Основные характеристики пен

 

Для оценки свойств пены, а значит, ее пригодности для тех или иных целей существует много общих и спе­циальных характеристик. Основные показатели:

• краткость пены;

• дисперсность пены;

• в устойчивость во времени.

 

ДИСПЕРСНОСТЬ ПЕНЫ

 

Для оценки дисперсности пены используют:

• средний радиус пузырька – радиус сферы, эквива­лентной по объему пузырьку полиэдрической пены;

• максимальное расстояние между противолежащими «стенками» пузырька (условный диаметр);

• удельная поверхность раздела «жидкость – газ». Наиболее полно дисперсность пен характеризуется

распределением пузырьков по размерам, например, по радиусу эквивалентной сферы. Экспериментальные дан­ные представляют обычно в виде гистограмм.

От дисперсности пены зависит скорость многих тех­нологических процессов в микробиологической и хими­ческой промышленности, эффективность тушения по­жаров, качество вспененной пластмассы, вкус мороже­ного и конфет. Поэтому определение дисперсности является обязательным почти для всех производств, ис­пользующих пены.

Существуют следующие методы определения дисперс­ности пен.

Микрофотографирование пены – метод прямого оп­ределения размеров пузырьков. Фотосъемку ведут в отра­женном или проходящем свете при увеличении в 10 – 100 раз. Пены, в которых размер пузырьков быстро изме­няется, предварительно замораживают жидким кислородом или азотом.

Определение дисперсности пены по электропроводно­сти. Измеряют электрическое сопротивление цилиндри­ческого столба однородной пены, заключенного между двумя пористыми пластинками.

Определение дисперсности пены путем измерения её удельной поверхности. Удельная поверхность – это пло­щадь поверхности пузырьков в 1 см³ или в 1 г пенно массы. Ее определение основано на измерении различных параметров пены.

 

ВРЕМЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ПЕНЫ

Для характеристики пены часто приводят время, ко­торое проходит с момента образования пены до ее само­произвольного разрушения. Иногда определяют время разрушения половины объема пены. Пену также характеризуют временем жизни отдельного пузырька газа на поверхности жидкости, из которой он образовался. Одна­ко эта характеристика пены весьма относительна, так как время жизни отдельного пузырька газа может' значи­тельно отличаться от времени жизни его в пене.

 

СВОЙСТВА ПЕНЫ

СТРУКТУРНО–МЕХАНИЧЕСКИЕ

(РЕОЛОГИЧЕСКИЕ) СВОЙСТВА

 

К наиболее важным реологическим характеристикам пены относятся предельное напряжение сдвига и вязкость, поскольку течение пены – составная часть многих про­цессов при получении и применении пен (подземное пожаротушение, получение вспененных полимерных мате­риалов и замороженной пены, пылеулавливание и т. д.).

Предельное напряжение сдвига. Его часто выражают через жесткость, которая характеризует способность пены воспринимать определенные механические нагрузки, на­пример, давление вышележащего столба пены без дефор­мации, т. е. изменения объема или формы. Пены облада­ют некоторой жесткостью, даже если их пленки жидкие. Это объясняется тем, что состояние равновесия отвечает минимальной поверхностной энергии, а любая деформа­ция увеличивает эту энергию, т. е. требует внешней рабо­ты. Жесткость пен особенно разительна, если принять во внимание их низкую плотность: водная пена с пузырька­ми диаметром 1 см и с пленками толщиной 10 ³ см имеет плотность около 0,003 г/см³.

Вязкость пены. Вязкость – это реологическая харак­теристика, знание которой позволяет определять условия перекачивания пены по трубам., растекаемость пенной массы по поверхности (например, при тушении пожара), способность к свободному истечению из отверстий. Зна­чения структурной (эффективной) вязкости, получаемые разными исследователями, изменяются в широком ин­тервале в зависимости от кратности и дисперсности пен и от напряжения сдвига (скоростей течения). По данным Венцеля, вязкость пен кратностью 100 – 400 изменялась от 0,7 до 2,0 Пас при малых напряжениях сдвига и от 0,07 до 0,2 Па – с при больших напряжениях сдвига.

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПЕНЫ

 

Электропроводной в пене является только жидкая фаза, поэтому удельная электропроводность пены _F за­висит от содержания жидкой фазы и ее удельной элект­ропроводности _L.

_F =

где п – кратность пены, В – коэффициент формы, зави­сящий от кратности пены и распределения жидкой фазы между каналами и пленками в пене. Экспериментально установлено, что он монотонно увеличивается от 1,5 до 3,0 при возрастании кратности пены.

 

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕН

 

Ослабление светового потока, проходящего через слой пены, происходит в результате рассеяния света и погло­щения его раствором. Однако в полиэдрической пене доля жидкости в общем объеме весьма мала, поэтому интенсивность светового потока уменьшается практически лишь в результате рассеяния. В такой пене поверхности разде­ла фаз относятся к трем четко выраженным и различаю­щимся по оптическим свойствам структурным элемен­там: пленкам, каналам Плато и узлам. Ослабление светового потока определяется отношением где I₀ – интенсивность падающего света, I – интенсивность све­та, прошедшего через пену.

 

УСТОЙЧИВОСТЬ ПЕНЫ

 

Пены, как и другие дисперсные системы, являются термодинамически неустойчивыми системами. Их об­разование сопровождается увеличением свободной энер­гии. Избыточная энергия вызывает самопроизвольные процессы, которые ведут к уменьшению дисперсности и разрушению ее как дисперсной системы. Минимальное значение свободной энергии достигается при полном разделении пены на две сплошные фазы: жидкость и газ. Пленки пены лопаются, потому что площадь (и, следова­тельно, поверхностная энергия) полученных капель мень­ше площади первоначальной системы. У пузырька радиусом 1 см и толщиной стенок 10 ³ см площадь поверхно­сти равна 25 см², а капля жидкости, которая образуется при разрушении этого пузырька, имеет площадь всего ~0,1 см². Разность энергии так велика, что когда пленка лопается, образовавшаяся капелька жидкости летит со скоростью 1000 см/с.

Таким образом, пены обладают только относитель­ной устойчивостью, которая подразделяется на два вида:

• кинетическая (седиментационная) устойчивость – способность системы сохранять неизменным во време­ни распределение частиц дисперсной фазы в объеме системы, т. е. способность системы противостоять силе тяжести;

• агрегативная устойчивость – способность сохранять неизменными размеры частиц дисперсной фазы (дис­персность) и их индивидуальность.

 

АГРЕГАТИВНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

ПЕНЫ

Реальная пена, как правило, является полидисперс­ной, т. е. пузырьки газа в ней имеют разные размеры. Чем меньше пузырек газа, тем больше в нем давление. Следовательно, во времени самопроизвольно идет процесс диффузии газа из маленьких пузырьков в большие, при этом маленькие пузырьки становятся еще меньше, а боль­шие – увеличиваются, что приводит к изменению ста­бильности пены – говорят, «пена стареет». Чем больше различия в размерах пузырьков (больше степень полидисперсности), тем сильнее проявляется диффузия газа. Кроме степени полидисперсности на скорость диффузи­онного разрушения пены влияют:

• растворимость газа в жидкой пленке;

• коэффициент диффузии газа в жидкой пленке – для большинства газов,

которые используются для полу­чения пен, он равен ~10 ⁵ см²/с;

• толщина жидких пленок;

• поверхностное натяжение раствора пенообразователя. Экспериментальные данные показывают, что диффу­зия газа в пене – процесс относительно медленный, и можно утверждать, что пены являются относительно агрегативно устойчивыми.

 

СЕДИМЕНТАЦИОННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

 

Нарушение седиментационной устойчивости пен связа­но с процессом самопроизвольного отекания жидкости в пленке пены, что приводит к ее утончению и, в конце концов, к разрыву. Этот процесс вызывается действием сил гравитации и капиллярных сил всасывания. Жидкость сте­кает по каналам Плато. Если сосуд наполнить пеной и оставить на некоторое время, то постепенно на дне собира­ется слой жидкости, который будет расти до тех пор, пока в пленках пены не останется совсем мало жидкости или пока пленки не лопнут. Истечение жидкости из пены мо­жет происходить и вследствие капиллярного всасывания (всасывание через границы Плато). Стенка между соприка­сающимися пузырьками одинакового размера в пене плос­кая, это своего рода плоский капилляр, поэтому жидкость, заполняющая стенку, находится под таким же давлением, как и газ в двух пузырьках. Однако поверхность «жид­кость – воздух» вблизи места соединения трех пузырьков (граница Плато) вогнута по отношению к воздушной фазе. Следовательно, жидкость на границе Плато находится под отрицательным капиллярным давлением, и перепад давле­ния гонит жидкость из плоской стенки между пузырьками к границе Плато. Процесс истечения жидкости из пленки очень сложен и не может быть описан простым математи­ческим уравнением. Утончение пленок возможно не толь­ко в результате вытекания жидкости, но и при ее испаре­нии. Большая поверхность пены этому способствует, а замкнутость газовых пузырьков тормозит этот процесс. Разрыв пленки, по Дерягину, включает три стадии:

• постепенное утончение всей пленки;

• скачкообразное появление отдельных участков мень­шей толщины, чем

толщина всей пленки;

• образование на этих участках отверстий, расширяю­щихся с большой

скоростью.

 

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПЕНЫ

 

Эти факторы можно разделить на три группы.

1. Факторы, связанные с наличием пенообразователя.

В качестве пенообразователей обычно используются:

• коллоидные ПАВ;

• ВМС.

Обычно в качестве пенообразователей используются средние члены гомологических рядов, причем анионные ПАВ лучше, чем катионные и неионогенные. Лучшими пенообразователями среди ВМС являются полиэлектролиты, например белки.

Установлено, что большей пенообразующей способно­стью обладают те пенообразователи, которые способны стабилизировать эмульсии I рода. Под пенообразующей способностью понимают объем пены, получающийся при данных условиях (t, концентрация ПАВ, способ пенообразования) из определенного объема раствора.

Важную роль играет концентрация пенообразователя. Для пенообразователей – коллоидных ПАВ максималь­ная пенообразующая способность достигается в опреде­ленном интервале концентраций, при дальнейшем росте концентрации она остается постоянной или даже снижа­ется. В случае ВМС с увеличением концентрации пенооб­разующая способность возрастает.

2. Факторы, связанные со свойствами дисперсионной среды.

Дисперсионную среду в пене характеризуют обычно следующими параметрами:

• вязкостью – чем больше вязкость, тем устойчивее пена;

• водородным показателем рН;

• наличием в жидкости низкомолекулярных электро­литов.

Два последних параметра определяют состояние и свой­ства пенообразователя. Так, жирные кислоты и их ще­лочные соли в кислой среде практически не образуют пену. Максимальное пенообразование обычно наблюдает­ся при 8 рН 9, а пенообразование в случае олеата натрия наступает только при рН = 9, но даже при рН = 12 не достигает максимального значения. С увеличением длины гидрофобной цепи в ряду натриевых солей насы­щенных жирных кислот максимум пенообразования сме­щается в щелочную область,

Пенообразующая способность неионогенных ПАВ не зависит от рН в интервале 3 – 9. Белковые растворы прояв­ляют максимальную пенообразующую способность в изоэлектрической точке. Растворы желатина и лактальбумина имеют максимальную вспениваемость при рН = 4,5. При рН ~2 их пенообразующая способность также несколько повышается.

Увеличение вспениваемости растворов желатина наблю­дается в щелочной среде. В жесткой воде (т. е. в присут­ствии большого количества солей) кратность и устойчи­вость пен невысока, а в морской воде она совсем низкая.

3. Факторы, связанные с внешними воздействиями:

• температура;

• испарение жидкости из пены;

• механическое воздействие – сотрясение, ветер и т. д.

Повышение температуры отрицательно влияет на ус­тойчивость пены, так

как:

• усиливает десорбцию молекул пенообразователя;

• ускоряет испарение жидкости из пленки;

• понижает вязкость жидкости в пленке.

Однако для некоторых пен, стабилизированных ВМС (тесто, белковая пена), термическая обработка приводит к переходу жидкой дисперсионной среды в твердообразную, образуется твердая пена, что делает пену практи­чески абсолютно устойчивой.

Механические воздействия отрицательно влияют на устойчивость пены, так как:

• происходит механическое разрушение структуры пены;

• усиливается испарение жидкости из пленки.

Все перечисленные факторы не затрагивали природы газа, так как поведение газа в составе пены мало зависит от его химической природы, за исключением растворимо­сти некоторых газов в жидкостях, что важно для агрегативной устойчивости пен.

 

МЕХАНИЗМ УСТОЙЧИВОСТИ ЛЕНЫ

 

При объяснении относительной устойчивости пен обыч­но исходят из трех факторов:

• кинетического;

• структурно – механического;

• термодинамического.

Кинетический фактор устойчивости заметно прояв­ляется только в малоустойчивых пенах; его часто назы­вают эффектом самозалечивания или эффектом Марангони. Суть его заключается в том, что утончение пленки вследствие истечения жидкости в пленке происходит не­равномерно. Отдельные участки пленки вокруг газового пузырька становятся очень тонкими, растягиваются, это приводит к уменьшению концентрации ПАВ на их поверхности и, следовательно, к увеличению поверхностного натяжения. Вследствие этого раствор с повышенной кон­центрацией ПАВ из этой зоны низкого поверхностного натяжения, т. е. с участков с утолщенной пленкой, устремляется к истонченным зонам. Истонченные участки пленки самопроизвольно залечиваются, т. е. утолщают­ся. Время, за которое происходит такое перетекание ра­створа, измеряется сотыми и даже тысячными долями секунды, поэтому вероятность разрыва пленки понижа­ется и устойчивость возрастает. Подтверждением этому служат наблюдения Дюпре: твердые вещества (свинцовая дробь) и капли жидкости (ртуть) могут пройти через плен­ку пены, не оставив разрыва. Однако после длительной сушки пленки (высыхание пены), когда количество жид­кости в ней сильно уменьшается, и перетекание раствора ПАВ становится невозможным, каждый такой «снаряд» вызывает разрыв.

Скорость поверхностного переноса ПАВ зависит от:

• значения поверхностного натяжения раствора ПАВ;

• разности концентрации в тонком и утолщенном участ­ках.

В очень тонких пленках, состоящих из двух адсорбци­онных слоев, эффект «залечивания» проявляется слабо.

Структурно – механический фактор устойчивости пен связан со специфическим упрочнением тонких пленок за счет гидратации адсорбированных слоев, а также за счет повышения вязкости межплёночной жидкости.

Взаимодействие полярной группы молекул ПАВ с во­дой ограничивает истечение межплёночной жидкости из среднего слоя "сэндвича" пленки под действием сил тя­жести и капиллярных сил. В самом адсорбционном слое гидратированные молекулы ПАВ сцепляются между со­бой, в результате повышается прочность на растяжение и адсорбционных слоев и пленки в целом.

Для повышения вязкости межплёночной жидкости в ПАВ добавляют некоторые специальные вещества; например, в присутствии тысячных долей процента жирного спирта вязкость раствора ПАВ увеличивается в десятки pas. Структурно-механический фактор обычно рассматри­вают во взаимодействии с кинетическим и термодинами­ческим факторами устойчивости.

Термодинамический фактор устойчивости часто на­зывают расклинивающим давлением. Он проявляется в тонких пленках, когда возникает избыточное давление, препятствующие их утончению под действием внешних сил. Причиной расклинивающего давления в пленках пены, стабилизированных ионогенными веществами, яв­ляется отталкивание двойных электрических слоев, об­разованных ионами пенообразователя в растворе около поверхностей пленок, т. е. реализуется электростатиче­ская составляющая расклинивающего давления.

В заключение отметим, что чисто термодинамичес­кий фактор устойчивости недостаточен для обеспечения устойчивости пены, необходимо учитывать и другие фак­торы, рассмотренные выше.

 

СТАБИЛИЗАЦИЯ ПЕН

СПЕЦИАЛЬНЫМИ ДОБАВКАМИ

 

Этот метод предусматривает добавление в растворы ПАВ стабилизаторов. Их действие основано на увеличении вяз­кости растворов и замедлении за счет этого истечения жид­кости из лен. Другими словами, к действию кинетического фактора устойчивости, характерного для пенобразователей – ПАВ, добавляется структурно – механический фактор.

Все стабилизаторы можно подразделить на пять групп.

1. Вещества, повышающие вязкость самого пенообразующего раствора, их называют загустителями. Их до­бавляют в больших концентрациях. Это глицерин, этиленгликоль, метилцеллюлоза. Производные целлюлозы уже в количестве 1 – 2% увеличивают вязкость раствора и устойчивость пены в десятки раз, а глицерин эффективен только при концентрации 15 – 20%.

2. Вещества, вызывающие образование в пленках жид­кости коллоидных частиц. В результате очень сильно за­медляется обезвоживание пленок. Коллоидные стабилиза­торы являются более эффективными, чем вещества первой группы. К ним относятся: желатин, клей, крахмал, агар – агар. Эти вещества, взятые в количестве 0,2 – 0,3% от массы ПАВ, увеличивают вязкость жидкости в пленках более, чем в 100 раз, а устойчивость пен возрастает в 2 – 8 раз.

3. Вещества, полимеризующиеся в объеме пены. По­лимеризация сильно увеличивает прочность пленок; воз­можен даже их переход в твердое состояние. Это наибо­лее эффективные стабилизаторы. Это могут быть поли­мерные композиции – синтетические смолы, например, карбамидные или латексы,

4. Вещества, образующие с пенообразователем нера­створимые в воде высокодисперсные осадки. Такие веще­ства бронируют пленки и препятствуют их разрушению. Это наиболее дешевые и широко распространенные ста­билизаторы. К ним относятся соли тяжелых металлов: железа, меди, бария, реже алюминия, В пены вводят очень небольшие добавки этих веществ.

5. Вещества, участвующие в построении адсорбцион­ных слоев на границе раздела «жидкость – газ». Главные представители – жирные спирты, в основном, тетрадециловый спирт. Введение всего 0,05% спирта в растворы пенообразователей сильно снижает поверхностное натя­жение, что приводит к повышению устойчивости пен.

Ту или иную группу стабилизаторов выбирают в зави­симости от требований к стойкости пены и технологиче­ских условий производства. Например, на кондитерских фабриках для изготовления пастилы, халвы, конфет нуж­ны высокостойкие пены, а добавки должны быть съедоб­ными и не должны ухудшать вкус изделий. Этим требо­ваниям удовлетворяют стабилизаторы второй группы. При производстве теплоизоляционных материалов стремятся получить твердые пены, в этом случае эффективны ста­билизаторы третьей группы.

 

ТРЕХФАЗНЫЕ ПЕНЫ

 

Тонкоизмельченные твердью вещества – тальк, асбест, кварц, сажа при равномерном распределении на поверхно­сти пузырьков упрочняют пленки и продлевают жизнь пены. Такие пены называют минерализованными. Образо­вание такой пены происходит за счет прилипания твердых минеральных частиц к пузырькам пены, обусловленного взаимодействием между поверхностью твердой частицы и полярными группами ПАВ.

Большое влияние на бронирование оказывает размер твердых частиц, а также соотношение размеров зерна и газового пузырька – тонкие порошки твердых веществ дают прочные пленки пены, совместное присутствие круп­ных и мелких твердых частиц уменьшает прочность пены. Предпочтительным для минерализации пены является большое различие в размерах воздушного пузырька и твердой частицы и неупругое соударение их при встре­че, так как прилипание тем эффективнее, чем значи­тельнее потеря кинетической энергии. Механизм стаби­лизации трехфазных пен (газ – жидкость – твердые части­цы) объясняют, в первую очередь, сужением каналов Плато. В результате уменьшения диаметра канала ско­рость истечения раствора уменьшается и пробки из зе­рен, не прилипших к пузырькам, дополнительно заку­поривают эти каналы.

Теоретические основы стабилизации пен и пути ее достижения составляют сложный раздел коллоидной хи­мии. Пока еще нет достаточных данных для создания единой теории устойчивости пен, и мы ограничились лишь качественным изложением существующих взглядов.

 

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.