Eliminación de espuma: ¿Cómo elegir un agente antiespumante?

La aparición de espuma a menudo causa inconvenientes y problemas en la producción industrial y en la vida cotidiana, por lo que encontrar un método efectivo de eliminación de espuma se ha convertido en el factor clave.

Los métodos de eliminación de espuma se pueden dividir en dos categorías: físicos y químicos.

Desde un punto de vista físico, muchos métodos se pueden utilizar para eliminar la espuma. Por ejemplo, se pueden utilizar tableros de separación o filtros para prevenir mecánicamente la formación y la supervivencia de la espuma; se puede utilizar la agitación mecánica para romper la estabilidad de la espuma mediante fuerzas externas; los efectos electrostáticos pueden cambiar la distribución de carga de la espuma y promover su ruptura; el congelamiento y el calentamiento pueden afectar las propiedades físicas de la espuma desde el punto de vista de los cambios de temperatura, respectivamente, destruyendo la estabilidad de la película de espuma; el vapor, la radiación, la centrifugación a alta velocidad, la presión y la descompresión, la vibración de alta frecuencia, la descarga instantánea y el ultrasonido (control líquido de ondas sonoras) pueden, en varying degrees, aumentar la permeabilidad al gas en ambos extremos de la película líquida, acelerar la expulsión de la película de burbuja y hacer que el coeficiente de estabilidad de la espuma sea inferior a su coeficiente de atenuación, reduciendo así gradualmente la cantidad de espuma. Sin embargo, estos métodos físicos están claramente limitados por los factores ambientales, y es difícil alcanzar un alto nivel de eficiencia en la eliminación de espuma. Sin embargo, tienen la ventaja de ser amigables con el medio ambiente y tener una tasa de reciclaje alta, por lo que aún tienen valor en algunos escenarios donde los requisitos ambientales son estrictos.

Los métodos químicos de eliminación de espuma se basan principalmente en métodos de reacción química y en la adición de agentes antiespumantes. Los métodos de reacción química implican la adición de reactivos específicos al sistema de espuma para provocar una reacción química con el agente espumante, generando sustancias insolubles en agua, lo que reduce la concentración de tensioactivo en la película líquida y, en última instancia, hace que la espuma se rompa. Sin embargo, este método enfrenta el dilema de la dificultad para determinar la composición del agente espumante, y las sustancias insolubles producidas pueden dañar el equipo del sistema. En las diversas industrias de hoy en día, la adición de agentes antiespumantes es el método de eliminación de espuma más ampliamente utilizado. Su mayor ventaja es su alta eficiencia en la eliminación de espuma y su extrema facilidad de uso, pero la clave es encontrar un producto de agente antiespumante adecuado y altamente efectivo.

El principio de funcionamiento de los agentes antiespumantes puede tomar diversas formas. Una forma es reducir la tensión superficial local de la espuma. Por ejemplo, al pulverizar alcoholes de alta graduación o aceites vegetales en la espuma, cuando se disuelven en el líquido de espuma, pueden reducir significativamente la tensión superficial local. Dado que estas sustancias tienen baja solubilidad en agua, la reducción de la tensión superficial se limita al área local de la espuma, y la tensión superficial en los alrededores permanece casi inalterada. La parte de la tensión superficial que se ha reducido es fuertemente tirada hacia los alrededores y se expande hasta que la espuma se rompe. Tomemos como ejemplo algunos reactores de reacción en la producción química. Durante la reacción, se genera una gran cantidad de espuma. Si se agrega una cantidad moderada de agente antiespumante a base de alcohol de alta graduación, se puede destruir eficazmente la estabilidad de la espuma, de modo que la reacción puede continuar sin problemas. En segundo lugar, después de que el agente antiespumante se agrega al sistema de espuma, se extendirá hacia la interfaz gas-líquido, destruyendo la capacidad del tensioactivo con estabilidad de espuma de restaurar la elasticidad de la película, lo que hace que las burbujas se rompan. En tercer lugar, los agentes antiespumantes pueden promover la descarga de las películas líquidas. La velocidad de descarga de la espuma está estrechamente relacionada con la estabilidad de la espuma. Las sustancias que pueden acelerar la descarga de la espuma también pueden tener un efecto antiespumante. En cuarto lugar, las partículas sólidas hidrófobas agregadas a la superficie de las burbujas atraerán los extremos hidrófobos de los tensioactivos, haciendo que las partículas hidrófobas se hagan hidrofilas y entren en la fase acuosa, rompiendo así las burbujas. Este principio se puede utilizar en algunos procesos de tratamiento de aguas residuales para eliminar la espuma agregando partículas sólidas hidrófobas específicas. En quinto lugar, algunas sustancias de bajo peso molecular que pueden mezclarse completamente con la solución, como alcoholes como el octanol, el etanol y el propanol, pueden disolver el tensioactivo en la superficie de la burbuja, reduciendo su concentración efectiva. No solo pueden reducir la concentración de tensioactivo en la capa superficial, sino que también pueden disolverse en la capa de adsorción de tensioactivo, debilitando la estabilidad de la espuma. En sexto lugar, para los líquidos espumantes que dependen de la interacción de la doble capa eléctrica del tensioactivo en la espuma para producir estabilidad, la adición de un electrolito común puede destruir la doble capa eléctrica del tensioactivo para alcanzar el objetivo de eliminar la espuma.

Los agentes antiespumantes comunes se pueden dividir en silicona (resina), tensioactivo, parafina y aceite mineral según su composición. Los agentes antiespumantes a base de silicona, también conocidos como agentes antiespumantes en emulsión, se utilizan al emulsionar resinas de silicona en agua con la ayuda de emulsificantes (tensioactivos) y luego agregarlos a las aguas residuales. El polvo fino de sílice es otro tipo de agente antiespumante a base de silicona con excelentes propiedades antiespumantes. Los agentes antiespumantes a base de tensioactivo son en realidad emulsificantes que utilizan su efecto de dispersión para mantener las sustancias espumantes en un estado emulsionado estable en agua, evitando así la formación de espuma. Los agentes antiespumantes a base de parafina se fabrican al emulsionar y dispersar parafina o sus derivados con emulsificantes, y su uso es similar al de los agentes antiespumantes en emulsión con tensioactivos. El aceite mineral es el ingrediente antiespumante principal, y para mejorar el efecto, a veces se utilizan en combinación sustancias como jabones metálicos, aceites de silicona y sílice. Además, se agregan diversos tensioactivos para que sea más fácil para el aceite mineral extenderse hacia la superficie del líquido espumante o dispersarse uniformemente los jabones metálicos en el aceite mineral.

Los diferentes tipos de agentes antiespumantes tienen sus propios ventajas y desventajas. Los agentes antiespumantes orgánicos como el aceite mineral, los amidos, los alcoholes inferiores, los ácidos grasos y los ésteres de ácidos grasos, y los fosfatos pertenecen a la primera generación de agentes antiespumantes. Estos agentes antiespumantes se desarrollaron y aplicaron relativamente temprano, y tienen las ventajas de ser fáciles de obtener los materiales de partida, ser amigables con el medio ambiente y tener un bajo costo de producción. Sin embargo, tienen una baja eficiencia en la eliminación de espuma, son altamente específicos y tienen condiciones de uso rigurosas. Los agentes antiespumantes a base de polieter son agentes antiespumantes de segunda generación, y se componen principalmente de polieteres lineales, polieteres con alcoholes o aminas como iniciadores, y derivados de polieter terminales hidroxilos. Su mayor ventaja es su fuerte capacidad antiespumante, y algunos también tienen excelentes propiedades como la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a ácidos y bases fuertes. Sin embargo, sus condiciones de aplicación están claramente limitadas por la temperatura, y sus campos de aplicación son relativamente reducidos. Su capacidad antiespumante y su velocidad de ruptura de burbujas necesitan ser mejoradas. Como agente antiespumante de tercera generación, el agente antiespumante a base de silicona tiene fuertes propiedades antiespumantes, una velocidad de ruptura de burbujas rápida, baja volatilidad, es no tóxico para el medio ambiente, fisiológicamente inerte y tiene un amplio campo de aplicación. Tiene amplias perspectivas de aplicación y un enorme potencial de mercado, pero todavía hay margen de mejora en su rendimiento antiespumante en algunos escenarios específicos. El agente antiespumante de polisiloxano modificado con polieter combina las ventajas del agente antiespumante a base de polieter y el agente antiespumante a base de silicona, y es la tendencia de desarrollo de los agentes antiespumantes. A veces se pueden reutilizar basados en su solubilidad inversa, pero actualmente hay pocos tipos de este tipo de agentes antiespumantes, y todavía están en la etapa de investigación y desarrollo, por lo que el costo de producción es relativamente alto.

Cuando se selecciona un agente antiespumante, es necesario considerar una serie de factores. En primer lugar, el agente antiespumante debe ser insoluble o poco soluble en el líquido espumante. Dado que el agente antiespumante necesita concentrarse y ejercer su efecto en la película de espuma, es importante que el agente antiespumante pueda alcanzar rápidamente este estado, y que el agente antiespumante lo mantenga en todo momento. Por lo tanto, solo los agentes antiespumantes insolubles o poco solubles pueden alcanzar fácilmente un estado supersaturado en el líquido espumante, de modo que pueden acumularse en la interfaz gas-líquido y concentrarse en la película de burbuja para ejercer su efecto a una concentración más baja. Para los agentes antiespumantes utilizados en sistemas acuosos, las moléculas del ingrediente activo necesitan ser fuertemente hidrófobas y débilmente hidrofilas, y funcionan mejor cuando el valor HLB está entre 1,5 y 3. Por ejemplo, en la producción de pinturas acuosas, si el agente antiespumante no tiene una solubilidad adecuada, no podrá eliminar efectivamente la espuma, y también puede afectar la calidad y el rendimiento de la pintura. En segundo lugar, la tensión superficial del agente antiespumante debe ser inferior a la del líquido espumante. Solo cuando las fuerzas intermoleculares de las moléculas del agente antiespumante son débiles y la tensión superficial es inferior a la del líquido espumante, los partículas del agente antiespumante pueden penetrar y expandirse en la película de espuma. Aquí hay que tener en cuenta que la tensión superficial del líquido espumante no es la tensión superficial de la solución, sino específicamente la tensión superficial en el estado espumado. Además, el agente antiespumante y el líquido espumante deben tener una cierta afinidad. Debido a que el proceso de eliminación de espuma es esencialmente una competencia entre la velocidad a la que la espuma se derrumba y la velocidad a la que se genera, el agente antiespumante debe poder dispersarse rápidamente en el líquido espumante para tener un efecto rápido en un área amplia. Si el ingrediente activo del agente antiespumante es demasiado similar al líquido espumante, se disolverá. Si está demasiado disperso, será difícil que tenga efecto. El efecto solo será bueno cuando la afinidad es adecuada. Además, el agente antiespumante no debe reaccionar químicamente con el líquido espumante, de lo contrario, por un lado, perderá su efecto antiespumante, y por el otro, pueden producirse sustancias dañinas, lo que afectará el crecimiento de los microbios, etc. Por último, el agente antiespumante debe tener baja volatilidad y una larga duración de acción. Cuando se determina el sistema para utilizar el agente antiespumante, es necesario distinguir entre un sistema acuoso y un sistema a base de aceite. Por ejemplo, en la industria de la fermentación, generalmente se deben utilizar agentes antiespumantes a base de aceite como los aceites de silicona modificados con polieter o los polieteres, mientras que en la industria de las pinturas acuosas se deben utilizar agentes antiespumantes acuosos y agentes antiespumantes a base de silicona. Al mismo tiempo, también es necesario comparar la cantidad de agente antiespumante agregado y consultar el precio para obtener el producto de agente antiespumante más adecuado y económico.

La efectividad del uso de agentes antiespumantes también se ve afectada por una variedad de factores. La dispersibilidad del agente antiespumante en la solución tiene un efecto significativo en el rendimiento antiespumante. Debe tener un grado adecuado de dispersión, y un tamaño de partícula demasiado grande o demasiado pequeño afectará la actividad antiespumante. En cuanto a la compatibilidad en el sistema de espuma, cuando el tensioactivo se disuelve completamente en la solución acuosa, generalmente tiende a estabilizar la espuma en la interfaz gas-líquido de la espuma; mientras que cuando el tensioactivo es insoluble o supersaturado, sus partículas se dispersarán en la solución y se acumularán en la espuma, eliminando así la espuma. La temperatura ambiente del sistema de espuma no debe ser ignorada. Cuando la temperatura del líquido espumante es alta, es necesario utilizar un agente antiespumante especial para altas temperaturas. De lo contrario, no solo el efecto antiespumante de los agentes antiespumantes comunes se reducirá en gran medida, sino que también puede ocurrir la demulsión. Durante el empaque, el almacenamiento y el transporte, los agentes antiespumantes deben almacenarse a una temperatura entre 5 y 35 °C. La vida útil es generalmente de 6 meses. Deben mantenerse alejados de las fuentes de calor y expuestos a la luz solar. Después de su uso, deben sellarse para evitar el deterioro. La proporción de adición del agente antiespumante también es muy importante. El efecto de agregar el agente antiespumante sin diluir es diferente del de agregarlo después de la dilución. Debido a la baja concentración de tensioactivo, la emulsión de agente antiespumante después de la dilución es extremadamente inestable y rápidamente se separa en capas. Tiene un rendimiento antiespumante pobre y no es adecuado para el almacenamiento a largo plazo. Se recomienda utilizar el agente antiespumante inmediatamente después de la dilución. La proporción de adición debe determinarse a través de pruebas en el lugar para garantizar el efecto deseado, y no debe agregarse en exceso.