گاز زدایی اولتراسونیک و کف زدایی مایعات

گاز زدایی و کف زدایی مایعات با استفاده از اولتراسونیک یک فرآیند بسیار موثر است. امواج فراصوت حذف کوچک معلق گاز حباب از مایع و سطح گاز محلول زیر سطح تعادل طبیعی را کاهش می دهد.

گاززدایی و کف زدایی مایعات برای بسیاری از اهداف مانند فرآیندهای زیر مورد نیاز است:

• آماده سازی نمونه قبل از اندازه گیری اندازه ذرات برای جلوگیری از خطاهای اندازه گیری
• گاز زدایی روغن و روان کننده قبل از پمپاژ برای کاهش سایش پمپ به دلیل کاویتاسیون
• گاززدایی از غذاهای مایع، به عنوان مثال آبمیوه، سس یا شراب، برای کاهش رشد میکروبی و افزایش ماندگاری
• گاززدایی پلیمرها و لاک ها قبل از استفاده، پخت یا تزریق خلاء

هنگام فراصوت مایعات، امواج صوتی که از سطح تابش به رسانه مایع منتهی به چرخه های متناوب فشار بالا و کم فشار می شوند، با نرخ بسته به فرکانس. در طول چرخه فشار کم، امواج اولتراسونیک می توانند حباب های خلاء کوچک یا حفره هایی را در مایع ایجاد کنند. تعداد زیاد حباب های کوچک سطح حباب کل بالایی ایجاد می کند. حباب ها نیز به خوبی در مایع توزیع می شوند. گاز محلول از طریق سطح بزرگ به این حباب های خلاء مهاجرت می کند و اندازه حباب ها را افزایش می دهد.
امواج صوتی از لمس و ادغام حباب های مجاور پشتیبانی می کنند که منجر به رشد سریع حباب ها می شود. امواج فراصوت همچنین به لرزش حباب ها از سطح رگ کمک می کند و حباب های کوچکتر را که در زیر سطح مایع قرار دارند مجبور می کنند تا از طریق بالا بیایند و گاز به دام افتاده را به محیط زیست آزاد کنند.

آن را آزمایش کنید

فرآیند گاززدایی و کف زدایی مایعات را می توان به راحتی قابل مشاهده کرد. در یک لیوان شیشه ای از آب لوله کشی تازه ریخته شده، امواج فراصوت حباب های معلق کوچک را مجبور به ادغام و حرکت به سرعت تا می کند. این افکت را می توانید در تصویر پیشرفت زیر مشاهده کنید.

گاز زدایی اولتراسونیک از آب (5 ثانیه)

روغن همزن حاوی تعداد زیادی حباب معلق یا کف است. به ویژه در خنک کننده ها، این یک مشکل است. در آنجا، حباب های گاز باعث سایش ناشی از کاویتاسیون در پمپ ها یا نازل ها می شوند. تصویر پیشرفت زیر اثر کف زدایی اولتراسونیک را نشان می دهد.

گاز زدایی اولتراسونیک: حباب های گاز به دام افتاده از نفت با استفاده از ultrasonicator UP400St حذف می شوند

فراصوت حباب های خلاء کوچکی را در آب شفاف و کهنه تولید می کند. این حباب ها با گاز محلول پر می شوند که به داخل حباب ها مهاجرت می کند. در نتیجه حباب ها رشد می کنند و به سمت بالا حرکت می کنند. اثر گاززدایی در هر مایع شفاف به خوبی قابل مشاهده است.
همانطور که سونوگرافی افزایش حباب های معلق کوچک به سطح مایع را بهبود می بخشد، زمان تماس بین حباب و مایع را نیز کاهش می دهد. به همین دلیل، حل شدن مجدد گاز از حباب به مایع را نیز محدود می کند. این امر برای مایعات با ویسکوزیته بالاتر مانند روغن ها یا رزین ها مورد توجه ویژه است. از آنجا که حباب ها باید به سطح مایع حرکت کنند ، گاز زدایی اولتراسونیک بهتر عمل می کند ، اگر ظرف کم عمق باشد به طوری که زمان رسیدن به سطح کوتاه تر است.

فراتر از جلوه های قابل مشاهده

اندازه گیری اثرات گاززدایی با بازرسی بصری از نظر دقت محدود است. اندازه گیری محتوای گاز روش دقیق تری برای گفتن در مورد راندمان گاززدایی اولتراسونیک است.

مایعات حاوی مقدار مشخصی گاز محلول هستند. غلظت گاز به عواملی مانند دما، فشار محیط یا هم زدن مایع بستگی دارد. در شرایط ثابت، غلظت گاز به تعادل نزدیک می شود. گاززدایی اولتراسونیک شرایط را تغییر می دهد، زیرا مایع در معرض حباب های کم فشار و تحریک قرار می گیرد. از این رو، اولتراسونیک غلظت گاز در مایع را به زیر سطح تعادل کاهش می دهد.
هنگامی که فراصوت متوقف می شود و شرایط اولیه دوباره برقرار می شوند، غلظت گاز به آرامی دوباره به سطح تعادل اولیه نزدیک می شود، مگر اینکه مایع در معرض هیچ گازی قرار نگیرد، به عنوان مثال در یک بطری بسته. از آنجا که حل مجدد گاز به مایع نسبتا کند است ، می توان پس از فراصوت با مایع کم گاز کار کرد. نمودار زیر این اثر را نشان می دهد.

تصویری از گاز زدایی اولتراسونیک از آب

گاززدایی قبل از امولسیون و پراکندگی

گاززدایی اولتراسونیک می تواند کیفیت پراکندگی و امولسیون ها را بهبود بخشد.

مشکل

اغلب، امولسیون ها و پراکندگی ها حاوی سورفکتانت ها هستند تا پایداری آنها افزایش یابد. سورفکتانت ها از تماس و ادغام یا تجمع مواد پراکنده شده در فاز مایع جلوگیری می کنند. برای این منظور ، سورفکتانت ها یک لایه در اطراف هر ذره تشکیل می دهند. همین سورفکتانت ها همچنین می توانند حباب های گازی را که در فاز مایع معلق هستند کپسوله کنند. چنین حباب های تثبیت شده ای می توانند بسیار قوی باشند. حباب های تثبیت شده سورفکتانت مصرف می کنند، کیفیت امولسیون یا پراکندگی را کاهش می دهند و می توانند هنگام اندازه گیری اندازه ذرات، قرائت های نامنظمی ایجاد کنند.

راه حل: گاز زدایی اولتراسونیک

به منظور کاهش مشکل حباب های گاز تثبیت شده، مایعات باید با فراصوت گاز زدایی شوند. قبل از اضافه کردن فاز پراکنده، مانند روغن یا پودر، مایع را فراصوت کنید تا تعداد حباب های تولید شده کاهش یابد. هنگام مخلوط کردن مواد دیگر، از ایجاد حباب های جدید یا گرداب در حین هم زدن خودداری کنید. این امر محتوای گاز را به سرعت افزایش می دهد.
 

Water-based drilling mud before and after ultrasonic degassing with the sonicator UIP1000hd
مطالعه و تصویر توسط امانی و همکاران 2016

مجبور کردن دی اکسید کربن به خارج

از اثر گاززدایی در آزمایش نشت قوطی ها و بطری های حاوی نوشیدنی های گازدار مانند کولا، نوشابه یا آبجو استفاده می شود. لطفا برای دریافت اطلاعات بیشتر در مورد تست نشت بطری اینجا را کلیک کنید.

گاز زدایی اولتراسونیک به طور خلاصه

گاز زدایی اولتراسونیک مایعات هنگام استفاده از تنظیمات زیر بهتر عمل می کند.

• دامنه اولتراسونیک کم تا متوسط را اعمال کنید!
• از سونوترودها با سطح بزرگ استفاده کنید، به عنوان مثال سونوترودهای ساطع کننده شعاعی!
• در حالی که فراصوت یک فشار کم یا خلاء در بالای سطح مایع ایجاد کنید!
• مایع را گرم کنید تا ویسکوزیته آن کاهش یابد!
• استفاده از یک ظرف کم عمق برای جداسازی گاز در طول و یا بعد از فراصوت!
• از تحریک آشفته خودداری کنید تا حباب های گاز به سمت بالا حرکت کنند!

گاززدایی اولتراسونیک را می توان در حالت دسته ای یا درون خطی استفاده کرد. در صورت عملیات درون خطی، باید یک لوله ایستاده برای تخلیه گاز نصب شود و از پمپ بنزین استفاده شود.

ادبیات / منابع