Ultrazvukové odplyňování a pěnicí Liquids
Odplyňování a hanobení kapalin pomocí ultrazvuku je velmi účinný proces. Ultrazvuku odstraňuje malé suspendované plynové bubliny z kapaliny a snižuje hladinu rozpuštěného plynu pod přirozenou rovnovážnou úrovní.
Odplyňování a hanobení kapalin je vyžadováno pro mnoho účelů, jako jsou následující procesy:
- příprava vzorku před měřením velikosti částic, aby se zabránilo chybám měření
- odplyňování oleje a maziva před čerpáním, aby se snížilo opotřebení čerpadla v důsledku kavitace
- odplyňování tekutých potravin, např. šťávy, omáčky nebo vína, za spoďárů, aby se snížil mikrobiální růst a zvýšila doba použitelnosti
- odplynění polymerů a laků před aplikací, vytvrzováním nebo vakuovou infuzí
Při sonikaci kapalin vedou zvukové vlny, které se šíří z vyzařujícího povrchu do kapalných médií, střídavé vysokotlaké a nízkotlaké cykly s rychlostmi v závislosti na frekvenci. Během nízkotlaké cykly mohou ultrazvukové vlny vytvářet malé vakuové bubliny nebo dutiny v kapalině. Velké množství malých bublin vytváří vysokou celkovou plochu bubliny. Bubliny jsou také dobře rozloženy v kapalině. Rozpuštěný plyn migruje do těchto vakuových bublin přes velkou plochu a zvyšuje velikost bublin.
Tyto akustické vlny podporují dotykem a koalescenci sousedních bublin vedoucí ke zrychlení růstu bublin. Sonikace vlny také pomůže setřást bubliny od povrchů cév a donutí menší bubliny odpočívá a pod povrch kapaliny se přes zvednout a uvolnit zachycený plyn pro životní prostředí.
Ultrazvukové odplynění oleje pomocí ultrazvukového procesoru Hielscher 200 Watts.
Dát ji na test
Proces odplyňování a hanobení kapalin lze snadno zviditelnit. Ve skleněné kádince čerstvě nalité vody z vodovodu, ultrazvuku bude nutit malé zavěšené bubliny, aby se slučují a rychle se pohybují. Tento efekt můžete vidět na obrázku průběhu níže.
ultrazvukové odplynění vody (5 sekund)
Protřepává olej obsahuje vysoký počet suspendovaných bublin nebo pěny. Zejména v chladicích kapalinách je to problém. Tam plynové bubliny podporují kavitaci vyvolané opotřebením čerpadel nebo trysek. Obrázek pokroku níže ukazuje ultrazvukový efekt hanobení.
Ultrazvukové odplyňování: Entrapped plynové bubliny jsou odstraněny z oleje pomocí ultrasonicator UP400St
Sonikace vytvoří malé vakuové bubliny v čisté, zatuchlé vodě. Tyto bubliny se plní rozpuštěným plynem, který migruje do bublin. V důsledku toho bubliny rostou a pohybují se nahoru. Odplyněný účinek je dobře viditelný v jakékoli průsvitné kapalině.
Jak ultrazvuk zlepšuje stoupání malých suspendovaných bublin na tekutý povrch, zkrachuje také doba kontaktu mezi bublinou a kapalinou. Z tohoto důvodu omezuje opětovné rozpuštění plynu z bubliny také na kapalinu. To je obzvláště zajímavé pro kapaliny s vyšší viskozitou, jako jsou oleje nebo žíly. Vzhledem k tomu, že bubliny se musí přesunout na tekutý povrch, ultrazvukové odplynění funguje lépe, pokud je nádoba mělká, takže doba na povrch je kratší.
Mimo viditelné účinky
Přesnost měření odplyněných efektů vizuální kontrolou je omezená. Měření obsahu plynu jsou přesnější způsob, jak říci o účinnosti ultrazvukového odplynění.
Tekutiny obsahují určité množství rozpuštěného plynu. Koncentrace plynu závisí na faktorech, jako je teplota, okolní tlak nebo míchání kapaliny. Za stálých podmínek se koncentrace plynu přiblíží rovnováze. Ultrazvukové odplynění změní podmínky, protože kapalina je vystavena nízkotlaké bubliny a míchání. Proto ultrazvuku sníží koncentraci plynu v kapalině pod rovnovážnou úroveň.
Když se sonikace zastaví a počáteční podmínky se znovu stanoví, koncentrace plynu se pomalu znovu přiblíží počáteční rovnovážné úrovni, pokud kapalina není vystavena žádnému plynu, např. Vzhledem k tomu, že opětovné rozpuštění plynu do kapaliny je poměrně pomalé, je možné pracovat s kapalinou s nízkým obsahem plynu po použití ultrazvuku. Tento efekt ilustruje níže uvedený graf.
Ilustrace ultrazvukového odplynění
Odplynění před emulgačním a dispergačním
Ultrazvukové odplynění může zlepšit kvalitu disperzí a emulzí.
Problém
Často emulze a disperze obsahují povrchově aktivní látky, aby se zvýšila jejich stabilita. Povrchově aktivní látky inhibují kontakt a slučování nebo aglomerace dispergované hmoty v kapalné fázi. Za tímto způsobem budou povrchově aktivní látky tvořit vrstvu kolem každé částice. Stejné povrchově aktivní látky mohou také zapouzdřit plynové bubliny, které jsou zavěšeny v kapalné fázi. Takové stabilizované bubliny se mohou ukázat jako velmi robustní. Stabilizované bubliny spotřebovávají povrchově aktivní činidlo, snižují kvalitu emulze nebo disperze a mohou generovat nepravidelné údaje při měření velikosti částic.
Řešení
Aby se snížil problém stabilizovaných plynových bublin, měly by být kapaliny odpykovány sonikací. Před přidáním disperzní fáze, jako je olej nebo prášek, sonikujte kapalinu, dokud se nesnížuje počet vytvořených bublin. Při míchání v jiných materiálech se vyhněte vytváření nových bublin nebo víru během míchání. To by rychle zvýšilo obsah plynu.
Nutit Carbon Dioxide Out
Účinek odplynění se používá při úniku-testování plechovek a lahví obsahujících šumivé nápoje, jako je například cola, soda nebo pivo. Chcete-li získat další informace o testování těsnosti lahví, klikněte sem.
Ultrazvukové odplyňování ve zkratce
Ultrazvukové odplynění kapalin funguje lépe při použití následujícího nastavení.
- Aplikujte nízké až střední ultrazvukové amplitudy!
- Používejte sozotrody s velkou plochou povrchu, např. radiálně emitující sonorody!
- Při sonikaci zajistěte nízký tlak nebo vakuum nad povrchem kapaliny!
- Zahřejte kapalinu, abyste snížili její viskozitu!
- Pro separaci plynu během nebo po použití ultrazvuku použijte mělkou nádobu!
- Vyhněte se turbulentnímu míchání, aby se plynové bubliny mohly posunout nahoru!
Ultrazvukové odplynění lze použít v dávkovém režimu nebo inline. V případě inline provozu by mělo být instalováno samostatné potrubí pro vypouštění plynu a mělo by být použito plynové čerpadlo.