МЕТОДЫ РАЗРУШЕНИЯ ПЕН

 

Разрушить пену – казалось бы, что может быть про­ще? Легкое дуновение ветерка – и трепещущие хлопья пены у линии морского прибоя исчезли. Но когда много­метровый пенный вал полает из вакуум-фильтров на цел­люлозных фабриках или из резервуаров на станциях био­логической очистки сточных вод, никаким «дуновением ветерка» с такой пеной не совладать.

Пену нужно обязательно уничтожать при производ­стве антибиотиков и других лекарственных препаратов, бумаги, сахара, дрожжей, пива, томатного сока;, при очи­стке сточных вод, при обработке пряжи и тканей и во многих других случаях.

Способы пеногашения столь же многообразны, как и способы получения пены.

Возможны два пути борьбы с пеной:

• предупреждение ценообразования;

• разрушение образовавшейся пены.

 

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПЕНООБРАЗОВАНИЯ

 

Для предупреждения пенообразования используют, прежде всего, химические способы, т. е. применяют ве­щества, препятствующие образованию пены. К сожале­нию, эти вещества часто загрязняют конечную продук­цию или затрудняют технологический процесс.

Для предупреждения вспенивания смазочных ма­сел, олифы, массы для производства бумаги использу­ют спирты – изоамиловый, октиловый, цетиловый, глицерин, а также некоторые кремнийорганические соединения.

Широко используется эффект ограниченного пенооб­разования при совместном применении двух ПАВ. Если в обильную душистую пену, полученную с помощью шам­пуня для ванн, добавить немного мыльной пены, про­изойдет пеногашение: объем пены уменьшится в несколько раз, хотя моющая способность раствора останется высо­кой. А если в ванну с водой одновременно налить шам­пунь и положить кусочек мыла, то пены образуется со­всем мало.

Другое направление – удаление из технологических растворов, содержащих ПАВ, стабилизаторов пен. При этом устойчивость пены резко снижается и она само­произвольно разрушается. Например, при получении дрожжей из жидкостей на основе патоки из сырья уда­ляют коллоиды, являющиеся эффективными стабили­заторами пены. Для этого раствор обрабатывают бенто­нитовыми глинами. Если ввести в патоку всего 2% бен­тонита, устойчивость пены снизится в 6 раз, а объем пены – в 40 раз.

Таким же способом борются с обильным пенообразованием при производстве растворимого кофе. Стабилиза­тором пены в этом случае являются ионы металлов, их удаляют из раствора кофе с помощью синтетических ионо­обменных смол или природных цеолитов.

Еще одно направление – изменение режима техноло­гического процесса, параметров технических аппаратов. Например, известно, что при равных объемах аппарата, чем больше диаметр сосуда, тем меньше высота столба пены и тем менее она устойчива.

 

СПОСОБЫ РАЗРУШЕНИЯ ПЕНЫ

 

Все известные способы можно подразделить на две группы – химические и нехимические.

Химические пеногасители (антивспениватели). Веще­ства для химического пеногашения должны отвечать сле­дующим требованиям:

• быстро гасить пену уже при малых концентрациях и длительное время

препятствовать новому вспенива­нию растворов;

• не изменять свойств перерабатываемых и вновь по­лучаемых веществ, а

также не замедлять технологи­ческий процесс и не снижать

производительность обо­рудования;

• не изменять свои свойства при хранении, а также при нагревании в

процессе пеногашения.

Многие производства предъявляют к химическим пеногасителям и особые требования, например, в пищевой промышленности они должны быть нетоксичными, а в микробиологической промышленности – стерильными.

Для пеногасителей характерна специфичность дей­ствии: вещества, вызывающие гашение пены в одной сре­де, оказываются малоэффективными в другой.

В качестве пеногасителей применяют природные эфиры и масла, органические кислоты, кремнийорганические соединения, силиконовые масла, спирты, эфиры, неорга­нические вещества.

В производстве сахара и спиртов для пищевых целей используют подсолнечное, оливковое, касторовое масла, в производстве дрожжей – масло вазелиновое, при при­ведении ферментации – свиной жир. Кроме того, в пи­щевой и фармацевтической промышленности широко применяются искусственно синтезируемые эфиры – этилацетат, винилацетат, а также кремнийорганические со­единения.

Пеногашение при обработке сточных вод, растворов моющих средств, буровых растворов осуществляют с по­мощью спиртов, стеариновой кислоты, фосфорорганических соединений (например, трибутилфосфата), извести, а также отходов промышленности.

Наиболее широкое распространение получили пеногасители из семейства кремнийорганических высокомолекулярных соединений – они устойчивы, химически инерт­ны, дешевы, эффективны при высоких температурах. Вещества– антивспениватели можно подразделить на две группы.

К первой группе относятся вещества, принцип пеногасящего действия которых основан на взаимодействии их с пенообразователем с образованием нерастворимых или ма­лорастворимых соединений. Так, при добавлении раствори­мых солей кальция или алюминия к пенообразующему ра­створу натриевых или калиевых солей жирных кислот или катионных ПАВ образуются нерастворимые соединения, и пена разрушается. Чем менее растворимы образующиеся соединения, тем более эффективен антивспениватель.

Наиболее эффективным способом применения антивспенивателей этой группы является подача их в виде пены. Например, пену, стабилизированную катионными ПАВ, подают на подлежащую разрушению пену из раствора ани­онного ПАВ. К недостаткам антивспенивателей этой груп­пы следует отнести большой расход вещества. Кроме того, образование нерастворимых соединении часто оказывает­ся неприемлемым по условиям производства.

Ко второй группе антивспенивателей, более многочисленной, относятся вещества, химически не взаимо­действующие с пенообразователем. Они разрушают пену в результате развития различных физических процессов. Механизм действия этих антивспенивателей более сло­жен. Их эффективность зависит от физико–химических параметров, определяющих свойства пенных пленок.

Нехимические способы разрушения пен делятся на:

• физические;

• механические.

Физические способы погашения:

• термические (пены разрушаются при нагревании);

• акустические (воздействие ультразвуком);

• электрические (разрушение под действием электри­ческого поля).

Наиболее старый и распространенный способ – терми­ческий. При нагревании происходит испарение жидкости из пленки пены, что обеспечивает их разрыв. Этот прин­цип используется для пеногашения при сахароварении, при очистке сточных вод, при производстве бумаги и т. д.

Температуру регулируют таким образом, чтобы она была выше температуры кипения растворителя, но не оказыва­ла вредного влияния на конечный продукт производства.

Акустический способ применяют для гашения пены в промышленных аппаратах небольшого объема: при про­изводстве растворимого кофе, красителей и т. д. Из фи­зических методов он является наиболее перспективным. Первые публикации о возможности использовать ультра­звук появились в 1940–1950 гг. Но только в последнее время с появлением мощных и экономичных акустиче­ских генераторов стали разрушать пену на промышлен­ных установках большой мощности. При использовании этого метода очень важно правильно подобрать частоту звука. Акустический метод не всегда надежен, его нельзя использовать для разрушения быстро поднимающихся пен.

Существуют два типа промышленных устройств аку­стического пеногашения. Один из них предназначен для ликвидации пены в трубопроводах на выходе из резерву­ара. Генератор со свистком создает в небольшом простран­стве сильное акустическое поле, разрушающее пену.

Устройство для звукового пеногашения второго типа – это звуковые сирены. Пневматические или электрические сирены создают мощные звуковые излучения либо гори­зонтально над поверхностью жидкости, либо перпендику­лярно к ее поверхности в смесителях, ферментационных сосудах и т. д.

В последнее время установлена способность радиоак­тивного излучения (нейтронов, б–частиц) разрушать плен­ки пены. Такое пеногашение не требует энергетических затрат, пеногасящее устройство невелико по размерам, легко может быть вмонтировано в технологическое обо­рудование и не требует никакого обслуживания. Однако этот способ пеногашения непригоден для пищевой, фармацевтической и некоторых других отраслей промыш­ленности.

Проходят также промышленные испытания пенога­шения с помощью электрического разряда непосредственно в пене. Подача высокоимпульсного напряжения вызыва­ет почти мгновенное оседание пены. При этом легко разрушаются даже высокостойкие белковые пены. Однако применение этого метода требует надежных мер безопасности, так как должно использоваться очень высокое на­пряжение, а пены обладают достаточно высокой электри­ческой проводимостью.

Механические способы пеногашения разнообразны. Для этого служат специальные устройства: диспергаторы, сетки и крыльчатки, струи пара или воздуха, ваку­умные устройства и т. д. По характеру воздействия на пену механические способы могут быть центробежными (движущая пена разрушается, ударяясь о неподвижную поверхность), гидродинамическими и аэродинамически­ми (пена разрушается струей жидкости или газа, выбра­сываемыми под давлением), барометрическими (пена раз­рушается в результате изменения давления в аппаратах).

Недостатками механических способов являются:

• малая эффективность при разрушении высокоустой­чивых низкократных

пен;

• сложность и громоздкость оборудования;

• большой расход энергии.

Кроме того, механические способы пеногашения обыч­но только понижают объем и кратность пены, но не раз­рушают ее полностью.

Итак, для разрушения пен разработаны десятки раз­личных способов пеногашения, сотни промышленных аппаратов и устройств. Выбор того или иного способа гашения определяется:

• стойкостью паны;

• технологическими требованиями;

• экономическими показателями.