Hielscher – Ultraschall-Technologie

Entgasen und Entschäumen von Flüssigkeiten mittels Ultraschall

Das Entgasen und Entschäumen von Flüssigkeiten ist eine der vielen Anwendungen der Ultraschallgeräte aus dem Hause Hielscher. Hierbei wird die beschallte Flüssigkeit von Mikrobläschen befreit, und die Konzentration gelöster Gase kann unter das natürliche Gleichgewichtsniveau gesenkt werden.

Flüssigkeiten müssen aus vielen Gründen für verschiedene Anwendungen entgast werden, z. B.

  • zur Vorbereitung von Proben vor der Partikelgrößenmessung, um Messfehler zu vermeiden
  • das Entgasen und Entschäumen von Ölen und Schmierstoffen vor dem Pumpen, um den durch Kavitation hervorgerufenen Pumpenverschleiß zur reduzieren
  • das Entgasen von flüssigen Lebensmitteln, wie z.B. Säfte, Saucen oder Wein, um das Wachstum aerober Mikroben zu reduzieren und damit die Haltbarkeit der Lebensmittel zu erhöhen
  • Entgasen und Entschäumen von Polymeren und Lacken vor der Verwendung oder vor dem Härten

Bei der Beschallung von Flüssigkeiten erzeugen die durch die Flüssigkeit dringenden Schallwellen einen alternierenden Zyklus von Überdruck (Kompression) und Unterdruck (Rarefaktion). Infolge des Unterdrucks können im Ultraschallfeld kleine Vakuumblasen (Hohlräume) entstehen. Durch die geringe Blasengröße und die erhebliche Anzahl an Bläschen ergibt sich eine sehr hohe Blasengesamtoberfläche in der Flüssigkeit, auf deren einen Seite sich ein Vakuum und auf der anderen Seite sich die zu entgasende Flüssigkeit befindet. Außerdem sind die Blasen sehr gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt. Das in der Flüssigkeit gelöste Gas migriert über diese große Oberfläche zügig in die Vakuumblasen und lässt diese aufgrund des steigenden Drucks wachsen. Die Ultraschallwellen unterstützen die Annäherung und das Zusammenwachsen nahegelegener Blasen und führen so zu einem beschleunigten Blasenwachstum. Außerdem können die Ultraschallwellen Bläschen von der Gefäßwand abschütteln und Bläschen, welche sich unter der Flüssigkeitsoberfläche befinden, durch die Oberfläche hindurchdringen lassen. So können die Blasen das enthaltene Gas an die Umgebungsluft abgeben.

Einfaches Erproben

Das ultraschallgestützte Entgasen und Entschäumen von Flüssigkeiten kann sehr einfach sichtbar gemacht werden. In einem frisch befüllten Becherglas führt die Beschallung zu einem Zusammenwachsen der kleinen Mikrobläschen (Trübung), welche dadurch schneller aufsteigen. Im Folgenden sehen Sie zwei Bilder, welche diesen Effekt veranschaulichen. Bitte klicken Sie auf das jeweilige Bild, um es zu vergrößern.

Entgasen und Entschäumen von Wasser mittels Ultraschall
Entgasen von Wasser (5 Sekunden)

Turbulent bewegtes bewegtes Öl enthält eine große Anzahl feinerer Bläschen (Schaum). Besonders bei Kühlflüssigkeiten stellen diese Bläschen ein Problem dar, da sie den Verschleiß in Pumpen und Düsen verursachen. The picture shows you to the Ultraschall bewirkten Entschäumungseffekt. Bitte klicken Sie auf das jeweilige Bild, um dieses zu sehen. to vergrößern.

Entgasen and Entschäumen von Wasser mittels Ultraschall
Entschäumen von Öl (5 Sekunden)

Self in abgestandenem Wasser (z. B. nach 24h), erzeugt the Ultraschall kleine Vakuumbläschen im klaren Wasser. That Blasen take the Gas from the Flüssigkeit on the surface, are are a surface, öffnen they and give the gas an the environment of. This effect can in all transparent and transluzenten Flüssigkeiten leicht beobachtet werden. Ultraschall beschleunigt also the Aufsteigen of Blasen. This effect is particularly to Stoffen with higher Viskosität, as z. B. Öl or Polymeren interest. In diesem Fall wird die erhöhte Aufstiegsgeschwindigkeit der Zeit, die die Blasen bis zur Oberfläche benötigt. Die Re-Migration der Blase enthaltenen Gase in der Flüssigkeit wird dadurch deutlich reduziert. Da die Blasen zur Oberfläche aufsteigen müssen, ist die Verwendung einer relativ flachen Gefäßes vorteilhaft.

Jenseits des Sichtbaren

Die optische Bewertung von Entgasungen ist nur beschränkt aussagekräftig im Vergleich zu quantitativen Messverfahren. Flüssigkeiten weisen eine bestimmte Konzentration gelöster Gase auf. This Konzentration hängt von vielen Faktoren, wie z. B. der Temperatur, dem Umgebungsdruck oder der turbulenten Bewegung der Flüssigkeit ab. Unter konstanten Umgebungsbedingungen stellt sich ein Gaskonzentrationsgleichgewicht ein. The Einsatz of Ultraschall verändert the environment conditions, the Flüssigkeit vacuumbläschen and turbulenten Strömungen ausgesetzt is. Aus diesem Grund ist die Beschallung zu einer Absenkung der Konzentrationsgleichgewichtswerte möglich. – Die Gaskonzentration sinkt. Its the Beschallung beendet and are the alten Umgebungsparameter wieder hergestellt, so nähert sich die Gaskonzentration langsam dem ursprünglichen Gleichgewichtswert an, the Gas through the Flüssigkeitsoberfläche in the Flüssigkeit gelangt. This effect can be stored, that the Flüssigkeit in a Behälter without Gas aufbewahrt wird. Da die Re-Migration der Gase sehr langsam erfolgt, kann in der Zwischenzeit mit der entgasten Flüssigkeit gearbeitet werden. The presentation presents the oben beschriebenen Ablauf grafisch dar.

Illustration der Entgasung mittels Ultraschall

Entgasen for the Emulgieren and Dispergieren

The Entgasen and Entschäumen mittels Ultraschall kann die Qualität von Emulsionen und Dispersionen erheblich verbessern.

Das Problem

Um Emulsionen und Dispersionen to stabilization, are of Hilfsstoffe (oberflächenaktive Substanzen) zugesetzt. This Stoffe to the Aneinanderhaften and the Zusammenwachsen of the einzelnen Partikel. In diesem Fall werden die oberflächenaktiven Substanzen eine Schicht aus den dispergierten oder emulgierten Partikeln gebildet. This Schicht can be but also as a Gasbläschen bilden. Auf diese Weise stabilisierte Bläschen können sehr robust sein. Durch diese Blasen erhöht sich gleichzeitig der Bedarf an Zusatzstoffen, die die Qualität der Emulsion oder Dispersion reduzieren und eine zuverlässige Partikelgrößenbestimmung ermöglichen.

Die Lösung

Um das Problem zu lösen, stabilisiert Gasbläschen zur Vermeidung, können die Flüssigkeiten für die Emulsionen und Dispergieren einfach durch Beschallung entgast werden. In diesem Fall wird die Flüssigkeit für die Einmischen der dispergierten Phase verwendet, bis zu deren Anzahl aufsteigende Blasen erheblich reduziert werden. Beim Eintreten der dispersen Phase sollte darauf geachtet werden, dass die Bildung neuer Blasen verhindert wird, indem die Erzeugung turbulenter Strömungen vermieden wird. Andernfalls würde sich der Gasgehalt schnell wieder erhöhen.

Kohlendioxid aus Flüssigkeiten zur Leckageprüfung

Der Effekt des Entgasens kann auch vollkommen anders verwendet werden. Bei der Leckageprüfung von Flaschen und Dosen mit Kohlensäurehaltigen Getränken, wie Bier, Cola oder Mineralwasser, wird das enthaltene CO2 durch die Gefäßwand und den Behälterinnendruck deutlich gesteigert. Klicken Sie hier, um mehr über diese Anwendung zu erfahren.

Zusammenfassung: Entgasen mit Ultraschall

The Entgasen of Flüssigkeiten mittels Ultraschall funktioniert besser, if Sie:

  • kleine bis mittlere Amplitude verwenden
  • Sonotroden mit mittlerer bis großer Oberfläche einsetzen
  • the over the Flüssigkeit Herrschenden Gasdruck reduzieren (z. B. B. Vakuum)
  • the Flüssigkeit erwärmen
  • one flachen Behälter verwenden
  • turbulente Strömungen vermeiden

The Entgasen via Ultraschall kann sowohl im Batch als auch im Durchfluss geschehen. The Inline-Einsatz should a Gasabführung with Gaspumpe installed are.

Mehr Informationen zum Thema Ultraschall-Entgasen

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Entgasen von Öl mittels UP200S mit Sonotrode S40

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