Ultraheli degaseerimine ja kuumutamine vedelikega
Vedelike degaseerimine ja defoaming ultraheli abil on väga tõhus protsess. Ultraheli eemaldab vedelikust väikesed hõljuvad gaasimullid ja vähendab lahustunud gaasi taset alla loomuliku tasakaalu taseme.
Vedelike degaseerimine ja defoameerimine on vajalik mitmel eesmärgil, näiteks järgmiste protsesside jaoks:
- proovi ettevalmistamine enne osakeste suuruse mõõtmist, et vältida mõõtmisvigu
- õli ja määrdeainete degaseerimine enne pumpamist, et vähendada kavitatsioonist tingitud pumba kulumist
- vedelate toiduainete, nt mahla, kastme või veini degaseerimine, et vähendada mikroobide kasvu ja suurendada säilivusaega
- polümeeride ja lakkide degaseerimine enne pealekandmist, kõvenemist või vaakuminfusiooni
Vedelike ultraheliga toomisel põhjustavad kiirgavalt pinnalt vedelasse kandjasse 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 kogu mullipinna. Mullid on ka vedelikus hästi jaotunud. Lahustunud gaas migreerub nendesse vaakummullidesse läbi suure pindala ja suurendab mullide suurust.
Akustilised lained toetavad külgnevate mullide puudutamist ja koalestsentsi, mistõttu mullid kiirendavad kasvu. Ultrahelistamislained aitavad ka mullide raputamist laeva pinnast välja ja suruvad väiksemad mullid, mis jäävad allapoole vedeliku pinnast, tõusma läbi ja sulgema ümbritseva gaasi keskkonda.
Õli ultraheli degaseerimine Hielscher 200 Watts ultraheli protsessori abil.
Pane see katsesse
Vedelike degaseerimise ja defoameerimise protsessi saab kergesti nähtavaks teha. Värskelt valatud kraanivee klaaskeraamis sunnib ultraheliuuring väikesed rippuvad mullid liituma ja kiiresti üles liikuma. Seda efekti näete alloleval edenemispildil.
vee ultraheli degaseerimine (5 sekundit)
Segatud õli sisaldab suurt hulka rippmulle või vahtu. Eriti jahutusvedelike puhul on see probleem. Seal soodustavad gaasimullid kavitatsiooni, mis põhjustab kulumist pumpades või pihustites. Allolev edenemispilt näitab ultraheli defoaming efekti.
Ultraheli degaseerimine: Entrapped gaasimullid eemaldatakse õlist, kasutades ultrasonikaatorit UP400St
Ultrahelitöötlus tekitab väikesed vaakummullid selges, seiskunud vees. Need mullid täidavad lahustunud gaasiga, mis migreerub mullidesse. Järelikult mullid kasvavad ja liiguvad üles. Degaseerimisefekt on hästi nähtav igas poolläbipaistvas vedelikus.
Kuna ultraheli parandab väikeste rippuvate mullide tõusu vedelale pinnale, vähendab see ka mulli ja vedeliku vahelist kokkupuuteaega. Sel põhjusel piirab see gaasi lahustamist mullist ka vedelikuni. See pakub erilist huvi kõrgema viskoossusega vedelike, näiteks õlide või vaigude puhul. Kuna mullid peavad liikuma vedelale pinnale, töötab ultraheli degaseerimine paremini, kui mahuti on madal, nii et aeg pinnale on lühem.
Nähtava mõju kõrval
Degaseerimisefektide mõõtmine visuaalse kontrolli abil on piiratud täpsusega. Gaasisisalduse mõõtmised on täpsem viis ultraheli degaseerimise tõhususe kohta rääkimiseks.
Vedelikud sisaldavad teatud koguses lahustunud gaasi. Gaasi kontsentratsioon sõltub sellistest teguritest nagu temperatuur, ümbritseva õhu rõhk või vedeliku erutus. Püsivates tingimustes läheneb gaasi kontsentratsioon tasakaalule. Ultraheli degaseerimine muudab tingimusi, sest vedelik puutub kokku madala rõhu mullide ja agitatsiooniga. Seetõttu vähendab ultraheliuurus gaasi kontsentratsiooni vedelikus allapoole tasakaalutaset.
Kui ultrahelitöötlus peatub ja esialgsed tingimused taastatakse, läheneb gaasi kontsentratsioon aeglaselt uuesti esialgsele tasakaalutasemele, välja arvatud juhul, kui vedelik ei puutu kokku gaasiga, näiteks suletud pudelis. Kuna gaasi lahustamine vedelikku on üsna aeglane, on pärast ultrahelitöötlust võimalik töötada madala gaasivedelikuga. Seda efekti illustreerib allolev graafik.
Ultraheli degaseerimise illustratsioon
Degasioon enne emulgeerimist ja hajutamist
Ultraheli degaseerimine võib parandada dispersioonide ja emulsioonide kvaliteeti.
Probleem
Sageli sisaldavad emulsioonid ja dispersioonid pindaktiivseid aineid, et suurendada nende stabiilsust. Pindaktiivsed ained pärsivad hajutatud materjali kokkupuudet ja koalitsiooni või linnastut 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 näidud.
Lahendus
Stabiliseeritud gaasimullide probleemi vähendamiseks tuleb vedelikke ultraheliga degaseeruda. Enne dispergeerumisfaasi, näiteks õli või pulbri lisamist, sonikete vedelikku, kuni genereeritud mullide arv väheneb. Teistesse materjalidesse segamisel vältige segamise ajal uute mullide või keeristormi tekitamist. See suurendaks gaasisisaldust kiiresti.
Süsinikdioksiidi välja tõmbamine
Degaseerimise mõju kasutatakse gaseeritud jookide, näiteks kola, sooda või õlu sisaldavate purkide ja pudelite lekkimisel. Pudelilekke testimise kohta lisateabe saamiseks klõpsake siin.
Ultraheli degaseerimine lühidalt
Vedelike ultraheli degaseerimine toimib paremini järgmise seadistuse kasutamisel.
- Kandke madalaid kuni mõõdukaid ultraheli amplituudid!
- Kasutage suure pindalaga sonotroode, nt radiaalselt kiirgavad sonotroodid!
- Tagada madalrõhkkond või vaakum vedela pinna kohal!
- Kuumutage vedelikku, et vähendada selle viskoossust!
- Kasutage ultrahelitöötluse ajal või pärast seda gaasi eraldamiseks madalat mahutit!
- Vältige turbulentset agitatsiooni, et gaasimullid saaksid üles liikuda!
Ultraheli degaseerimist saab kasutada partii režiimis või tekstisiseselt. Sissevoolu korral tuleb paigaldada gaasi tühjenemise ootetoru ja rakendada gaasipumpa.