化工生产中消泡剂的作用

1.工业生产中泡沫的危害及消泡剂在现代工业消泡应用的优越性

工业是国民经济的重要支柱，随着工业的快速发展工业生产中泡沫的危害已经显得尤为突出了。在工业生产过程中（如污水处理、印染、造纸、发酵和天然气脱硫等）若有大量的泡沫存在，不仅操作不便，浪费设备容量，会降低生产能力，引起原料浪费，降低产品质量，造成经济损失。而且会影响制成品的质量造成次品，故在生产过程中如何有效地控制和抑制泡沫的生成对于提高生产效率和产品质量是一个非常重要和难解的课题。

一般消除泡沫可通过静置、减压、加温、离心的方法达到目的。但在当今工业生产规模越来越大，生产效率要求越来越高的条件下。需要在尽可能短的时间内迅速而有效的消除不断产生的泡沫。就需要用新的、更有效的方法来消除泡沫。自从德国物理学家Quincke首先提出用化学方法来消除泡沫以来，消泡剂获得很大发展。各类消泡剂目前已广泛应用于污水处理、造纸、印染、食品及化工生产中，其用量也在不断地增加。

2.消泡剂的主要应用领域

2.1消泡剂在石油开采及加工运输方面的应用

（1）消泡剂在钻井方面的应用

麦克巴油田现场由于采油时向里面加入了一些表面活性剂使之在开采容易产生泡沫，从而会降低生产能力造成经济损失。但所使用的黄原胶增粘钻井液消泡难，并且消泡剂使用成本较高，通过对二甲基硅油、二氧化硅、乳化剂等处理剂的类型和加量进行优选，成功的开发出乳液型有机硅消泡剂HXP-3。该消泡剂不仅对普通钻井液具有较好的消泡、抑泡效果，而且对黄原胶增粘的难消泡钻井液也具有良好的消泡效果。

（2）消泡剂在轻质油加工运输方面的应用

液体石油产品在生产、运输、使用过程中往往出现大量的泡沫，泡沫给再生产、运输等造成严重的危害，致使其经济效益低下。而一般除泡的方法有液体消泡的方法有空气压力消泡、赤热白金丝插入液体消泡、加入消泡剂消泡等方法。对轻质油品最有效的是加入消泡剂消泡，有效的消泡剂既要能迅速破泡，又要能在相当长的时间内防止泡沫生成，表面张力低，易吸附铺展于泡沫的液膜上，当破泡作用的物质和抑泡作用的物质吸附于泡沫液膜上后，能使液膜的局部表面张力降低，同时带走液膜下邻近液体，导致液膜变薄而破裂，从而达到消除泡沫的目的。

2.2消泡剂在化工方面的应用

（1）消泡剂在延迟焦化装置中的应用

由于在原料的预处理、进入常压塔、减压塔时都分别加入了不同的表面活性剂，而延迟焦化的渣油原料也就含有大量的表面活性剂了，这些表面活性剂容易生成大量泡沫。而且在操作过程中，泡沫的稳定性很高，对生产过程有诸多不利影响：①原料在管道中结焦；②降低设备利用率；③产品焦炭中的气泡使机械强度和电导等质量指标下降。在延迟焦化装置中使用了消泡剂得到了很好的效果。

（2）消泡剂在在乙腈法萃取精馏C4系统中的应用

近年来，随着国内乙烯装置的不断改扩建，对C4馏分的综合利用形成了很大的压力。首先受到扩产压力的就是现有的丁二烯抽提装置。为了缓解压力，许多相关企业都对现有的丁二烯抽提装置进行了挖潜改造，试图通过采用新型的塔板和塔内件来提高装置的生产能力。但是，由于萃取精馏工艺本身要求很高的溶剂比，所以，扩产后精馏塔板将受到汽液负荷的双重压力，一些在低负荷下隐含的问题就会暴露出来，比如溶液发泡、液沫夹带等。如果塔板设计没有足够的裕度，这些问题就会影响操作的稳定性，甚至导致液泛的发生。为了提高高负荷运行的C4萃取精馏塔的操作稳定性，使用消泡剂来改善塔内流体力学状况的可行性。

3.消泡剂的消泡机理

消泡就是泡沫稳定化的反过程，从机理上看，它包括2个方面：一是抑制泡沫的产生，二是消除已产生的气泡。相应地，消泡剂就是能改变体系的界面状态，破坏或抑制泡沫的物质。消泡剂具有较高的表面活性，能形成新的表面膜或改变原表面膜，降低泡沫的强度。作为消泡剂的化合物必须具备下述条件：基本上不溶于起泡液；表面张力低于起泡液；能迅速分散在起泡液内。

泡沫是一种有大量气泡分散在液体中的分散体系，其分散相为气体，连续相为液体。当体系中加有表面活性剂时，在气泡表面吸附着定向排列的一层表面活性剂分子，当其达到一定浓度时，气泡壁就形成了一层坚固的薄膜。表面活性剂吸附在气液界面上，造成液面表面张力下降，从而增加了气液接触面，这样气泡就不易合并。气泡的相对密度比水小得多，当上升的气泡透过液面时，把液面上的一层表面活性剂分子吸附上去。因此，暴露在空气中的吸附有表面活性剂的气泡膜同溶液里的气泡膜不一样，它包有两层表面活性剂分子，形成双分子膜，被吸附的表面活性剂对液膜具有保护作用。消泡剂就是要破坏和抑制此薄膜的形成，消泡剂进入泡沫的双分子定向膜后，破坏定向膜的力学平衡而达到破泡效果，因此消泡剂必须是易于在溶液表面铺展的液体。此种液体在溶液表面铺展时会带走邻近表面的一层溶液，使液膜局部变薄，于是使液膜破裂，泡沫破坏。在一般情况下，消泡剂在溶液表面铺展越快，则使液膜变的越薄，迅速达到临界厚度，泡沫破坏加快，使消泡作用加强。

一般能在表面铺展、起消泡作用的液体应具备其表面张力较低、易于吸附于溶液表面，使溶液表面局部表面张力降低（即表面压增高）。发生不均衡现象，于是铺展即自此局部发生，同时会带走表面下一层邻近液体，致使液膜变薄，从而气泡膜破坏（见图1所示）。因此消泡的原因一方面在于易于铺展，吸附的消泡剂分子取代了起泡剂分子，形成了强度较差的膜；同时在铺展过程中带走邻近表面层的部分溶液，使泡沫液膜变薄，降低了泡沫的稳定性，使之易于破坏。一种优秀的消泡剂必须同时兼顾消泡、抑泡作用，即不但应该迅速使泡沫破坏，而且能在相当长的时间内防止泡沫生成。常常发现有些消泡剂在加入溶液一定时间后，就丧失了效力。要防止泡沫生成，还需再加入一些消泡剂发生此种情况的原因，可能与溶液中起泡剂（表面活性剂）的临界胶束浓度CMC是否超过有关。在超过CMC的溶液中，消泡剂（一般为有机液体）有可能被增溶，以致于失去在表面铺展的作用，消泡效力大减。开始加入消泡剂时，其在表面铺展速度大于增溶速度，表现出较好的消泡效果；经过一段时间后，随着消泡剂被逐步增溶，消泡效果相应减弱。