造纸工业生产过程中德泡沫及消泡剂

       消泡剂:在制浆造纸工业(简称造纸工业)中,泡沫处理是生产中的棘手问题。从蒸球出料后的制浆单元操作一直到涂布工序(洗涤、滤浆、漂白、脱水、抄纸、施胶、涂布等),均有不同程度的泡沫存在。泡沫是一种有大量气泡分散在液体连续相中的分散体系,其分散相为气体,给工业生产带来困难,如减少生产能力、浪费设备容量、影响产品质量、影响生产的正常进行等。故在生产过程中如何有效地控制泡沫,长期为研究者所重视。本文简要讨论泡沫的形成原因,消除泡沫的机理及常用的消泡剂。


       1.发泡原因

       当含有表面活性剂的液体或黏度较大的液体受到搅动时,常常会产生大量不易消失的泡沫。这些泡沫较为稳定不易消失的原因如下:

       1.1膜弹性

       液膜在一般的稀化过程中抗拒局部稀薄化的能力为膜弹性。当液膜有一稀薄点时,此点即是可能破裂的部位。但当这一点再进一步被拉伸时,则在此部位的表面活性剂分子会更加减少,而使其表面张力增大结果造成力的不平衡,牵拉周围的表面向稀薄点移动以平衡表面张力。表面层的移动会一起拉动下层的液体,这样就防止了初期弱点的进一步稀薄,及进而引起的泡沫破裂。这种作用也可称为“自我痊愈效应”。当然平衡表面张力时,也可能是主体液中的分子移出来而不必由邻近的表面移动分子。但如果发生这种情况的话,就不会有回复稀薄部位的活动,也无法防止进一步的稀化,从而导致泡沫破裂。不过,大多数发泡表面活性剂分子从主体到表面的移动速度相当慢所以自我痊愈效应是主要的。

       1.2表面黏度

       表面黏度是总体黏度的二因次形式,是由于液体表面各相邻分子间相互作用产生的。如在典型的非离子型表面活性剂溶液中,邻近表面活性剂分子的聚乙二醇端可形成氢键,阻止或滞缓了泡沫壁的流失速度,而使泡沫稳定。如果液体本身黏度高,泡沫壁的流失速率缓慢,且比较稳定,而使泡沫稳定。

       1.3电双层互斥作用对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上荷电基团变得充分靠近而引起电性互斥作用为止。这种互斥作用制止了泡沫壁的更进一步稀薄化。当然这种效应只有对非常薄的泡沫才会显得重要。

       1.4熵性双层互斥作用

       对非离子型表面活性剂,当泡沫壁的稀薄化进行到一定程度时,表面活性剂聚乙二醇端的混合熵同时会太大而无法互相渗透,防止了泡沫壁的进一步稀薄化。当然这种效应只有当泡沫非常薄时才显得重要。
       1.5气泡间气体扩散作用的降低

       对于泡沫膜厚度超过10nm的来说,前二项是主要的。


       2.消泡机理

       一是通过消泡剂在泡沫中扩散,扩散时在泡沫壁上形成双层膜,在此扩散过程中将具稳定作用的表面活性剂排开,而降低泡沫局部表面的张力,破坏泡沫的自愈效应,使泡沫破裂;二是消泡剂可能进入泡沫壁,但只散布到很有限的程度,与发泡剂一起形成混和的单层,若此种单层的内聚性不佳时,泡沫就会破裂。

       这二种机理的共同点为消泡剂必须先能扩散进入泡沫之间,这种能力可用渗入系数E来表示。当消泡剂进入膜内后,散布的能力就决定于展开系数S.E和S可用消泡剂和发泡介质两者的表面张力及交界面张力来表示:

       E=rF-rFZ-rAS=rF-rFA-rA式中rF和rA各为发泡介质及消泡剂的表面张力;rFA为两者间界面张力。当然最好消泡剂的渗入系数和展开系数都是正值,即具有较低的表面张力rA.不过也可能rFA项值较大,这样E可能为正值,S变成零或负值。此时消泡剂进入泡沫壁但不展开,不过若形成的混合膜缺乏内聚性,也会起消泡作用。相反如混和膜与原泡沫膜的内聚性相似或更强的话,那就没有消泡作用。另外,因消泡剂液滴是在泡沫壁上起作用而破坏泡沫的,所以如果消泡剂具有较低的水溶性就能在液体-空气交界面停留较长时间,维持较长时间的消泡活性。综上所述,一种理想的消泡剂应具有的特性是:表面张力比发泡介质低;水溶性低,且对乳化和化学分解作用有抗拒性;扩散速率高;分子间聚合力小,不会提高系统的表面黏度;对人和环境基本无毒;不会显著增加废液的BOD,COD和TOD.

2019-04-04 行业资讯