إزالة الهواء من السوائل بكفاءة عالية باستخدام الموجات فوق الصوتية

على الرغم من أن إزالة الغازات أو إخراجها غالبًا ما تكون خطوة معالجة تستغرق وقتًا طويلًا للغاية، فإن المعالجة بالموجات فوق الصوتية يمكن أن تسرّع اندماج فقاعات الغاز وصعودها بدرجة كبيرة. ويمكن استخدام إخراج الغازات بالموجات فوق الصوتية في تجهيزات المعالجة على دفعات والمعالجة ضمن خط الإنتاج، كما يمكن دمجه مع تقنيات إزالة الغازات التقليدية، مثل تمرير الغازات الخاملة على هيئة فقاعات، وأجهزة إزالة الغازات ذات الدافعات، والتسخين أو التفريغ، لتحسين كفاءة إزالة الغازات وسرعتها.

إزالة الغازات من السوائل

تشير مصطلحات إزالة الهواء وإزالة الغازات وإخراج الغازات إلى إزالة الغازات الحرة والمذابة، ولا سيما الغازات التفاعلية مثل الأكسجين أو CO2، من مائع. وتُعد إزالة الأكسجين مهمة لمنع التغيرات الضارة في المنتج النهائي وتحسين المعالجة اللاحقة. وإزالة الغازات خطوة معالجة ضرورية للعديد من التطبيقات والصناعات. وفي التصنيع الصناعي، تُعد إزالة الغازات خطوة شائعة لضمان ثبات المنتج وجودته واستمرار الالتزام بمعاييره. ويُعد الأكسجين عاملًا يؤثر في جودة المنتج وثباته على مستويات مختلفة.
لذلك، تُعد إزالة الهواء خطوة معالجة راسخة في صناعات الأغذية والمشروبات والمواد الكيميائية والأدوية ومستحضرات التجميل. وكذلك في المختبرات، غالبًا ما تتطلب العينات إزالة الغازات قبل التحليل، مثلًا قبل HPLC، والاختبارات التحليلية، وقياسات الجسيمات، وما إلى ذلك.
وغالبًا ما تجعل عمليات الخلط باستخدام خلاطات ذات شفرات عالية القص أو دافعات دوارة، على سبيل المثال، إزالة الغازات من المنتج لاحقًا أمرًا ضروريًا، لأن تقنيات الخلط هذه تُدخل عادةً كميات كبيرة من الغازات إلى المنتج. وعادةً ما تكون لهذه الغازات والهواء المحتبسين آثار سلبية في المنتج، إذ يمكن أن تتسبب في تزنّخ الدهون والزيوت وتدهور المنتجات بفعل الأكسدة وتغيّر اللون والتغيرات غير المرغوبة في الرائحة والطعم. ولأن المنتجات التي أُزيلت منها الغازات أكثر ثباتًا كيميائيًا وأطول عمرًا تخزينيًا، فإن إزالة الغازات خطوة معالجة أساسية تتطلب تقنية موثوقة.
 

إزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية: تُزال فقاعات الغاز المحتبسة من الزيت باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP400St

إزالة الغازات والهواء بالموجات فوق الصوتية

تُعد إزالة الغازات والهواء بالموجات فوق الصوتية بديلًا بالغ الفعالية لطرق إزالة الغازات التقليدية من السوائل، التي تشمل الغليان أو خفض الضغط إلى حالة التفريغ أو تمرير الغازات الخاملة على هيئة فقاعات. وغالبًا ما تنطوي هذه الطرق التقليدية لإزالة الغازات على عيوب مثل التحلل الحراري بسبب التسخين، والمعالجة المستهلكة للوقت والطاقة، و/أو إزالة الغازات بصورة غير كافية. وتستند إزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية إلى مبدأ عمل التجويف الصوتي. فعند اقتران موجات فوق صوتية عالية القدرة بسائل، ينضغط السائل ويتمدد خلال دورات الضغط المرتفع والمنخفض، على التوالي. وخلال دورات الضغط المنخفض، تتكون فقاعات تفريغ دقيقة، تُسمى فقاعات التجويف، وتنمو على مدى عدة دورات ضغط. وخلال دورات نمو الفقاعات هذه، تدخل الغازات المذابة في السائل إلى فقاعة التفريغ، فتتحول فقاعة التفريغ إلى فقاعات غازية متنامية. وعلاوة على ذلك، تتسبب الاضطرابات الدقيقة والنفاثات السائلة في تحريك شديد وانتقال للكتلة. وتؤدي هذه الظروف الناتجة عن الموجات فوق الصوتية إلى اندماج فقاعات الغاز، أي اتحاد فقاعات الغاز المذاب الصغيرة لتكوين فقاعات غازية أكبر، تصعد بسرعة إلى سطح السائل حيث تغادره.
وتقتصر التغيرات في درجة الحرارة الناتجة عن الاهتزاز فوق الصوتي والتجويف على مناطق موضعية صغيرة جدًا، ويمكن إهمال ارتفاع درجة الحرارة في الحجم الكلي لأنه لا يؤثر في جودة المنتج.
 

انخفاض الأكسجين المذاب بمرور الوقت عند تردد فوق صوتي يبلغ 24 kHz باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UP400ST بسعات تبلغ 100 % و80 % و60 % و40% و20 %.
الدراسة: ©Rognerud et al., 2020.

 
بحسب حجم السائل أو المعلّق ولزوجته والغازات المحتبسة فيه، يمكن إجراء إزالة الهواء بالموجات فوق الصوتية على دفعات أو ضمن خط الإنتاج. ويبعث مسبار فوق صوتي عالي القدرة تجويفًا صوتيًا داخل السائل، فتُزال الغازات منه بكفاءة.
ويمكن أيضًا تطبيق إزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية لتحسين أنظمة إزالة الغازات القائمة، مثل التسخين أو التفريغ أو تمرير الغاز على هيئة فقاعات.
وتُستخدم إزالة الغازات والرغوة بالموجات فوق الصوتية على نطاق صناعي لإزالة الغازات المذابة من الماء والزيوت والأغذية والمشروبات والمحاليل الكيميائية والسوائل الهيدروليكية وسوائل التبريد وسوائل الحفر والنفط الخام والمستحلبات والدهانات والأحبار والمواد اللاصقة والورنيشات والطلاءات ومواد الإيبوكسي والشامبو والمنظفات والعديد من المنتجات الأخرى.
 

إزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية باستخدام تجهيز يضم خلية التدفق. أُجريت هذه التجربة على نموذج أولي لدائرة مياه صغيرة الحجم بسعة 0.8 gallon، وتدفق غاز خامل قدره 0.2 sfcm/min، وشدة قدرها 275 W/cm2. ويُظهر ذلك انخفاضًا في زمن إزالة الأكسجين بنحو 70%.
الدراسة والصورة: Rubio et al. 2016

إزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية في تجهيز ضمن خط الإنتاج باستخدام جهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية UIP1000hdT مع خلية التدفق.

تعزيز تمرير الغاز على هيئة فقاعات بالموجات فوق الصوتية

يُعد تمرير الغاز الخامل على هيئة فقاعات عبر السوائل، المعروف أيضًا بالتطهير بالغاز الخامل، معالجة شائعة لإزالة الغازات غير المرغوب فيها مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون من السائل. ويُستخدم عادةً النيتروجين والأرغون والهيليوم وغيرها من الغازات الخاملة في تطبيقات تمرير الغاز على هيئة فقاعات. ويمكن لتمرير غاز عالي النقاوة، خامل عادةً، على هيئة فقاعات عبر محلول أن يستخلص الغازات المذابة غير المرغوب فيها، التي تكون تفاعلية عادةً، مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. وتعتمد عملية تمرير الغاز على هيئة فقاعات على انتقال الكتلة، وهي بحد ذاتها إجراء بطيء نسبيًا. ولتعزيز تمرير الغازات الخاملة على هيئة فقاعات، غالبًا ما يُحرَّك المحلول المحتوي على السائل والغاز بقوة وتُمرَّر فيه الفقاعات لمدة طويلة. والمعالجة بالموجات فوق الصوتية تقنية تعزز إزالة الغازات، إذ تحسّن انتقال الكتلة، ومن ثم تعزز تمرير الغاز على هيئة فقاعات بدرجة كبيرة. وعند اقتران موجات فوق صوتية عالية القدرة بالسوائل أو المعلّقات، تتولد فقاعات التجويف. وتفتت فقاعات التجويف هذه فقاعات غاز التطهير الأكبر إلى فقاعات صغيرة وتوزعها بصورة متجانسة، مما يؤدي إلى إزالة الغازات بصورة أسرع وأنظف. ويعزز التحريك الشديد والاضطرابات الناتجة عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية انتقال الكتلة بين الغاز والسائل، ومن ثم الإزالة السريعة للغازات غير المرغوب فيها.
ولتسريع إجراء تمرير الغاز على هيئة فقاعات وزيادة كفاءته، تُستخدم الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لتحسين أداء انتقال الكتلة بين الغاز والسائل بفعل التأثيرات الميكانيكية الصوتية. وتشمل التأثيرات الميكانيكية الصوتية الناتجة عن التجويف الصوتي فروقًا موضعية في الضغط ودرجة الحرارة، واضطرابات دقيقة، وتحريكًا. وتحسّن هذه القوى أداء إزالة الغازات من خلال الإسهام في زيادة انتقال الكتلة بالانتشار نتيجة تفتت الفقاعات وتوزيعها والزيادة اللاحقة في مساحة السطح البيني، مما يؤدي في النهاية إلى إزالة سريعة للغازات المحتبسة من السائل.
ولتحقيق التأثيرات المطلوبة لإخراج الغازات، يلزم استخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة. وعند تمرير غاز خامل على هيئة فقاعات عبر سائل في تدفق ثنائي الطور، يكون الانتشار المقوَّم مطلوبًا لزيادة انتقال الكتلة ومعدل إزالة الغازات المذابة. وقد يكون تطبيق الانتشار المقوَّم صعبًا لأن فقاعات الغاز المحتبس والمذاب تميل إلى تجنب الدخول إلى مجال التجويف فوق الصوتي عند الشدات المنخفضة. لكن عند الشدات المرتفعة، التي تزيد على 300 W/cm² عند نحو 20 kHz، لا تعود فقاعات الغاز تتجنب منطقة التجويف، وتتفكك بفعل القوى الميكانيكية الصوتية. (راجع Jagannathan et al. 2011)

أنظمة عالية القدرة لإزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية

تتمتع Hielscher Ultrasonics بخبرة طويلة في تصنيع معدات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء المستخدمة في المختبرات والإنتاج الصناعي حول العالم. وإزالة الغازات من السوائل والمعلّقات تطبيق متطلب يحتاج إلى مسابير فوق صوتية عالية القدرة يمكنها إقران اهتزازات بسعات محددة بالسوائل لإزالة فقاعات الغاز المحتبسة والجيوب الهوائية. وجميع أجهزة الموجات فوق الصوتية من Hielscher مصممة ومصنّعة للتشغيل على مدار 24/7 تحت الحمل الكامل. وتتوفر معالجات الموجات فوق الصوتية بدءًا من أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المختبرية المدمجة بقدرة 50 واط وصولًا إلى الأنظمة فوق الصوتية القوية ضمن خط الإنتاج بقدرة 16,000 واط. وتتيح مجموعة واسعة من أبواق تعزيز السعة والسونوترودات وخلايا التدفق إعداد نظام مخصص لإزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية بما يتناسب مع السائل ولزوجته والغازات المحتبسة فيه.
وتتطلب إزالة الهواء وإخراج الغازات من المعادن السائلة سعات تُضبط بدقة ويُحافظ عليها. وتصنّع Hielscher Ultrasonics مسابير فوق صوتية عالية الأداء ذات مواصفات لسعات ودرجات حرارة محسّنة بدرجة كبيرة للعملية. وإذا كان تطبيق إزالة الغازات لديك يتطلب مواصفات غير معتادة، فتتوفر سونوترودات فوق صوتية مخصصة. وتتيح متانة معدات الموجات فوق الصوتية من Hielscher التشغيل على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاقة والبيئات المتطلبة.

المعالجة على دفعات وضمن خط الإنتاج

يمكن استخدام مسابير Hielscher فوق الصوتية المخصصة لإزالة الغازات لإزالة الغازات والهواء على دفعات أو بصورة مستمرة ضمن خط الإنتاج. وبحسب الحجم واللزوجة والغازات المحتبسة، سنوصي لك بتجهيز إخراج الغازات بالموجات فوق الصوتية الأنسب.

مسابير فوق صوتية لإزالة الغازات من أي حجم

تغطي مجموعة منتجات Hielscher Ultrasonics كامل نطاق معالجات الموجات فوق الصوتية، بدءًا من أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية المختبرية المدمجة، مرورًا بالأنظمة المنضدية والتجريبية، وصولًا إلى معالجات الموجات فوق الصوتية الصناعية بالكامل، القادرة على معالجة حمولات شاحنات في الساعة. وتتيح لنا مجموعة المنتجات الكاملة تقديم معدات إزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية الأنسب لسائلك وقدرة المعالجة وأهداف الإنتاج لديك.

سعات قابلة للتحكم الدقيق لتحقيق أفضل النتائج

تتيح جميع أنظمة إزالة الغازات بالموجات فوق الصوتية من Hielscher التحكم الدقيق، مما يجعلها معدات عمل موثوقة. وتُعد السعة أحد معلمات العملية الحاسمة التي تؤثر في كفاءة إزالة الغازات الناتجة عن التأثيرات الميكانيكية الصوتية وفعاليتها. وتتيح جميع معالجات Hielscher Ultrasonics ضبط السعة بدقة. والسونوترودات وأبواق تعزيز السعة ملحقات تتيح تعديل السعة ضمن نطاق أوسع. ويمكن لمعالجات Hielscher الصناعية بالموجات فوق الصوتية توفير سعات عالية جدًا والشدة فوق الصوتية المطلوبة للتطبيقات المتطلبة. ويمكن بسهولة التشغيل المستمر بسعات تصل إلى 200µm على مدار 24/7.
ويتيح لك الضبط الدقيق للسعة والمراقبة المستمرة لمعلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية عبر برامج ذكية تعديل هذه المعلمات لتحقيق أكثر إزالة للغازات بالموجات فوق الصوتية فعالية. معالجة مثلى بالموجات فوق الصوتية لإزالة الغازات بكفاءة عالية!
وتتيح متانة معدات الموجات فوق الصوتية من Hielscher التشغيل على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاقة والبيئات المتطلبة. وهذا يجعل معدات الموجات فوق الصوتية من Hielscher أداة عمل موثوقة تلبي متطلبات عملية إزالة الهواء لديك.

أعلى جودة – تصميم وتصنيع في ألمانيا

بصفتها شركة عائلية مملوكة ومدارة من قِبل العائلة، تمنح Hielscher الأولوية لأعلى معايير الجودة في معالجاتها بالموجات فوق الصوتية. وتُصمَّم جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتُصنَّع وتُختبَر بدقة في مقرنا الرئيسي في تلتو بالقرب من برلين، ألمانيا. وتجعل متانة معدات الموجات فوق الصوتية من Hielscher وموثوقيتها منها معدات عمل يُعتمد عليها في إنتاجك. ويُعد التشغيل على مدار 24/7 تحت الحمل الكامل وفي البيئات المتطلبة سمة أصيلة لأجهزة إزالة الغازات عالية الأداء من Hielscher.