化工工艺中“发泡”现象的消除

2019-03-02曹军

云南化工 2019年12期

曹军

（江苏中能硅业科技发展有限公司，江苏徐州 221000）

1 泡沫形成的原因

发泡现象是化工工艺中常见的一种现象，其对于产品的质量及操作过程都产生着影响。想要消除发泡现象，就首先要了解发泡现象出现的原因。总体来说，发泡现象的出现主要是因为物质表面活性剂的液体或是黏度较大的液体受到搅动时产生的大量不容易消散的泡沫，这里提到一个新的概念——膜弹性，这也是出现发泡现象的第一个原因。膜弹性主要是指在稀化的过程中抗拒局部稀薄化的能力。通常情况下，液体的表面上会存在稀薄点，稀薄点即指的是液膜上可能或是容易发生破裂的点位，若是稀薄点受到进一步的拉伸就会导致该部位的表面活性剂进一步的减少，表面活性剂减少就使得液膜表面的张力有所增大，最终导致液体表面的受力不平衡，而在这种情况下就会平衡表面的张力，用来平衡表面张力的方法则是牵引着周围的表面向着稀薄点移动[1]。其中下层的液体会受到表面移动的影响，随着表面层的变化一同发生相应的移动，这样可以在一定程度上减弱表面的进一步稀薄，也防止了表面形成泡沫的破裂。当然这也不是唯一的情况，还有可能出现这样的情况，系统对表面的张力进行平衡时，周围的表面不一定需要移动分子，也可以是主液体中的分子直接移动出来进行平衡。如果是这样的话将无法防止进一步的稀化，进而无法使得泡沫发生破裂，不过该种情况出现的很少，大部分情况下发生的还是第一种情况。第二是表面黏度的因素，在液体中，存在着众多的分子，液体表面的邻近分子之间常常会发生相互作用，而表面黏度就是由于液体表面的分子间相互作用所形成的。表面黏度对于泡沫的稳定性影响也是比较关键的，一般情况下，液体的表面黏度较高时，就会极大的减缓泡沫壁的流失速度，这就使泡沫趋于稳定，不容易破裂，表面黏度是发泡现象的成因之一。第三是由于电双层之间的排斥作用。这一因素只有对比较薄的泡沫才会有显著的影响，对于离子型表面活性剂来说，泡沫壁的稀薄化会持续进行到内外壁的荷电基团变得充分靠近而引起电性互斥作用为止。

2 消除发泡现象的原理

经过不断地研究发现了消除发泡现象的方法，首先介绍的是消除发泡现象的原理[2]。消泡机理分为两种，第一是使用的消泡剂会在泡沫中进行扩散，一旦消泡剂扩散到泡沫壁上就会形成双层膜结构，这样就会将具有稳定作用的表面活性剂排开，也就会降低泡沫局部表面的张力，即破坏了泡沫的自愈效应，治愈效应被破坏后，泡沫就失去了保护，变得极容易破裂，这就很大程度上消除了发泡现象；另一种消泡机理仍是消泡剂进入到泡沫壁，但扩散的程度是有限的，且不同于机理一，形成的是单层膜结构，也会使泡沫发生破裂，达到消泡的目的。

两种消泡机理也存在着一些相似的地方，消泡剂都需要进入到泡沫壁间，不同的消泡剂其扩散能力往往是不同的，同样的进入到膜内后其散布的能力也有所差异。这两种能力可以分别用渗入系数E 和扩散系数S 来表示。关于这两个系数有着相关的公式进行计算，这里就不给出具体的公式了。当两个系数都为正值时是最好的，证明消泡剂的作用效果比较好，相反的，若是两个系数值都为负数，那么该种消泡剂往往是无效的[3]。消泡剂在使用时将滴在泡沫壁的表面上来破坏泡沫，由此可以知道，消泡剂使用的效果与之也有关系，一般情况下，与水的互溶性比较差的消泡剂可以在表面停留较长的时间，即保持较长时间的活性，起到的消泡效果更好。

3 消泡剂的使用及不同种的消泡剂

消泡剂是为了防止发泡现象的出现而发明的试剂，可以用于消除化工工艺中产生的泡沫，进一步提升化工工艺所制得产品的质量。消泡方法有很多，我们在这里所介绍的消泡剂消泡法实际上是化学法消泡的一种，所谓的化学法消泡就是使用相应的化学试剂来消除泡沫的生成。当前化工工艺的生产中所使用的消泡剂主要有有机消泡剂、有机硅消泡剂及聚醚型消泡剂三类，这三种消泡剂中，有机硅消泡剂是当前最受欢迎也是应用最为广泛的消泡剂，该种消泡剂不仅无毒无害，其消泡能力也是极强，因而在当前的使用中受到极大的欢迎。

3.1 有机消泡剂的使用

顾名思义，有机消泡剂所使用的主要是一系列的有机化合物来进行消泡处理，有机消泡剂主要是以醇、醚、磷酸酯等一类有机化合物为主要成分。这类消泡剂还包括很多有机化合物，如表面活性剂失水梨醇脂肪酸酯等。有机消泡剂存在着一定的缺陷，一些致密性的泡沫使用有机消泡剂效果很差，主要是因为有机消泡剂表面活性剂的发泡能力在比较温和的条件下使用，其在液体中的剪切力比较小，所以不适合用于消除致密性的泡沫[4]。这也是有机消泡剂在应用时的一大缺陷，尽管如此，有机消泡剂的应用范围还是比较广的，很多特殊的行业仍然需要使用有机消泡剂进行消泡处理，而不能选用其他的消泡处理方式，由此可见，有机消泡剂的作用还是很大。

3.2 有机硅消泡剂的使用

有机硅消泡剂有着多方面的优点特性，有机硅消泡剂与水不互溶、表面相对黏度比较低、表面的张力比一些表面活性剂要低且能够干扰到泡沫膜表面的弹性等，这些都是有机硅消泡剂的特别之处，这些特性主要是由其主要成分所决定的，有机硅消泡剂是由二甲基硅油以及二氧化硅按照一定的比例复合而成，这就在一定程度上决定了该消泡剂的特性。有机硅消泡剂对油溶性溶液的消泡效果最好，这种消泡方式是我国当前所使用的主要消泡方法，且应用的范围在不断扩大，国家也在不断推广使用有机硅消泡剂进行发泡现象的处理。除了消泡能力强之外，无毒无味、对人体无害也是其使用量最大的原因之一，还有就是有机硅消泡剂的抗氧化性低、用量少却能发挥很大的效果，以上的种种都是有机硅消泡剂大量使用的因素。有机硅消泡剂根据状态也可以分为多种类型，其中乳液型的使用范围最广、用量也是最大的，在使用的过程中，人们渐渐的发现了这样一个现象，当乳化剂中的有机硅颗粒直径小于2 微米时消泡能力很弱。

3.3 聚醚型消泡剂的使用

聚醚型消泡剂相比前两种消泡剂使用的时间比较短，该种消泡剂是近年来才发展起来的，近年来聚醚工业的迅速发展给了聚醚型消泡剂一个发展机遇，从而得到了迅速的发展。该种消泡剂通过调节泡沫的分子量来改善水溶性及油溶性，由此来降低发泡液的表面能力，迅速分散泡沫，也具有比较好的消泡能力。总结以上的三种消泡剂，简单的来说就是聚醚型消泡剂的扩展系数很大，其破坏泡沫的作用强但抑制泡沫的作用却很差；而有机硅类则不同，扩散系数小使得该种消泡剂只需要很少的用量就能够达到高强度的破泡及抑泡作用，使用消泡剂最好选用的还是有机硅消泡剂。