Vedelike väga tõhus õhueemaldus ultraheli abil

Kuigi gaasieemaldus ehk degaseerimine on sageli äärmiselt aeganõudev protsessietapp, võib ultraheli töötlus gaasimullide koalestsentsi ja nende tõusu oluliselt kiirendada. Ultraheli abil toimuvat gaasieemaldust saab kasutada perioodilistes ja läbivoolusüsteemides ning seda saab kombineerida ka tavapäraste degaseerimismeetoditega, nagu inertgaasidega barboteerimine, tiivikdegaseerijad, kuumutamine või vaakum, et parandada gaasieemalduse tõhusust ja kiirust.

Gaasi eemaldamine vedelikest

Mõisted õhueemaldus, degaseerimine ja gaasieemaldus tähistavad vabade ja lahustunud gaaside, eriti reaktiivsete gaaside, nagu hapnik või CO2, eemaldamist vedelikust. Hapniku eemaldamine on oluline, et vältida lõpptoote kahjulikke muutusi ja parandada järgnevat töötlemist. Degaseerimine on paljude rakenduste ja tööstusharude jaoks vajalik töötlemisetapp. Tööstuslikus tootmises on degaseerimine tavaline protsessietapp, mis tagab toote stabiilsuse, kvaliteedi ja ühtlased tootestandardid. Hapnik on tegur, mis mõjutab toote kvaliteeti ja stabiilsust mitmel tasandil.
Seetõttu on õhueemaldus väljakujunenud protsessietapp toidu- ja joogitööstuses, keemia-, farmaatsia- ja kosmeetikatööstuses. Kuid ka laborites vajavad proovid sageli degaseerimist enne analüüsi (nt enne HPLC-d, analüüse, osakeste mõõtmisi jne).
Sageli teevad segamisprotsessid, kus kasutatakse nt suure nihkejõuga labasegisteid või pöörlevaid tiiviksegisteid, toote järgneva degaseerimise vajalikuks, kuna need segamismeetodid viivad tootesse tavaliselt suurel hulgal gaase. Sellised gaasi- ja õhusulused avaldavad tootele tavaliselt negatiivset mõju, kuna need võivad muuta rasvad ja õlid mädanema, rikkuda tooteid oksüdeerumise, värvimuutuse ning lõhna ja maitse soovimatute muutuste kaudu. Kuna degaseeritud tooted on keemiliselt stabiilsemad ja neil on pikem säilivusaeg, on degaseerimine oluline töötlemisetapp, mis nõuab usaldusväärset meetodit.

Ultraheli abil toimuv degaseerimine: lõksu jäänud gaasimullid eemaldatakse õlist kasutades ultraheli seadet UP400St

Ultraheli abil toimuv degaseerimine ja õhueemaldus

Ultraheli abil toimuv degaseerimine ja õhueemaldus on väga tõhus alternatiiv vedelike traditsioonilistele degaseerimismeetoditele, mis hõlmavad keetmist, rõhu langetamist vaakumini või inertgaasidega barboteerimist. Nende traditsiooniliste degaseerimismeetoditega kaasnevad sageli puudused, nagu termiline lagunemine (kuumutamise tõttu), aja- ja energiamahukas töötlemine ja/või ebapiisav gaasieemaldus. Ultraheli abil toimuv degaseerimine põhineb akustilise kavitatsiooni toimimispõhimõttel. Kui võimsad ultrahelilained juhitakse vedelikku, surutakse vedelik kokku ja paisutatakse välja vastavalt kõrgrõhu- ja madalrõhutsüklite ajal. Madalrõhutsüklite ajal tekivad pisikesed vaakumimullid (nn kavitatsioonimullid), mis kasvavad mitme rõhutsükli jooksul. Nende mullide kasvutsüklite ajal siseneb vedelikus lahustunud gaas vaakumimulli, nii et vaakumimull muutub kasvavaks gaasimulliks. Lisaks põhjustavad mikroturbulentsid ja vedelikujoad intensiivset segunemist ja massiülekannet. Need ultraheli abil tekitatud tingimused põhjustavad gaasimullide koalestsentsi, mis tähendab väikeste lahustunud gaasimullide ühinemist suuremateks gaasimullideks, mis tõusevad kiiresti vedeliku pinnale, kus nad vedelikust lahkuvad.
Ultrahelivibratsiooni ja kavitatsiooni tekitatud temperatuurimuutused piirduvad väga väikeste lokaalsete ruumidega ning temperatuuri tõusu kogumahus võib tähelepanuta jätta, kuna see ei mõjuta toote kvaliteeti.

Lahustunud hapniku sisalduse vähenemine ajas ultraheli sagedusel 24 kHz, kasutades sonikaatorit UP400ST amplituudidel 100 %, 80 %, 60 %, 40% ja 20 %.
Uuring: ©Rognerud et al., 2020.

Sõltuvalt vedeliku või suspensiooni mahust, viskoossusest ja gaasisisaldusest saab ultraheli abil õhueemaldust (de-aeratsiooni) läbi viia perioodilise (batch) või inline-protsessina. Suure võimsusega ultrahelisond kiirgab vedelikku akustilist kavitatsiooni, nii et vedelik degaseeritakse tõhusalt.
Ultraheli degaseerimist saab rakendada ka olemasolevate degaseerimissüsteemide, nagu kuumutamine, vaakum või gaasiga läbipuhumine (sparging), täiustamiseks.
Ultraheli degaseerimist ja vahutõrjet kasutatakse tööstuslikus mastaabis lahustunud gaaside eemaldamiseks veest, õlidest, toiduainetest ja jookidest, keemilistest lahustest, hüdraulikavedelikest, jahutusvedelikest, puurimisvedelikest, toornaftast, emulsioonidest, värvidest, tintidest, liimidest, lakkidest, pindlaketest, epoksiididest, šampoonidest, pesuainetest ja paljudest teistest toodetest.

Ultraheli degaseerimine läbivoolukambri seadistusega. See katse oli prototüüpne väikesemahuline veeringlus mahuga 0,8 gallon, inertgaasi vooluhulgaga 0,2 sfcm/min ja intensiivsusega 275 W/cm2. See näitab hapniku eemaldamise aja vähenemist ligikaudu 70% võrra.
Uuring ja pilt: Rubio et al. 2016

Ultraheli degaseerimine inline-seadistusega, kasutades ultraheli seadet UIP1000hdT läbivoolukambriga.

Ultraheli abil tõhustatud gaasiga läbipuhumine (sparging)

Vedelike läbipuhumine inertgaasiga (tuntud ka kui inertgaasiga puhastamine) on levinud töötlus soovimatute gaaside, näiteks hapniku ja süsinikdioksiidi, eemaldamiseks vedelikust. Läbipuhumisel kasutatakse tavaliselt lämmastikku, argooni, heeliumi ja teisi inertgaase. Lahuse mullitamine kõrge puhtusastmega (tavaliselt inertse) gaasiga võib välja viia soovimatuid, tavaliselt reaktiivseid lahustunud gaase, näiteks hapnikku ja süsinikdioksiidi. Läbipuhumisprotsess põhineb massiülekandel ja on ise üsna aeglane protseduur. Selleks et inertgaasiga läbipuhumist intensiivistada, segatakse vedeliku-gaasi lahust sageli jõuliselt ja mullitatakse pikka aega. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on degaseerimist intensiivistav meetod, mis parandab massiülekannet ja seeläbi oluliselt ka läbipuhumist. Kui suure võimsusega ultrahelilained juhitakse vedelikesse või suspensioonidesse, tekivad kavitatsioonimullid. Need kavitatsioonimullid purustavad suuremad puhastusgaasi mullid väikesteks mullideks ja hajutavad mullid ühtlaselt, mille tulemuseks on kiirem ja puhtam degaseerimine. Ultraheli töötlusega tekitatud intensiivne segunemine ja turbulents soodustavad gaasi-vedeliku massiülekannet ja seeläbi soovimatute gaaside kiiret eemaldamist.
Läbipuhumisprotseduuri kiirendamiseks ja tõhusamaks muutmiseks kasutatakse suure jõudlusega ultraheli, et sonomehaaniliselt parandada gaasi ja vedeliku vahelist massiülekannet. Akustilise kavitatsiooni tekitatud sonomehaanilised efektid hõlmavad kohalikke rõhu- ja temperatuurierinevusi, mikroturbulentsi ning segunemist. Need jõud parandavad degaseerimise tulemuslikkust, aidates kaasa difusiivse massiülekande suurenemisele mullide purunemise, hajumise ja sellele järgneva faasidevahelise pindala suurenemise tõttu, mis lõpuks toob kaasa lõksu jäänud gaaside kiire eemaldamise vedelikust.
Soovitud gaasieemalduse saavutamiseks on vajalik suure võimsusega ultraheli töötlus. Kui vedelikku puhutakse läbi inertgaasiga kahefaasilises voolus, on soovitav korrigeeritud difusioon (rectified diffusion), et suurendada lahustunud gaaside massiülekannet ja eemaldamiskiirust. Korrigeeritud difusiooni rakendamine võib olla keeruline, sest lõksu jäänud ja lahustunud gaasimullid kipuvad madalamatel intensiivsustel ultraheli kavitatsiooniväljale sisenemist vältima. Kõrgematel intensiivsustel (üle 300 W/cm² ligikaudu 20 kHz juures) ei väldi gaasimullid aga enam kavitatsioonitsooni ning sonomehaanilised jõud purustavad need. (vt Jagannathan et al. 2011)

Suure võimsusega ultraheli degaseerimissüsteemid

Hielscher Ultrasonics on pikaajalise kogemusega suure jõudlusega ultraheliseadmete tootja, mille seadmeid kasutatakse üle maailma laborites ja tööstuslikus tootmises. Vedelike ja suspensioonide degaseerimine on nõudlik rakendus, mis eeldab suure võimsusega ultraheli sonde, mis suudavad vedelikesse sisestada kindlaksmääratud amplituude, et eemaldada lõksu jäänud gaasimulle ja õhutaskuid. Kõik Hielscheri ultraheliseadmed on projekteeritud ja valmistatud töötama 24/7 täiskoormusel. Ultraheliprotsessoreid on saadaval kompaktsetest 50-vatistest laboratoorsetest sonikaatoritest kuni 16 000-vatiste võimsate inline-ultraheli süsteemideni. Mitmekesine valik võimendussarvi, sonotroode ja läbivoolukambreid võimaldab koostada individuaalse ultraheli degaseerimissüsteemi vastavalt vedelikule, viskoossusele ja gaasisisaldusele.
Vedelmetallide õhueemalduseks ja degaseerimiseks on vaja täpselt seadistatud ja püsivalt hoitud amplituude. Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli sonde, mis on määratud väga protsessioptimeeritud amplituudidele ja temperatuuridele. Kui teie degaseerimisrakendus nõuab ebatavalisi spetsifikatsioone, on saadaval kohandatud ultraheli sonotroode. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 tööd rasketes tingimustes ja nõudlikes keskkondades.

Partii- ja inline-töötlus

Hielscheri ultraheli sonde degaseerimiseks saab kasutada nii partii- kui ka pideva inline-degaseerimise ja õhueemalduse jaoks. Sõltuvalt mahust, viskoossusest ja lõksu jäänud gaasidest soovitame teile sobivaima ultraheli gaasieemalduse süsteemi.

Ultraheli sondid mis tahes mahu degaseerimiseks

Hielscher Ultrasonicsi tootevalik hõlmab ultraheliprotsessorite täielikku spektrit kompaktsetest laboratoorsetest sonikaatoritest lauaseadmete ja pilootsüsteemide kaudu täielikult tööstuslike ultraheliprotsessoriteni, mis suudavad töödelda veoautokoormaid tunnis. Täielik tootevalik võimaldab meil pakkuda teile teie vedelikule, protsessi jõudlusele ja tootmiseesmärkidele sobivaimat ultraheli degaseerimisseadmestikku.

Täpselt reguleeritavad amplituudid optimaalsete tulemuste saavutamiseks

Kõik Hielscheri ultraheli degaseerimissüsteemid on täpselt juhitavad ja seega töökindlad tööhobused. Amplituud on üks olulisemaid protsessiparameetreid, mis mõjutavad sonomehaaniliselt esilekutsutud degaseerimise tõhusust ja tulemuslikkust. Kõik Hielscher Ultrasonicsi protsessorid võimaldavad amplituudi täpset seadistamist. Sonotroodid ja võimendussarved on lisavarustus, mis võimaldab amplituudi muuta veelgi laiemas vahemikus. Hielscheri tööstuslikud ultraheliprotsessorid suudavad anda väga suuri amplituude ja tagada nõudlike rakenduste jaoks vajaliku ultraheli intensiivsuse. Kuni 200 µm amplituude saab hõlpsasti pidevalt kasutada 24/7 töörežiimis.
Täpsed amplituudiseadistused ja ultraheli protsessiparameetrite püsiv jälgimine nutika tarkvara abil annavad teile võimaluse kohandada ultraheli protsessiparameetreid kõige tõhusama ultraheli degaseerimise jaoks. Optimaalne ultraheli töötlus väga tõhusaks gaasi eemaldamiseks!
Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 tööd rasketes tingimustes ja nõudlikes keskkondades. See teeb Hielscheri ultraheliseadmetest töökindla tööriista, mis vastab teie õhueemalduse protsessinõuetele.

Kõrgeim kvaliteet – projekteeritud ja toodetud Saksamaal

Pere- ja perekonna juhitava ettevõttena seab Hielscher oma ultraheliprotsessorite puhul esikohale kõrgeimad kvaliteedistandardid. Kõik sonikaatorid projekteeritakse, toodetakse ja testitakse põhjalikult meie peakontoris Teltowis Berliini lähedal Saksamaal. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus ja usaldusväärsus teevad neist teie tootmises tööhobuse. 24/7 töö täiskoormusel ja nõudlikes keskkondades on Hielscheri suure jõudlusega degaseerijate loomulik omadus.