气泡的破裂,就是把形成泡的薄膜破坏,为此,常对气泡进行压缩或施加冲击力,利用压力的急剧变化如剪切力、压缩力和冲击力等可将泡膜破裂,达到消泡的目的,按其对泡沫发生作用的特点分为离心法、水动力法、气动力法、压缩法和冲击法等。离心法在泡沫钻进中经常采用。离心法是采用高速旋转的离心叶片装置来破除泡沫或与不动面相撞击来击碎泡沫;液动法和气动法是用压力作用下的液流或气流来消除泡沫;气压流法是靠压力的变化来消泡。
离心法是利用高速旋转的离心机叶轮的离心作用及它们在转动时对容器壁产生足够大的冲击,使泡沫被打碎而消泡。离心法是一种运用比较普遍的机械消泡方法,原理也很简单,但消泡不是很完全,只能消除泡沫液的大部分泡沫,如果和其他消泡方法综合运用,消泡效果会更优。
(1)旋转叶片消泡法。旋转叶片消泡结构最为简单,就是利用离心作用通过叶片与泡沫的接触,打击、压缩泡沫或使泡沫与装置中的不动面相撞击而破碎。通过旋转叶片来消泡的装置有两种情况,如图2所示。
第一种是以固定在转轴上的桨叶来消泡,如图2左图所示。电动机驱动转轴旋转,带动桨叶高速转动,装置中的泡沫液也随之高速旋转,利用旋转叶片对泡沫的剪切力以及泡沫撞击到器壁上的冲击力来达到消泡的目的。此结构简单,且能消除大量泡沫,但有一个很大的缺点就是在叶片高速旋转的过程中,通过搅拌将产生新的泡沫。同时,叶片是通过剪切力进行消泡,对于叶片的设计有很高的要求,需不断试验才能选择更好的叶片材料、形状及安装位置,才能使消泡效果不断增强。动力的驱动也是影响消泡效果的一个因素,要选择一个合适的转速,才能达到最好的消泡效果。
第二种就是在旋转叶片上做了一些改进,如图2右图所示,叶片不再设计为块状,而是由消泡板和捕集板组成一个中空的用于聚集泡沫的区域。两块板之间的空间大小不一,可以分为3段,依次分别为捕集区、聚集区和排出区。叶片由捕集区向外转动,当转轴高速旋转时,泡沫依次通过捕集区、聚集区,经过捕集、聚集、破坏,剩余的液体由排出区排出。此旋转叶片就相当于一个小型的消泡结构,主要是将气泡进行压缩达到消泡的目的。还可以在这3个区域的分界处安装格子或网,层层过滤压缩,优化消泡效果。图2右图的消泡结构是图2左图旋转叶片的升级,是几种消泡机理的综合运用。
(2)离心力消泡法。离心力消泡是利用高速旋转的转盘或转筐在转动时对容器壁产生足够大的冲击,使泡沫被打碎而消泡。如图3所示。在图3中泡沫落在用带网孔或细筛眼的过滤网制成的转筐或转盘上,利用旋转时产生的离心力使气泡飞散,撞击器壁或转筐而达到消泡。网孔与细筛眼的大小与消泡的效果有很大的关系,格子或网孔比气泡小时,气泡不能通过,对破泡有利。
从离心法的消泡原理可以看出,离心法消泡主要用于一些泡沫液中含有少量的泡沫,且这些泡沫为不稳定泡沫,泡沫破裂后不易再生,以及处理量较小的场合。
水动力和气动力法都是利用高速流动的流体通过喷射器中的喷嘴而产生负压,射出的高速液流在吸人室里形成高速动能,使吸人室里的压力降低,达到一定的真空度,泡沫被吸人到混合室里,由于泡沫内外压差的存在使泡沫膨胀、破裂。喷射器原理图如图4所示。
水动力法消泡器就是利用水泵(一般用离心泵)供给的液体通过水力消泡器进行消泡。为防止已破裂的泡沫液体在到达循环箱里出现冲击或搅动后再次起泡,水力喷射消泡器在消泡后的出口不能直接接在循环箱中,需通过一个引流滑道,使泡沫破灭后的液体通过箱壁后再流人箱内,以减少冲击而造成再次发泡。气动力法消泡器则是利用压缩空气通过喷嘴产生负压,将泡沫吸入到混合室后喷射到固定壁时使泡沫破碎。
压缩法消泡是使用外力使气泡压缩至破灭。在泡沫上放置格子或网,把格子或网往下压缩,用格子或网孔的方法破泡。接触气泡的格子或网的材质对破泡也有影响。格子或网孔比气泡小时,气泡不能通过,对破泡有利。图5为压缩消泡示意图。
冲击法消泡是利用气泡与物体冲击产生的冲击力及剪切力使气泡破裂而达到消泡的目的,消泡示意图如图6所示。冲击法消泡装置如图6所示。把泡沫导入破泡机的筒体内,由回转叶片对泡进行冲击剪切破泡。此回转叶片很特别,上部设计了突出部分以利于破泡,叶片的安装位置很有讲究,它是放射状沿回转方向倾斜,距筒壁间隙很小。但此装置同样有一个缺点是在搅拌的过程中易再起泡,对破泡有很大的阻碍。