Nesteiden ultraäänikaasunpoisto ja vaahdonpoisto

Nesteiden kaasunpoisto ja vaahdonpoisto ultraäänellä on erittäin tehokas prosessi. Ultrasonication poistaa pienet suspendoituneet kaasukuplat nesteestä ja vähentää liuenneen kaasun määrää luonnollisen tasapainotason alapuolella.

Nesteiden kaasunpoistoa ja vaahdonpoistoa tarvitaan moniin tarkoituksiin, kuten seuraaviin prosesseihin:

• näytteen valmistelu ennen hiukkaskoon mittausta mittausvirheiden välttämiseksi
• öljyn ja voiteluaineen kaasunpoisto ennen pumppausta kavitaation aiheuttaman pumpun kulumisen vähentämiseksi
• nestemäisten elintarvikkeiden, kuten mehun, kastikkeen tai viinin, kaasunpoisto mikrobien kasvun vähentämiseksi ja säilyvyyden pidentämiseksi
• Polymeerien ja lakkojen kaasunpoisto ennen levitystä, kovettamista tai tyhjiöinfuusiota

Kun sonikoidaan nesteitä, ääniaallot, jotka etenevät säteilevältä pinnalta nestemäiseen väliaineeseen, johtavat vuorotellen korkeapaineisiin ja matalapaineisiin sykleihin, joiden nopeudet riippuvat taajuudesta. Matalapainesyklin aikana ultraääniaallot voivat luoda pieniä tyhjiökuplia tai tyhjiöitä nesteeseen. Pienten kuplien suuri määrä tuottaa suuren kuplan kokonaispinta-alan. Kuplat jakautuvat myös hyvin nesteeseen. Liuennut kaasu siirtyy näihin tyhjiökupliin suuren pinta-alan kautta ja lisää kuplien kokoa.
Akustiset aallot tukevat vierekkäisten kuplien koskettamista ja yhteensulautumista, mikä johtaa kuplien nopeutettuun kasvuun. Sonikaatioaallot auttavat myös ravistamaan kuplia astioiden pinnoilta ja pakottavat pienemmät kuplat, jotka lepäävät nestepinnan alapuolella, nousemaan läpi ja vapauttamaan loukkuun jääneen kaasun ympäristöön.

Laita se testiin

Nesteiden kaasunpoisto- ja vaahdonpoistoprosessi voidaan tehdä näkyväksi helposti. Juuri kaadetun vesijohtoveden lasisessa dekantterilasissa ultrasonication pakottaa pienet ripustetut kuplat sulautumaan yhteen ja liikkumaan nopeasti. Voit nähdä tämän vaikutuksen alla olevassa edistymiskuvassa.

Veden ultraäänikaasunpoisto (5 sekuntia)

Sekoitettu öljy sisältää suuren määrän suspendoituneita kuplia tai vaahtoa. Erityisesti jäähdytysnesteissä tämä on ongelma. Siellä kaasukuplat edistävät kavitaation aiheuttamaa kulumista pumpuissa tai suuttimissa. Alla oleva edistymiskuva näyttää ultraäänivaahdonestovaikutuksen.

Ultraäänikaasunpoisto: Loukkuun jääneet kaasukuplat poistetaan öljystä ultraäänilaitteella UP400St

Sonikaatio tuottaa pieniä tyhjiökuplia kirkkaassa, vanhentuneessa vedessä. Nämä kuplat täyttyvät liuenneella kaasulla, joka siirtyy kupliin. Tämän seurauksena kuplat kasvavat ja liikkuvat ylöspäin. Kaasunpoistovaikutus näkyy hyvin missä tahansa läpikuultavassa nesteessä.
Koska ultraääni parantaa pienten suspendoituneiden kuplien nousua nesteen pinnalle, se vähentää myös kuplan ja nesteen välistä kosketusaikaa. Tästä syystä se rajoittaa myös kaasun uudelleen liukenemista kuplasta nesteeseen. Tämä on erityisen kiinnostavaa korkeamman viskositeetin nesteille, kuten öljyille tai hartseille. Koska kuplien on siirryttävä nestemäiselle pinnalle, ultraäänikaasunpoisto toimii paremmin, jos säiliö on matala niin, että aika pintaan on lyhyempi.

Näkyvien tehosteiden lisäksi

Kaasunpoistovaikutusten mittaaminen silmämääräisellä tarkastuksella on tarkkuudeltaan rajoitettua. Kaasupitoisuuden mittaukset ovat tarkempi tapa kertoa ultraäänikaasunpoiston tehokkuudesta.

Nesteet sisältävät tietyn määrän liuennutta kaasua. Kaasun pitoisuus riippuu tekijöistä, kuten lämpötilasta, ympäristön paineesta tai nesteen sekoituksesta. Vakio-olosuhteissa kaasupitoisuus lähestyy tasapainoa. Ultraäänikaasunpoisto muuttaa olosuhteita, koska neste altistuu matalapaineisille kuplia ja levottomuutta. Siksi ultrasonication alentaa nesteen kaasupitoisuutta tasapainotason alapuolelle.
Kun sonikaatio pysähtyy ja alkuolosuhteet palautetaan uudelleen, kaasupitoisuus lähestyy hitaasti alkuperäistä tasapainotasoa uudelleen, ellei nestettä altisteta kaasulle, esimerkiksi suljetussa pullossa. Koska kaasun uudelleenliukeneminen nesteeseen on melko hidasta, on mahdollista työskennellä matalan kaasun nesteen kanssa sonikoinnin jälkeen. Alla oleva kaavio havainnollistaa tätä vaikutusta.

Kuva veden ultraäänikaasunpoistosta

Kaasunpoisto ennen emulgointia ja dispergointia

Ultraäänikaasunpoisto voi parantaa dispersioiden ja emulsioiden laatua.

Ongelma

Usein emulsiot ja dispersiot sisältävät pinta-aktiivisia aineita niiden stabiilisuuden lisäämiseksi. Pinta-aktiiviset aineet estävät dispergoituneen materiaalin kosketuksen ja yhteensulautumisen tai kasautumisen nestefaasissa. Tätä varten pinta-aktiiviset aineet muodostavat kerroksen jokaisen hiukkasen ympärille. Samat pinta-aktiiviset aineet voivat myös kapseloida kaasukuplia, jotka suspendoituvat nestefaasiin. Tällaiset stabiloidut kuplat voivat osoittautua erittäin kestäviksi. Stabiloidut kuplat kuluttavat pinta-aktiivista ainetta, heikentävät emulsion tai dispersion laatua ja voivat tuottaa epäsäännöllisiä lukemia hiukkaskokoa mitattaessa.

Ratkaisu: Ultraäänikaasunpoisto

Stabiloitujen kaasukuplien ongelman vähentämiseksi nesteet tulisi poistaa kaasusta sonikaatiolla. Ennen dispergointifaasin, kuten öljyn tai jauheen, lisäämistä sonikoidaan nestettä, kunnes syntyneiden kuplien määrä vähenee. Kun sekoitat muita materiaaleja, vältä uusien kuplien tai pyörteen muodostumista sekoittaessasi. Tämä lisäisi kaasupitoisuutta nopeasti.
 

Water-based drilling mud before and after ultrasonic degassing with the sonicator UIP1000hd
Tutkimus ja kuva: Amani et al. 2016

Hiilidioksidin pakottaminen ulos

Kaasunpoiston vaikutusta käytetään hiilihapotettuja juomia, kuten kolaa, soodaa tai olutta, sisältävien tölkkien ja pullojen vuototestauksessa. Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja pullon vuototestauksesta.

Ultraäänikaasunpoisto lyhyesti

Nesteiden ultraäänikaasunpoisto toimii paremmin, kun käytetään seuraavaa asetusta.

• Levitä matalia tai kohtalaisia ultraääniamplitudit!
• Käytä sonotrodeja, joilla on suuri pinta-ala, esimerkiksi säteittäisesti säteileviä sonotrodeja!
• Anna matala paine tai tyhjiö nestepinnan yläpuolelle sonikoinnin aikana!
• Kuumenna neste sen viskositeetin vähentämiseksi!
• Käytä matalaa säiliötä kaasun erottamiseen sonikoinnin aikana tai sen jälkeen!
• Vältä turbulenttista levottomuutta, jotta kaasukuplat voivat liikkua ylöspäin!

Ultraäänikaasunpoistoa voidaan käyttää erätilassa tai inline. Inline-toiminnassa on asennettava seisontaputki kaasun poistamiseksi ja käytettävä kaasupumppua.

Kirjallisuus / Viitteet