Ultraääni- ja nesteidenpoisto

Nesteiden kaasunpoisto ja vaahtoaminen on mielenkiintoinen sovellus of Ultraäänilaitteet. Tässä tapauksessa ultraääni poistaa pienet suspendoituneet kaasukuplat nesteestä ja vähentää liuenneen kaasun määrää luonnollisen tasapainotason alapuolella.

Nesteiden kaasunpoistoa ja vaahtoamista tarvitaan useisiin tarkoituksiin, kuten:

näytteen valmistus ennen hiukkaskokoa mittausvirheiden välttämiseksi
öljyä ja voiteluaineita kaasunpoisto ennen pumppaamista vähentää pumpun kulumista kavitaation takia
Nestemäisten elintarvikkeiden, esim. mehu, kastike tai viini, kaasunpoisto vähentää mikrobien kasvua ja lisää säilyvyyttä
polymeerien ja lakkojen kaasunpoisto ennen levittämistä ja kovettumista

Ääniöljyjen ääni-aaltoja, jotka kulkeutuvat säteilevästä pinnasta nestemäiseen väliaineeseen, johtavat vuorotellen korkeapaine- (puristus-) ja matalapaineisiin (harvinainen) syklejä, joiden nopeudet riippuvat taajuudesta. Alhaisen paineenvaihtelun aikana ultraääni-aallot voivat luoda pieniä tyhjökuplia tai tyhjiä nesteitä. Suuri määrä pieniä kuplia tuottaa suuren kokonaiskuplan pinta-alan. Kuplat ovat myös hyvin jakautuneet nesteeseen. Liuotettu kaasu siirtyy näihin alipaineisiin (matalapaineisiin) kuplisiin suuren pinta-alan kautta ja kasvattaa kuplien kokoa.
Akustiset aallot tukevat vierekkäisten kuplien koskettamista ja yhteenlaskua, mikä johtaa kuplien nopeutettuun kasvuun. Sonication-aallot auttavat myös ravistelemaan kuplia aluksen pinnoilta ja pakottamaan pienempiä kuplia lepäämään nestepinnan alapuolelta nousemaan ja vapauttamaan suljetun kaasun ympäristöön.

Laita se testiin

Nesteiden kaasunpoisto ja vaahtoaminen voidaan tehdä helposti näkyväksi. Uudelleen kaadetun vesijohtoveden lasikannessa ultrasonication pakottaa pienet suspendoituneet kuplat (pilvisyys) liittämään yhteen ja nousemaan nopeasti. Näet tämän vaikutuksen alla olevassa edistyksellisessä kuvassa. Klikkaa alla olevaa kuvaa suurenna kuvia.

(Klikkaa nähdäksesi suuremman kuvan!) Ultraääninen kaasunpoisto vedestä ultraääniprosessorilla UP200S (200 W)
veden ultraäänenpoisto (5 sekuntia)

Sekoitettu öljy sisältää runsaasti suspendoituja kuplia (vaahtoa). Erityisesti jäähdytysnesteissä tämä on ongelma, koska kuplat edistävät kavitaation aiheuttamaa kulumista pumppuissa ja suuttimissa. Seuraavassa edistyskuvassa näkyy ultraäänipuhallusvaikutus. Klikkaa kuvaa alla suurenna kuvia.

(Klikkaa isommalle näkymälle!) Ultraääninen öljynpoisto ultraääniprosessorilla UP200S (200 W)
öljyn ultraäänenpoisto (5 sekuntia)

Jopa vedessä, esim. 24 tunnin kuluttua, sonikointi tuottaa pieniä kuplia kirkkaassa vedessä. Nämä kuplat täyttävät liuenneen kaasun, joka siirtyy kuplereihin. Näin kuplat kasvavat ja liikkuvat ylöspäin. Kaasunpoistovaikutus on näkyvissä kaikissa läpikuultavissa nesteissä.
Koska ultraääni parantaa pienten suspendoidun kuplien nousua nestepintaan, se vähentää myös kuplion ja nesteen välistä kosketusaikaa. Tästä syystä se rajoittaa kaasun liuottamista uudelleen kuplasta nesteeseen. Tämä on erityisen kiinnostavaa suuremmille viskositeetti-nesteille, kuten öljylle tai hartsille. Koska kuplat joutuvat siirtymään nestepintaan, ultraäänenpoisto toimii paremmin, jos säiliö on matala niin, että aika pinnalle on lyhyempi.

Näkyvien vaikutusten lisäksi

Vaikka kaasunpoistovaikutusten näkyvä määritys on rajallinen tarkkuus, kaasun pitoisuusmittaukset, esim. Neutroniröntgen, ovat tarkempi tapa kertoa ultraäänen kaasutuksen tehokkuudesta.

Nesteet sisältävät tietyn määrän liuotettua kaasua. Kaasun pitoisuus riippuu tekijöistä, kuten lämpötilasta, ympäristön paineesta, nesteen sekoittumisesta. Vakituisissa olosuhteissa kaasupitoisuus lähestyy tasapainoa. Ultrasonic kaasunpoisto muuttaa olosuhteita, koska neste altistuu matalapaineisille kuplille ja sekoittumiselle. Siksi ultrasonication laskee kaasupitoisuutta nesteessä entisen tasapainotason alapuolella.
Kun sonikointi pysähtyy ja alkuperäiset olosuhteet palautuvat, kaasupitoisuus lähestyy hitaasti alkuperäistä tasapainotasoa, ellei nesteä altistu kaasulle, esimerkiksi suljetussa pullossa. Koska kaasun uudelleen liukeneminen nesteeseen on melko hidasta, on mahdollista työskennellä matalakaasuisen nesteen kanssa sonikaation jälkeen. Alla oleva kaavio havainnollistaa tätä vaikutusta. (Klikkaa suurentaaksesi.)

Degassing ennen emulgointia ja dispergoitumista

Ultraäänenpoisto voi osaltaan vaikuttaa merkittävästi dispersioiden ja emulsioiden laatuun.

Ongelma

emulsiot ja dispersiot usein sisältävät pinta-aktiivisia aineita vakauden lisäämiseksi. Pinta-aktiiviset aineet estävät dispergoituneen materiaalin koskettamisen ja yhteensulautumisen tai agglomeroinnin nestemäisessä faasissa. Tämän vuoksi pinta-aktiiviset aineet muodostavat kerroksen jokaisen partikkelin ympärille. Sama pinta-aktiivinen aine voi myös kapseloida kaasukuplat, jotka suspendoitiin nestefaasiin. Tällaiset stabiloituneet kuplat voivat osoittautua erittäin kestäviksi. Se kuluttaa pinta-aktiivista ainetta, vähentää emulsion tai dispersion laatua ja se voi tuottaa epätarkkoja lukemia hiukkaskokoa mitattaessa.

Ratkaisu

Stabiilien kaasukuplien ongelman vähentämiseksi nesteitä voidaan yksinkertaisesti poistaa kaasuttamalla sonikaatiolla. Ennen kuin lisätään dispergoitunut faasi, kuten öljy tai jauhe, puhdista neste, kunnes muodostuneiden kuplien määrä vähenee. Kun sekoitat muita materiaaleja, vältä uusien kuplien tai pyörteen muodostumista sekoittaen. Tämä lisäisi kaasusisällön nopeasti.

Hiilidioksidin pakottaminen ulos

Kaasunpoiston vaikutusta käytetään pullotettujen tölkkien ja pulloiden vuotojen testaamiseen, kuten kolaattiin, soodaan tai oluen. Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja.