Mayelərin ultrasəslə qazsızlaşdırılması və köpüksüzləşdirilməsi

Mayelərin ultrasəs vasitəsilə qazsızlaşdırılması və köpüksüzləşdirilməsi çox effektiv prosesdir. Ultrasəslə işləmə mayedə asılı vəziyyətdə olan kiçik qaz qabarcıqlarını çıxarır və həll olmuş qazın miqdarını təbii tarazlıq səviyyəsindən aşağı salır.

Mayelərin qazsızlaşdırılması və köpüksüzləşdirilməsi bir çox məqsəd üçün, o cümlədən aşağıdakı proseslərdə tələb olunur:

• ölçmə xətalarının qarşısını almaq üçün hissəcik ölçüsünün ölçülməsindən əvvəl nümunənin hazırlanması
• kavitasiya nəticəsində nasosun aşınmasını azaltmaq üçün nasosla vurulmazdan əvvəl yağın və sürtkü materiallarının qazsızlaşdırılması
• mikroorqanizmlərin inkişafını azaltmaq və saxlama müddətini uzatmaq üçün maye qidaların, məsələn, şirə, sous və ya şərabın qazsızlaşdırılması
• tətbiqdən, bərkimədən və ya vakuum infuziyasından əvvəl polimerlərin və lakların qazsızlaşdırılması

Mayelər ultrasəslə işləndikdə şüalandırıcı səthdən maye mühitə yayılan səs dalğaları tezlikdən asılı sürətlə növbələşən yüksək və aşağı təzyiq dövrləri yaradır. Aşağı təzyiq dövründə ultrasəs dalğaları mayedə kiçik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yarada bilər. Çoxsaylı kiçik qabarcıqların ümumi səth sahəsi böyük olur. Qabarcıqlar mayedə də yaxşı paylanır. Həll olmuş qaz böyük səth sahəsi vasitəsilə bu vakuum qabarcıqlarına keçir və qabarcıqların ölçüsünü artırır.
Akustik dalğalar qonşu qabarcıqların bir-birinə toxunmasına və birləşməsinə kömək edərək onların böyüməsini sürətləndirir. Ultrasəslə işləmə zamanı yaranan dalğalar qabarcıqların qabın səthlərindən qopmasına da kömək edir və maye səthinin altında qalan daha kiçik qabarcıqları səthə qalxmağa və içərilərində tutulmuş qazı ətraf mühitə buraxmağa məcbur edir.

Sınaqdan keçirin

Mayelərin qazsızlaşdırılması və köpüksüzləşdirilməsi prosesini asanlıqla görünən etmək mümkündür. Təzəcə doldurulmuş kran suyu olan şüşə laboratoriya stəkanında ultrasəslə işləmə asılı vəziyyətdə olan kiçik qabarcıqları birləşməyə və sürətlə yuxarı qalxmağa məcbur edir. Bu təsiri aşağıdakı prosesin gedişini göstərən şəkildə görə bilərsiniz.

Suyun ultrasəslə qazsızlaşdırılması (5 saniyə)

Qarışdırılmış yağda çoxlu asılı qabarcıq və ya köpük olur. Bu, xüsusilə soyuducu mayelərdə problem yaradır. Orada qaz qabarcıqları nasoslarda və ya ucluqlarda kavitasiya nəticəsində yaranan aşınmanı artırır. Aşağıdakı prosesin gedişini göstərən şəkil ultrasəslə köpüksüzləşdirmənin təsirini nümayiş etdirir.

Ultrasəslə qazsızlaşdırma: yağda tutulmuş qaz qabarcıqları UP400St ultrasəs cihazı vasitəsilə çıxarılır

Ultrasəslə işləmə şəffaf, saxlanılıb qalmış suda kiçik vakuum qabarcıqları yaradır. Bu qabarcıqlar onlara keçən həll olmuş qazla dolur. Nəticədə qabarcıqlar böyüyür və yuxarı qalxır. Qazsızlaşdırmanın təsiri istənilən işıqkeçirən mayedə aydın görünür.
Ultrasəs asılı vəziyyətdə olan kiçik qabarcıqların mayenin səthinə qalxmasını yaxşılaşdırdığı üçün qabarcıqla maye arasındakı təmas müddətini də azaldır. Bu səbəbdən qazın qabarcıqdan mayeyə keçərək yenidən həll olmasını da məhdudlaşdırır. Bu, yağlar və ya qatranlar kimi daha yüksək özlülüyə malik mayelər üçün xüsusi maraq kəsb edir. Qabarcıqlar mayenin səthinə qalxmalı olduğundan, səthə çatma müddətini qısaldan dayaz qabdan istifadə edildikdə ultrasəslə qazsızlaşdırma daha yaxşı nəticə verir.

Görünən təsirlərdən kənarda

Qazsızlaşdırmanın təsirlərinin vizual müşahidə ilə ölçülməsinin dəqiqliyi məhduddur. Qazın miqdarının ölçülməsi ultrasəslə qazsızlaşdırmanın səmərəliliyini müəyyən etmək üçün daha dəqiq üsuldur.

Mayelərdə müəyyən miqdarda həll olmuş qaz olur. Qazın konsentrasiyası temperatur, ətraf mühitin təzyiqi və ya mayenin qarışdırılması kimi amillərdən asılıdır. Sabit şəraitdə qazın konsentrasiyası tarazlıq səviyyəsinə yaxınlaşır. Ultrasəslə qazsızlaşdırma şəraiti dəyişir, çünki maye aşağı təzyiqli qabarcıqların və qarışdırmanın təsirinə məruz qalır. Buna görə də ultrasəslə işləmə mayedəki qazın konsentrasiyasını tarazlıq səviyyəsindən aşağı salır.
Ultrasəslə işləmə dayandırıldıqda və ilkin şərait bərpa olunduqda, maye heç bir qazla təmasda olmadığı hallar, məsələn, qapalı şüşədə olduğu hal istisna olmaqla, qazın konsentrasiyası yenidən tədricən ilkin tarazlıq səviyyəsinə yaxınlaşır. Qazın mayedə yenidən həll olması kifayət qədər yavaş baş verdiyi üçün ultrasəslə işləmədən sonra az qazlı maye ilə işləmək mümkündür. Aşağıdakı qrafik bu təsiri göstərir.

Suyun ultrasəslə qazsızlaşdırılmasının təsviri

Emulsiyalaşdırmadan və dispersləşdirmədən əvvəl qazsızlaşdırma

Ultrasəslə qazsızlaşdırma dispersiyaların və emulsiyaların keyfiyyətini yaxşılaşdıra bilər.

Problem

Emulsiyaların və dispersiyaların tərkibində onların sabitliyini artırmaq üçün çox vaxt səthi aktiv maddələr olur. Səthi aktiv maddələr maye fazada dispersləşdirilmiş materialın təmasını və birləşməsini və ya aqlomerasiyasını əngəlləyir. Bunun üçün səthi aktiv maddələr hər bir hissəciyin ətrafında təbəqə əmələ gətirir. Eyni səthi aktiv maddələr maye fazada asılı vəziyyətdə olan qaz qabarcıqlarını da əhatə edə bilər. Bu cür sabitləşdirilmiş qabarcıqlar çox davamlı ola bilər. Sabitləşdirilmiş qabarcıqlar səthi aktiv maddəni sərf edir, emulsiyanın və ya dispersiyanın keyfiyyətini azaldır və hissəcik ölçüsünün ölçülməsi zamanı qeyri-sabit ölçmə nəticələri yarada bilər.

Həll: ultrasəslə qazsızlaşdırma

Sabitləşdirilmiş qaz qabarcıqları problemini azaltmaq üçün mayelər ultrasəslə işlənərək qazsızlaşdırılmalıdır. Yağ və ya toz kimi dispers fazanı əlavə etməzdən əvvəl mayeni yaranan qabarcıqların sayı azalana qədər ultrasəslə işləyin. Digər materialları qarışdırıb əlavə edərkən qarışdırma zamanı yeni qabarcıqların və ya burulğanın yaranmasına yol verməyin. Belə qabarcıqların və ya burulğanın yaranması qazın miqdarını sürətlə artırar.
 

Su əsaslı qazma məhlulu UIP1000hd ultrasəs cihazı ilə ultrasəslə qazsızlaşdırmadan əvvəl və sonra
Tədqiqat və şəkil: Amani və b., 2016

Karbon dioksidin çıxarılması

Qazsızlaşdırmanın təsirindən kola, qazlı su və ya pivə kimi qazlı içkilər olan metal qutuların və şüşələrin sızma sınaqlarında istifadə olunur. Şüşələrin sızma sınaqları haqqında daha ətraflı məlumat almaq üçün buraya klikləyin.

Ultrasəslə qazsızlaşdırma haqqında qısa məlumat

Mayelərin ultrasəslə qazsızlaşdırılması aşağıdakı quruluşdan istifadə edildikdə daha yaxşı nəticə verir.

• Aşağıdan orta səviyyəyədək ultrasəs amplitudaları tətbiq edin!
• Böyük səth sahəsinə malik sonotrodlardan, məsələn, radial istiqamətdə şüalandıran sonotrodlardan istifadə edin!
• Ultrasəslə işləmə zamanı mayenin səthi üzərində aşağı təzyiq və ya vakuum təmin edin!
• Özlülüyünü azaltmaq üçün mayeni qızdırın!
• Ultrasəslə işləmə zamanı və ya ondan sonra qazın ayrılması üçün dayaz qabdan istifadə edin!
• Qaz qabarcıqlarının yuxarı qalxmasına imkan vermək üçün turbulent qarışdırmadan çəkinin!

Ultrasəslə qazsızlaşdırma partiya rejimində və ya axın xəttində tətbiq edilə bilər. Axın xəttində işləmə halında qazın xaric edilməsi üçün şaquli boru quraşdırılmalı və qaz nasosundan istifadə edilməlidir.

Ədəbiyyat / İstinadlar

• Rognerud, Maren; Solemslie, Bjørn; Islam, Md Hujjatul; Pollet, Bruno (2020): How to Avoid Total Dissolved Gas Supersaturation in Water from Hydropower Plants by Employing Ultrasound. Journal of Physics: Conference Series 2020.
• Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2, 2016. 21-30.
• Haghayeghi R.; Kapranos P. (2014): The effect of processing parameters on ultrasonic degassing efficiency. Materials Letter Volume 116, 1 February 2014. 399-401.
• Servant G.; Caltagirone J.P.; Gérard A.; Laborde J.L.; Hita A. (2000): Numerical simulation of cavitation bubble dynamics induced by ultrasound waves in a high frequency reactor. Ultrasonics Sonochemistry Volume 7, Issue 4, October 2000. 217-227.