Ultrazvučno otplinjavanje i otpjenjenje tekućina
Otplinjavanje i otpjenjenje tekućina ultrazvučnim metodama je vrlo efikasan proces. Ultrasonication uklanja male suspendirane mjehuriće plina iz tekućine i smanjuje nivo otopljenog plina ispod prirodnog ravnotežnog nivoa.
Otplinjavanje i otpjenjenje tekućina je potrebno za mnoge svrhe, kao što su sljedeći procesi:
- priprema uzorka prije mjerenja veličine čestica kako bi se izbjegle greške u mjerenju
- otplinjavanje ulja i maziva prije pumpanja kako bi se smanjilo trošenje pumpe zbog kavitacije
- otplinjavanje tečne hrane, npr. sokova, umaka ili vina, da se smanji rast mikroba i produži rok trajanja
- otplinjavanje polimera i lakova prije nanošenja, sušenja ili vakuumske infuzije
Prilikom ultrazvučne obrade tekućina, zvučni valovi koji se šire od zračeće površine u tekući medij rezultiraju naizmjeničnim ciklusima visokog i niskog pritiska, sa brzinama koje zavise od frekvencije. Tokom ciklusa niskog pritiska, ultrazvučni talasi mogu stvoriti male vakuumske mehuriće ili praznine u tečnosti. Veliki broj malih mjehurića stvara veliku ukupnu površinu mjehurića. Mjehurići su takođe dobro raspoređeni u tečnosti. Otopljeni plin migrira u ove vakuumske mjehuriće preko velike površine i povećava veličinu mjehurića.
Akustični valovi podržavaju dodirivanje i spajanje susjednih mjehurića što dovodi do ubrzanog rasta mjehurića. Talasi ultrazvuka će također pomoći da se otresu mjehurići s površina posuda i natjerat će manje mjehuriće koji se nalaze ispod površine tekućine da se uzdignu i otpuste zarobljeni plin u okolinu.
Ultrazvučno otplinjavanje ulja pomoću Hielscher 200 Watt ultrazvučnog procesora.
Stavite ga na probu
Proces otplinjavanja i otpjenjivanja tekućina može se lako učiniti vidljivim. U staklenoj čaši svježe nalivene vode iz slavine, ultrazvuk će natjerati male suspendirane mjehuriće da se spoje i da se brzo pomjere. Ovaj efekat možete vidjeti na slici napretka ispod.
Ultrazvučno otplinjavanje vode (5 sekundi)
Promešano ulje sadrži veliki broj suspendovanih mjehurića ili pjene. Posebno kod rashladnih tečnosti, ovo je problem. Tamo mjehurići plina potiču habanje pumpi ili mlaznica uzrokovano kavitacijom. Slika napretka u nastavku prikazuje ultrazvučni efekat protivpjene.
Ultrazvučno otplinjavanje: Zarobljeni mjehurići plina se uklanjaju iz ulja pomoću ultrasonikatora UP400St
Sonikacija će stvoriti male vakuumske mjehuriće u čistoj, ustajaloj vodi. Ovi mjehurići se pune otopljenim plinom, koji migrira u mjehuriće. Posljedično, mjehurići rastu i pomiču se prema gore. Efekat otplinjavanja je dobro vidljiv u svakoj prozirnoj tečnosti.
Kako ultrazvuk poboljšava podizanje malih suspendiranih mjehurića na površinu tekućine, smanjuje se i vrijeme kontakta između mjehurića i tekućine. Iz tog razloga, ograničava i ponovno otapanje gasa iz mehurića u tečnost. Ovo je od posebnog interesa za tečnosti većeg viskoziteta, kao što su ulja ili smole. Budući da se mjehurići moraju pomaknuti na površinu tekućine, ultrazvučno otplinjavanje radi bolje, ako je posuda plitka pa je vrijeme do površine kraće.
Izvan vidljivih efekata
Merenje efekata otplinjavanja vizuelnim pregledom je ograničeno u tačnosti. Mjerenja sadržaja plina su precizniji način da se kaže o efikasnosti ultrazvučnog otplinjavanja.
Fluidi sadrže određenu količinu otopljenog plina. Koncentracija gasa zavisi od faktora, kao što su temperatura, pritisak okoline ili mešanje tečnosti. U konstantnim uslovima, koncentracija gasa će se približiti ravnoteži. Ultrazvučno otplinjavanje će promijeniti uslove, jer je tečnost izložena mjehurićima niskog pritiska i miješanju. Stoga će ultrazvučna obrada smanjiti koncentraciju plina u tekućini ispod ravnotežnog nivoa.
Kada ultrazvuk prestane i početni uslovi se ponovo uspostave, koncentracija gasa će se ponovo polako približiti početnom ravnotežnom nivou, osim ako tečnost nije izložena nikakvom gasu, npr. u zatvorenoj boci. Budući da je ponovno otapanje plina u tekućini prilično sporo, moguće je raditi s tekućinom s malo plina nakon sonikacije. Grafikon ispod ilustruje ovaj efekat.
Ilustracija ultrazvučnog degaziranja vode
Otplinjavanje prije emulgiranja i dispergiranja
Ultrazvučno otplinjavanje može poboljšati kvalitetu disperzija i emulzija.
Problem
Često emulzije i disperzije sadrže tenzide kako bi se povećala njihova stabilnost. Surfaktanti će inhibirati kontakt i koalescenciju ili aglomeraciju dispergovanog materijala u tečnoj fazi. Za to će površinski aktivne tvari formirati sloj oko svake čestice. Isti surfaktanti takođe mogu da inkapsuliraju gasne mehuriće koji su suspendovani u tečnoj fazi. Takvi stabilizirani mjehurići mogu se pokazati kao vrlo robusni. Stabilizirani mjehurići troše surfaktant, smanjuju kvalitetu emulzije ili disperzije i mogu generirati nepravilna očitavanja prilikom mjerenja veličine čestica.
Rješenje: ultrazvučno otplinjavanje
Kako bi se smanjio problem stabiliziranih plinskih mjehurića, tekućine bi se trebale degazirati ultrazvukom. Prije dodavanja disperzne faze, poput ulja ili praha, sonikirajte tekućinu dok se broj generiranih mjehurića ne smanji. Kada miješate druge materijale, izbjegavajte stvaranje novih mjehurića ili vrtloga prilikom miješanja. Ovo bi brzo povećalo sadržaj gasa.
Izbacivanje ugljičnog dioksida
Efekat otplinjavanja koristi se u ispitivanju curenja limenki i boca koje sadrže gazirana pića, kao što su kola, soda ili pivo. Molimo kliknite ovdje da biste dobili više informacija o testiranju na curenje boca.
Ukratko o ultrazvučnom degaziranju
Ultrazvučno otplinjavanje tekućina radi bolje kada koristite sljedeće postavke.
- Primijenite niske do umjerene ultrazvučne amplitude!
- Koristite sonotrode sa velikom površinom, npr. sonotrode koje emituju radijalno!
- Osigurajte nizak pritisak ili vakuum iznad površine tečnosti dok sonicirate!
- Zagrijte tečnost da smanjite njen viskozitet!
- Koristite plitku posudu za odvajanje gasa tokom ili nakon obrade ultrazvukom!
- Izbjegavajte turbulentno miješanje kako biste omogućili da se mjehurići plina pomaknu prema gore!
Ultrazvučno otplinjavanje može se koristiti u batch modu ili inline. U slučaju inline rada, potrebno je ugraditi stalnu cijev za ispuštanje plina i primijeniti plinsku pumpu.