有机硅消泡剂的消泡机理及其应用qt090914-4
李想 黑龙江石油化工厂,黑龙江大庆163713
收稿日期:
2008-11-27
作者简介:李想(1977-),男,助理工程师,1997年毕业于黑龙江省化学工业学校有机化工专业,现从事石油化工生产工作。
原载：化学工程师/2009/1；47-48
网上来稿: zhanyizhen，2009/9/14-4
【摘要】阐述了有机硅消泡剂的消泡机理,详尽介绍了其实际应用。
【关键词】泡沫;有机硅消泡剂;应用
【中图分类号】TQ423.95 文献标识码:A 文章编号: 1002-1124(2009)01-0047-02
消泡剂是一种以低浓度加入发泡体系中破坏或抑制泡沫的物质,按其状态可分为油状、乳液状、固体、膏状等,已广泛应用于化工、纺织、印染、造纸、医药、发酵等领域。我国从二十世纪70年代开始研制和使用有机硅消泡剂,近年来取得了较好的效果,但从整体上来看,档次较低,品种亦较单调,与国外相比有较大差距。市场调研表明,目前一些引进装置上用的高效硅消泡剂还主要依赖进口[1]。有机硅消泡剂因其以下特点而被广泛应用:
(1)具有良好的化学惰性,一般不与被消泡的介质(不同pH值、温度下)发生化学反应;(2)具有正铺展系数,能在发泡系统中的气-液界面迅速铺展开;(3)具有较低的表面张力,硅油的表面张力为(1.5～20)×10- 5N=cm- 1 ;(4)不易被发泡体系中存在的表面活性剂所增溶[2]。
1 泡沫的形成和消泡原理
1. 1 泡沫的形成
泡沫是气体被液体隔开的分散体系,气相是分散相,液相是分散介质。气泡间吸附着表面活性剂的气液界面和界面间的液体构成了泡沫的液膜。泡沫本身属热力学不稳定体系。单一组份的液体不能形成稳定的泡沫,但液体中如果含有一种或几种具有起泡和稳泡作用的表面活性剂,则能产生能持续存在数十分钟乃至数小时的泡沫。
在溶液中有表面活性剂的存在,气泡形成后,由于分子间力的作用,其分子中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附,形成规则排列,其亲水基朝向水相,疏水基朝向气泡内,从而在气泡界面上形成弹性膜,其稳定性很强,常态下不易破裂。泡沫的稳定性与表面粘性和弹性、电斥性、表面膜的移动、温度、蒸发等因素有关。
1. 2 消泡剂的消泡原理
消泡剂是低表面张力的液体。一般具有3个性质:(1)不溶于要消泡的介质;(2)有正的进入系数;(3)有正的展布系数。当体系加入消泡剂后,其分子杂乱无章地广布于液体表面,抑制形成弹性膜,即终止泡沫的产生。当体系大量产生泡沫后,加入消泡剂,其分子立即散布于泡沫表面,快速铺展,形成很薄的双膜层,进一步扩散、渗透,层状入侵,从而取代原泡膜薄壁。由于其表面张力低,便流向产生泡沫的高表面张力的液体,这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透,使其膜壁迅速变薄,泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引,这样,致使泡沫周围应力失衡,从而导致其“破泡”。不溶于体系的消泡剂分子再重新进入另一个泡沫膜的表面,如此重复,所有泡沫全部覆灭[3]。
1. 3 消泡剂的分类
国内外商品消泡剂的品种繁多,性能各异,目前常用的消泡剂大致归为3类,即聚醚型、硅油型、硅醚混合型[4]。
2 实际应用情况
黑龙江石油化工厂1996 年建设了处理能力12kt·a-1的甲乙酮联合装置,该装置引进德国克鲁勃公司萃取提浓技术和埃地安诺公司的甲乙酮专利技术及工艺软件包,装置包括以下6个单元:丁烯提浓、仲丁醇合成、仲丁醇精制、甲乙酮合成及精制、热媒、工艺水处理。其中丁烯提浓装置是由中试装置直接扩大投产的世界上第一套丁烯/丁烷萃取精馏高效分离的工艺化装置,技术还不成熟,故丁烯提浓工段的萃取精馏塔在操作时经常出现积液现象,影响生产和产品质量。经过分析,主要是发泡现象造成的。为此,对装置该工段进行了改造,使用消泡剂,收效良好。
2. 1 丁烯提浓工艺原理
C4 原料中正丁烷和正丁烯的相对挥发度较小,且正丁烷的挥发能力介于1-丁烯和反2-丁烯之间,使用普通精馏的方法需要很多的理论塔板数,且不能从一个塔中同时得到正丁烯(1-丁烯、顺2-丁烯、反2-丁烯)
,影响了正丁烯的合理利用。丁烯提浓的原理即是:通过向混合C4 原料中加入吗啉与N-甲酰吗啉混合溶剂,利用溶剂来改变丁烷与丁烯的相对挥发度,再通过连续精馏的方法,首先将低沸点的烷烃(主要为丁烷)分离出去,再通过连续精馏的方法将烯烃(主要为丁烯)与溶剂分离,从而得到比较纯的正丁烯。
2. 2 萃取剂的性能
丁烯提浓技术的一个显著特点是采用吗啉和N-甲酰吗啉混合物做萃取剂,混合比(质量百分比)为1∶1,性能优点如下:
(1) 具有较高的选择性及溶解性 高选择和良好的溶解性是搞好萃取精馏的必要条件,这也是克鲁勃公司所采用萃取剂最重要的特点,优于DMF和乙睛;
(2) 具有良好的化学及热稳定性 萃取剂具较高的化学及热稳定性,减轻甚至消除对设备的腐蚀,选用碳钢材料即可。萃取剂不缩聚,不结焦,因此萃取剂消耗及再生损失较少[5]。
2. 3 消泡剂的应用
甲乙酮丁烯提浓工艺利用的是萃取精馏原理。在丁烯提浓这一过程中,由于吗啉、氮甲酰吗啉溶剂的存在,使混合物料C4 经气提塔塔顶后,丁烯被蒸出,形成了相对稳定的泡沫,从而发生积液现象。针对这一现象,对该工段进行了改造,增设了一个消泡剂溶液贮罐、贮罐搅拌器,采用计量泵向塔内加入消泡剂。
装置应用的消泡剂为硅油型,它具有很好的热稳定性和化学稳定性,应用的温度范围宽,抗氧化、破泡能力较强。由于消泡剂增加液膜的排液速度,从而达到了很好的消泡目的,使萃取精馏塔塔顶丁烯含量下降,塔底丁烯收率增加[6]。具体数据见表1、2。
表1 使用消泡剂前提浓塔顶数据(% )
|
异丁烷 |
1-丁烯 |
正丁烷 |
异丁烯 |
顺-丁烯 |
反-丁烯 |
1,3-丁二烯 |
|
51. 519 |
16. 243 |
20. 488 |
0. 068 |
3. 31 |
8. 349 |
|
|
63. 649 |
15. 075 |
14. 704 |
0. 035 |
2. 325 |
4. 065 |
0. 072 |
|
49. 799 |
16. 803 |
23. 727 |
0. 014 |
3. 288 |
6. 209 |
0. 026 |
|
62. 136 |
12. 767 |
18. 139 |
0. 012 |
2. 768 |
4. 125 |
0. 043 |
表2 使用消泡剂后提浓塔顶数据(% )
|
异丁烷 |
1-丁烯 |
正丁烷 |
异丁烯 |
顺-丁烯 |
反-丁烯 |
1,3-丁二烯 |
|
78. 25 |
1. 025 |
20. 27 |
0. 025 |
0. 19 |
0. 24 |
0. 012 |
|
79. 212 |
1. 368 |
18. 845 |
0. 035 |
0. 26 |
0. 28 |
|
|
77. 596 |
1. 164 |
20. 298 |
0. 020 |
0. 51 |
0. 31 |
0. 026 |
|
77. 978 |
1. 745 |
19. 458 |
0. 019 |
0. 53 |
0. 27 |
|
3 结论
(1)有机硅消泡剂既具有瞬时消泡作用,又具有持久的消泡作用。同时,其施用剂量低,化学惰性好,能在苛刻的条件下发挥作用。目前,应努力寻找适宜的添加剂,以制取适应各种不同应用对象的有机硅消泡剂。
(2)丁烯提浓装置应用消泡剂后萃取精馏塔塔顶丁烯含量明显下降,进而塔底丁烯收率增加,消泡剂的应用效果比较明显。
参 考 文 献
[1]梁百胜,王睿.有机硅消泡剂的应用[J]化学工业与工程技术,2002,23(4):6-7
[2]周志源. 有机硅消泡剂KHZ的制备[J]精细化工,1991,(8):6-9
[3]黄宪章,黄登宇. 有机硅消泡剂消泡机理、特性及用途研究[J]科技情报开发与经济,2003,13(1):161;163
[4]李春静,卢义和,宫素芝,等.消泡剂的发展概述[J]四川化工,2005,8(6):20-23
[5]刘斌,吴涛,杜学臣.丁烯提浓技术简介[J]山东化工,1999,(5):18-20
[6]马成华.消泡剂在甲乙酮装置的应用[J]四川化工,2007,10(1):24-25