آنتی فوم

فوم چیست؟

پراکندگی پایدار گاز در یک مایع، کف یا فوم نام دارد. فوم پدیده ای است که اغلب در طول تولید، طی فرآیندهای شیمیایی مایعات به وجود می آید. فوم، حجم موثر در کارخانه تولید را کاهش می دهد و منجر به بی نظمی های غیر ضروری می شود. اغلب فوم ها با فرآیند کاربردی مواجه می شوند. شکل زیر نشان دهنده افزایش و انفجار حباب های هوا در مایعات بدون سورفاکتانت می باشد.

علت به وجود آمدن فوم

علت به وجود آمدن کف یا فوم، ورود گاز به مواد مایع است. این اتفاق بدین صورت رخ می دهد:

• ورود مکانیکی هوا در طول تولید با هم زدن و مخلوط کردن
• جابجایی هوا در زمان مرطوب شدن رنگدانه ها و پرکننده ها
• ورود مکانیکی هوا در طول برنامه های کاربردی مانند غلت خوردن، اسپری، چاپ
• جابجایی هوا هنگام پوشش بستر متخلخل
• واکنش شیمیایی ثانویه مانند واکنش ایزوسیانات با آب

هنگامی که حباب های ماکرو فوم به وجود آمده اند، ابتدا به سطح نفوذ کرده و به شکل کروی در می آیند. در این مرحله، حجم مایع فوم بیشتر از حجم گاز فوم است. بنابراین این نوع از فوم، کف مرطوب نامیده می شود. حباب های فوم هنوز کروی هستند و توسط لایه های فوم غلیظ استوارند. حباب های مایع باعث افزایش مداوم سر فوم می شوند. مایع تحت جاذبه از لایه های فوم خارج می شود. در این بین، اصطلاح زهکشی نسبت هوا در فوم افزایش می یابد. فوم کروی در حال حاضر مجبور شده شکل چند وجهی به خود بگیرد. فوم چند وجهی به اصطلاح فوم خشک به دلیل حجم محتوای مایع، کوچک است. فوم چند وجهی تقریبا 100 نانومتر است و خیلی نازک می باشد، اما لایه های فوم کشسان هستند که توسط مولکول های سورفاکتانت سطح ساختار فوم پوشش متفاوتی دارد.

• فوم تولید شده غیر یونی

فوم تولید شده توسط سورفاکتانت غیر یونی عموما به عنوان داشتن یک قسمت هیدروفوبیک، آب گریز (بخش نامحلول در آب) در رابط هوا و دنباله هیدروفیلیک، آبدوست (بخش محلول در آب) در یک محلول آبی نشان داده شده است. جهت گیری آن می تواند در مایعات غیر آبرسانی معکوس شود.

• فوم تولید شده آنیونی

فوم تولید شده سورفکتانت آنیونی می تواند بار منفی در دم بخش آبدوست باشد. همانطور که مایع آب روی سطح حباب کشیده می شود، بارهای منفی به غلظت حباب در سطح مایع منجر می شوند. اغلب بار منفی به منظور تثبیت حباب به کار می روند و شروع به دفع یکدیگر در رابط می کنند. این پدیده به عنوان یک انفجار الکترواستاتیک شناخته شده است.

• فوم تولید شده کاتیونی

فوم تولید شده سورفکتانت کاتیونی می تواند بار مثبت روی بخش آبدوست داشته و رفتاری مشابه با سورفکتانت آنیونی در یک مایع آبی ایده آل را نشان دهد.

هنگامی که کشش سطحی به اندازه کافی بالا باشد، تشکیل حباب، سخت و پایدارتر می شود. اگر یک حباب در حال تحریک مکانیکی باشد، حباب ناشی از هوای نفوذ شده، ساختارهای ورقه ای بسیار پایداری را ایجاد می کند. اثر مارانگونی یک عامل ثابت کننده بزرگ در فوم است و تحت فشار اسمزی قرار می گیرد. در بعضی موارد، مایع آبی از طریق دیواره حباب کشیده می شود و ناحیه ای از غلظت های بالا و پایین سورفکتانت را تشکیل می دهد که گرادیانت را در امتداد سطح حباب ها ایجاد می کند. شیب می تواند مایع را به دیواره حباب بفرستد، جایی که این پدیده به عنوان یک حمل و نقل سطح شناخته می شود.

ویسکوزیته توده نیز به ثبات فوم کمک کرده است. افزایش ویسکوزیته سیستم همچنین باعث کاهش توانایی ترکیب شدن حباب های کوچکتر به حباب های بزرگتر می شود. اگر حباب به اندازه کافی بزرگ شود (افزایش قطر)، پايداری حباب کاهش می یابد. ویسکوزیته سطح نیز مهم است، زیرا تشکیل ترکیبات بین حباب ها را تحت تاثیر قرار می دهد. بالا رفتن ویسکوزیته توده باعث تشکیل ترکیبات پایین تر بین حباب ها است. تعامل ناشی از پودر کننده برای پراکنده شدن فوم و شکل گیری حباب آن یک تعامل فیزیکی با محلول آبی است.

تثبیت کننده فوم

زهکشی برای حذف آب از لایه های فوم می تواند انجام شود که پس از آن با موافقت خودش نزول می یابد. در عمل زهکشی هنگامی که از دست دادن مایع در لایه های فوم متوقف می شود، لایه ها باعث افزایش غلظت سورفکتانت می شوند.

آنتی فوم:

عامل آنتی فوم که با نام دیفومر نیز شناخته می شود، افزودنی شیمیایی است که کاهش دهنده تشکیل کف در فرایندهای صنعتی مربوط به مایعات می باشد. بطور دقیق تر، دیفومرها از بین برنده کف های موجود می باشند ولی آنتی فوم ها مانع از تشکیل کف بیشتر می گردد. این ترکیبات عمدتا روغنهای غیر قابل حل، پلی دی متیل سیلوکسان، الکلها، استئارات ها و ترکیبات گلیکولی می باشند. تشکیل کف در فرایندهای صنعتی مشکلات جدی را به همراه می آورد. به عنوان مثال مانع از پرشدن کامل مخازن ذخیره و یا مشکلاتی را در پوششهای سطحی ایجاد می کند.

طبقه بندی دیفومرها:

پایه روغنی،پودری،الکلی، پایه آبی، پایه سیلیکونی، پلی اتیلن گلیکولی، پلی اکریلیتی.

کاربرد ماده شیمیایی آنتی فوم

• صنایع شوینده
• صنایع غذایی
• در فرایندهای صنعتی مختلف از قبیل تولید کاغذ، رنگ، تصفیه پساب، حفاری و ….
• صنایع داروسازی
• شیرین سازی گاز

آنتی فوم های سیلیکونی در صنایع زیر کاربرد دارد:

• فرایند های تولید مواد دارویی و غذایی
• صنایع پتروشیمی
• سموم و مواد شیمیایی دفع آفات کشاورزی
• مواد شوینده و پاک کننده
• صنعت نساجی و چرم
• صنایع تولید رنگ و مواد پوشش دهنده
• تولید کاغذ
• واحدهای تصفیه پساب
• نولید رزین های امولوسیونی
• پالایش نفت
• حفاری

تاریخچه ضد کف ها:

یکی از ویژگی های اصلی ضد کف ، این است که خیلی راحت و به سرعت زیاد روی سطح کف، گسترش می یابد.
ضد کف ها ، اغلب با حرکت کردن به سمت سطح بین آب و هوا به آسانی کف موجود در فرآیند را از بین می برند .
این عمل باعث از بین رفتن سطح کف و ترکیدن حبابهای هوا می شود.

اولین ضد کف ها یی که شناخته شد، صرفا هدفشان از بین بردن کف قابل مشاهده روی سطوح بود و در این میان الکلهای چرب، نفت سفید، نفت کوره ای و سایر فرآورده های نفتی سبک برای از بین بردن کف استفاده می شدند. دیگر نفتهای گیاهی و الکل های چرب (C7 – C22 ) نیز در بعضی مواقع مورد استفاده قرار می گرفت ولی مشکل این بود که الکلها جزء آنتی فوم های گران قیمت بودند.
.
در سالهای ۱۹۵۰، آزمایشات بر آنتی فوم هایی مبتنی بر سیلیکون شروع شد این آنتی فوم ها بر پایه نفت سیلیکون یا پایه پلی متیل سیلوکسان (روغن سیلیکون) پراکنده در آب یا روغن سبک بودند که در آب یا نفت سبک پراکنده می شدند. ولی مشکل اینجا بود که باعث ایجاد اختلالات سطح در بسیاری از کاربردها مانند رنگها و کاغذها می شدند.
و سرانجام در سال ۱۹۶۳،تحولی بوجود آمد و اولین آنتی فوم ها با ذرات آب گریز(سیلیس های آبگریز) در نفت سبک، اختراع شد.و قابل ذکر است که توسعه ضد کف های پایه سیلیکونی با استفاده از امولسیفایرهای مختلف و روغن های اصلاح شده سیلیکون کماکان ادامه دارد.
در اوایل دهه ۷۰، موم های آبگریز مانند Ethylene bis streamside توسعه یافتند.آنها در نفت پراکنده می شدند،
این نوع از آنتی فوم ها، بسیار موثرو کاربردی بودند اما بحران نفت و گرانی ان در ۱۹۷۳ باعث گران شدن آنها و منجر به فشار برای کاهش نفت شد.
اینجا بود که محققان راه جدیدی یافتند و آن راه حل، اضافه کردن آب بود، آب اضافه شد و آنتی فوم های مبتنی بر آب توسعه یافتند.
همچنین توسعه ی آنتی فوم های سیلیکونی، با استفاده از امولسیونهای مختلف و تغییر در روغن های سیلیکونی ادامه یافت.
در اوایل ۱۹۹۰، آنتی فوم های امولسیون سیلیکون به علت این که کمترین مشکل و بیشترین اثربخشی را داشت و ضمنا اختلالات خیلی کمی در سطوح بوجود می آورد ، در صنعت خمیر چوب مورد استفاده قرار گرفت و نتیجه موفقیت آمیز بود..

علت استفاده از ضد کف چیست ؟

نحوه عملکرد ضد کف(مکانیزم تخریب کف توسط ضد کف):

در حالت کلی یک ضد کف در محیط کف نامحلول است و خواص فعال سطحی دارد. یک خاصیت اساسی یک محصول ضد کف، ویسکوزیته کم و امکان گسترش سریع آن روی سطوح فوم است. این ماده به سطح مایع هوا وابسته است و در آن لایه های کف را بی ثبات می کند. این باعث پارگی حباب های هوا و از بین رفتن سطح کف موجود می شود. حباب های هوای ورودی جمع می شوند و حباب های بزرگتر با سرعت بیشتری به سطح مایع بالا می روند. و عمل کف زدایی از سطح مایعات اتفاق می افتد.

مطالعات نشان داده است که ذرات معلق نا سازگار با آب در ضد کف ها نیروی مانع ورودی به لایه غشاء را کاهش می دهد و ضد کف را بسیار کارا و موثر می سازد. ساختار کف بفوریت شروع به تخلیه می شود بعد از اینکه لایه حباب کف ضعیف و لاغر می شود . قطره ضد کف در طول لایه غشاء یک عدسی روغنی می سازد. قطره کشیده می شود همانگونه که لایه های غشاء با یکدیگر مماس و فشرده می شوند و در نهایت با پاره شدن قطره کشیده شده حباب کف می ترکد. این عمل در حدود چند ثانیه رخ می دهد بطوریکه جزء مشخصه های ضد کف های سریع می باشد . اگر قطره روغنی نتواند وارد غشاء شود و کف را تخریب کند طبیعتا” درمرزهای حباب کف به تله افتاده و بعنوان یک مایع اضافی در ساختار مجرای تخلیه کف به بیرون از حباب هدایت می شود .

ایجاد فوم در اثر حل شدن مولکول های گاز در مایع است. مولکول های ضد کف، تنش سطحی مایع را تغییر می دهند و به عنوان مواد فعال سطحی یا سورفکتانت ها عمل می کنند. ماهیت سورفکتانت ها می توانند غیر یونی، کاتیونی، آنیونی یا آمفوتریک باشند. سورفاکتانت های مختلف برای تولید انواع آنتی فوم مورد استفاده قرار می گیرد.
عملکرد استفاده از ضد کف به نوع کف یعنی ماکرو و میکرو بودن آن، بستگی زیادی دارد. ضد کف ها با نفوذ به لایه های فوم، عمل کف زدایی را انجام می دهند.
مواد معمول مورد استفاده در تولید ضد کف عبارتند از: روغن های نامحلول، پلی دی متیل سیلوکسان ها و سایر سیلیکون ها، استئارات ها و گلیکول هاو الکل های خاص. از این افزودنی برای جلوگیری از تشکیل فوم استفاده می شود و یا برای شکستن فومی که قبلاً تشکیل شده است، آن ها را به سیستم اضافه می کنند.

استفاده از آنتی فوم سیلیکونی در فرآیند شیرین سازی گاز

گاز طبیعی اغلب دارای ناخالصی هایی نظیردی اکسید کربن و سولفید هیدروژن می باشدکه به این گاز ها،گاز اسیدی یا گاز ترش می گویند که بسیار سمی بوده و منجر به خوردگی لوله ها و دستگاه ها می شود از این رو قبل ازاستفاده از گاز طبیعی باید آن را تصفیه کرد. در این فرآیند تصفیه باید ناخالصی های آن نظیر دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن و دیگر ترکیبات اسیدی را از گاز جدا کرده و به اصطلاح شیرین سازی گاز انجام شود.

حذف گازهای اسیدی در صنایع نفت، گاز وپتروشیمی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. این گازها معمولا به وسیله برخی از حلال های فیزیکی یا شیمیایی در برج های جذب، با استفاده از فرآیند جذب جدا می شوند. متداول ترین آلکانو آمین‌ هایی که در فرآیند جذب استفاده می شوند عبارتند از:

• دی گلایکول آمین
• متیل اتانول آمین
• دی اتانول آمین
• متیل دی اتانول آمین

آلکانول آمین ها مواد آلی نیتروزن داری هستند که از ترکیب مواد آلی مخصوص (معمولا الکل) با آمونیاک به دست می آیند در واکنش اصلی یکی از هیدروژن های آمونیاک با رادیکال ماده شیمیایی آلی تعویض می گردد. هر مولکول از آمین ها حداقل یک گروه هیدروکسی (OH) و یک گروه آمینو (NH2,NH) دارند. گروه هیدروکسی با بالابردن وزن مولکولی که موجب کاهش فشار بخار و افزایش حلالیت آمین در آب می گردد و آمینو قدرت بازی کافی در محلول آمین ها در آب به منظور جذب گازهای اسیدی را به وجود می آورد.

یکی از مهم ترین مشکلات در فرآیند شیرین سازی گاز با استفاده از ترکیبات آمین ایجاد کف در طی فرآیند است. در ودقع کف پراکندگی گاز در مایع است به ‌صورتی که بخش اعظم محیط را گاز تشکیل‌داده و مایع به ‌صورت لایه‌ های بسیار نازکی میان حباب‌ های گاز قرار گرفته ‌باشد. از جمله مهم ترین عوامل ایجاد کف می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

• ذرات معلق ریز جامد در آمین
• وجود اسیدهای آلی در جریان گاز ترش ورودی
• تزریق مواد بازدارنده خوردگی در چاههای گاز
• هیدروکربورهای محلول در آمین
• محصولات ناشی از فساد آمین نظیر تیوسولفاتها و اسیدهای فرار
• گریس های با پایه صابونی مورد استفاده در شیرهای پالایشگاه

وقوع پدیده کف زایی در واحد شیرین سازی گاز با آمین می تواند منجر به مشکلات شناخته شده متعددی گردد که از جمله این مشکلات می‎توان به موارد زیر اشاره کرد:

• اتلاف آمین
• تعویض فیلتر المنت ها
• توقفات بدون برنامه ریزی واحد

همه مشکلات یاد شده می تواند ناشی از وجود ناخالصی های جامد، کیفیت آمین، تشکیل هیدروکربن مایع و تغییر در پارامترهای عملیاتی باشد که مشکلات عملیاتی ناشی از آن ها به طور قابل توجهی درآمد واحد صنعتی را تحت تاثیر قرار می دهد. به منظور جلوگیری از بروز چنین مشکلات ناشی از ایجاد کف از آنتی فوم ها و یا ضد کف های ویژه پایه سیلیکونی در فرآیند استفاده می گردد.

ضد کف ها مواد شيميايی هستند که برای پيشگيری از توليد و ساخت کف به کار می روند و همچنين کف های ايجاد شده را می شکنند.

برای پيشگيری از توليد کف و کاهش تمايل به کف کردن، به مدار بسته آمين در گردش مواد ضد کف تزريق می شود و سرانجام مواد ضد کف سر تا سر محلول در برج های احياء پخش شده و همراه محلول آمين می چرخد. ضد کف های معمولا مخلوطی از ترکيب مايعات و ذرات جامد تشکيل شده اند و بر اساس ساختار اصلی به دسته‌های زیر تقسیم بندی می‌شوند:

• روغن های غير قطبی : مواد معدنی و سيليکون ها .
• روغن های قطبی : الکل های چرب ، اسيدهای چرب ، الکيل آمين ها و آلکيل آميدها
• ذرات جامد نا سازگار با آب : سيليس تصفيه شده ، آلومينيوم اکسايد و پلی پروپيلن

عواملی همچون حلاليت، اندازه قطره، حضور ذرات ناسازگار با آب، نيروهای جانبی محيطی، کف کردن مکرر، رقابت شيميايی اجزاء سازنده، تمرکز مواد در سطح، انواع نمک های محلول و غلظت آنها بر کارکرد ضد کف و همچنین بازدهی آن موثر هستند.