آموزش تولید ضد کف سیلیکونی/فرمول آنتی فوم روغنی

فرمول تولید آنتی فوم

فرایند ساخت ضد کف سیلیکونی و روغنی

 

ارزش عوامل کنترل فوم در تولید

ضد کف سیلیکونی در عمل

کنترل فوم یک عنصر کلیدی برای بهبود تولید در بسیاری از صنایع است : حفاظت از محصولات، نفت و گاز، خمیر و کاغذ، فرآوری شیمیایی، تصفیه پساب، بازیافت، منسوجات و چرم، مواد غذایی و نوشیدنی، محصولات تمیزکننده و غیره. کنترل فوم سیلیکونی یا ضد – فرمولاسیون فوم و کمک های پردازش باعث کارآمدتر، تمیزتر شدن و بهبود کیفیت محصولات تولید می شود. عوامل کنترل فوم نیز با کاهش مصرف آب و انرژی و تسهیل بازیافت به تولید پایدارتر کمک می کنند. آنها برای افراد و تجهیزات ایمن هستند و با سخت ترین استانداردها مطابقت دارند.

در مورد کنترل فوم چه چیزهایی باید بدانید؟

سه نوع مختلف از عوامل کنترل فوم سیلیکونی وجود دارد که با کاربردهای خاص سازگار است:

• عوامل ضد کف که کف را از بین می برند
• مواد ضد کف که از کف زیاد جلوگیری می کند
• عوامل تهویه‌کننده‌ای که رشد بیش از حد حباب‌ها را کنترل می‌کنند

به همین ترتیب، برای کاربردهای مختلف، ضد فوم سیلیکونی و عوامل کنترل کف به دو شکل مختلف موجود است:

• ترکیبات – محتوای 100٪ فعال، مورد استفاده در محیط های غیر آبی یا برای ساخت امولسیون های آبی.
• امولسیون – با 10 تا 60 درصد محتوای فعال، حاوی سورفکتانت و آب.

 

Elkem SILCOLAPSE™

خط کامل عوامل کنترل فوم SILCOLAPSE™ ما به عنوان مواد تشکیل دهنده فرمولاسیون یا کمک های پردازش، ساخت را کارآمدتر و تمیزتر می کند، کیفیت محصولات نهایی را بهبود می بخشد، ضایعات و مصرف انرژی را کاهش می دهد و ….

الان ببین

چگونه می توانم مطمئن شوم که عوامل کنترل فوم مناسب را برای بهبود فرآیندهای تولید خود دریافت می کنم؟

فوم پراکندگی حباب های گاز است که توسط سورفکتانت ها تثبیت می شود و در فاز مایع پیوسته می باشد.

آنها بر صنایع و فرآیندهای مختلف تأثیر بسیار متفاوتی دارند. تعیین دقیق فرمولاسیون کنترل فوم برای هر کاربرد بسیار مهم است. برای بیش از 60 سال، Elkem در حال توسعه و تولید طیف کاملی از محصولات Silcolapse™ است تا دائماً فناوری پیشرفته را به مشتریان خود در سراسر جهان ارائه دهد. طیف Silcolapse™ از عوامل کنترل فوم به گونه ای طراحی شده است که در طیف گسترده ای از کاربردها موثر باشد.

خط کامل ما از عوامل کنترل فوم Silcolapse™، که به عنوان مواد تشکیل دهنده فرمولاسیون یا کمک های پردازشی ارائه می شود، تولید را کارآمدتر و تمیزتر می کند، کیفیت محصولات نهایی را بهبود می بخشد، ضایعات و مصرف انرژی را کاهش می دهد و بازیافت را تسهیل می کند. آنها برای افراد و تجهیزات ایمن هستند و از سخت ترین مقررات در بسیاری از صنایع پیروی می کنند.

راه حل های کنترل فوم Silcolapse™ را انتخاب کنید که بازدهی فرآیند و کیفیت محصولات نهایی شما را بهبود می بخشد:

• کاهش کاویتاسیون، ریزش و سایر خطرات
• تسهیل بازیافت و استفاده مجدد در پایان فرآیند
• ایجاد ماندگاری طولانی تری نسبت به سایر آنتی فوم های ارگانیک
• مقاومت بهتر در برابر حرارت و مواد شیمیایی به دلیل بی اثر بودن شیمیایی آنها، بنابراین با مواد دیگر واکنش نشان نمی دهد.
• محافظت از افراد و تجهیزات با جلوگیری، کاهش یا حذف کف در صورت لزوم
• بهبود عملکرد زیست محیطی و کاهش ضایعات. 

یک مقدار خیلی زیاد است

محلول های کاهش فوم سیلیکونی به دلیل اثربخشی بالا، بدون نیاز به استفاده از مقادیر زیاد محصول، کشش سطحی را به شدت کاهش می دهند. این بدان معنی است که محصولات Silcolapse™ برای افراد بسیار ایمن هستند و تأثیرات محیطی بسیار کمی دارند.

با 60 سال تجربه و تحقیق و توسعه مداوم، تخصص فن آوری توسعه یافته توسط تیم های فنی Elkem منجر به ارائه عوامل سیلیکونی و کمک های پردازشی شده است که قادر به برآورده کردن طیف گسترده ای از نیازهای پردازش هستند. 

از توسعه محصول اختصاصی گرفته تا خدمات فنی در محل، افراد ما همیشه در دسترس هستند تا بهترین محصولات و راهنمایی دقیق برنامه را به شما ارائه دهند.

ما به صورت موردی با مشتریانمان همکاری نزدیک داریم تا محصولات مناسب را برای اهداف درست توسعه دهیم و سفارشی کنیم. بیشتر همکاری‌های ما مبتنی بر مشارکت‌های تحقیق و توسعه بلندمدت است که با هم کار می‌کنند تا مواد خود را به‌طور پیوسته بهبود ببخشیم تا متناسب با نیازهای مشتری در بازارهای در حال حرکت سریع باشد.

Elkem: شریک زنجیره تامین کامل

همانطور که در بیانیه شرکت خود می گوییم، “ما تیمی از حرفه ای ها هستیم که با شور و شوق کار می کنیم و راه حل های نوآورانه چابک را ارائه می دهیم، زیرا به ما اهمیت می دهد! در Elkem، ما به خود می بالیم که یکی از رهبران جهان در تولید سیلیکون کاملاً یکپارچه، با آزمایشگاه های تحقیق و توسعه، سایت های تولید، و دفاتر فروش واقع در اروپا، آمریکای شمالی، آمریکای لاتین و آسیا و اقیانوسیه است.

 

مدرسه سیلیکون

هر آنچه که باید در مورد فناوری سیلیکون بدانید.

اکنون آن را بخوانید!

Elkem: تامین کننده انتخابی ضد کف 

به طور خاص، به‌عنوان تامین‌کننده محصولات کنترل کف و ضد کف، و همچنین تولیدکننده عوامل سطحی، ما با کل زنجیره شرکت‌های درگیر در کاهش فوم ناخواسته، از مواد اولیه برای تولیدکنندگان ضد کف گرفته تا مواد آماده، همکاری نزدیک داریم. استفاده از راه حل ها برای کاربردهای صنعتی

بنابراین، هر جا یا هر کاری که انجام می‌دهید که شامل کنترل یا کاهش کف می‌شود، ما اینجا هستیم تا محصولات، خدمات و مشاوره‌هایی را که برای بهبود فرآیندهای تولید و بهبود کیفیت محصولات نهایی نیاز دارید، به شما ارائه دهیم.

 

کنترل فوم

کالمن کوزو ، … جاناتان جی وایلد ، در فرآیند سطح، حمل و نقل و ذخیره سازی، 2023

4.1.3 ضد کف در مقابل کف زدایی

عوامل کنترل کف را می توان به عنوان ضد کف و ضد کف طبقه بندی کرد . اصطلاحات خاص و به طور قابل توجهی متفاوت هستند: آنتی فوم ها عوامل کنترل کف هستند که برای جلوگیری از تولید کف قبل از تشکیل آن اضافه می شوند. پس از تولید کف، کف زدا برای شکستن کف اضافه می شود . آنتی فوم ها اغلب به عنوان ضد کف نیز به خوبی عمل می کنند، و اگرچه مواد شیمیایی وجود دارند که باعث کف زدایی می شوند.به عنوان ضد کف عمل می کنند، مواد شیمیایی بسیاری وجود دارند که کف زدای خوبی هستند اما عملکرد ضد کف ضعیفی از خود نشان می دهند (همچنین به بخش 4.6.2 مراجعه کنید ).

در عمل، و همانطور که نویسندگان اغلب می بینند که در صنعت به کار می روند، این دو اصطلاح اغلب به اشتباه استفاده می شوند. به عنوان مثال، عوامل کنترل فوم (اغلب مواد شیمیایی مبتنی بر سیلیکون رایج) معمولاً در کوکرها روی فوم تزریق می‌شوند تا آن را بشکنند (که یک وضعیت کف‌زدایی است) اما هنوز اغلب به آنها ضد کف کوکر می‌گویند . در این فصل، ما بیشتر از اصطلاح ضد کف استفاده خواهیم کرد ، زیرا آنها رایج تر هستند. اصطلاحات دیگری مانند فوم سرکوب کننده ها ، فوم شکن ها و بازدارنده های کف نیز در ادبیات با معانی مشابه یافت می شوند، اما در اینجا به آنها پرداخته نمی شود.

مشاهده فصلکتاب کاوش

افزودنی های سیمانی

آرنو کادیکس ، سایمون جیمز ، در شیمی سیالات، حفاری و تکمیل، 2022

5.3.7.1 ضد کف / ضد کف

یک دسته مهم از افزودنی ها برای اطمینان از راندمان بهینه در طول اختلاط، مواد ضد کف و ضد کف هستند. آنتی فوم ها از تشکیل کف جلوگیری می کنند، در حالی که کف زداها می توانند فوم هایی را که قبلا ایجاد شده اند بشکنند. به طور کلی، ضد کف ها نیز ضد کف هستند اما همه ضد کف ها ضد کف نیستند.

کف کردن بدون برنامه دوغاب سیمان ممکن است منجر به کاویتاسیون در سیستم اختلاط و عدم توانایی در مخلوط کردن و پمپاژ دوغاب با سرعت لازم شود. وجود فوم همچنین ممکن است بر قرائت های چگالی سنج تأثیر بگذارد، بنابراین دوغاب ممکن است در تراکم های بالاتر از حد لازم برای جبران کف موجود در سطح مخلوط شود. این ممکن است منجر به مشکلات زیادی مانند زمان‌های ضخیم شدن کوتاه‌تر از حد انتظار، ویسکوزیته بالاتر از حد انتظار و فشار هیدرواستاتیک بالاتر از حد انتظار و احتمال از دست رفتن گردش خون شود .

تمایل به کف کردن به عوامل زیادی بستگی دارد، اما در دماهای پایین، در حضور نمک ها و در حضور مواد افزودنی که حاوی عوامل فعال سطحی مانند افزودنی های لاتکس هستند، افزایش می یابد.

عوامل ضد کف یا کشش سطحی را کاهش می دهند یا پراکندگی جامدات یا هر دو را تغییر می دهند. آنها همچنین باید در سیستم فوم نامحلول باشند. معمولاً غلظت های کوچک (<0.1% bwow) می تواند کنترل کف کافی را فراهم کند.

دو نوع رایج از مواد ضد کف مورد استفاده در سیمان کاری چاه، سیلیکون ها و پلی پروپیلن گلیکول ها هستند. پلی پروپیلن گلیکول ها بیشترین استفاده را دارند زیرا ارزان هستند و در اکثر مواقع ضد کف موثری هستند. وزن مولکولی معمولی برای پلی پروپیلن گلیکول که به عنوان عامل ضد کف استفاده می شود از 1 تا 4 است.  کیلوگرم بر مول است. پلی پروپیلن گلیکول ها به عنوان کف زدا کارایی ندارند.

عوامل ضد کف سیلیکونی عمدتاً سوسپانسیون های سیلیس ریز تقسیم شده در پلی دی متیل سیلوکسان یا سایر پلیمرهای ارگانوسیلیکن هستند. [148,149] . فرمول‌ها همچنین ممکن است حاوی سورفکتانت‌ها باشند زیرا اغلب به عنوان امولسیون‌های مبتنی بر آب برای عملیات سیمان‌کاری چاه ارائه می‌شوند.

آنتی فوم ها به دلیل ویژگی های خود و غلظت های پایین مورد استفاده، بر هیدراتاسیون سیمان یا عملکرد سایر افزودنی های سیمان (مواد کف کننده مورد انتظار) تأثیری ندارند .

مشاهده فصلکتاب کاوش

افزودنی های سیمانی

آرنو کادیکس ، سایمون جیمز ، در شیمی سیالات، حفاری و تکمیل، 2022

5.3.7 سایر افزودنی ها

چندین افزودنی دیگر برای بهینه سازی طرح های سیمانی با ویژگی های مناسب مورد نیاز است.

5.3.7.1 ضد کف / ضد کف

یک دسته مهم از افزودنی ها برای اطمینان از راندمان بهینه در طول اختلاط، مواد ضد کف و ضد کف هستند. آنتی فوم ها از تشکیل کف جلوگیری می کنند، در حالی که کف زداها می توانند فوم هایی را که قبلا ایجاد شده اند بشکنند. به طور کلی، ضد کف ها نیز ضد کف هستند اما همه ضد کف ها ضد کف نیستند.

کف کردن بدون برنامه دوغاب سیمان ممکن است منجر به کاویتاسیون در سیستم اختلاط و عدم توانایی در مخلوط کردن و پمپاژ دوغاب با سرعت لازم شود. وجود فوم همچنین ممکن است بر قرائت های چگالی سنج تأثیر بگذارد، بنابراین دوغاب ممکن است در تراکم های بالاتر از حد لازم برای جبران کف موجود در سطح مخلوط شود. این ممکن است منجر به مشکلات زیادی مانند زمان‌های ضخیم شدن کوتاه‌تر از حد انتظار، ویسکوزیته بالاتر از حد انتظار و فشار هیدرواستاتیک بالاتر از حد انتظار و احتمال از دست رفتن گردش خون شود .

تمایل به کف کردن به عوامل زیادی بستگی دارد، اما در دماهای پایین، در حضور نمک ها و در حضور مواد افزودنی که حاوی عوامل فعال سطحی مانند افزودنی های لاتکس هستند، افزایش می یابد.

عوامل ضد کف یا کشش سطحی را کاهش می دهند یا پراکندگی جامدات یا هر دو را تغییر می دهند. آنها همچنین باید در سیستم فوم نامحلول باشند. معمولاً غلظت های کوچک (<0.1% bwow) می تواند کنترل کف کافی را فراهم کند.

دو نوع رایج از مواد ضد کف مورد استفاده در سیمان کاری چاه، سیلیکون ها و پلی پروپیلن گلیکول ها هستند. پلی پروپیلن گلیکول ها بیشترین استفاده را دارند زیرا ارزان هستند و در اکثر مواقع ضد کف موثری هستند. وزن مولکولی معمولی برای پلی پروپیلن گلیکول که به عنوان عامل ضد کف استفاده می شود از 1 تا 4 است.  کیلوگرم بر مول است. پلی پروپیلن گلیکول ها به عنوان کف زدا کارایی ندارند.

عوامل ضد کف سیلیکونی عمدتاً سوسپانسیون های سیلیس ریز تقسیم شده در پلی دی متیل سیلوکسان یا سایر پلیمرهای ارگانوسیلیکن هستند. [148,149] . فرمول‌ها همچنین ممکن است حاوی سورفکتانت‌ها باشند زیرا اغلب به عنوان امولسیون‌های مبتنی بر آب برای عملیات سیمان‌کاری چاه ارائه می‌شوند.

آنتی فوم ها به دلیل ویژگی های خود و غلظت های پایین مورد استفاده، بر هیدراتاسیون سیمان یا عملکرد سایر افزودنی های سیمان (مواد کف کننده مورد انتظار) تأثیری ندارند .

5.3.7.2 عوامل کف کننده

عوامل کف کننده برای تهیه دوغاب سیمان کف شده با مخلوط شدن با نیتروژن تحت فشار بالا در سطح استفاده می شود. فومینگ برای تهیه دوغاب های سبک وزن یا دوغاب هایی با خواص مکانیکی بهبود یافته استفاده می شود. عوامل کف ساز مناسب باید ویژگی های عملکرد زیر را داشته باشند:

فوم های پایدار را در دمای سطح و سوراخ فراهم کنید .

در محیط های بسیار قلیایی با یون های کلسیم موثر باشد .

با سایر افزودنی های سیمانی مانند کندکننده ها برهمکنش نامطلوب نداشته باشد .

فوم سیمان تولید شده باید دارای ساختار فومی با توزیع مناسب با اتصال کم باشد تا نفوذپذیری سیمان گیر به حداقل برسد .

Several different types of foaming agents have been used to foam cement slurries (Table 5.8). In most cases, a combination of different foaming surfactants and stabilizers is used.

Table 5.8. Details of some common foaming surfactants.

Type	Hydrophobic group	Hydrophilic group
Cationic	C8 to C16 alkyl chain	Quaternary ammonium
Anionic	C8 to C16 alkyl chain	Sulfonate
	C6 to C10 alkyl chain	Polyether sulfonate
Amphoteric	C10 to C18 alkyl chain	Betaine
	C10 to C18 alkyl chain	Dimethylamine oxide

در کاربردهای اولیه فوم سیمان، عوامل کف کننده کاتیونی مانند تری متیل دودسیل آمونیوم کلرید و سایر ترکیبات آمونیوم چهارتایی استفاده می شد. با این حال، از آن زمان سورفکتانت های آنیونی و آمفوتریک و مخلوط آنها برای کف کردن دوغاب سیمان به خوبی استفاده شده است.[150]

سه مورد از متداول‌ترین نوع عوامل کف‌ساز آنیونی مورد استفاده نمک‌های سدیم آلکیل سولفونات‌ها، آلکیل پلی‌اتر سولفات‌ها و آلکیل بنزن سولفونات‌ها هستند. سولفات‌های آلکیل اتر برای کف کردن دوغاب‌های با محتوای نمک بالا مناسب هستند، اما آلکیل اتر سولفونات‌های نیمه غیراشباع برای فوم کردن سیستم‌های آب شیرین ترجیح داده می‌شوند زیرا به سیستم‌هایی با مقاومت فشاری بالاتری می‌دهند.[151] [152].

Chatterji et al. [153] described an improved combination of an alkyl polyether sulfate, an alkyl amidopropyl betaine, and an alkyl dimethylamine oxide foaming composition that was suitable for foaming slurries made with fresh water and with salt content up to saturation.

Foam stabilizers may also be included with the foaming surfactants to provide increased foam stability. Bour and Childs [151] disclosed polyglycol ethers such as poly(ethylene glycol) methyl ether with a molecular weight from about 4 to 7 kg/mol as a foam stabilizer suitable for use at low temperatures [<54°C (130 °F)] with alkyl polyether sulfate-foaming agents.

Although products containing sulfonate and carboxylate groups will tend to adsorb on cement surfaces, their presence in foaming surfactants does not generally affect the adsorption behavior of the other additives present as the foaming surfactants have low adsorption potential and they are added after the base slurry and all the other additives have been mixed.

5.3.7.3 Expansion additives

Cements that expand slightly after setting improve the bonding between the set cement and formation and the set cement and the casing leading to improved zonal isolation. The two main methods of generating postset expansion are through delayed formation of ettringite and the hydration of magnesium oxide particles. Cement systems containing high concentrations of sodium chloride may also provide postset expansion through stress generated by the formation of sodium chloride crystals in the pores. However, because of the complications of designing systems with high salt concentrations this route is not generally used for expansion.

5.3.7.3.1 Delayed ettringite formation

As discussed previously, sufficient calcium sulfate must be added to Portland cement clinker to prevent rapid hydration of the aluminate phases. However, only a relatively small proportion of the aluminate phases react to form ettringite over the first few minutes. For systems formulated with Portland cement containing at least 5% C₃A (API cements of ordinary or moderate sulfate resistance) addition of extra calcium sulfate will enable more ettringite to form after the cement has set. The formation of the needle-shaped ettringite will generate internal stresses leading to cement expansion. The application of delayed ettringite formation to generate expansion is limited by temperature. Depending on conditions, ettringite is stable at temperatures up to a maximum of 114°C (237°F) [154]. Above this temperature, ettringite transforms to calcium monosulfoaluminate and calcium sulfate hemihydrate so will not generate expansion.

5.3.7.3.2 Magnesium oxide

Magnesium oxide is probably the most widely used expanding agent. Hydration of the magnesium oxide to form magnesium hydroxide leads to an increase in volume of solids that will generate stresses in the set cement leading to expansion.

The key parameters affecting the performance of the expanding agent are the calcining temperature and particle size. The larger the particle size the higher the expansion but the lower the compressive strength [155]. Expansion of large particles can create high local stresses leading to cracking of the set cement, particularly in unconfined conditions, and consequent reduction of compressive strength. If the particles are too small, then they may react too early, before the cement has set, and consequently not generate expansion. Products used were calcined at temperatures between 1100°C (2000°F) and 1500°C (2730°F) for up to 2 hours and had surface areas between 1 and 2 m²/g. Tests were performed at temperatures of 93°C (200°F) and 149°C (300°F).

Cheung [156] demonstrated that magnesium oxide particles that had been calcined at temperatures >2200°C (4000°F) provided higher expansion at 156°C (313°F) than magnesium oxide calcined at lower temperatures (below about 1650°C (3000°F)).

For any given expanding agent, the concentration must be adjusted based on the slurry design and well conditions. If the concentration is too high, then there will be too much expansion and the compressive strength of the set cement will decrease.

5.3.7.4 Special blends

5.3.7.4.1 CO₂-resistant cement

There are two main approaches to limit the attack of set Portland cement systems by carbon dioxide dissolved in water. The first is to decrease the permeability of the set cement, which can be achieved by decreasing the w/c ratio, including latex additives in the formulation, or by adding pozzolanic material. The pozzolanic reaction leads to a reduction in permeability through the formation of additional C–S–H but the reaction also reduces the amount of Portlandite in the set cement decreasing the rate of chemical attack by the CO₂.

5.3.7.4.2 Flexible cement systems

Flexible cement systems generally contain a reduced amount of cementitious material, obtained either through foaming, increasing the w/c ratio or adding flexible, polymeric, particles.

ذرات پلیمری مورد استفاده برای سیمان های انعطاف پذیر اساساً بی اثر هستند و برهمکنش شیمیایی کمی با افزودنی های دوغاب یا سیمان پرتلند ندارند . برای موثر بودن آنها نباید در محیط PH بالا سیمان تثبیت شده تخریب شوند و باید در دماهای کمتر از نقطه ذوب یا نرم شدن آنها استفاده شوند. قطر ذرات معمولاً بین 100 تا 500  میکرومتر است. برخی از ذرات که به عنوان افزودنی های انعطاف پذیر مناسب معرفی شده اند عبارتند از: لاستیک آسیاب شده تایر، استایرن دی وینیل بنزن، پلی پروپیلن [157] ، آکریلونیتریل بوتادین [158] و کوپلیمرهای بلوک ترموپلاستیک مانند استایرن-ایزوپرن-استایرن-استایرن-9-استایرن و 19. ] .

5.3.7.4.3 سیستم های سیمانی خود ترمیم شونده

سیستم های سیمانی خود ترمیم شونده عموماً حاوی ذرات پلیمری هستند که در تماس با سیالات سازند متورم می شوند. متورم شدن ذرات باعث می‌شود که سیمان تنظیم شده منبسط شود و به بستن میکرو حلقه‌ها و شکاف‌های غلاف سیمانی کمک کند تا تاثیر از دست دادن جداسازی ناحیه‌ای کاهش یابد. نوع ذرات پلیمری و غلظت در سیمان ست شده بر اساس شرایط چاه و نوع سیال سازندی که باید جداسازی شود انتخاب می شود. همانند ذرات انعطاف پذیر، پلیمرهای مورد استفاده باید در شرایط خوب بادوام باشند.

پلیمرهایی مانند پلی نوربورن ، لاستیک تایر زمین، استایرن آکریلات متقاطع و لاستیک مونومر اتیلن پروپیلن دی ان برای سیستم هایی برای خود ترمیم در حضور هیدروکربن های مایع مناسب هستند [160] . آب بندی در برابر هیدروکربن های گازی دشوارتر است زیرا تحرک آنها بسیار بیشتر از هیدروکربن های مایع است و فشار تورم ایجاد شده در اثر برهمکنش با ذرات پلیمری بسیار کمتر است. برای غلبه بر این محدودیت ها از ترکیب ذرات مختلف، به عنوان مثال، کوپلیمرهای بلوکی استایرن-ایزوپرن-استایرن و ذرات uintaite [161] می توان استفاده کرد. سیستم های سیمانی نیز ممکن است به گونه ای طراحی شوند که در حضور گازهای اسیدی خود ترمیم شوند. ذرات پلی پروپیلن برای تامین سیمان خود ترمیم شونده در حضور H2S کشف شده است _[ 162] .

ادامه مطلب

مشاهده فصلکتاب کاوش

کنترل فوم

کالمن کوزو ، … جاناتان جی وایلد ، در فرآیند سطح، حمل و نقل و ذخیره سازی، 2023

استفاده از سیلیکون های اصلاح شده ارگانومیک به عنوان ضد کف

پلیمرهای OMS از اواخر دهه 1980 به عنوان ضد کف برای مایعات غیرآبی استفاده شده است . کالاگان و همکاران [112] کوپلیمرهای پلی اتر نامحلول در آب را برای جداکننده‌های نفت خام ثبت اختراع کرد، که نشان می‌دهد آن‌ها نسبت به PDMS باعث جذب هوای کمتری می‌شوند ، اگرچه شواهد تجربی ارائه نشده است. بسیاری از ساختارهای OMS برای ضد کف هیدروکربن ها، به ویژه برای سوخت، ثبت اختراع شده اند [113] . در سوخت های دیزل و روغن های سوخت مشابه، ضد کف های OMS تقریباً به طور انحصاری استفاده می شوند [112,114-116] . چنین ضد کف‌هایی می‌توانند به صورت متقاطع [116] باشند و نه تنها شامل گروه‌های پلی اتر، بلکه شامل گروه‌های پلی‌هیدریک، آلیفاتیک، معطر، غیراشباع و آلکیل فنولیک نیز هستند [118-127] . این پتنت ها سوخت دیزل یا مایعات غیرآبی را به طور کلی برای کاربردها مشخص می کنند. پلیمرهای OMS به عنوان ضد کف در روغن های روانکاری نیز استفاده می شوند . ترکیبات خاص OMS که به عنوان ضد کف عمل می کنند، حلالیت کمی در روغن ها (روغن های روان کننده، سوخت دیزل، نفت خام) و هیدروکربن های مشابه دارند، اما در بسیاری از حلال های قطبی و معطر (الکل ها و غیره) محلول هستند. از آنجایی که پلیمرهای OMS ساختارهای سورفکتانت هستند، برخی از آنها می توانند به عنوان دمولسیفایر و امولسیون شکن عمل کنند. همچنین ممکن است که همان ساختارهای OMS به عنوان یک ضد کف نفت خام و یک دمولسیفایر نفت خام به طور همزمان عمل کنند.

مشاهده فصلکتاب کاوش

طراحی مکانیکی و بهره برداری از کارخانه های آلکانولامین

آرتور ال. کهل ، ریچارد بی. نیلسن ، در تصفیه گاز (نسخه پنجم)، 1997

استفاده از مواد ضد کف

کف کردن را می توان در بسیاری از موارد با افزودن بازدارنده های کف (که معمولاً ضد کف نامیده می شود ) کنترل کرد. پرمصرف ترین مهارکننده های کف یا ترکیبات سیلیکونی یا الکل های با جوش بالا مانند اولیل الکل یا اکتیل فنوکسی اتانول هستند. سیلیکون ها به صورت امولسیون آب یا به صورت خالص به صورت تجاری در دسترس هستند. در سیستم های آمین ، سیلیکون ها به طور کلی به الکل های با جوش بالا ترجیح داده می شوند.

معمولاً در صورت نیاز آنتی فوم ها به صورت دسته ای اضافه می شوند. بالارد (1986A , B) بیان می کند که سطوح دوز دسته ای معمولی در محدوده 5 تا 20 ppm است. در حالی که، میوسبورگر و سگبرشت (1980) غلظت افزودن دسته ای ضد کف 10 تا 300 پی پی ام را توصیه کنید. منینگ و تامپسون (1991) ضد کف های زیر را برای سیستم های آمین توصیه می کنند:

ترکیب ضد کف داو کورنینگ DB-100

امولسیون ضد کف داو کورنینگ DB-31

Tretolite VEZ D-83

ترتولیت D-95

Natco DF-971

اکسون تصحیح می کند – برای کلریدها

آنتی فوم های Union Carbide SAG (GT-101، 102، 301، یا 302)

شکل 3-19 تجهیزات معمولی برای افزودن دسته ای یک عامل ضد کف را نشان می دهد. نقاط تزریق آنتی فوم جداگانه برای کنتاکتور آمین و برای احیا کننده باید در نظر گرفته شود . بازسازی کننده آمین معمولاً با یک گلدان ضد کف روی مکش پمپ رفلاکس احیا کننده ارائه می شود، در حالی که کنتاکتور آمین اغلب با یک گلدان ضد کف روی مکش پمپ های آمین بدون چربی محافظت می شود . با این حال، اگر فیلتر کربن در پایین دست پمپ‌های آمین بدون چربی باشد، ممکن است لازم باشد که گلدان ضد کف را در پایین دست فیلتر کربن قرار دهید و برای مخلوط کردن ضد کف با محلول آمین به شیر کنترل جریان آمین تکیه کنید . همچنین می توان از پمپ تغذیه شیمیایی برای پمپاژ مستقیم ضد کف به این مکان ها استفاده کرد. اگرچه افزودن ضد کف معمولاً به صورت دسته‌ای انجام می‌شود، ممکن است در برخی شرایط لازم باشد که به طور مداوم ضد کف اضافه شود.

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 3-19 . دیگ برای افزودن دسته ای ماده ضد کف.

( Meusberger and Segebrecht, 1980 ) Copyright © 1980

یک ضد کف که به خوبی در یک گیاه کار می کند ممکن است بی اثر باشد یا حتی باعث ایجاد کف در گیاه دیگر شود. همچنین، یک آنتی فوم که در گذشته عملکرد رضایت بخشی داشته است ممکن است به تدریج کارایی خود را از دست بدهد و باید با محصول دیگری جایگزین شود. هنگامی که زمان در دسترس است، مناسب بودن یک ضد کف باید قبل از استفاده آزمایش شود. روش های تست ضد کف توسط Meusberger و Segebrecht (1980) ، Pauley و همکارانش توضیح داده شده است. (1988 ، 1989A ، B) ، و اسمیت (1979A ، B) ،و همچنین از فروشندگان آمین موجود است. استفاده از ضد کف نباید به عنوان یک راه حل دائمی برای مشکلات کف کردن گیاهان در نظر گرفته شود. هنگامی که کف کردن تحت کنترل است، باید منبع مشکل را بررسی کرد و مشکل اساسی را اصلاح کرد.

کمتر بخوانید

مشاهده فصلکتاب کاوش

کنترل فوم

کالمن کوزو ، … جاناتان جی وایلد ، در فرآیند سطح، حمل و نقل و ذخیره سازی، 2023

4.7 نکات پایانی

فرآیند کف کردن و ضد کف شدن از نظر آکادمیک به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است و از نظر عملی می توان گفت چیز زیادی برای یادگیری باقی نمانده است. با این حال، از نظر آکادمیک، چیزهای زیادی برای یادگیری وجود دارد و پیگیری مستمر دانش در این زمینه ادامه خواهد داشت. از منظر صنعت، استفاده از آنتی فوم ها اغلب به عنوان یک منطقه “مناسب برای هدف” یا “نیمه کالایی” در نظر گرفته می شود و کاربران نهایی تمایل زیادی به حمایت از تلاش های نوآورانه ندارند. راه حل های موجود اغلب از نظر عملکرد به اندازه کافی خوب هستند.

طیف وسیعی از موقعیت‌ها در رابطه با تولید فوم ممکن است در فرآیندهای تولید نفت و گاز مواجه شوند که نیازمند توسعه شیمی‌های متنوع ضد کف برای اطمینان از عملکرد پایدار و مقرون به صرفه است. همانطور که در این فصل اشاره شد، چنین شیمی‌هایی را می‌توان برای رسیدگی به چالش‌های خاص، با در نظر گرفتن عوامل کلیدی در سیستم از جمله نوع فاز پیوسته (مبتنی بر آب یا روغن)، شیمی فوم‌کننده‌ها، وجود تثبیت کننده ها ، pH، دما و فیلتراسیون. مکانیسم‌های ضد کف در اکثر موقعیت‌ها بر پایه پل زدن توسط قطره‌های روغن ضد کف است و اکنون به لطف تحقیقات عمده‌ای که در این زمینه در چهار دهه گذشته انجام شده است، به خوبی درک شده‌اند [195] .

با توجه به تمرکز شدید بر پایداری و تغییرات قانونی که به سمت مواد قابل قبول‌تر از نظر زیست‌محیطی پیش می‌رود، انواع شیمی‌های مورد استفاده برای کنترل فوم ممکن است نیاز به بررسی عمیق‌تر و نوآوری بیشتری در آینده داشته باشند. با وجود تلاش‌های قابل توجه (اما هنوز ناموفق) برای جایگزینی آنها با جایگزین‌های غیرسیلیکونی قابل‌اعتماد، شیمی‌های سیلیکون و فلوروسیلیکون پرمصرف‌ترین مواد شیمیایی برای کنترل کف نفت خام هستند. اگرچه مکانیسم های تخریب سیلیکون ها در محیط به طور گسترده گزارش شده است [229-233] ، انتظار می رود که توسعه بیشتر ادامه یابد و طیفی از مواد شیمیایی ضد کف پایدار در نهایت برای استفاده در کاربردهای میدان نفتی در دسترس خواهد بود.

مشاهده فصلکتاب کاوش

کنترل فوم

کالمن کوزو ، … جاناتان جی وایلد ، در فرآیند سطح، حمل و نقل و ذخیره سازی، 2023

4.3.2.3.2 شیمی ضد کف دوغاب سیمان

یک ضد کف سیمانی می تواند مایعی باشد که در حین اختلاط به دوغاب وارد می شود، یا می تواند به صورت جامد و پودری باشد که با سیمان خشک مخلوط می شود و سپس با ایجاد دوغاب در داخل مخلوط پخش می شود. دوز معمولی ضد کف 0.05٪ – 0.1٪ بر اساس وزن سیمان (BOWC) است. مهم است که ضد کف در طول ذخیره سازی پایدار باشد و در کل فرآیند سیمان کاری کار کند.

رایج ترین آنتی فوم های سیمانی پلی آلکیلن گلیکول ها و سیلیکون ها هستند که عموماً از بین آن هایی که در آب نامحلول هستند انتخاب می شوند و بنابراین پلی پروپیلن گلیکول ها و سیلیکون های غیر قطبی مورد علاقه هستند [158] . مواد فعال موجود در سیلیکون آنتی فوم ها می توانند سیلیکون های اصلاح شده ارگانومی شده باشند (به بخش 4.2.4.1.2 مراجعه کنید )، PDMS به تنهایی، یا معمولاً PDMS پر از سیلیس (به بخش 4.3.1.1 مراجعه کنید ).

باوا و ویلسون [164] دریافتند که ضد کف های غیر سیلیکونی در کاربردهای دوغاب سیمان به خوبی کار می کنند و تا حدی به دلیل قوانین سختگیرانه زیست محیطی، نسبت به آنتی فوم های مبتنی بر سیلیکون برای سیمان کاری دریایی ترجیح داده می شوند.

چندین شیمی دیگر را می توان استفاده کرد، از جمله تروبتیل (یا تری ایزوبوتیل) فسفات [160] ، لسیتین [165] ، الکل های چرب، روغن های سولفونه، امولسیون های سیلیکون [162] و ترکیبی از مواد فعال (پلیول ها، الکل های چرب هیدروفوبیکسیلات ها، الکل های چرب، هیدروفوبیکسیلات ها، آلکوکسیلات های چرب سیلیس و غیره) [166] . همچنین تلاش‌هایی برای تغییر از ضد کف‌های غیرقابل تجزیه زیست‌تخریب‌پذیر سنتی به آنتی‌کف‌های زیست‌تخریب‌پذیر، مبتنی بر روغن‌های گیاهی و مواد غیر زیست تخریب‌پذیر وجود دارد [159] .

ضد کف های سیمانی پودری از یک حامل (ها) جامد و مواد فعال ضد کف تشکیل شده اند و باید در طول ذخیره سازی به تنهایی یا پس از مخلوط شدن با سیمان پایدار باشند. گاهی اوقات آنتی فوم های مایع به صورت امولسیون روغن در آب امولسیون می شوند تا به راحتی در دوغاب پخش شوند [157] .

مشاهده فصلکتاب کاوش

کنترل فوم

کالمن کوزو ، … جاناتان جی وایلد ، در فرآیند سطح، حمل و نقل و ذخیره سازی، 2023

4.2.4 شیمی ضد کف برای فوم های مبتنی بر روغن

همانطور که قبلاً بحث شد، تفاوت های قابل توجهی بین سیستم های کف کننده آبی (مبتنی بر آب) و غیرآبی (مبتنی بر روغن) وجود دارد. بنابراین جای تعجب نیست که از مواد مختلفی برای کنترل فوم در دو نوع موقعیت استفاده می شود.

معیارهای عملکرد موفق ضد کف عبارتند از:

1.

ضد کف باید کشش سطحی کمتری نسبت به مایع کف‌ساز داشته باشد (تعریف دقیق‌تر این است که ضریب پل زدن باید مثبت باشد، این در بخش 4.6.1.1 مورد بحث قرار خواهد گرفت ).

2.

ضد کف باید در فاز پیوسته نامحلول باشد

3.

مایع ضد کف باید به صورت قطرات کوچک پخش شود.

برای فوم‌های مبتنی بر روغن، آنتی فوم‌های رایج مورد استفاده یا انواع مختلف سیلیکون‌ها (PDMS، فلوروسیلیکن‌ها و سیلیکون‌های اصلاح‌شده ارگانیک) یا افزودنی‌های آلی (غیر سیلیکونی)، اغلب پلی‌اکریلات‌ها هستند . سیلیکون ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند زیرا به طور کلی کارایی بسیار بالاتری نسبت به غیرسیلیکون ها دارند. در بخش‌های بعدی، شیمی، خواص و کاربرد این مواد به تفصیل بررسی خواهد شد.

4.2.4.1 سیلیکون ها (سیلوکسان ها)

برای هر دو سیستم مبتنی بر آب و روغن، مواد شیمیایی ضد کف مبتنی بر سیلیکون بسیار مهم و به طور گسترده استفاده می شود. سیلیکون‌ها پلیمرهای سیلوکسان هستند که در آن اتم‌های سیلیکون از طریق اتم‌های اکسیژن مانند –Si–O–Si–O– به هم متصل می‌شوند و بیشتر ظرفیت‌های باقی‌مانده اتم Si به گروه‌های متیل متصل می‌شوند [101,102] . (در اینجا املای متفاوت عنصر سیلیکون و پلیمر سیلیکون (سیلوکسان) قابل توجه است.)

برای توصیف ساده بسیاری از ساختارهای سیلوکسان شاخه‌دار ممکن با گروه‌های متیل، معمولاً از یک علامت مختصر استفاده می‌شود، همانطور که در شکل 4.9 نشان داده شده است ، با نمادهای گروهی برای تک عملکرد (M)، دو منظوره (D)، سه منظوره (T) و چهار عملکرد (Q) ) گروه ها با استفاده از این نمادها، تمام ساختارهای سیلوکسان ممکن (بدون هیچ گروه دیگری به جز متیل در زنجیره سیلوکسان) را می توان به صورت M _a D _b T _c Q _d نوشت .

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 4.9 . واحدهای مونومر معمولی پلیمرهای سیلوکسان و نمادهای مختصر معمولی.

خواص فیزیکی منحصر به فرد سیلیکون ها را می توان به انعطاف پذیری بالای زنجیره سیلوکسان نسبت داد. این نتیجه مانع بسیار کم چرخش پیوندهای Si-O است (بسیار کمتر از پیوندهای C-C)، که امکان چرخش تقریباً کاملاً آزاد در امتداد ستون فقرات پلیمری سیلوکسان را فراهم می کند [103] . بسیاری از مواد دیگر را می توان با جایگزینی یک یا چند گروه متیل در PDMS با سایر گروه های آلی ساخت. آماده سازی و خواص این سیلیکون های اصلاح شده ارگانومیک به عنوان ضد کف در بخش 4.2.4.1.2 مورد بحث قرار خواهد گرفت . این مواد همچنین کاربردهایی فراتر از آنتی فوم ها دارند و شامل استفاده به عنوان روغن ها و گریس ها، مواد عایق، رسانه های انتقال حرارت ، عوامل آزاد کننده و بسیاری از کاربردهای مراقبت شخصی می شود. این لیست برای طیف وسیعی از صنایع ادامه دارد.

4.2.4.1.1 پلی دی متیل سیلوکسان

PDMS متداول ترین سیلیکون حاوی ستون خطی Si-O-Si و گروه های متیل آویز در تمام ظرفیت های باقی مانده اتم های Si است ( شکل 4.10 ). با استفاده از علامت کوتاه، PDMS MD _n M است و زنجیره سیلوکسان نیز می تواند با استفاده از گروه های T و Q شاخه شود.

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 4.10 . ساختار زنجیره سیلوکسان و پلی دی متیل سیلوکسان.

سنتز PDMS

PDMS با یک فرآیند چند مرحله ای [101،103] معمولاً از فلز سیلیکون از طریق به اصطلاح فرآیند مستقیم [104] با گاز متیل کلرید، در حضور کاتالیزور مس یا سایر محرک های فلزی تولید می شود .

در این واکنش مخلوطی از متیل سیلان های مونو، دی و تری کلرو به دست می آید :

(4.7)سی+2CH3Cl→(CH3)2SiCl2+CH3SiCl3+(CH3)3SiCl+SiCl4

از مخلوط واکنش (CH ₃ ) ₂ SiCl ₂ (دی متیل دی کلروسیلان) با تقطیر جزئی به دست می آید و سپس از طریق هیدرولیز به ترکیبی از PDMS و سیلوکسان های حلقوی تبدیل می شود:

(4.8)(الف+ب)(CH3)2SiCl2+(الف+ب+1)اچ2O→HO((CH3)2SiO)الفاچ+[(CH3)2SiO]ب+2(الف+ب)HClخطیچرخه ای

سیلوکسان های خطی و بدون درپوش با گروه های انتهایی Si-OH سیلانول نامیده می شوند که در بسیاری از کاربردها نیز استفاده می شوند اما در ضد کف ها رایج نیستند .برای بدست آوردن گروههای درپوش انتهایی پلیمری، تری متیل کلروسیلان به هگزامتیل دی سیلوکسان تبدیل می شود:

(4.9)2(CH3)3SiCl+اچ2O→(CH3)3SiOSi(CH3)3+2HCl

سپس محصولات هیدرولیز از هر دو واکنش بالا، در حضور کاتالیزور اسید یا باز، برای به دست آوردن PDMS از طریق مکانیسم پلیمریزاسیون تعادلی واکنش داده می‌شوند تا مخلوطی از گونه‌های خطی و حلقوی تولید شود:

(4.10)HO((CH3)2SiO)الفاچ+[(CH3)2SiO]ب+(CH3)3SiOSi(CH3)3→(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]�سی(CH3)3+اچ2O

پلیمر نهایی حاوی توزیع مگاوات است. برای کاربردهای صنعتی، درجه پلیمریزاسیون PDMS معمولاً با ویسکوزیته سینماتیک مشخص می شود و طیف وسیعی از گریدها، از 0.65  cSt تا میلیون ها cSt به صورت تجاری تولید می شوند. برای ضد کف شدن نفت خام یا سایر روغن های هیدروکربنی، عموماً از ویسکوزیته PDMS در محدوده 1000-100000  cSt (از 28000 تا 139000  Da  MW) استفاده می شود.

PDMS بسیار پایدار است، در برابر اکسیداسیون مقاوم است و در شرایط عادی واکنش پذیری پایینی دارد. واکنش تخریب اولیه PDMS هیدرولیز است زیرا پیوند سیلوکسان می تواند توسط اسیدها یا بازها به دلیل زاویه پیوند گسترده تقسیم شود. برای اینکه واکنش هیدرولیز در حضور یک باز قوی یا اسید قوی رخ دهد، دمای بالا و/یا زمان واکنش طولانی‌تر ضروری است.

خواص فیزیکی PDMS

PDMS یک مایع شفاف با نقطه ریزش بسیار کم (حدود -70 درجه سانتیگراد) و دمای انتقال شیشه ای (-120 درجه سانتیگراد) است. در بیش از 10000  دا مگاوات ، زنجیره‌های PDMS شروع به در هم پیچیده شدن می‌کنند و ویسکوزیته آن‌ها با مگاوات بالاتر از این مقدار بحرانی به شدت افزایش می‌یابد. گریدهای PDMS با MW پایین سیالات نیوتنی تا نرخ برش بالا هستند . با گریدهای مگاوات بالاتر (بیش از 10000 دا)، ویسکوزیته با نرخ برش تا یک نقطه بحرانی که بالای آن پلیمرها رفتار نازک شدن برشی نشان می‌دهند ثابت می‌ماند. PDMS دارای فشار بخار ناچیزی است (به جز کوچکترین مولکولها و سیلوکسانهای حلقوی) و بنابراین نمی توان آن را تقطیر کرد، اما در دماهای بالا (200 درجه سانتیگراد) و سریعتر از 260 درجه سانتیگراد به آرامی تجزیه می شود. چگالی PDMS در دمای محیط حدود 0.97 g·cm ^-3 است که از بیشتر روغن‌های هیدروکربنی بیشتر است و در نتیجه، قطرات PDMS تمایل دارند به سمت پایین روغن‌ها جدا شوند. حلالیت و کشش سطحی از ویژگی های کلیدی PDMS هستند که بر توانایی کف کردن/ضد کف شدن آنها تأثیر می گذارد. علیرغم ماهیت نسبتا قطبی پیوند Si-O، PDMS یک مایع غیرقطبی با ثابت دی الکتریک پایین است، به دلیل وجود تعداد زیاد گروه های متیل که از سیلوکسان ها محافظت می کنند. این ماده در حلال‌های کوچک مولکولی غیرقطبی مانند C5 تا C10 آلیفاتیک و در اکثر هیدروکربن‌های معطر (هگزان، تولوئن، زایلن و غیره) و همچنین نفت سفید و کتون‌ها محلول است _و می‌تواند _در گرانش API بالا محلول باشد. نفت خام، به ویژه میعانات سبک. PDMS به طور کلی در هر دو حلال قطبی (آب، اکثر الکل ها، گلیکول ها، استون و غیره) و هیدروکربن های با زنجیره بلند (روغن های معدنی و غیره) نامحلول یا به ندرت محلول است. اکثر سورفکتانت ها (از جمله سورفکتانت های سیلیکونی) نیز در PDMS نامحلول هستند.   

کشش سطحی PDMS در دمای محیط حدود 21 mN/m است (برای پلیمرهای با MW پایین‌تر کوچک‌تر و برای مولکول‌های بزرگ‌تر با MW کمی افزایش می‌یابد)، که کمتر از بیشتر روغن‌ها، سورفکتانت‌ها و سایر مایعات است. کشش سطحی بین PDMS و آب زیاد است (42.7 mN/m) [105] ، و اگرچه PDMS خود یک سورفکتانت به معنای سنتی نیست زیرا حاوی گروه های آبدوست نیست ، فعال سطحی است و به راحتی در سطح پخش می شود. آب یا روغن معدنی  

PDMS در کنترل فوم در مایعات مبتنی بر روغن مانند روغن‌های خام بسیار کارآمد است و بنابراین یک ضد کف رایج است. با این حال، کارایی ضعیفی برای شکستن کف در مایعات مبتنی بر آب دارد . چنین مایعاتی معمولاً با ذرات جامد آبگریز مخلوط می شوند (به بخش 4.3.1.1 مراجعه کنید ).

بزرگترین استفاده صنعتی از ضد کف برای مایعات غیرقطبی در فرآوری نفت خام است، جایی که کنترل کف اغلب بسیار مهم است (به بخش 4.2.3 مراجعه کنید ). به طور خاص، در مرحله اولیه فرآوری، نفت خام تولید شده به یک جداکننده گاز/نفت جریان می‌یابد که در آن کاهش فشار مربوطه اتفاق می‌افتد. در نتیجه مقادیر زیادی گاز آزاد می شود که می تواند به سرعت حجم بالایی از کف را تشکیل دهد و بازده جداسازی را کاهش دهد یا در بدترین حالت به طور کامل فرآیند را مسدود کند، مگر اینکه ضد کف اضافه شود. سیلیکون‌ها معمولاً در این کاربرد استفاده می‌شوند و PDMS معمولی‌ترین آنها است، با 10000-100000  مگاوات، در  غلظت‌های 0.5-20 ppm [106,107] . یکی دیگر از کاربردهای گسترده ضد کف PDMS در مایعات غیر قطبی پایین دست است، در کوکرهای تاخیری، که در آن دما بسیار بالا است (450 درجه سانتیگراد تا 500 درجه سانتیگراد) و PDMS با ویسکوزیته بالا (105-106 ^cSt ) ^اغلب تنها گزینه است. . 

به طور کلی، عملکرد در دمای بالا با افزایش PDMS MW/ویسکوزیته بهبود می‌یابد، با این حال، جابجایی، ترکیب و ایجاد قطرات کوچک PDMS با افزایش ویسکوزیته PDMS چالش‌برانگیزتر می‌شود. ساده ترین راه برای پخش حتی چسبناک ترین PDMS در نفت خام (یا در روغن های دیگر) این است که آن را از محلول در یک حلال مناسب ، به عنوان مثال، در حلال های معطر (گزایلن ها، نفتای معطر و غیره) دوز کنید.

مولکول های کوچک PDMS و سیلوکسان های حلقوی

همانطور که در بالا ذکر شد، PDMS حاوی توزیعی از مولکول ها با طول های زنجیره ای مختلف است. گریدهای تجاری PDMS معمولاً حاوی مولکول های سیلوکسان کوچکتر با خواص سطحی متفاوت نسبت به پلیمرهای بزرگتر هستند. توجه به این نکته مهم است که پلیمرهای بسیار کوچک (زیر ویسکوزیته زیر 100 cSt) حلالیت بیشتری در روغن های هیدروکربنی (مانند نفت خام و روغن معدنی) دارند و زمانی که در محلول قرار می گیرند بیشتر شبیه به سورفکتانت ها عمل می کنند. همانطور که در بخش 4.1.4 توضیح داده شد ، یک اثر منفی این سورفکتانسی کاهش سرعت صعود حباب‌های کوچک و در نتیجه کاهش سرعت هوازدگی است. 

خانواده دیگری از سیلیکون های مولکولی کوچک، سیلوکسان های حلقوی هستند، به ویژه آنهایی که دارای 4، 5 و 6 اتم سیلیکون ، به ترتیب اکتام متیل سیکلوتتراسیلوکسان (D4)، دکامتیل سیکلوپنتازیلوکسان (D5)، و دودکامتیل سیکلوهگزاسیلوکسان (D6) هستند. ساختار D4 در شکل 4.11 نشان داده شده است .

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 4.11 . ساختار اکتام متیل سیکلوتتراسیلوکسان (D4).

گریدهای PDMS تجاری معمولاً حاوی این ساختارهای حلقوی هستند زیرا به آسانی در دماهای بالا و در طول تولید از طریق پلیمریزاسیون تعادلی تشکیل می شوند (به معادله 4.8 مراجعه کنید ). این یک نگرانی در پالایشگاه ها است زیرا سیلوکسان های حلقوی می توانند به تدریج سطح کاتالیزورهای تصفیه آب را بپوشانند و سپس مسدود کنند.آنها را از عملکرد. علی‌رغم این نگرانی، PDMS با ویسکوزیته بالا (که می‌تواند در دماهای عملیاتی بالا تجزیه شود و چنین گونه‌های حلقویی را تشکیل می‌دهد) ضد کف اصلی مورد استفاده در کوکرها است. سرعت تشکیل حلقوی را می توان با استفاده از MW و PDMS با ویسکوزیته بسیار بالا (100000  cSt یا بالاتر) کاهش داد [108] . با این حال، این چالش می تواند تشدید شود اگر PDMS به میزان قابل توجهی در جداکننده های نفت خام (معمولاً 5000-60000 cSt) بیشتر در بالادست پالایشگاه استفاده شود  و با نفت خام حمل شود. وجود PDMS در نفت خام نیز می تواند کیفیت قیر را کاهش دهد [109] .

4.2.4.1.2 سیلیکون های اصلاح شده ارگانومیک

سیلوکسان های اصلاح شده ارگانومیک (OMS؛ ارگانوپلی سیلوکسان ها) نشان دهنده دسته ای از ضد کف ها هستند که کمتر از PDMS شناخته شده اند. در OMS، یک یا چند گروه متیل از PDMS با گروه های آلی جایگزین می شوند. شکل 4.12 ساختار کلی این نوع پلیمر را نشان می دهد که می تواند از PDMS با گروه های آلی تک عملکردی (R ₁ و R ₂ ) بدست آید [110] . گروه‌های آلی می‌توانند در بخش‌های مختلف زنجیره سیلوکسان باشند: در کنار (گروه‌های R ₁ ؛ آویز، شانه یا چنگک) یا در انتهای زنجیره سیلوکسان (گروه‌های R2 _؛ نوع ABA، خطی) یا در هر دو موقعیت

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 4.12 . فرمول کلی سیلوکسان های اصلاح شده ارگانیک با گروه های آلی تک عاملی (R).

گروه های R ₁ – و R _{2 –} در آنتی فوم های OMS اغلب گروه های غیر واکنشی هستند:

پلی اترها : پلی اتیلن گلیکول (PEG)، پلی پروپیلن گلیکول (PPG) یا ترکیبی از آنها

الکل ها، دیول ها، پلی ال ها

گروه های آلکیل، آریل

گروه های آلکیل فلورینه

یا ترکیبات

سیلوکسان های فلوئوردار (فلوروسیلیکن ها) خواص ضد کف خاصی دارند و بنابراین به عنوان یک کلاس جداگانه از ضد کف های OMS مورد بحث قرار خواهند گرفت (به بخش 4.2.4.1.3 مراجعه کنید ).گروه‌های واکنش‌دهنده (مانند آمین‌ها، اپوکسی‌ها و وینیل‌ها) نیز می‌توانند اضافه شوند، اما اینها معمولاً برای کاربردهای ضد کف استفاده نمی‌شوند.

در حالی که در PDMS متغیر اصلی تعداد واحدهای D است، با OMS چندین متغیر دیگر به ساختار پلیمر معرفی می‌شوند ( شکل 4.12 را ببینید )، مانند تعداد گروه‌های جایگزین مختلف، نسبت آنها به دی متیل سیلوکسان (D). واحدها و غیره، و بنابراین تعداد زیادی پلیمرهای مختلف امکان پذیر است. جایگزینی آلی می تواند به طور اساسی خواص مولکول سیلیکون، به ویژه حلالیت، سازگاری، فعالیت سطحی و واکنش پذیری آن را تغییر دهد.

متداول‌ترین فرآیند برای ساخت این کوپلیمرها هیدروسیلیلاسیون (هیدروسیلاسیون) است که یک واکنش افزودنی بین پلیمرهای سیلیکونی عامل هیدرید (سیالات SiH) و الفین‌ها است که معمولاً مشتقات گروه آلی شروع شده با وینیل یا آلیل هستند، در حضور یک کاتالیزور (معمولاً مبتنی بر پلاتین). سیلوکسان‌های اصلاح‌شده ارگانومیک ممکن است با پلیمریزاسیون هم‌تعادل گروه‌های دی متیل سیلوکسی با سیلان‌ها یا سیلوکسان‌های ارگانومیکال ساخته شوند.

از آنجایی که محصولات PDMS (مانند بسیاری از پلیمرهای دیگر) دارای توزیعی از اندازه مولکول‌ها هستند، OMS همچنین حاوی توزیع مقادیر “x” و همچنین “y” (به جز کوچک‌ترین مولکول‌ها) است. این پلیمرها اغلب بلوک کوپلیمر نیستند (همانطور که شکل 4.12 نشان می دهد). به طور کلی، دو (یا بیشتر) نوع گروه سیلوکسان به طور تصادفی در مولکول توزیع می شوند.

کوپلیمرهای پلی اتر سیلیکونی

کوپلیمرهای پلی اتر سیلیکون (پلی گلیکول، کوپلیول) (SPE) آنتی فوم های مهم OMS هستند و اکثر ضد کف های غیرفلورینه شده از نوع OMS برای روغن ها از نوع SPE هستند.

پلی اتر به طور کلی پلی اتیلن اکسید (EO، پلی اتیلن گلیکول)، پلی پروپیلن اکسید (PO، پلی پروپیلن گلیکول)، یا گاهی اوقات پلی بوتیلن اکسید (BO، پلی بوتیلن گلیکول)، متصل به انتهای زنجیره سیلوکسان یا پیوند شده به عنوان زنجیره جانبی، در بسیاری از ترکیبات ممکن است. شکل 4.13 ساختار پلی اترهای آویز معمولی (پیوند) را با EO و PO نشان می دهد که نشان می دهد پنج متغیر (x,y,M,N,Z) در این ساختارها وجود دارد که درجات آزادی چندگانه را به طراحی چنین پلیمرهایی می دهد. . گروه انتهایی Z معمولاً –H، –CH3 _، یا –C(O)CH3 _است [102] .

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 4.13 . ساختار پلی اترهای سیلیکونی آویز معمولی با جایگزینی EO (پلی اتیلن اکسید) و PO (پلی پروپیلن اکسید).

اثر اصلی جایگزینی پلی اتر این است که قطبیت و در نتیجه حلالیت پلیمر سیلوکسان را تغییر می دهند. با عامل دار کردن با اتیلن اکسیدبسته به نسبت پلی اتیلن اکسید به دی متیل سیلوکسان، PDMS کاملا نامحلول در آب می تواند قابل پخش در آب یا حتی محلول در آب شود. برخلاف PDMS، این کوپلیمرهای پلی اتر سیلیکونی را می توان سورفکتانت در نظر گرفت، زیرا آنها دارای بخش های آبگریز و آبدوست هستند و خواص فیزیکی معمولی سورفکتانت های غیریونی استاندارد را ارائه می دهند، از جمله:

کاهش کشش سطحی آب یا مایعات دیگر

تشکیل میسل ها و کریستال های مایع

نشان دادن یک نقطه ابری در محلول های آبی

جذب روی سطوح

به عنوان فوم کننده یا امولسیفایر عمل می کند

به عنوان ضد کف یا دمولسیفایر عمل می کند

بسته به نوع و نسبت تعویض ها.

با توجه به کشش سطحی کم PDMS، کوپلیمرهای SPE تمایل به کشش سطحی کمتری نسبت به سورفکتانت‌های سنتی دارند، که اغلب از PDMS بیشتر نیست: 22-26  mN/m در مقابل 21  mN/m برای PDMS معمولی در 0.1  wt.%. دلیل این امر انعطاف‌پذیری زنجیره سیلوکسان و انرژی کم گروه‌های متیل در سیلوکسان است [111] .

برای ضد کف فقط برخی از کوپلیمرهای SPE ممکن و سایر ساختارهای OMS قابل استفاده هستند، یعنی آنهایی که حلالیت محدودی در مایع کف کننده دارند، زیرا این امر به طور کلی یک نیاز برای عملکرد ضد کف است. بنابراین، در سیستم‌های مبتنی بر آب، کوپلیمرهای SPE نباید خیلی آبدوست (یعنی محتوای EO بالا) و در سیستم‌های مبتنی بر نفت، مانند روغن‌های خام، پلی‌اتر نباید دارای عملکرد اولئوفیل بیش از حد باشد (یعنی PO یا BO). ).

استفاده از سیلیکون های اصلاح شده ارگانومیک به عنوان ضد کف

پلیمرهای OMS از اواخر دهه 1980 به عنوان ضد کف برای مایعات غیرآبی استفاده شده است . کالاگان و همکاران [112] کوپلیمرهای پلی اتر نامحلول در آب را برای جداکننده‌های نفت خام ثبت اختراع کرد، که نشان می‌دهد آن‌ها نسبت به PDMS باعث جذب هوای کمتری می‌شوند ، اگرچه شواهد تجربی ارائه نشده است. بسیاری از ساختارهای OMS برای ضد کف هیدروکربن ها، به ویژه برای سوخت، ثبت اختراع شده اند [113] . در سوخت های دیزل و روغن های سوخت مشابه، ضد کف های OMS تقریباً به طور انحصاری استفاده می شوند [112,114-116] . چنین ضد کف‌هایی می‌توانند به صورت متقاطع [116] باشند و نه تنها شامل گروه‌های پلی اتر، بلکه شامل گروه‌های پلی‌هیدریک، آلیفاتیک، معطر، غیراشباع و آلکیل فنولیک نیز هستند [118-127] . این پتنت ها سوخت دیزل یا مایعات غیرآبی را به طور کلی برای کاربردها مشخص می کنند. پلیمرهای OMS به عنوان ضد کف در روغن های روانکاری نیز استفاده می شوند . ترکیبات خاص OMS که به عنوان ضد کف عمل می کنند، حلالیت کمی در روغن ها (روغن های روان کننده، سوخت دیزل، نفت خام) و هیدروکربن های مشابه دارند، اما در بسیاری از حلال های قطبی و معطر (الکل ها و غیره) محلول هستند. از آنجایی که پلیمرهای OMS ساختارهای سورفکتانت هستند، برخی از آنها می توانند به عنوان دمولسیفایر و امولسیون شکن عمل کنند. همچنین ممکن است که همان ساختارهای OMS به عنوان یک ضد کف نفت خام و یک دمولسیفایر نفت خام به طور همزمان عمل کنند.

4.2.4.1.3 فلوروسیلیکن ها

سیلوکسان‌ها با گروه‌های حاوی فلوئور (فلوروسیلیکن‌ها، FS) نیز PDMS‌های اصلاح‌شده ارگانیک هستند و عموماً می‌توان آن‌ها را با فرمول شکل 4.12 توصیف کرد ، که در آن گروه‌های R1 و R2 حاوی _{فلوئوروکربن‌ها} هستند _که اغلب فقط با زنجیره جانبی اصلاح شده‌اند ( _R2 = –CH ₃ یا –OH). فلوئوروکربن ها فقط حاوی گروه های –CF ₃ و –CF ₂ (بخش های پرفلورینه) هستند. ساده‌ترین گروه‌هایی از این دست در PDMS‌های اصلاح‌شده ارگانومیک CF ₃ هستند . با این حال، چنین پلیمرهایی ناپایدار هستند، و تنها پلیمرهایی با جانشینی فلوئورو تنها در موقعیت γ، که در دورترین فاصله از اتم‌های Si (-CH2 _– CH2 _– CF3 _{فلوروپروپیل} و غیره) است، قابل استفاده هستند. کالاگان و تیلور FS را با گروه های CnF _2n + ₁ (CH2 ₎ 2O- _برای نفت خام توصیف کردند [128] . از تعداد زیادی از پلیمرهای ممکن، تنها چند ساختار معمولا استفاده می شود. مهمترین آنها هموپلیمرهایی هستند که واحدهای D سیلوکسان ندارند، فقط دارای یک گروه تری فلوئوروپروپیل و یک گروه متیل روی همه سیلوکسانها هستند [129] . ترکیبی از فلوئوروکربن ها و سایر انواع آلی (پلی اترها و غیره) غیر معمول است، اگرچه می توان آن را در ادبیات ثبت اختراع یافت [130] .

متداول ترین روش برای تولید FS از تریمر فلوئورو حلقوی [129] است و به دنبال آن باز کردن حلقه با کاتالیز اسید یا باز ، مشابه تولید PDMS است. با این حال، این فرآیند به طور قابل توجهی پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر از تولید PDMS است که دلیل آن هزینه‌های مواد خام مرتبط با مونومر فلوئوردار و همچنین مطلوبیت ترمودینامیکی گونه‌های تریمر حلقوی نسبت به پلیمر خطی است . بنابراین، تولید تجاری پلیمرهای FS معمولاً به کاتالیزورهای تخصصی و شرایط واکنش نیاز دارد. سیلوکسان های فلوئوردار نیز می توانند با واحدهای Dx در حضور کاتالیزورهای اسیدی یا بازی کوپلیمر شوند _[ 131-134 ] .

خواص فلوروسیلیکن ها

گروه های فلوئوردار به شدت ویسکوزیته سیلوکسان ها را افزایش می دهند، اگرچه برای اهداف ضد کف فقط درجه های ویسکوزیته بیشتر از 50000  cSt معمولاً در دسترس نیست. گروه های فلوئوروکربن به شدت حلالیت، سازگاری و انرژی سطحی سیلوکسان ها را تغییر می دهند. FS به طور کلی در هیچ هیدروکربنی (حتی برای مولکول های کوچک)، فقط در حلال های قطبی تر (به ویژه در کتون ها و استرها) محلول نیستند، و همچنین در PDMS یا SPE نامحلول هستند. یک امکان برای اجتناب از حلال ها امولسیون کردن FS است، به عنوان مثال به روغن معدنی [135] یا حتی به یک محلول آبی [136] ، اما این معمولاً انجام نمی شود.

اگرچه گروه های CF ₃ به طور بالقوه می توانند انرژی سطحی بسیار کمتری را برای FS فراهم کنند [137] ، به طور شگفت انگیزی کشش سطحی پلی [متیل(3،3،3-تری فلوئوروپروپیل)سیلوکسان] مایع تا حدودی بیشتر است (23-24  mN/m) از PDMS (21-22  mN/n) [129] مشابه PDMS، FS نیز به معنای سنتی سورفکتانت نیستند، زیرا فاقد گروه های آبدوست نیز هستند .

استفاده از فلوروسیلیکن ها به عنوان ضد کف

FS در کاربردهای ضد کف بسیار مؤثرتر از PDMS است، به ویژه در جداکننده های نفت خام، که در آن سطح استفاده معمولی از PDMS در  محدوده 0.5-100 ppm است، در مقایسه با 0.1-5  ppm برای FS. چنین عملکرد کارآمد و نرخ‌های دوز کاهش‌یافته می‌تواند عملکرد کل هزینه را نسبت به PDMS، به‌ویژه در موارد دشوار کف‌سازی، افزایش دهد. ایوانز [138] برای اولین بار استفاده از FS (حاوی جایگزین های تری فلوئوروپروپیل) را برای کنترل کف نفت خام به ثبت رساند.

مزیت آنتی فوم های FS مخصوصاً با میعانات سبک، به ویژه در کاربردهای آب های عمیق، قوی است. این روغن‌ها حاوی مولکول‌های هیدروکربنی کوچک‌تری هستند که PDMS در آن‌ها محلول است و بنابراین به جای کنترل کف، تمایل به تقویت کف دارد [139,140] . در چنین روغن هایی، FS به طور کلی تنها ماده ای است که به دلیل ناسازگاری با هیدروکربن ها می تواند تولید فوم را به طور موثر کنترل کند.

مشابه PDMS، ضد کف های FS به طور گسترده در سیالات روان کننده نیز استفاده می شود [141] . آنها معمولاً به عنوان ضد کف در سیستم های آبی استفاده نمی شوند و FS حتی در مخلوط هایی با ذرات جامد آبگریز قابل استفاده نیستند.

4.2.4.2 ضد کف غیر سیلیکونی برای فوم های مبتنی بر روغن

برای ضد کف کردن نفت خام، در درجه اول از سیلیکون ها استفاده می شود، اما تلاش هایی برای استفاده از عوامل ضد کف غیر سیلیکونی نیز وجود دارد . این آنتی فوم‌ها طیف وسیعی از انواع شیمی را شامل می‌شوند و از نظر تاریخی بر پایه پلی‌اکریلات‌ها بوده‌اند، اما انواع مختلف دیگری هم در ادبیات علمی و هم در ادبیات ثبت اختراع وجود دارد.

پلی آکریلات ها پلیمرهای شناخته شده ای برای بسیاری از کاربردها از جمله کنترل فوم هستند. شیمی پلی آکریلات ها و پلی متاکریلات ها در شکل 4.14 نشان داده شده است . آنها چندین نسخه دارند که در گروه R متفاوت است، که معمولاً گروه های آلکیل با زنجیره کوتاه خطی و شاخه ای از C2 _تا C12 _هستند [142] . نسخه های جدیدتر نیز فلورینه می شوند، مانند 2،2،2-تری فلوئورواتیل آکریلات [143] که می تواند کارایی را افزایش دهد.

برای دانلود تصویر در اندازه واقعی وارد شوید

شکل 4.14 . ساختار (A) پلی آکریلات ها و (B) پلی متاکریلات ها.

آنتی فوم های پلی آکریلات اغلب با روغن های روان کننده [15] استفاده می شود ، به ویژه زمانی که با استفاده از شیمی کلاسیک سیلیکون مشکلی وجود دارد (ناسازگاری یا مسائل نظارتی)، و گاهی اوقات این دو نوع با هم استفاده می شوند. یک مزیت ازپلی آکریلات ها به این دلیل است که مشکل هوازدایی ایجاد نمی کنند و هوا را به خوبی آزاد می کنند. مطالعه دیگری در مورد همپلیمرهای آلکیلاکریلات سنتز شده (پلی بوتیل آکریلات) از طریق پلیمریزاسیون امولسیونی گزارش می دهد که با استفاده از نرخ دوز بالا (نسبی) بین 250 و 750  ppm ، کارایی ضد کف خوبی را با نفت خام سنگین ارائه می دهد [144,145] . راندمان تابعی از جرم مولکولی بود و یک محدوده بهینه متوسط ​​در بالا و پایین آن وجود داشت که اثر ضد کف کاهش یافت.

یک مشکل عمده در استفاده از ضد کف های پلی آکریلات این است که آنها باید به دقت طراحی شوند (مثلاً با تغییر گروه R) برای یک سیستم معین به طوری که الزامات اساسی ضد کف برآورده شوند: نامحلول بودن در روغن، کشش سطحی کمتر از روغن و توانایی تشکیل قطرات کوچک. این را می توان در یک سیستم نفتی معین (روان کننده) به دست آورد، اما برای نفت خام به دلیل تفاوت های ظریف در ترکیب نفت خام، حتی از چاهی به چاه دیگر، سن یک چاه معین، برگشت احتمالی چاه ها، یا حتی با فصل سال

سولفوسوکسینات‌های سدیم، مانند دیوکتیل سدیم سولفوسوکسینات (DOSS) (مواد مرطوب‌کننده و سورفکتانت‌ها در سیستم‌های مبتنی بر آب) نیز عملکرد خوبی دارند، اگرچه کارایی به شدت به محتوای آب و نمک نفت خام بستگی دارد [39,146] .

ضد کف های غیرسیلیکونی دیگر برای سیستم های مبتنی بر روغن، مانند گل های حفاری مبتنی بر روغن، شامل پلی پروپیلن گلیکول (معمولاً 1000-5000  AMU) و استرهای الکلی با 2-اتیل هگزانول (ایزو اکتانول)، به طور جداگانه یا ترکیبی، همچنین با سیلیکون ها هستند.

کمتر بخوانید

مشاهده فصلکتاب کاوش

کنترل فوم

کالمن کوزو ، … جاناتان جی وایلد ، در فرآیند سطح، حمل و نقل و ذخیره سازی، 2023

4.3.1.3 فرمولاسیون ضد کف

اکثر مواد فعال ضد کف (PDMS، روغن معدنی با سیلیکاهای آبگریز و غیره) در آب نامحلول هستند و بنابراین مخلوط کردن آنها به طور مستقیم در مایعات آبی اگر غیرممکن نباشد، دشوار است.

برای حل این مشکل، مواد فعال به اشکال دیگری فرموله می شوند که پراکندگی آنها در آب آسان تر است، از جمله

امولسیون ها

کنسانتره های قابل پخش در آب

پودرها

مهم ترین شکل آن، امولسیون ضد کف روغن در آب است، با محتوای فعال مختلف، معمولاً بین 5٪ تا 50٪. برای امولسیون کردن مواد فعال، علاوه بر آب، چندین جزء دیگر باید اضافه شود

امولسیفایرها

ویسکوزیفایرها/تثبیت کننده ها (ضخیم کننده ها)، که معمولاً پلیمرهایی مانند مشتقات سلولز ، پلی آکریلات ها و غیره هستند تا از پایداری در برابر جداسازی اطمینان حاصل کنند.

عوامل ضد میکروبی (مواد نگهدارنده)

سایر افزودنی ها (پراکنده کننده ها، هم امولسیفایرها و غیره)

طیف وسیعی از الزامات برای یک امولسیون ضد کف خوب وجود دارد، از جمله

راندمان بالا در کاربردهای مورد نظر

پراکندگی خوب در فرآیند سیال

پایداری ذخیره سازی در برابر جدا شدن، رشد باکتری ها و اثر ضد کف طولانی مدت.

برای بهترین امولسیون ، فرمول ساز باید بداند که ضد کف ها اغلب به برشی حساس هستند و محدوده اندازه قطرات امولسیون نیز یک پارامتر مهم است (همچنین به بخش 4.6.2.6 مراجعه کنید. مراجعه کنید ). بنابراین، مهم است که اختلاط مناسب در طول امولسیون سازی اعمال شود و ترتیب افزودن اجزا نیز بهینه شود. راندمان ضد کف با افزایش ویسکوزیته روغن (PDMS) بهبود می یابد ، اما در ویسکوزیته های بالا، امولسیون سازی چالش برانگیزتر می شود و برش بالا یا احتمالا استفاده از هموژنایزرهای مکانیکی ممکن است ضروری باشد.

امولسیون‌کننده‌های معمولی مورد استفاده در امولسیون‌های ضد کف، سورفکتانت‌های غیریونی (مانند پلی‌اترهای EO/PO)، با سورفکتانت‌های آنیونی کمتر رایج هستند. پلی‌اترها می‌توانند آلی یا مبتنی بر سیلیکون باشند (همچنین به بخش 4.2.4.1.2 مراجعه کنید )، اما این پلی‌اترها عموماً دارای قطبیت‌های متفاوتی نسبت به آنهایی هستند که برای ضد کف استفاده می‌شوند (همچنین به بخش‌های 4.2.4.1.2 و 4.6.2.7 مراجعه کنید ) . اغلب ترکیبی از امولسیفایرها با قطبیت کم و بالا به ترتیب HLB بهترین نتایج را ارائه می دهد.

کنسانتره های ضد کف ترکیبات مشابهی دارند (با امولسیفایرها و سایر اجزای ذکر شده در بالا)، اما آب ندارند یا فقط مقدار کمی آب دارند. چنین کنسانتره هایی به گونه ای طراحی شده اند که در فومانت آبی قابل پخش باشند.

مشاهده فصلکتاب کاوش

شستشوی پالپ

پراتیما باجپای ، در کتاب راهنمای خمیر و کاغذ بیرمن (نسخه سوم)، 2018

15.6 استفاده از افزودنی ها / کمک های پردازش

افزودنی های ضد کف نقش مهمی در افزایش اثربخشی شستشو دارند. مواد ضد فوم با جلوگیری از تشکیل هوای محبوس شده در سیستم، به دستیابی به اثربخشی شستشو کمک می‌کنند، که جریان آسان‌تر و بدون محدودیت فیلتر را از طریق صفحه‌ها و واشرها می‌دهد. پیش از این، صنعت کرافت از روغن های معدنی یا ضد کف های مبتنی بر نفت سفید استفاده می کرد . در آن زمان، این محصولات افزایش قابل توجهی در تولید و کاهش تلفات شیمیایی در چرخه بازیافت و کاهش انتقال به کارخانه سفید کننده را فراهم کردند. استفاده از آنتی فوم مبتنی بر روغن نیز اثرات منفی برای صنعت، به ویژه در ماشین کاغذ با رسوبات زمین بالا داشت. کسرهای با وزن مولکولی بالا از روغن و موم شد. اثرات زیست محیطی نیز نگران کننده بود زیرا پیش سازهای دیوکسین و فوران را می توان در محصولات ضد کف یافت. همچنین، درخشندگی مربوط به روغن اغلب در سطح دیده می شوداز آبهای دریافتی یکی دیگر از نکات منفی استفاده از آن نوسان قیمت بود، زیرا به عرضه و تقاضای نفت بستگی داشت. پس از سال 1940، استفاده از سیلیکون به طور پیوسته افزایش یافت و مجموعه وسیعی از محصولات توسعه و استفاده شد. در اواخر دهه 1980، نگرانی های زیست محیطی در مورد افزودنی های ضد کف انگیزه بیشتری برای استفاده از ضد کف مبتنی بر سیلیکون در شستشوی قهوه ای ایجاد کرد. مشخص شد که محصولات ضد کف سیلیکونی در دوزهای بسیار پایین موثر بوده و امکان جلوگیری از کف و بهبود در زهکشی واشر را فراهم می کند، با دستاوردهای قابل توجهی در مواد شیمیایی برای بازیابی و گیاهان سفید کننده. سیلیکون ها مواد پلیمری با Si O به عنوان واحد اصلی تکرار شده هستند. پیوندهای کووالانسی جایگزین‌های معدنی/آلی نیز ممکن است در مولکول وجود داشته باشد. امولسیون های سیلیکون آبی بیشتر در صنعت خمیر و کاغذ ترجیح داده می شوند ترجیح داده می شوند .محصولات ضد کف سیلیکونی موثر باید در محیط چالش برانگیز صنعت خمیر و کاغذ به خوبی عمل کنند. برای این کار، چندین ویژگی مهم هستند، مانند دسترسی به حباب‌های روی سطح با کاربرد کم محصول (نیروهای درون و درون مولکولی محصول باید کم باشند). مولکول محصول باید بتواند بچرخد و امکان جهت گیری مناسب روی سطح حباب را فراهم کند. مولکول محصول همچنین باید با مشروب سیاه ناسازگار باشد تا از حل شدن محصول و از دست دادن کارایی جلوگیری کند، از نظر ویسکوزیته در دماهای مختلف پایدار باشد و بتواند به راحتی روی سطح توزیع شود. اگرچه ویژگی های محصول مانند فرمولاسیون مناسب مهم هستند، نقاط تغذیه در فرآیند نیز برای کاربرد موفقیت آمیز مهم هستند. نقاط تغذیه معمولاً جایی هستند که فوم بیشترین مشکل را دارد و به راحتی می توان با مکان هایی که ورود هوا به سیستم شدیدتر است شناسایی کرد. فناوری سیلیکون در واقع مشکل کمتری نسبت به روغن معدنی دارد. با این وجود، اگر فرمولاسیون و/یا کاربرد محصول نادرست باشد، رسوبات تشکیل می شود. برای جلوگیری یا به حداقل رساندن مشکلات احتمالی هنگام انتقال از یک فرمول ضد کف به فرمول دیگر، یک آسیاب باید انجام دهدآزمایشات آزمایشگاهی که امکان تعیین پتانسیل سپرده و اثربخشی محصول را فراهم می کند. یک آزمایش ساده شامل استفاده از نمونه‌های مشروب سیاه آسیاب خمیر کاغذ که برای دمای فرآیند با افزودن ضد کف گرم شده‌اند، باید انجام شود. پس از رسیدن به دمای فرآیند، برش بر روی نمونه اعمال می شود. سپس نمونه کنار گذاشته می شود و برای جداسازی ضد کف و تشکیل رسوب مشاهده می شود. آزمایش یکسانی را می توان در دماها و pH های مختلف برای آزمایش سناریوهای احتمالی مختلف که در آسیاب خمیر کاغذ با آن مواجه می شوند انجام داد.