Visokoefikasna deaeracija tekućina pomoću ultrazvuka

Dok je otplinjavanje često izuzetno dugotrajan korak procesa, ultrazvučna obrada može znatno ubrzati koalescenciju mjehurića plina i njihovo podizanje. Ultrazvučno otplinjavanje može se koristiti u šaržnim i inline postavkama te se može kombinirati i s konvencionalnim tehnikama otplinjavanja, kao što su propuhivanje inertnim plinovima, otplinjavači s impelerom, zagrijavanje ili vakuum, kako bi se povećala efikasnost i brzina uklanjanja plina.

Uklanjanje plina iz tekućina

Pojmovi deaeracija, degasifikacija i otplinjavanje odnose se na uklanjanje slobodnih i otopljenih plinova, posebno reaktivnih plinova kao što su kisik ili CO2, iz fluida. Uklanjanje kisika važno je kako bi se spriječile štetne promjene krajnjeg proizvoda i poboljšala daljnja obrada. Otplinjavanje je neophodan korak obrade za mnoge primjene i industrije. U industrijskoj proizvodnji otplinjavanje je uobičajen korak procesa kojim se osiguravaju stabilnost proizvoda, kvalitet i kontinuirani standardi proizvoda. Kisik je faktor koji na različitim nivoima utječe na kvalitet i stabilnost proizvoda.
Stoga je deaeracija ustaljen korak procesa u industriji hrane i pića, hemijskoj, farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji. No i u laboratorijima uzorci često zahtijevaju otplinjavanje prije analize (npr. prije HPLC-a, testova, mjerenja čestica itd.).
Procesi miješanja pomoću, npr., mješalica s lopaticama visokog smicanja ili rotirajućih mješalica s impelerom često čine neophodnim naknadno otplinjavanje proizvoda, jer te tehnike miješanja obično unose velike količine plinova u proizvod. Takve inkluzije plina i zraka obično imaju negativne učinke na proizvod, jer mogu uzrokovati užeglost masti i ulja te kvarenje proizvoda oksidacijom, promjenu boje i neželjene promjene mirisa i okusa. Budući da su otplinjeni proizvodi hemijski stabilniji i imaju duži rok trajanja, degasifikacija je ključan korak obrade koji zahtijeva pouzdanu tehniku.

Ultrazvučno otplinjavanje: zarobljeni mjehurići plina uklanjaju se iz ulja pomoću ultrazvučnog uređaja UP400St

Ultrazvučna degasifikacija i deaeracija

Ultrazvučna degasifikacija i deaeracija vrlo je moćna alternativa tradicionalnim metodama otplinjavanja tekućina, koje uključuju kuhanje, snižavanje pritiska do vakuuma ili propuhivanje inertnim plinovima. Te tradicionalne metode otplinjavanja često imaju nedostatke kao što su termička degradacija (zbog zagrijavanja), obrada koja zahtijeva mnogo vremena i energije i/ili nedovoljno uklanjanje plina. Ultrazvučno otplinjavanje temelji se na principu rada akustične kavitacije. Kada se ultrazvučni talasi velike snage unesu u tekućinu, tekućina se komprimira i širi tokom ciklusa visokog, odnosno niskog pritiska. Tokom ciklusa niskog pritiska nastaju sićušni vakuumski mjehurići (tzv. kavitacijski mjehurići), koji rastu tokom nekoliko ciklusa pritiska. Tokom tih ciklusa rasta mjehurića otopljeni plinovi iz tekućine ulaze u vakuumski mjehurić, tako da se vakuumski mjehurić pretvara u rastuće mjehuriće plina. Osim toga, mikroturbulencije i tekući mlazevi uzrokuju intenzivno miješanje i prijenos mase. Ti ultrazvučno stvoreni uvjeti uzrokuju koalescenciju mjehurića plina, odnosno spajanje malih otopljenih mjehurića plina u veće mjehuriće plina, koji se brzo dižu na površinu tekućine, gdje napuštaju tekućinu.
Promjene temperature uzrokovane ultrazvučnim vibracijama i kavitacijom ograničene su na vrlo male lokalne prostore, a porast temperature u ukupnom volumenu može se zanemariti jer ne utječe na kvalitet proizvoda.

Smanjenje otopljenog kisika tokom vremena pri ultrazvučnoj frekvenciji od 24 kHz pomoću sonikatora UP400ST pri amplitudama od 100 %, 80 %, 60 %, 40% i 20 %.
Studija: ©Rognerud et al., 2020.

U zavisnosti od volumena, viskoznosti i inkluzija plina u tekućini ili suspenziji, ultrazvučna deaeracija može se provoditi kao šaržni ili inline proces. Ultrazvučna sonda velike snage emituje akustičnu kavitaciju u tekućinu, tako da se tekućina efikasno otplinjava.
Ultrazvučna degasifikacija može se primijeniti i za poboljšanje već postojećih sistema za otplinjavanje, kao što su zagrijavanje, vakuum ili propuhivanje.
Ultrazvučno otplinjavanje i uklanjanje pjene koristi se u industrijskim razmjerima za uklanjanje otopljenih plinova iz vode, ulja, hrane i pića, hemijskih otopina, hidrauličnih tekućina, rashladnih sredstava, isplaka za bušenje, sirove nafte, emulzija, boja, mastila, ljepila, lakova, premaza, epoksida, šampona, deterdženata i mnogih drugih proizvoda.

Ultrazvučno otplinjavanje pomoću postavke s protočnom ćelijom. Ovaj eksperiment bio je prototipna petlja za vodu malih razmjera zapremine 0,8 galona, protoka inertnog plina od 0,2 sfcm/min i intenziteta od 275 W/cm2. To pokazuje skraćenje vremena uklanjanja kisika za oko 70%.
Studija i slika: Rubio et al. 2016

Ultrazvučno otplinjavanje u inline postavci pomoću ultrazvučnog uređaja UIP1000hdT s protočnom ćelijom.

Ultrazvučno pojačano propuhivanje

Propuhivanje tekućina inertnim plinom (poznato i kao pročišćavanje inertnim plinom) uobičajen je postupak za uklanjanje neželjenih plinova, kao što su kisik i ugljični dioksid, iz tekućine. Za primjene propuhivanja obično se koriste dušik, argon, helij i drugi inertni plinovi. Prožimanje otopine mjehurićima plina visoke čistoće (tipično inertnog) može izvući neželjene, tipično reaktivne otopljene plinove kao što su kisik i ugljični dioksid. Proces propuhivanja zasniva se na prijenosu mase i sam je po sebi prilično spor postupak. Kako bi se propuhivanje inertnim plinovima intenziviralo, otopina tekućine i plina često se snažno miješa, a kroz nju se dugo propuhuju mjehurići plina. Ultrazvučna obrada tehnika je koja intenzivira degasifikaciju, a znatno poboljšava prijenos mase i time propuhivanje. Kada se ultrazvučni talasi velike snage unesu u tekućine ili suspenzije, stvaraju se kavitacijski mjehurići. Ti kavitacijski mjehurići razbijaju veće mjehuriće plina za pročišćavanje u male mjehuriće i ravnomjerno ih raspoređuju, što rezultira bržim i čistijim učincima otplinjavanja. Intenzivno miješanje i turbulencije koje stvara ultrazvučna obrada potiču prijenos mase između plina i tekućine i time brzo uklanjanje neželjenih plinova.
Kako bi se propuhivanje ubrzalo i učinilo efikasnijim, visokoučinski ultrazvuk koristi se za sonomehaničko poboljšanje prijenosa mase između plina i tekućine. Sonomehanički učinci koje stvara akustična kavitacija uključuju lokalne razlike pritiska i temperature, mikroturbulencije i miješanje. Te sile poboljšavaju učinak otplinjavanja doprinoseći povećanju difuzijskog prijenosa mase zbog razbijanja i raspršivanja mjehurića te posljedičnog povećanja međufazne površine, što na kraju rezultira brzim uklanjanjem zarobljenih plinova iz tekućine.
Za postizanje željenih učinaka otplinjavanja potrebna je ultrazvučna obrada velike snage. Kada se tekućina propuhuje inertnim plinom u dvofaznom toku, poželjna je ispravljena difuzija (rectified diffusion) radi povećanja prijenosa mase i brzine uklanjanja otopljenih plinova. Primjena ispravljene difuzije može biti teška jer zarobljeni i otopljeni mjehurići plina pri nižim intenzitetima nastoje izbjeći ulazak u ultrazvučno kavitacijsko polje. Međutim, pri povišenim intenzitetima (većim od 300 W/cm² pri oko 20 kHz) mjehurići plina više ne izbjegavaju zonu kavitacije i razbijaju se sonomehaničkim silama. (usp. Jagannathan et al. 2011)

Ultrazvučni sistemi za otplinjavanje velike snage

Hielscher Ultrasonics je proizvođač visokoučinske ultrazvučne opreme s dugogodišnjim iskustvom, koja se širom svijeta koristi u laboratorijima i industrijskoj proizvodnji. Degasifikacija tekućina i suspenzija zahtjevna je primjena koja traži ultrazvučne sonde velike snage, koje mogu unijeti utvrđene amplitude u tekućine radi uklanjanja zarobljenih mjehurića plina i zračnih džepova. Svi Hielscher ultrazvučni uređaji projektirani su i proizvedeni za rad 24/7 pod punim opterećenjem. Ultrazvučni procesori dostupni su od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja snage 50 vati do snažnih inline ultrazvučnih sistema snage 16.000 vati. Široka paleta booster nastavaka, sonotroda i protočnih ćelija omogućava individualno postavljanje ultrazvučnog sistema za otplinjavanje u skladu s tekućinom, viskoznošću i inkluzijama plina.
Za deaeraciju i otplinjavanje tekućih metala potrebne su precizno podešene i održavane amplitude. Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinske ultrazvučne sonde koje su specificirane za vrlo procesno optimizirane amplitude i temperature. Ako vaša primjena otplinjavanja zahtijeva neuobičajene specifikacije, dostupne su sonotrode izrađene po narudžbi. Robusnost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher omogućava rad 24/7 u teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.

Šaržni i inline rad

Hielscher ultrazvučne sonde za degasifikaciju mogu se koristiti za šaržnu i kontinuiranu inline degasifikaciju i deaeraciju. U zavisnosti od volumena, viskoznosti i zarobljenih plinova preporučit ćemo vam najprikladniju postavku za ultrazvučno otplinjavanje.

Ultrazvučne sonde za otplinjavanje bilo kojeg volumena

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora kapaciteta za obradu količina koje se mjere kamionima na sat. Cijeli asortiman proizvoda omogućava nam da vam ponudimo najprikladniju opremu za ultrazvučno otplinjavanje za vašu tekućinu, procesni kapacitet i proizvodne ciljeve.

Precizno podesive amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher sistemi za ultrazvučno otplinjavanje mogu se precizno kontrolirati i stoga su pouzdani radni konji. Amplituda je jedan od ključnih procesnih parametara koji utječu na efikasnost i djelotvornost sonomehanički izazvane degasifikacije. Svi procesori kompanije Hielscher Ultrasonics omogućavaju precizno podešavanje amplitude. Sonotrode i booster nastavci pribor su koji omogućava izmjenu amplitude u još širem rasponu. Industrijski ultrazvučni procesori kompanije Hielscher mogu pružiti vrlo visoke amplitude i potreban ultrazvučni intenzitet za zahtjevne primjene. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano održavati u radu 24/7.
Precizne postavke amplitude i stalno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost da prilagodite parametre ultrazvučnog procesa za najdjelotvorniju ultrazvučnu degasifikaciju. Optimalna ultrazvučna obrada za visokoefikasno uklanjanje plina!
Robusnost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher omogućava rad 24/7 u teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima. Zahvaljujući tome ultrazvučna oprema kompanije Hielscher pouzdan je radni alat koji ispunjava zahtjeve vašeg procesa deaeracije.

Najviši kvalitet – projektirano i proizvedeno u Njemačkoj

Kao porodična firma u porodičnom vlasništvu i upravljanju, Hielscher daje prednost najvišim standardima kvaliteta za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrazvučni uređaji projektiraju se, proizvode i temeljito testiraju u našem sjedištu u Teltowu nadomak Berlina u Njemačkoj. Robusnost i pouzdanost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. Rad 24/7 pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika visokoučinskih otplinjača kompanije Hielscher.