Devamı İçin

Makale / Article
Ayrin İbiş
Dış Ticaret Uzmanı, Kimya Mühendisi
Foreign Trade Executive, Chemical Engineer
Latro Kimya Dış Tic. Ltd. Şti.
Silikon Tabanlı Köpük Kesicilerin Yapısı ve Kimyasal
Proseslerde Kullanımı
Silicone Antifoam Structure and Usage in Chemical Processing
Köpük kontrol ajanları, özellikle likit aplikasyonlar için geliştirilmiş su bazlı silikon emülsiyonlarıdır. (genellikle polidimetil siloksanlar) Bu ürünlerin fonksiyonel özellikleri köpük içeren sistemlerde çabuk çözünebilme, parçalanmama yüksek derecelerde yayılma gibi efektif özellikler bakımından geliştirildiği için köpük kontrolünü optimum düzeyde elimine ederler. Birincil aktif bileşen polidimetilsiloksan yapıdır, ki bu yapı aşağıda da görebileceğiniz gibi
düz bir zincire sahip likit silikon polimeridir.
112
Eylül-September / Ekim-October 2011
Antifoam agents are water-based silicone emulsions (as
polydimethylsiloxane) designed to control foam in aqueous applications. The functional properties developed
especially for these antifoams to eliminate and prevent
excessive foam include: quick dispersibility, slight insolubility, relative stability, and a high degree of spreadability in the foaming system. The primary active ingredient,
polydimethylsiloxane is a liquid silicone polymer with the
following structure:
Makale / Article
Saf sıvılar, düzgün yapıda köpük oluşumu sağlamazlar.
Düzgün yapıda bir köpük, sıvıdan çok gaz fazına yaklaşım
ile birlikte dispersiyon esnasında sıvı partiküllerin gaza geçişi ile oluşur. Viskoz sıvılarda kabarcıklar drenaj yapılarak
gaz forma enjeksiyon ile gönderilebilir. Düzgün bir köpüklenme direk temas halinde bulunan yüzeye yapışmaktan
çok lamella dediğimiz bölgenin arasına kabarcıkların sıkışması ile ortaya çıkar. Termodinamik olarak saf sıvıların bu
davranışı sistemdeki enerjiyi olumsuz etkiler.
Sıvı sistemler bazı durumlarda ise çok daha etkin kötü bir
köpük yapısı oluştururlar. Yüzey tarafından emilebilen çözünmüş kabarcıkların varlığı olarak bu tür proseslerde köpüklenmeyi açıklayabiliriz. Bu çözünmüş yapılar genellikle
hem hidrofobik hem de hidrofilik yapılara sahip sistemdeki yüzey aktif maddeleri temsil etmektedir. Bu yüzey aktifler hidrofilik yapıları ile sürekli yüzeye temas etme eğilimde,
hidrofobik yapıları ile de gaz faza eğilim göstermektedirler.
Yüzeyde bulunan düşük kuvvetli çekim, molekülde bulunan
hidrofobik uçlarla daha da aşağıya düşmektedir. Yüzey aktif sistemde yer alan bir saf suda yüzey gerilimi 72’den 32
dynes / cm lere kadar düşüş göstermektedir. Yüzeyde bulunan yüzey aktif maddelerin positif yönlü absorpsiyon yapması durumunda çözeltiye doğru bir hareket başlar. Serbest enerjide meydana gelen artış bu şekilde transfer edilir ve enerji transferi yeterince büyük ise kalıcı bir köpük oluşumu başlar.
Bu köpüğü ortadan kaldırmak için, yüzeyde bulunan köpük yapılarını bir film tabakası gibi çevreleyen veya arayüze bağlanan ilave malzemeler kullanmak gerekmektedir.
Köpüğün kontrol edilmesinin mekanizması onu yok etmek
veya hapsetmek olacaktır. Lamella yüzeyinde film tabakası oluşturarak etkinlik gösterecek köpük kesicinin düşük bir
yüzey gerilimine sahip olması ve köpüklenmenin orta düzeyinde çözünmüyor olması gerekmektedir. Köpük kesicilerin efektini ortaya koyan bir çok tartışma olduğu gibi birçok farklı yapıya sahip köpük kesici de vardır. Genellikle organik tabanlı köpük kesiciler, akışkan sistemler için geliştirilmiş suda çözünmeyen yağ tabanlı olup yüzey aktif maddenin yayılımını arttırıcı yapıdadırlar.
Polidimetil siloksan tabanlı köpük kesiciler, hızlı köpük kesme efektlerinden, yüksek verimlilik sağlıyor olmalarından ,
düşük maliyet getirmelerinden ve kullanım kolaylığı açısından köpük kontrolünde ön plana çıkmaktadır. Bu silikon
tabanlı yapılar renksiz, berrak olup 20 – 22 dynes/cm yüzey gerilimine sahiptirler. Silika bileşeni ile formüle edildiklerinde, tek başına veya çözünürlüğü arttırmak için geliştirilerek emülsiye edildiklerinde daha efektif bir köpük kesme sağlanmaktadır. Etkin bir köpük kesme işlemi işin dikkate alınması gereken kriterler;
• Köpüklenmenin olduğu yüzeyden daha düşük bir yüzey gerilimi
• Köpüklenen yüzeyde çözünmeme
Köpülenen yüzeyde dispersiyon özelliğine sahip olma
Kimyasal proseslerde silikon tabanlı ve mineral tabanlı kullanabileceğimiz köpük kontrol ajanlarına bir göz atalım
Pure liquids do not normally produce true foams. A true
foam is coarse dispersion of a gas in a small amount of liquid such that the bulk density of the dispersion approaches that of the gas rather than the liquid. Bubble froths may
be formed in viscous liquids by gas injection but these disperse rapidly as the liquid drains. True foaming, therefore,
occurs only when the liquid between the bubbles thins to
a lamella instead of rupturing at the point of closest contact. Thermodynamically this sort of behavior by a pure
liquid is energetically unfavourable.
Liquids do, however, foam some very badly. Foaming in
such cases can be explained by the presence of stabilising
solute that is positively absorbed at the surface. Such solutes often present as impurities possess both hydrophobic and hydrophilic character and are in fact surfactants in
a particular system. These surfactants concentrate at the
surface with their “ hydrophilic” portion in the continuous
surface with their “hydrophobic part” trying to emerge
into the gas phase. The lower forces of attraction between
the hydrophobic ends of the molecules will produce a new
surface of lower surface tension than previously. In the
case of water the presence of a surfactant system will reduce the surface tension from 72 to around 30dynes/ cm.
The positive absorption of the surfactant at the interface
means that work is required to move it to the bulk. The
increase in free energy resulting from such a transfer will,
if large enough, make it energetically more favourable for
the foam to persist.
On order to destroy the foam, an antifoam additive must
be incorporated into the system that will displace the foam
stabilizer from the interface, or will form mixed films with
it. The foam stabilizing mechanism will thus be destroyed
and the foam will collapse. On order to spread on the film
lamella the antifoam must have low surface tension and
to operate efficiently it must be insoluble in the foaming
medium. There have been several discussions of the exact
mode of the action of antifoams and of the many different types available. Most organic antifoams for aqueous
systems consist of an insoluble oil compounded with a surfactant to increase spreading.
Antifoams based on polydimethylsiloxane fluids have
most of desirable features necessary for controlling foam
in media fast knockdown , long lasting action, high efficiency, low cost and ease of handling. These silicone
fluids are clear, colourless liquids with surface tensions of
20-22dynes/ cm. When compounded with silica they may
be used, either alone or emulsified to improve dispersibility, as predictably efficient foam control agents. The criteria for successful foam control are therefore;
• A lower surface tension than the foaming medium
• Insolubility in the foaming media
• Dispersibility in the foaming media
Let’s have a look for the chemical processing industries
that are using foam control agents based silicone oil and
mineral oil.
Turk 113hem
Makale / Article
•
•
•
•
•
•
114
Asit ve gaz yıkama sistemleri: Absorbent buharına köpük kesici ilavesi yapılması gerekmektedir.
Çoğu işletmede bunun için ayrı bir besleme noktası bulunsa da alternatif olarak besleme pompasının olduğu bölgeye de köpük kesici emilimi yaptırtılabilir.
Rafineri Prosesleri: Ham petrol işleme ve vakum
ünitelerinde köpük kesiciler kullanılabilir. Köpük
düşük konsantrasyonlarda ( 1 – 2 part / milyon )
özellikle yüksek viskoziteye sahip polidimetil siloksan ilavesi ile kontrol altına alınabilmektedir.
Asfalt üretimi ve işlemesi: Ön aslfaltlama prosesinde köpük oluşumu ağır friksiyonların geri dönüşüm prosesine taşınmasına sebep olacaktır. Köpük kesici bileşen ilavesi ( Örn. Latro Ar-Ge laboratuvarlarında yüksek teknoloji ile üreten Maxant serisi ) sıyırıcılara veya döküm haznesine ilave edildiğinde bu problem ortadan kalkmaktadır.
Petrokimyasal prosesler: Önceden toluene veya
xylene tarafından seyreltme yapılmış köpük kesici bileşeninin sisteme ilavesi hem çözücü kaybını
azaltır hem de çift besleme yapılabilmesini sağlar.
Monomer sistemler: PVC ve sentetik lateks üretimi köpük probleminin en yoğun olduğu üretimlerdir. Bu noktada en iyi çözüm Maxant serisinde
yer alan köpük kesici bileşenleri polimerizasyon ve
sıyırma esnasında sisteme ilave etmektir. Latex
üretiminde pH 9 ve üzerine çıkacağı ve sistem ısıtma ile yüksek sıcaklıkları göreceğinde bu noktada
özel olarak stabilitesini geliştirdiğimiz köpük kesicilerle hareket etmek daha etkin bir sonuca ulaşmayı kolaylaştıracaktır.
Klor tabanlı solvent sistemler: Polidimetil silloksan tabanlı köpük kesicilerin etkin sonuç göstermediği tek nokta bu proseslerdir. Klor bağlanmış
hidrokarbon yapı içeren prosesler bunlara en güzel örnektir. Bu tür durumlarda Maxant serisinde
yer alan florasilikon tabanlı köpük kesicileri seçmek daha doğru olacaktır. Bu tip yapılar genel itibari ile cellosof asetat veya metil isobutyl keton ile
ön seyreltme yapılarak kullanılır.
Eylül-September / Ekim-October 2011
•
•
•
•
•
•
Sour and acid gas scrubbing: The antifoam
must be added to the absorbent stream and in
many plants there is a separate antifoam addition point feeding antifoams to the top of the
absorber. Alternatively the antifoam can be
metered into the suction of the absorber feed
pump.
Rafinery processing: In crude processing and
vacuum units antifoams can be used. Foam may
be controlled by adding low concentrations
(1-2parts/ million) of high viscosity polydimethyl
silixone antifoam compound.
Asphalt production and handling: Foam in
the strippers of a deasphalting unit will cause
heavy fractions to be carried into the recycle
system. The addition of antifoam compound
( Maxant Series that produced into Latro R&D
lab. with high technology ), either to the flash
drum or to the strippers will eliminate this problem.
Petrochemical operations: Addition of an
antifoam compound prediluted in toluene or
xylene, to the stripper feed will eliminate solvent loss, and has been known to double unit
throughputs.
Monomer recovery: Especially for PVC production and synthetic latices, the best solution is
adding our special Maxant series for optimum
foam control during polymerization and during
stripping. In latex lattices, the lattices are often
of high pH ( 9 or more ) and are heated. Under this conditions specialhigh stability Maxant
products should be used.
Chlorinated solvent systems: The only areas
where the polydimethyl siloxane - based antifoam is ineffective is where it is dissolved by
components of the foaming system. An important example of such a system occurs in the processing of chlorinated hydrocarbons. Under this
conditions our fluorosilicone fluid based Maxant antifoams must be used. Such fluids may
be prediluted in a solvent such as cellosolve acetate or methyl isobutyl ketone.