Vedelike ultraheli degaseerimine ja vahutamine

Vedelike degaseerimine ja vahutamine ultraheli abil on väga tõhus protsess. Ultraheli eemaldab vedelikust väikesed suspendeeritud gaasimullid ja vähendab lahustunud gaasi taset alla loodusliku tasakaalu taseme.

Vedelike degaseerimine ja vahuärastustamine on vajalik paljudel eesmärkidel, näiteks järgmistel protsessidel:

• proovi ettevalmistamine enne osakeste suuruse mõõtmist, et vältida mõõtmisvigu
• õli ja määrdeaine degaseerimine enne pumpamist, et vähendada kavitatsioonist tingitud pumba kulumist
• vedelate toiduainete, nt mahla, kastme või veini degaseerimine, et vähendada mikroobide kasvu ja pikendada säilivusaega
• polümeeride ja lakkide degaseerimine enne pealekandmist, kõvenemist või vaakuminfusiooni

Vedelike ultraheliga töötlemisel põhjustavad kiirgavalt pinnalt vedelasse keskkonda levivad helilained vahelduvaid kõrgsurve- ja madalrõhutsükleid, mille kiirus sõltub sagedusest. Madala rõhu tsükli ajal võivad ultraheli lained tekitada vedelikus väikesed vaakummullid või tühimikud. Väikeste mullide suur arv tekitab suure mullide kogupindala. Mullid on ka vedelikus hästi jaotunud. Lahustunud gaas migreerub nendesse vaakummullidesse suure pindala kaudu ja suurendab mullide suurust.
Akustilised lained toetavad külgnevate mullide puudutamist ja ühendamist, mis viib mullide kiirenenud kasvuni. Ultrahelitöötluse lained aitavad ka raputada mullid laeva pindadelt ja sunnivad väiksemaid mullid, mis asuvad vedeliku pinna all, tõusma läbi ja vabastama kinnipüütud gaasi keskkonda.

Pange see proovile

Vedelike degaseerimise ja vahutamise protsessi saab kergesti nähtavaks teha. Värskelt valatud kraanivee klaasist keeduklaasis sunnib ultraheliuuring väikesed suspendeeritud mullid ühinema ja kiiresti üles liikuma. Seda efekti näete alloleval edenemispildil.

Vee ultraheli degaseerimine (5 sekundit)

Segatud õli sisaldab suurt hulka suspendeeritud mulle või vahtu. Eriti jahutusvedelikes on see probleem. Seal soodustavad gaasimullid pumpade või düüside kavitatsioonist tingitud kulumist. Allolev edenemispilt näitab ultraheli vahutamise efekti.

Ultraheli degaseerimine: Kinnijäänud gaasimullid eemaldatakse õlist, kasutades ultrasonikaatorit UP400St

Sonikatsioon tekitab väikesed vaakummullid selges, vananenud vees. Need mullid täituvad lahustunud gaasiga, mis migreerub mullidesse. Järelikult mullid kasvavad ja liiguvad üles. Degaseeriv toime on hästi nähtav igas poolläbipaistvas vedelikus.
Kuna ultraheli parandab väikeste suspendeeritud mullide tõusu vedeliku pinnale, vähendab see ka mulli ja vedeliku kokkupuuteaega. Sel põhjusel piirab see ka gaasi uuesti lahustumist mullist vedelikku. See pakub erilist huvi suurema viskoossusega vedelike, näiteks õlide või vaigude puhul. Kuna mullid peavad liikuma vedelale pinnale, toimib ultraheli degaseerimine paremini, kui mahuti on madal, nii et aeg pinnale on lühem.

Lisaks nähtavatele efektidele

Degaseeriva mõju mõõtmine visuaalse vaatluse teel on piiratud täpsusega. Gaasisisalduse mõõtmised on täpsem viis ultraheli degaseerimise efektiivsusest teada saada.

Vedelikud sisaldavad teatud koguses lahustunud gaasi. Gaasi kontsentratsioon sõltub sellistest teguritest nagu temperatuur, ümbritsev rõhk või vedeliku segamine. Püsivates tingimustes läheneb gaasi kontsentratsioon tasakaalule. Ultraheli degaseerimine muudab tingimusi, sest vedelik puutub kokku madala rõhu mullidega ja segamisega. Seetõttu vähendab ultraheliuuring gaasi kontsentratsiooni vedelikus alla tasakaalutaseme.
Kui ultrahelitöötlus peatub ja algtingimused taastatakse, läheneb gaasi kontsentratsioon aeglaselt uuesti algsele tasakaalutasemele, välja arvatud juhul, kui vedelik ei puutu kokku gaasiga, nt suletud pudelis. Kuna gaasi uuesti lahustumine vedelikku on üsna aeglane, on pärast ultrahelitöötlust võimalik töötada madala gaasisisaldusega vedelikuga. Allolev graafik illustreerib seda efekti.

Illustratsioon vee ultraheli degaseerimisest

Degaseerimine enne emulgeerimist ja dispergeerimist

Ultraheli degaseerimine võib parandada dispersioonide ja emulsioonide kvaliteeti.

Probleem

Sageli sisaldavad emulsioonid ja dispersioonid pindaktiivseid aineid, et suurendada nende stabiilsust. Pindaktiivsed ained pärsivad dispergeeritud materjali kokkupuudet ja koalestsentsi või aglomeratsiooni vedelas faasis. Selleks moodustavad pindaktiivsed ained iga osakese ümber kihi. Samad pindaktiivsed ained võivad kapseldada ka vedelas faasis suspendeeritud gaasimulle. Sellised stabiliseeritud mullid võivad osutuda väga tugevaks. Stabiliseeritud mullid tarbivad pindaktiivset ainet, vähendavad emulsiooni või dispersiooni kvaliteeti ja võivad osakeste suuruse mõõtmisel tekitada ebakorrapäraseid näitu.

Lahendus: ultraheli degaseerimine

Stabiliseeritud gaasimullide probleemi vähendamiseks tuleb vedelikud ultrahelitöötlusega degaseerida. Enne dispergeeritud faasi, näiteks õli või pulbri lisamist sonikeerige vedelikku, kuni tekkinud mullide arv väheneb. Teiste materjalide segamisel vältige segades uute mullide või keerise tekkimist. See suurendaks kiiresti gaasisisaldust.
 

Veepõhine puurimuda enne ja pärast ultraheliga degaseerimist sonikaatoriga UIP1000hd
Amani jt 2016. aasta uuring ja pilt

Süsinikdioksiidi väljatõrjumine

Degaseerimise mõju kasutatakse gaseeritud jooke, nagu koola, sooda või õlu, sisaldavate purkide ja pudelite lekkekatsetes. Pudelilekke testimise kohta lisateabe saamiseks klõpsake siin.

Ultraheli degaseerimine lühidalt

Vedelike ultraheli degaseerimine toimib paremini järgmise seadistuse kasutamisel.

• Rakenda madalad kuni mõõdukad ultraheli amplituudid!
• Kasutage suure pindalaga sonotroode, nt radiaalselt kiirgavaid sonotroode!
• Ultraheliga töötlemise ajal tagage vedeliku pinna kohal madal rõhk või vaakum!
• Kuumutage vedelikku, et vähendada selle viskoossust!
• Kasutage madalat mahutit gaasi eraldamiseks ultrahelitöötluse ajal või pärast seda!
• Vältige turbulentset segamist, et gaasimullid saaksid üles liikuda!

Ultraheli degaseerimist saab kasutada partiirežiimis või inline. Inline-töö korral tuleb paigaldada gaasi tühjendamiseks mõeldud tugitoru ja rakendada gaasipumpa.

Kirjandus / Viited