Високоефективно обезвъздушаване на течности с помощта на ултразвук

Докато дегазацията или отделянето на газове често е изключително трудоемка стъпка от процеса, ултразвукът може да ускори коалесценцията на газовите мехурчета и тяхното издигане значително. Ултразвуковото отделяне на газове може да се използва в партидни и поточни настройки и може да се комбинира и с конвенционални техники за дегазация като разпръскване с инертни газове, дегазатори на работното колело, нагряване или вакуум, за да се повиши ефективността и скоростта на отстраняване на газа.

Отстраняване на газ от течности

Термините деаерация, дегазация и отделяне на газове се отнасят до отстраняването на свободни и разтворени газове, особено реактивни газове като кислород или CO2, от течност. Елиминирането на кислорода е важно за предотвратяване на вредни промени в крайния продукт и подобряване на обработката надолу по веригата. Дегазирането е необходима стъпка на обработка за много приложения и индустрии. В промишленото производство дегазирането е често срещана стъпка на процеса, за да се гарантира стабилността на продукта, качеството и непрекъснатите продуктови стандарти. Кислородът е фактор, който влияе върху качеството и стабилността на продукта на различни нива.
Следователно деаерацията е установен етап от процеса в храната & напитки, химическа, фармацевтична и козметична промишленост. Но също така и в лабораториите пробите често изискват дегазация преди анализ (напр. преди HPLC, анализи, измервания на частици и т.н.).
Често процесите на смесване, използващи например смесители с лопатки с високо срязване или ротационни смесители на работното колело, често налагат последващо дегазиране на продукта, тъй като тези техники на смесване обикновено въвеждат големи количества газове в продукта. Такива газови и въздушни включвания обикновено имат отрицателно въздействие върху продукта, тъй като могат да гранясат мазнините и маслата, да влошат продуктите чрез окисляване, обезцветяване и нежелани промени в миризмата и вкуса. Тъй като дегазираните продукти са химически по-стабилни и имат по-дълъг срок на годност, дегазацията е съществена стъпка от обработката, изискваща надеждна техника.
 

Ултразвукова дегазация: Уловените газови мехурчета се отстраняват от маслото с помощта на ултразвуков апарат UP400St

Ултразвукова дегазация и деаерация

Ултразвуковата дегазация и деаерация е силно мощна алтернатива на традиционните методи за дегазиране на течности, които включват кипене, намаляване на налягането до вакуум или разпръскване с инертни газове. Тези традиционни методи за дегазация често идват с недостатъци като термично разграждане (поради нагряване), отнемаща време и енергия обработка и/или недостатъчно отстраняване на газове. Ултразвуковата дегазация се основава на принципа на работа на акустичната кавитация. Когато ултразвуковите вълни с висока мощност са свързани в течност, течността се компресира и разширява съответно по време на цикли с високо и ниско налягане. По време на цикли с ниско налягане се създават малки вакуумни мехурчета (т.нар. кавитационни мехурчета), които растат в продължение на няколко цикъла на налягане. По време на тези цикли на растеж на мехурчета, разтворените газове в течността навлизат във вакуумния мехур, така че вакуумният мехур се трансформира в растящи газови мехурчета. Освен това микротурбуленциите и течните струи причиняват интензивно разбъркване и пренос на маса. Тези ултразвуково генерирани условия причиняват срастване на газови мехурчета, което е обединяване на малки разтворени газови мехурчета в по-големи газови мехурчета, които бързо се издигат на повърхността на течността, където напускат течността.
Температурните промени, причинени от ултразвукови вибрации и кавитация, са ограничени до много малки локални пространства и повишаването на температурата в общия обем може да бъде пренебрегнато, тъй като не пречи на качеството на продукта.
 

Намаляване на разтворения кислород с времето за ултразвукова честота от 24 kHz с помощта на ултразвуковия UP400ST при амплитуди от 100 %, 80 %, 60 %, 40% и 20 %.
Проучване: ©Rognerud et al., 2020.

 
В зависимост от обема, вискозитета и газовите включвания на течността или суспензията, ултразвуковото деаериране може да се изпълнява като партиден или редов процес. Ултразвукова сонда с висока мощност излъчва акустична кавитация в течността, така че течността да се дегазира ефективно.
Ултразвуковата дегазация може да се приложи и за подобряване на вече съществуващите системи за дегазация като отопление, вакуум или разпръскване.
Ултразвуковото дегазиране и разпенване се използва в промишлен мащаб за отстраняване на разтворени газове от вода, масла, храни и напитки, химически разтвори, хидравлични течности, охлаждащи течности, сондажни течности, суров нефт, емулсии, бои, мастила, лепила, лакове, покрития, епоксидни смоли, шампоани, перилни препарати и много други продукти.
 

Ултразвукова дегазация с помощта на конфигурация на проточна клетка. Този експеримент е прототип на малък воден контур с обем от 0,8 галона, поток на инертен газ от 0,2 sfcm/min и интензитет от 275 W/cm2. Това показва намаляване на времето за отстраняване на кислород с около 70%.
Проучване и картина: Rubio et al. 2016

Ултразвукова дегазация във вградена настройка с помощта на ултразвуков апарат UIP1000hdT с проточна клетка.

Ултразвуково подобрено разпръскване

Разпръскването на течности с инертен газ (известно също като продухване на инертен газ) е често срещано третиране за отстраняване на нежелани газове като кислород и въглероден диоксид от течността. За приложения за разпръскване обикновено се използват азот, аргон, хелий и други инертни газове. Бълбукането на разтвор с газ с висока чистота (обикновено инертен) може да извлече нежелани, обикновено реактивни разтворени газове като кислород и въглероден диоксид. Процесът на разпръскване разчита на пренос на маса и сам по себе си е доста бавна процедура. Нареждам да се засили разпръскването с инертни газове, разтворът на течен газ често се разбърква енергично и се разбърква дълго време. Ултразвукът е техника за усилване на дегазацията, която подобрява масовообмена и по този начин значително разпръскването. Когато ултразвуковите вълни с висока мощност се свързват в течности или суспензии, се генерират кавитационни мехурчета. Тези кавитационни мехурчета разграждат по-големите мехурчета на продухване на малки мехурчета и разпръскват мехурчетата равномерно, което води до по-бързи и чисти дегазиращи ефекти. Интензивното разбъркване и турбуленции, създадени от ултразвука, насърчават преноса на маса газ-течност и по този начин бързото отстраняване на нежеланите газове.
За да се ускори и да се направи процедурата на разпръскване по-ефективна, се използва високоефективна ултразвукова техника за сономеханично подобряване на производителността на пренос на маса между газ и течност. Сономеханичните ефекти, генерирани от акустичната кавитация, включват локални разлики в налягането и температурата, микротурбуленции и разбъркване. Тези сили подобряват ефективността на дегазацията, като допринасят за увеличаване на дифузния пренос на маса поради разпадане на мехурчета, дисперсия и последващо увеличаване на междуфазната площ, което в крайна сметка води до бързо отстраняване на уловените газове от течността.
За да се постигнат желаните ефекти на отделяне на газове, е необходима ултразвукова реакция с висока мощност. Когато течността е пощадена с инертен газ в двуфазен поток, се желае ректифицирана дифузия, за да се увеличи скоростта на пренос на маса и отстраняване на разтворените газове. Прилагането на ректифицирана дифузия може да бъде трудно, тъй като уловените и разтворени газови мехурчета са склонни да избягват навлизането в ултразвуковото кавитационно поле при по-ниски интензитети. Въпреки това, при повишена интензивност (по-висока от 300 W/cm² при около 20 kHz) газовите мехурчета вече не избягват зоната на кавитация и се разграждат от сономеханични сили. (срв. Jagannathan et al. 2011)

Високомощни ултразвукови системи за дегазация

Hielscher Ultrasonics е дългогодишен производител на високопроизводително ултразвуково оборудване, което се използва по целия свят в лаборатории и промишлено производство. Дегазификацията на течности и суспензии е взискателно приложение, което изисква високомощни ултразвукови сонди, които могат да свържат установените амплитуди в течности, за да премахнат уловените газови мехурчета и въздушните джобове. Всички ултразвукови устройства на Hielscher са проектирани и произведени да работят 24/7 при пълно натоварване. Предлагат се ултразвукови процесори от компактни 50 вата лабораторни ултразвукови до 16 000 вата мощни вградени ултразвукови системи. Голямото разнообразие от бустерни клаксони, сонотроди и проточни клетки позволяват индивидуална настройка на ултразвукова система за дегазация в съответствие с течността, вискозитета и газовите включвания.
За деаерацията и отделянето на газове на течни метали са необходими прецизно зададени и поддържани амплитуди. Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови сонди, които са предназначени за много оптимизирани амплитуди и температури. Ако вашето приложение за дегазация изисква необичайни спецификации, се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.

партиден и вграден

Ултразвуковите сонди за дегазация на Hielscher могат да се използват за партидна и непрекъсната вградена дегазация и деаерация. В зависимост от обема, вискозитета и уловените газове, ние ще ви препоръчаме най-подходящата настройка за ултразвуково отделяне на газове.

Ултразвукови сонди за дегазиране на всякакъв обем

Продуктовата гама на Hielscher Ultrasonics обхваща пълния спектър от ултразвукови процесори от компактни лабораторни ултразвукови процесори през настолни и пилотни системи до напълно индустриални ултразвукови процесори с капацитет за обработка на камиони на час. Пълната продуктова гама ни позволява да ви предложим най-подходящото оборудване за ултразвукова дегазация за вашата течност, технологичен капацитет и производствени цели.

Прецизно контролирани амплитуди за оптимални резултати

Всички системи за ултразвукова дегазация на Hielscher са прецизно управляеми и по този начин надеждни работни коне. Амплитудата е един от ключовите параметри на процеса, които влияят върху ефективността и ефективността на сономеханично индуцираната дегазация. Всички ултразвукови уреди на Hielscher’ Процесорите позволяват прецизна настройка на амплитудата. Сонотродите и усилващите клаксони са аксесоари, които позволяват да се променя амплитудата в още по-широк диапазон. Индустриалните ултразвукови процесори на Hielscher могат да осигурят много високи амплитуди и да осигурят необходимия ултразвуков интензитет за взискателни приложения. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7.
Прецизните настройки на амплитудата и постоянното наблюдение на параметрите на ултразвуковия процес чрез интелигентен софтуер ви дават възможност да регулирате параметрите на ултразвуковия процес за най-ефективна ултразвукова дегазация. Оптимална ултразвук за високоефективно отстраняване на газове!
Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди. Това прави ултразвуковото оборудване на Hielscher надежден работен инструмент, който отговаря на вашите изисквания за процес на обезвъздушаване.

Най-високо качество – Проектиран и произведен в Германия

Като семеен и семеен бизнес, Hielscher дава приоритет на най-високите стандарти за качество на своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови апарати са проектирани, произведени и щателно тествани в централата ни в Телтов близо до Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят работен кон във вашето производство. Работа 24/7 при пълно натоварване и в взискателни условия е естествена характеристика на високопроизводителните дегазатори на Hielscher.