,其分子立即散布于泡沫表面,快速鋪展,形成很薄的雙膜層,進一步擴散、滲透,層狀入侵,從而取代原泡膜薄壁。由于其表面張力低,便流向產生泡沫的高表面張力的液體,這樣低表面張力的消泡劑分子在氣液界面間不斷擴散、滲透,使其膜壁迅速變薄,泡沫同時又受到周圍表面張力大的膜層強力牽引,這樣,致使泡沫周圍應力失衡,從而導致其“破泡”。不溶于體系的消泡劑分子,再重新進入另一個泡沫膜的表面,如此重復,所有泡沫,全部覆滅。
      消泡劑的組成:
     (1) 活性成份
      作用:破泡、消泡,減小表面張力:
      代表物:硅油、聚醚類、高級醇等。
     (2)乳化劑
      作用:使活性成分分散成小顆粒,便于分散在水中,更好的起到消泡、抑泡效果。
      代表物:壬(辛)基酚聚氧乙烯醚、皂鹽、op系列等、吐溫系列、斯盤系列等。
     (3) 載體
      作用:有助于載體和起泡體系的結合,易于分散到起泡體系里,把兩者結合起來,其本身的表面張力低,有助于抑泡,且可以降低成本。
       代表物:除水以外的溶劑,如脂肪烴、芳香烴、含氧溶劑等
      (4) 乳化助劑
       作用:使乳化效果更好。
       代表物:*分散劑:疏水二氧化硅等;*增粘劑:CMC、聚乙烯醚等。
       消泡劑的種類
       1、天然油脂(即豆油、玉米油等)
       優點:來源容易,價格低,使用簡單;
       缺點: 如貯存不好,易變質,使酸值增高。
       2、 聚醚類消泡劑
       種類挺多,主要有以下幾種:
       a.GP型消泡劑
       以甘油為起始劑,由環氧丙烷,或環氧乙烷與環氧丙烷的混合物進行加成聚合而制成的。
      GP型的消泡劑親水性差,在發泡介質中的溶解度小,所以宜使用在稀薄的發酵液中。它的抑泡能力比消泡能力優越 ,適宜在基礎培養基中加入,以抑制整個發酵過程的泡沫產生。 
       b.GPE型消泡劑即泡敵
      在GP型消泡劑的聚丙二醇鏈節末端再加成環氧乙烷,成為鏈端是親水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油,也叫。按照環氧乙烷加成量為10%,20%,……50%分別稱為GPE10,GPE20,……GPE50。
      GPE型消泡劑親水性較好,在發泡介質中易鋪展,消泡能力強,但溶解度也較大,消泡活性維持時間短,因此用在粘稠發酵液中效果較好。
       c.GPES型消泡劑:有一種新的聚醚類消泡劑,在GPE型消泡劑鏈端用疏水基硬脂酸酯封頭,便形成兩端是疏水鏈,當中間隔有親水鏈的嵌段共聚物。這種結構的分子易于平臥狀聚集在氣液界面,因而表面活性強,消泡效率高。
        3、高碳醇 
        高碳醇是強疏水弱親水的線型分子,在水體系里是有效的消泡劑。七十年代初前蘇聯學者在陰離子、陽離子、非離子型表面活性劑的水溶液中試驗,提出醇的消泡作用,與其在起泡液中的溶解度及擴散程度有關。C7~C9的醇是最有效的消泡劑。C12~C22的高碳醇借助適當的乳化劑配制成粒度為4~9μm,含量為20~50%的水乳液,即是水體系的消泡劑。還有些成酯,如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素發酵中具有消泡作用,后者還可作為前體。
        4、硅類 
       最常用的是聚二甲基硅氧烷,也稱二甲基硅油。它表面能低,表面張力也較低,在水及一般油中的溶解度低且活性高。它的主鏈為硅氧鍵,為非極性分子。與極性溶劑水不親和,與一般油的親和性也很小。它揮發性低并具有化學惰性,比較穩定且毒性小。純粹的聚二甲基硅氧烷,不經分散處理難以作為消泡劑。可能是由于它與水有高的界面張力,鋪展系數低,不易分散在發泡介質上。因此將硅油混入SiO2氣溶膠,所構成的復合物,即將疏水處理后的SiO2氣溶膠混入二甲基硅油中,經一定溫度、一定時間處理,就可制得。
        有機硅消泡劑系由硅脂、乳化劑、防水劑、稠化劑等配以適量水經機械乳化而成。其特點是表面張力小,表面活性高,消泡力強,用量少,成本低。它與水及多數有機物不相混溶,對大多數氣泡介質均能消泡。它具有較好的熱穩定性,可在5℃-150℃寬廣的溫度范圍內使用;其化學穩定性較好,難與其他物質反應,只要配置適當,可在酸、堿、鹽溶液中使用,無損產品質量;它還具有生理惰性LD250g/Kg鼠,通常用于食品和醫藥行業。它對所有氣泡體系兼具有抑泡、破泡功能,隸屬廣譜型消泡劑范疇。它被廣泛用于洗滌劑、造紙、紙漿、制糖、電鍍、化肥、助劑、廢水處理等生產過程中的消泡。在石油工業中,它被大量用于天然氣的脫硫,加速油氣分離;它還被用于乙二醇的干燥、芳香烴的萃取、瀝青的加工、潤滑油的脫蠟等裝置中控制或抑制氣泡。在紡織工業中,它用于染色、精練、上漿等過程中的消泡;在化學工業中它被用于合成樹脂、膠乳、涂料、油墨等過程中的消泡;在食品工業中它被用于各種濃縮、發酵、蒸餾過程的消泡。可將硅脂涂在鍋壁上、出口處或涂在金屬網上,進行消泡。將硅脂配成溶液,可用于油相系統消泡。將硅脂加低粘度硅油配成水乳液,可用于多種水相系統消泡。在醫學上,通常用于患者術前、X光和胃鏡檢查前清除臟器或胃內器官的脹氣。
消泡劑大致可分兩類:一類能消除已產生的氣泡,如乙醇等;另一類則能抑制氣泡的形成如乳化硅油等。我國許可使用的消泡劑有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯復合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯
       5、聚醚改性硅
       結合了聚醚跟有機硅消泡劑二者的優點,具有無毒無害,對菌種無害,添加量極少,是一種高性價比的產品。
       6、新型自乳化消泡劑
       含特殊改性的聚硅氧烷。具有極好的耐熱性和耐酸堿性及化學穩定性,可在很寬的溫度范圍內廣泛用于各種惡劣體系的泡沫消去和抑制。


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