Meget effektiv afluftning af væsker ved hjælp af ultralyd

Mens afgasning eller udgasning ofte er et ekstremt tidskrævende procestrin, kan ultralydbehandling fremskynde sammensmeltningen af gasbobler og deres stigning betydeligt. Ultralydsafgasning kan bruges i batch- og inline-opsætninger og kan også kombineres med konventionelle afgasningsteknikker såsom sparging med inerte gasser, pumpehjulsafgassere, opvarmning eller vakuum for at forbedre effektiviteten og hastigheden af gasfjernelse.

Fjernelse af gas fra væsker

Udtrykkene afluftning, afgasning og udgasning refererer til fjernelse af frie og opløste gasser, især reaktive gasser som ilt eller CO2, fra en væske. Det er vigtigt at fjerne ilt for at forhindre skadelige ændringer i slutproduktet og forbedre downstream-behandlingen. Afgasning er et nødvendigt behandlingstrin for mange applikationer og industrier. I industriel produktion er afgasning et almindeligt procestrin for at sikre produktstabilitet, kvalitet og kontinuerlige produktstandarder. Ilt er en faktor, der påvirker produktkvaliteten og stabiliteten på forskellige niveauer.
Derfor er afluftning et etableret procestrin i fødevaren & Drikkevare-, kemisk-, farmaceutisk og kosmetisk industri. Men også i laboratorier kræver prøver ofte afgasning før analyse (f.eks. før HPLC, analyser, partikelmålinger osv.).
Ofte gør blandingsprocesser med f.eks. højforskydningsknive eller rotorpumpehjulsblandere ofte efterfølgende afgasning af produktet nødvendig, da disse blandingsteknikker ofte introducerer store mængder gasser i produktet. Sådanne gas- og luftindeslutninger har normalt negative virkninger på produktet, da de kan gøre fedtstoffer og olier harske, forringe produkter ved oxidation, misfarvning og uønskede ændringer af lugt og smag. Da afgassede produkter er kemisk mere stabile og har en længere holdbarhed, er afgasning et vigtigt forarbejdningstrin, der kræver en pålidelig teknik.
 

Ultralydsafgasning: Indespærrede gasbobler fjernes fra olie ved hjælp af ultralydsapparaten UP400St

Ultralydsafgasning og afluftning

Ultralydsafgasning og afluftning er et meget potent alternativ til traditionelle afgasningsmetoder af væsker, der inkluderer kogning, reduktion af tryk til vakuum eller sparging med inerte gasser. Disse traditionelle afgasningsmetoder har ofte ulemper såsom termisk nedbrydning (på grund af opvarmning), tids- og energikrævende behandling og/eller utilstrækkelig fjernelse af gas. Ultralydsafgasning er baseret på arbejdsprincippet om akustisk kavitation. Når ultralydsbølger med høj effekt kobles til en væske, komprimeres væsken og ekspanderes under henholdsvis højtryks- og lavtrykscyklusser. Under lavtrykscyklusser skabes små vakuumbobler (såkaldte kavitationsbobler), som vokser over flere trykcyklusser. Under disse cyklusser med boblevækst kommer de opløste gasser i væsken ind i vakuumboblen, så vakuumboblen omdannes til voksende gasbobler. Desuden forårsager mikroturbulenser og væskestråler intens omrøring og masseoverførsel. Disse ultralydsgenererede forhold forårsager gasboble-koalescens, som er foreningen af små opløste gasbobler til større gasbobler, som hurtigt stiger til overfladen af væsken, hvor de efterlader væsken.
Temperaturændringerne forårsaget af ultralydsvibrationer og kavitation er begrænset til meget små lokale rum, og temperaturstigningen i det samlede volumen kan overses, da det ikke forstyrrer produktkvaliteten.
 

Reduktion af opløst ilt med tid til ultralydsfrekvens på 24 kHz ved hjælp af sonikeren UP400ST ved amplituder på 100 %, 80 %, 60 %, 40 % og 20 %.
Undersøgelse: ©Rognerud et al., 2020.

 
Afhængig af væskens eller gyllens volumen, viskositet og gasindeslutninger kan ultralydsbeluftning køres som batch- eller inline-proces. En ultralydssonde med høj effekt udsender akustisk kavitation i væsken, så væsken effektivt afgasses.
Ultralydsafgasning kan også implementeres for at forbedre allerede eksisterende afgasningssystemer såsom opvarmning, vakuum eller sparging.
Ultralydsafgasning og skumdæmpning bruges i industriel skala til at fjerne opløste gasser fra vand, olier, fødevarer og drikkevarer, kemiske opløsninger, hydrauliske væsker, kølemidler, borevæsker, råolie, emulsioner, maling, blæk, klæbemidler, lakker, belægninger, epoxyer, shampoo, rengøringsmidler og mange andre produkter.
 

Ultralydsafgasning ved hjælp af en flowcelleopsætning. Dette eksperiment var en prototype af en lille vandsløjfe med et volumen på 0,8 gallon, inert gasstrøm på 0,2 sfcm/min og en intensitet på 275 W/cm2. Dette viser en reduktion i iltfjernelsestiden med ca. 70%.
Studie og billede: Rubio et al. 2016

Ultralydsafgasning i en inline-opsætning ved hjælp af ultralydsapparatet UIP1000hdT med flowcelle.

Ultralydsforbedret sparging

Sparging af væsker med inert gas (også kendt som inert gasrensning) er en almindelig behandling for at fjerne uønskede gasser såsom ilt og kuldioxid fra væsken. Til sprøjteapplikationer anvendes almindeligvis nitrogen, argon, helium og andre inerte gasser. Bobling af en opløsning med en gas med høj renhed (typisk inert) kan trække uønskede, typisk reaktive opløste gasser som ilt og kuldioxid ud. Sparging-processen er afhængig af masseoverførsel og er i sig selv en ret langsom procedure. For at intensivere sparging med inerte gasser omrøres den flydende gasopløsning ofte kraftigt og bobles i lang tid. Ultralydbehandling er en degasificeringsintensiverende teknik, der forbedrer masseoverførsel og derved sparging betydeligt. Når ultralydsbølger med høj effekt kobles til væsker eller opslæmninger, genereres kavitationsbobler. Disse kavitationsbobler bryder større udluftningsgasbobler op i små bobler og spreder boblerne ensartet, hvilket resulterer i hurtigere og renere afgasningseffekter. Den intense omrøring og turbulenser skabt af ultralydbehandling fremmer gas-væske masseoverførsel og derved hurtig fjernelse af uønskede gasser.
For at fremskynde og gøre sparging-proceduren mere effektiv bruges højtydende ultralyd til sonomekanisk at forbedre masseoverførselsydelsen mellem gas og væske. De sonomekaniske effekter, der genereres af akustisk kavitation, omfatter lokale tryk- og temperaturforskelle, mikroturbulenser og omrøring. Disse kræfter forbedrer afgasningsydelsen ved at bidrage til en stigning i den diffusive masseoverførsel på grund af boblebrydning, spredning og det efterfølgende øgede grænsefladeområde, hvilket i sidste ende resulterer i en hurtig fjernelse af indespærrede gasser fra væsken.
For at opnå de ønskede udgasningseffekter kræves ultralydbehandling med høj effekt. Når en væske skånes med en inert gas i et tofaset flow, ønskes ensrettet diffusion for at øge masseoverførsels- og fjernelseshastigheden af opløste gasser. Anvendelse af rektificeret diffusion kan være vanskelig, fordi indespærrede og opløste gasbobler har en tendens til at undgå at komme ind i ultralydskavitationsfeltet ved lavere intensiteter. Ved forhøjede intensiteter (højere end 300 W/cm² ved ca. 20 kHz) undgår gasbobler ikke længere kavitationszonen og brydes op af sonomekaniske kræfter. (jf. Jagannathan et al. 2011)

Højtydende ultralydsafgasningssystemer

Hielscher Ultrasonics er mangeårig erfaring producent af højtydende ultralydsudstyr, der bruges over hele verden i laboratorier og industriel produktion. Afgasning af væsker og gylle er en krævende applikation, der kræver ultralydssonder med høj effekt, som kan koble etablerede amplituder til væsker for at fjerne indespærrede gasbobler og luftlommer. Alle Hielscher ultralydsenheder er designet og fremstillet til at blive betjent 24/7 under fuld belastning. Ultralydsprocessorer er tilgængelige fra kompakte 50 watt laboratorie ultralydapparater til 16.000 watt kraftfulde inline ultralydssystemer. En bred vifte af boosterhorn, sonotroder og flowceller giver mulighed for individuel opsætning af et ultralydsafgasningssystem i overensstemmelse med væsken, viskositeten og gasindeslutningerne.
Til afluftning og udgasning af flydende metaller kræves præcist indstillede og vedligeholdte amplituder. Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydssonder, der er specificeret til meget procesoptimerede amplituder og temperaturer. Hvis din afgasningsapplikation kræver usædvanlige specifikationer, er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.

batch og inline

Hielscher ultralydssonder til afgasning kan bruges til batch og kontinuerlig inline afgasning og afluftning. Afhængig af volumen, viskositet og indespærrede gasser vil vi anbefale dig den bedst egnede ultralydsudgasningsopsætning.

Ultralydssonder til afgasning af ethvert volumen

Hielscher Ultrasonics produktsortiment dækker hele spektret af ultralydsprocessorer fra kompakte laboratorieultralydapparater over bord- og pilotsystemer til fuldt industrielle ultralydsprocessorer med kapacitet til at behandle lastbiler i timen. Det komplette produktsortiment giver os mulighed for at tilbyde dig det bedst egnede ultralydsafgasningsudstyr til dine væske-, proceskapacitets- og produktionsmål.

Præcist kontrollerbare amplituder for optimale resultater

Alle Hielscher ultralydsafgasningssystemer er præcist kontrollerbare og dermed pålidelige arbejdsheste. Amplituden er en af de afgørende procesparametre, der påvirker effektiviteten af sonomekanisk induceret afgasning. Alle Hielscher ultralydsapparater’ Processorer giver mulighed for den præcise indstilling af amplituden. Sonotroder og boosterhorn er tilbehør, der gør det muligt at ændre amplituden i et endnu bredere område. Hielschers industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder og levere den krævede ultralydsintensitet til krævende applikationer. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift.
Præcise amplitudeindstillinger og permanent overvågning af ultralydsprocesparametrene via smart software giver dig mulighed for at justere ultralydsprocesparametrene for den mest effektive ultralydsafgasning. Optimal sonikering til meget effektiv fjernelse af gas!
Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer. Dette gør Hielschers ultralydsudstyr til et pålideligt arbejdsredskab, der opfylder dine krav til afluftningsprocessen.

Højeste kvalitet – Designet og fremstillet i Tyskland

Som en familieejet og familiedrevet virksomhed prioriterer Hielscher de højeste kvalitetsstandarder for sine ultralydsprocessorer. Alle ultralydapparater er designet, fremstillet og grundigt testet i vores hovedkvarter i Teltow nær Berlin, Tyskland. Robustheden og pålideligheden af Hielschers ultralydsudstyr gør det til en arbejdshest i din produktion. 24/7 drift under fuld belastning og i krævende miljøer er en naturlig egenskab ved Hielschers højtydende afgassere.