Ultrasonic afgasning og Defoaming af væsker
Afgasning og afsaltning af væsker ved hjælp af ultralyd er en meget effektiv proces. Ultralydbehandling fjerner små ophængte gasbobler fra væsken og reducerer niveauet af opløst gas under det naturlige ligevægtsniveau.
Afgasning og afsaltning af væsker er påkrævet til mange formål, såsom følgende processer:
- prøveforberedelse før partikelstørrelsesmåling for at undgå målefejl
- olie og smøremiddel afgasning før pumpning for at reducere pumpe slid på grund af kavitation
- afgasning af flydende fødevarer, f.eks. saft, sauce eller vin, for at reducere mikrobiel vækst og øge holdbarheden
- afgasning af polymerer og lakker inden påføring, hærdning eller vakuuminfusion
Ved sonisering af væsker resulterer de lydbølger, der spredes fra den udstrålende overflade til det flydende medie, i vekslende højtryks- og lavtrykscyklusser med hastigheder afhængigt af frekvensen. Under lavtrykscyklussen kan ultralydbølgerne skabe små vakuumbobler eller hulrum i væsken. Det store antal små bobler genererer et højt samlet bobleoverfladeareal. Boblerne er også godt fordelt i væsken. Opløst gas migrerer ind i disse vakuumbobler via det store overfladeareal og øger boblernes størrelse.
De akustiske bølger støtter rørende og sammensmeltning af tilstødende bobler, der fører til en accelereret vækst af boblerne. De sonikering bølger vil også hjælpe til at ryste bobler off overflader fartøj og vil tvinge mindre bobler hvile under væskeoverfladen at stige op gennem og frigiver det indesluttede gas til miljøet.
Ultralyd afgasning af olie ved hjælp af en Hielscher 200 Watts ultralyd processor.
Sæt det på prøve
Processen med afgasning og afsaltning af væsker kan let synliggøres. I et glasbæger af frisk hældt postevand vil ultralydbehandling tvinge de små suspenderede bobler til at samle sig og bevæge sig hurtigt op. Du kan se denne effekt i statusbilledet nedenfor.
ultralyd afgasning af vand (5 sekunder)
Ophidset olie indeholder et stort antal ophængte bobler eller skum. Især i kølemidler er dette et problem. Der, gasboblerne fremme kavitation induceret slid i pumper eller dyser. Fremskridtsbilledet nedenfor viser ultralydsdefoamingeffekten.
Ultralyd afgasning: Entrapped gasbobler fjernes fra olie ved hjælp af ultralydsapparatet UP400St
Sonikering vil generere små vakuumbobler i klart, forældet vand. Disse bobler fyldes med opløst gas, der migrerer ind i boblerne. Derfor vokser boblerne og bevæger sig op. Afgasningseffekten er godt synlig i enhver gennemskinnelig væske.
Da ultralyd forbedrer stigningen af små suspenderede bobler til væskeoverfladen, reducerer det også kontakttiden mellem boblen og væsken. Af denne grund begrænser det også opløsningen af gas fra boblen til væsken. Dette er af særlig interesse for højere viskositet væsker, såsom olier eller harpikser. Da boblerne skal flytte til den flydende overflade, fungerer ultralydsafgasningen bedre, hvis beholderen er lavvandet, så tiden til overfladen er kortere.
Ud over de synlige effekter
Målingen af afgasningseffekterne ved visuel inspektion er begrænset i nøjagtighed. Gasindholdsmålinger er en mere præcis måde at fortælle om ultralydsafgasningseffektivitet.
Væsker indeholder en vis mængde opløst gas. Koncentrationen af gas afhænger af faktorer, såsom temperatur, omgivende tryk eller omrøring af væsken. Under konstante forhold vil gaskoncentrationen nærme sig en ligevægt. Ultralyd afgasning vil ændre betingelserne, fordi væsken udsættes for lavtryksbobler og agitation. Derfor vil ultralydbehandling sænke gaskoncentrationen i væsken til under ligevægtsniveauet.
Når sonikeringen stopper, og de indledende betingelser genetableres, vil gaskoncentrationen langsomt nærme sig det oprindelige ligevægtsniveau igen, medmindre væsken ikke udsættes for gas, f.eks. i en lukket flaske. Fordi opløsningen af gas i væsken er ret langsom, er det muligt at arbejde med lavgasvæsken efter sonikering. Grafen nedenfor illustrerer denne effekt.
Illustration af ultralydsafgasning
Afgasning før Emulgatorer og dispergering
Ultralyd afgasning kan forbedre kvaliteten af dispersioner og emulsioner.
Problemet
Ofte indeholder emulsioner og dispersioner overfladeaktive stoffer for at øge deres stabilitet. Overfladeaktive stoffer vil hæmme kontakt og sammensmeltning eller agglomeration af det spredte materiale i væskefasen. Til dette vil overfladeaktive stoffer danne et lag omkring hver partikel. De samme overfladeaktive stoffer kan også indkapsle gasbobler, der er suspenderet i væskefasen. Sådanne stabiliserede bobler kan vise sig at være meget robuste. Stabiliserede bobler forbruger overfladeaktivt middel, reducerer kvaliteten af emulsionen eller spredningen og kan generere uregelmæssige aflæsninger, når partikelstørrelsen måles.
Løsningen
For at reducere problemet med stabiliserede gasbobler bør væsker afgasses ved sonikering. Før du tilføjer dispergeringsfasen, såsom olie eller pulver, skal væsken sonikeres væsken, indtil antallet af genererede bobler reduceres. Når du blander i andre materialer, undgå at generere nye bobler eller en hvirvel under omrøring. Dette ville øge gasindholdet hurtigt.
At tvinge Kuldioxid Out
Effekten af afgasning bliver brugt i læk-test af dåser og flasker med kulsyreholdige drikkevarer, såsom cola, sodavand eller øl. Klik her for at få mere information om flaskelækagetest.
Ultrasonic Afgasning in Brief
Ultralydafgasning af væsker fungerer bedre, når du bruger følgende opsætning.
- Påfør lavt til moderat ultralyd amplituder!
- Brug sonotoder med et stort overfladeareal, f.eks.
- Sørg for et lavt tryk eller vakuum over væskeoverfladen, mens du sonicerer!
- Varm væsken, for at reducere dens viskositet!
- Brug en lavvandet beholder til gasseparationen under eller efter sonikeringen!
- Undgå turbulent omrøring, så gasboblerne kan bevæge sig op!
Ultralyd afgasning kan bruges i batchtilstand eller inline. I tilfælde af en inline-operation skal der installeres et standrør til udledning af gassen, og der skal anvendes en gaspumpe.