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工业消泡概述

(2012-4-23)   Hits:1213

工业消泡概述

消泡剂的消泡机理

消泡剂的组成:

消泡剂的种类

Bubble

消泡 Defoaming

消泡剂 Defoamer

一般来说,泡沫是气体再液体中的粗分散体,属于气 - 液非均相体系。体积密度接近气体而不接近液体的气 - 液分散体。气 - 液分散体分为液多气少的 气泡分散体 和气多液少的 泡沫 。 如上图。

概述


在工业生产的过程中会产生许多有害泡沫,需要添加消泡剂。消泡剂的种类很多,有机硅氧烷、聚醚、硅和醚接枝、含胺、亚胺和酰胺类的,具有消泡速度更快,抑泡时间更长,适用介质范围更广,甚至苛刻介质环境如高温、强酸和强碱的特点。广泛应用于清除胶乳、纺织上浆、食品发酵、生物医药、涂料、石油化工、造纸、工业清洗等行业生产过程中产生的有害泡沫。右图为消泡剂 , 消泡前后中的图片 .

消泡剂的消泡机理


泡及泡沫常伴随着人们的生活和生产,有时需要利用它,像浮选、灭火、除尘、洗涤、制造泡沫陶瓷和塑料等;有时需要消除它,如发酵、涂料、造纸、印染、排除体内器官胀气、锅炉用水、废水处理及棱镜 ( 或玻璃 ) 的制造等。所谓 气泡 是指不溶性气体存在于液体或固体中,或存在于以它们的薄膜包围的独立的气泡 (bubble) 。许多气泡聚集在一起彼此以薄膜隔开的积聚状态谓之泡沫 (foam) 。气泡是一种具有气 / 液、气 / 固、气 / / 固界面的分散体系,后者常见于选矿及油田体系的气泡。 一般而言,纯水和纯表面活性剂不起泡,这是因为它们的表面和内部是均匀的,很难形成弹性薄膜,即使形成亦不稳定,会瞬间消失。但在溶液中有表面活性剂的存在,气泡形成后,由于分子间力的作用,其分子中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附,形成规则排列,其亲水基朝向水相,疏水基朝向气泡内,从而在气泡界面上形成弹性膜,其稳定性很强,常态下不易破裂。泡沫的稳定性与表面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移动、温度、蒸发等因素有关。再者,气泡与液体的表面张力反变相关,其张力愈小,则愈易起泡。在生活和生产中,有时泡沫的出现,给人们带来诸多不便,故必须消泡。 凡能破坏泡沫稳定性的因素,均可用于消泡。消泡涵盖 抑泡 破泡 两重因素。有机硅消泡剂即赋此功能,它能降低水、溶液、悬浮液等的表面张力,防止形成泡沫,或使原有泡沫减少,通常具有选择性作用。一般物理消泡法难于瞬间消泡,而化学和界面消泡,则十分快捷、便当、高效。 概而言之,消泡剂是指具有化学和界面化学消泡作用的药剂。作为消泡剂,有低碳醇、矿物油、有机极性化合物及硅树脂等。其形态有油型、溶液型、乳液型、泡沫型。作为消泡剂均具消泡力强、化性稳定、生理惰性、耐热、耐氧、抗蚀、溶气、透气、易扩散、易渗透、难溶于消泡体系且无理化影响、消泡剂用量少、高效等特点。 消泡剂品种繁多,用途广泛。消泡剂 抑泡 破泡 过程是:当体系加入消泡剂后,其分子杂乱无章地广布于液体表面,抑制形成弹性膜,即终止泡沫的产生。当体系大量产生泡沫后,加入消泡剂,其分子立即散布于泡沫表面,快速铺展,形成很薄的双膜层,进一步扩散、渗透,层状入侵,从而取代原泡膜薄壁。由于其表面张力低,便流向产生泡沫的高表面张力的液体,这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透,使其膜壁迅速变薄,泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引,这样,致使泡沫周围应力失衡,从而导致其 破泡 。不溶于体系的消泡剂分子,再重新进入另一个泡沫膜的表面,如此重复,所有泡沫,全部覆灭。

消泡剂的组成:


1 ) 活性成份

作用:破泡、消泡,减小表面张力:

代表物:硅油、聚醚类、高级醇等。

2 )乳化剂

作用:使活性成分分散成小颗粒,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、皂盐、 op 系列等、吐温系列、斯盘系列等。

3 ) 载体

作用:有助于载体和起泡体系的结合,易于分散到起泡体系里,把两者结合起来,其本身的表面张力低,有助于抑泡,且可以降低成本。

代表物:除水以外的溶剂,如脂肪烃、芳香烃、含氧溶剂等

4 ) 乳化助剂

作用:使乳化效果更好。

代表物: * 分散剂:疏水二氧化硅等; * 增粘剂: CMC 、聚乙烯醚等。

消泡剂的种类

1 、天然油脂(即豆油、玉米油等)

优点:来源容易,价格低,使用简单;

缺点: 如贮存不好,易变质,使酸值增高。

2 、 聚醚类消泡剂

种类挺多,主要有以下几种:

a.GP 型消泡剂

以甘油为起始剂,由环氧丙烷,或环氧乙烷与环氧丙烷的混合物进行加成聚合而制成的

GP 型的消泡剂亲水性差,在发泡介质中的溶解度小,所以宜使用在稀薄的发酵液中。它的抑泡能力比消泡能力优越 ,适宜在基础培养基中加入,以抑制整个发酵过程的泡沫产生。

b.GPE 型消泡剂即泡敌

GP 型消泡剂的聚丙二醇链节末端再加成环氧乙烷,成为链端是亲水基的聚氧乙烯氧丙烯甘油,也叫。按照环氧乙烷加成量为 10% 20% ……50% 分别称为 GPE10 GPE20 ……GPE50

GPE 型消泡剂亲水性较好,在发泡介质中易铺展,消泡能力强,但溶解度也较大,消泡活性维持时间短,因此用在粘稠发酵液中效果较好。

c.GPES 型消泡剂:有一种新的聚醚类消泡剂,在 GPE 型消泡剂链端用疏水基硬脂酸酯封头,便形成两端是疏水链,当中间隔有亲水链的嵌段共聚物。这种结构的分子易于平卧状聚集在气液界面,因而表面活性强,消泡效率高。

3 、高碳醇

高碳醇是强疏水弱亲水的线型分子,在水体系里是有效的消泡剂。七十年代初前苏联学者在阴离子、阳离子、非离子型表面活性剂的水溶液中试验,提出醇的消泡作用,与其在起泡液中的溶解度及扩散程度有关。 C7~C9 的醇是最有效的消泡剂。

C12~C22 的高碳醇借助适当的乳化剂配制成粒度为 4~9μm ,含量为 20~50% 的水乳液,即是水体系的消泡剂。

还有些成酯,如苯乙醇油酸酯、苯乙酸月桂醇酯等在青霉素发酵中具有消泡作用,后者还可作为前体。

4 、硅类

最常用的是聚二甲基硅氧烷,也称二甲基硅油。它表面能低,表面张力也较低,在水及一般油中的溶解度低且活性高。它的主链为硅氧键,为非极性分子。与极性溶剂水不亲和,与一般油的亲和性也很小。它挥发性低并具有化学惰性,比较稳定且毒性小。纯粹的聚二甲基硅氧烷,不经分散处理难以作为消泡剂。可能是由于它与水有高的界面张力,铺展系数低,不易分散在发泡介质上。因此将硅油混入 SiO2 气溶胶,所构成的复合物,即将疏水处理后的 SiO2 气溶胶混入二甲基硅油中,经一定温度、一定时间处理,就可制得。

有机硅消泡剂系由硅脂、乳化剂、防水剂、稠化剂等配以适量水经机械乳化而成。其特点是表面张力小,表面活性高,消泡力强,用量少,成本低。它与水及多数有机物不相混溶,对大多数气泡介质均能消泡。它具有较好的热稳定性,可在 5 -150 宽广的温度范围内使用;其化学稳定性较好,难与其他物质反应,只要配置适当,可在酸、碱、盐溶液中使用,无损产品质量;它还具有生理惰性 LD250g/Kg 鼠,通常用于食品和医药行业。它对所有气泡体系兼具有抑泡、破泡功能,隶属广谱型消泡剂范畴。它被广泛用于洗涤剂、造纸、纸浆、制糖、电镀、化肥、助剂、废水处理等生产过程中的消泡。在石油工业中,它被大量用于天然气的脱硫,加速油气分离;它还被用于乙二醇的干燥、芳香烃的萃取、沥青的加工、润滑油的脱蜡等装置中控制或抑制气泡。在纺织工业中,它用于染色、精练、上浆等过程中的消泡;在化学工业中它被用于合成树脂、胶乳、涂料、油墨等过程中的消泡;在食品工业中它被用于各种浓缩、发酵、蒸馏过程的消泡。可将硅脂涂在锅壁上、出口处或涂在金属网上,进行消泡。将硅脂配成溶液,可用于油相系统消泡。将硅脂加低粘度硅油配成水乳液,可用于多种水相系统消泡。在医学上,通常用于患者术前、 X 光和胃镜检查前清除脏器或胃内器官的胀气。

消泡剂大致可分两类 : 一类能消除已产生的气泡 , 如乙醇等 ; 另一类则能抑制气泡的形成如乳化硅油等。我国许可使用的消泡剂有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、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

结合了聚醚跟有机硅消泡剂二者的优点,具有无毒无害,对菌种无害,添加量极少,是一种高性价比的产品。

6 、新型自乳化消泡剂

含特殊改性的聚硅氧烷。具有极好的耐热性和耐酸碱性及化学稳定性,可在很宽的温度范围内广泛用于各种恶劣体系的泡沫消去和抑制

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