Erittäin tehokas nesteiden ilmastus ultraäänellä

Vaikka kaasunpoisto tai kaasunpoisto on usein erittäin aikaa vievä prosessivaihe, ultrasonication voi nopeuttaa kaasukuplien yhteensulautumista ja niiden nousua merkittävästi. Ultraäänikaasunpoistoa voidaan käyttää erä- ja inline-asetuksissa, ja se voidaan yhdistää myös tavanomaisiin kaasunpoistotekniikoihin, kuten inerttien kaasujen kuplittamiseen, juoksupyörän kaasunpoistoon, lämmitykseen tai tyhjiöön kaasunpoiston tehokkuuden ja nopeuden parantamiseksi.

Kaasun poistaminen nesteistä

Termit ilmanpoisto, kaasunpoisto ja kaasunpoisto viittaavat vapaiden ja liuenneiden kaasujen, erityisesti reaktiivisten kaasujen, kuten hapen tai CO2:n, poistamiseen nesteestä. Hapen poistaminen on tärkeää haitallisten lopputuotemuutosten estämiseksi ja jatkojalostuksen parantamiseksi. Kaasunpoisto on välttämätön käsittelyvaihe monille sovelluksille ja teollisuudenaloille. Teollisessa valmistuksessa kaasunpoisto on yleinen prosessivaihe, jolla varmistetaan tuotteen vakaus, laatu ja jatkuvat tuotestandardit. Happi on tekijä, joka vaikuttaa tuotteen laatuun ja stabiilisuuteen eri tasoilla.
Siksi ilmanpoisto on vakiintunut prosessivaihe ruoassa & juoma-, kemian-, lääke- ja kosmetiikkateollisuus. Mutta myös laboratorioissa näytteet on usein poistettava kaasusta ennen analysointia (esim. ennen HPLC:tä, määrityksiä, hiukkasmittauksia jne.).
Usein sekoitusprosessit, joissa käytetään esimerkiksi korkealeikkauslaikkaa tai pyörivää juoksupyöräsekoitinta, edellyttävät usein tuotteen myöhempää kaasunpoistoa, koska nämä sekoitustekniikat tuovat tuotteeseen yleensä suuria määriä kaasuja. Tällaisilla kaasun ja ilman sulkeumilla on yleensä kielteisiä vaikutuksia tuotteeseen, koska ne voivat tehdä rasvoista ja öljyistä härskiintyneitä, heikentää tuotteita hapettumalla, värjäämällä ja ei-toivotuilla haju- ja makumuutoksilla. Koska tuotteet, joista kaasut on poistettu, ovat kemiallisesti vakaampia ja niillä on pidempi säilyvyysaika, kaasunpoisto on olennainen käsittelyvaihe, joka vaatii luotettavaa tekniikkaa.
 

Ultraäänikaasunpoisto: Loukkuun jääneet kaasukuplat poistetaan öljystä käyttämällä ultraäänilaitetta UP400St

Ultraääni kaasunpoisto ja ilmastus

Ultraäänikaasunpoisto ja ilmanpoisto on erittäin tehokas vaihtoehto nesteiden perinteisille kaasunpoistomenetelmille, joihin kuuluu kiehuminen, paineen vähentäminen tyhjiöön tai inerttien kaasujen kuplittaminen. Näillä perinteisillä kaasunpoistomenetelmillä on usein haittoja, kuten lämpöhajoaminen (kuumennuksen vuoksi), aikaa ja energiaa vievä käsittely ja/tai riittämätön kaasunpoisto. Ultraäänikaasunpoisto perustuu akustisen kavitaation toimintaperiaatteeseen. Kun suuritehoiset ultraääniaallot kytketään nesteeseen, neste puristetaan ja laajennetaan vastaavasti korkeapaine- ja matalapainejaksojen aikana. Matalapainesyklien aikana syntyy pieniä tyhjiökuplia (ns. kavitaatiokuplia), jotka kasvavat useiden painesyklien aikana. Näiden kuplien kasvusyklien aikana nesteessä olevat liuenneet kaasut tulevat tyhjiökuplaan, jolloin tyhjiökupla muuttuu kasvaviksi kaasukupliksi. Lisäksi mikroturbulenssit ja nestesuihkut aiheuttavat voimakasta levottomuutta ja massansiirtoa. Nämä ultraäänellä luodut olosuhteet aiheuttavat kaasukuplien yhteensulautumisen, joka on pienten liuenneiden kaasukuplien yhdistyminen suuremmiksi kaasukupliksi, jotka nousevat nopeasti nesteen pinnalle, missä ne poistuvat nesteestä.
Ultraäänivärähtelyn ja kavitaation aiheuttamat lämpötilan muutokset rajoittuvat hyvin pieniin paikallisiin tiloihin ja kokonaistilavuuden lämpötilan nousu voidaan jättää huomiotta, koska se ei häiritse tuotteen laatua.
 

Liuenneen hapen väheneminen ajan myötä 24 kHz: n ultraäänitaajuudelle käyttämällä sonikaattoria UP400ST amplitudilla 100%, 80%, 60%, 40% ja 20%.
Tutkimus: ©Rognerud et ai., 2020.

 
Nesteen tai lietteen tilavuudesta, viskositeetista ja kaasun sulkeumista riippuen ultraääni-ilmastus voidaan suorittaa erä- tai inline-prosessina. Suuritehoinen ultraäänianturi säteilee akustista kavitaatiota nesteeseen niin, että neste poistetaan tehokkaasti kaasusta.
Ultraäänikaasunpoisto voidaan toteuttaa myös parantamaan jo olemassa olevia kaasunpoistojärjestelmiä, kuten lämmitystä, tyhjiötä tai huuhtelua.
Ultraäänikaasunpoistoa ja vaahdonpoistoa käytetään teollisessa mittakaavassa liuenneiden kaasujen poistamiseen vedestä, öljyistä, elintarvikkeista ja juomista, kemiallisista liuoksista, hydraulinesteistä, jäähdytysnesteistä, porausnesteistä, raakaöljystä, emulsioista, maaleista, musteista, liimoista, lakoista, pinnoitteista, epoksista, shampoista, pesuaineista ja monista muista tuotteista.
 

Ultraäänikaasunpoisto virtauskennon asennuksella. Tämä koe oli pienimuotoisen vesisilmukan prototyyppi, jonka tilavuus oli 0,8 gallonaa, inertin kaasun virtaus 0,2 sfcm/min ja intensiteetti 275 W/cm2. Tämä osoittaa hapenpoistoajan lyhenemistä noin 70%.
Tutkimus ja kuva: Rubio et al. 2016

Ultraäänikaasunpoisto inline-asennuksessa ultraäänilaitteen avulla UIP1000hdT virtauskennon kanssa.

Ultraäänellä parannettu kuplitus

Nesteiden ruiskuttaminen inertillä kaasulla (tunnetaan myös nimellä inertin kaasun puhdistus) on yleinen hoito ei-toivottujen kaasujen, kuten hapen ja hiilidioksidin, poistamiseksi nesteestä. Kuplitussovelluksissa käytetään yleisesti typpeä, argonia, heliumia ja muita inerttejä kaasuja. Liuoksen kuplittaminen erittäin puhtaalla (tyypillisesti inertillä) kaasulla voi vetää pois ei-toivottuja, tyypillisesti reaktiivisia liuenneita kaasuja, kuten happea ja hiilidioksidia. Kuplitusprosessi perustuu massansiirtoon ja on itsessään melko hidas toimenpide. Käsken tehostamaan kuplitusta inerteillä kaasuilla, nestekaasuliuosta sekoitetaan usein voimakkaasti ja kuplitetaan pitkään. Ultrasonication on kaasunpoistoa tehostava tekniikka, joka parantaa massansiirtoa ja siten kuplitusta merkittävästi. Kun suuritehoiset ultraääniaallot kytketään nesteisiin tai lietteisiin, syntyy kavitaatiokuplia. Nämä kavitaatiokuplat hajottavat suuremmat puhdistuskaasukuplat pieniksi kupliksi ja hajottavat kuplat tasaisesti, mikä johtaa nopeampaan ja puhtaampaan kaasunpoistovaikutukseen. Ultrasonicationin aiheuttama voimakas levottomuus ja turbulenssit edistävät kaasun ja nesteen massansiirtoa ja siten ei-toivottujen kaasujen nopeaa poistamista.
Kuplitusmenettelyn nopeuttamiseksi ja tehostamiseksi käytetään korkean suorituskyvyn ultraääniä parantamaan sonomekaanisesti massansiirtokykyä kaasun ja nesteen välillä. Akustisen kavitaation aiheuttamia sonomekaanisia vaikutuksia ovat paikalliset paine- ja lämpötilaerot, mikroturbulenssit ja levottomuus. Nämä voimat parantavat kaasunpoiston suorituskykyä myötävaikuttamalla diffuusiomassansiirron lisääntymiseen kuplien hajoamisen, dispersion ja sitä seuraavan rajapinta-alan kasvun vuoksi, mikä lopulta johtaa loukkuun jääneiden kaasujen nopeaan poistamiseen nesteestä.
Haluttujen kaasunpoistovaikutusten saavuttamiseksi tarvitaan suuritehoinen ultraääni. Kun nestettä säästetään inertillä kaasulla kaksivaiheisessa virtauksessa, halutaan korjattua diffuusiota liuenneiden kaasujen massansiirto- ja poistonopeuden lisäämiseksi. Korjatun diffuusion soveltaminen voi olla vaikeaa, koska loukkuun jääneet ja liuenneet kaasukuplat pyrkivät välttämään pääsyä ultraäänikavitaatiokenttään pienemmillä intensiteeteillä. Kuitenkin korkeilla intensiteeteillä (yli 300 W/cm)² noin 20 kHz) kaasukuplat eivät enää vältä kavitaatiovyöhykettä ja sonomekaaniset voimat hajottavat ne. (vrt. Jagannathan et al. 2011)

Suuritehoiset ultraäänikaasunpoistojärjestelmät

Hielscher Ultrasonics on pitkäaikainen kokemus korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteiden valmistaja, jota käytetään maailmanlaajuisesti laboratorioissa ja teollisessa tuotannossa. Nesteiden ja lietteiden kaasunpoisto on vaativa sovellus, joka vaatii suuritehoisia ultraääniantureita, jotka voivat yhdistää vakiintuneet amplitudit nesteisiin loukkuun jääneiden kaasukuplien ja ilmataskujen poistamiseksi. Kaikki Hielscherin ultraäänilaitteet on suunniteltu ja valmistettu toimimaan 24/7 täydellä kuormituksella. Ultraääniprosessoreita on saatavana kompakteista 50 watin laboratorioultraäänilaitteista 16 000 watin tehokkaisiin inline-ultraäänijärjestelmiin. Laaja valikoima tehostesarvia, sonotrodeja ja virtaussoluja mahdollistaa ultraäänikaasunpoistojärjestelmän yksilöllisen asennuksen nesteen, viskositeetin ja kaasun sulkeumien mukaisesti.
Nestemäisten metallien ilmanpoistoon ja kaasunpoistoon tarvitaan tarkasti asetetut ja ylläpidetyt amplitudit. Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraääniantureita, jotka on määritelty hyvin prosessioptimoiduille amplitudille ja lämpötiloille. Jos kaasunpoistosovelluksesi vaatii epätavallisia eritelmiä, saatavilla on räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.

Erä ja inline

Hielscherin ultraääniantureita kaasunpoistoon voidaan käyttää erä- ja jatkuvaan inline-kaasunpoistoon ja ilmanpoistoon. Tilavuudesta, viskositeetista ja loukkuun jääneistä kaasuista riippuen suosittelemme sinulle sopivinta ultraäänikaasunpoistoasetusta.

Ultraäänianturit minkä tahansa tilavuuden kaasunpoistoon

Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima kattaa täyden valikoiman ultraääniprosessoreita kompakteista laboratorioultraäänilaitteista penkki- ja pilottijärjestelmiin täysin teollisiin ultraääniprosessoreihin, joilla on kyky käsitellä kuorma-autokuormia tunnissa. Koko tuotevalikoiman avulla voimme tarjota sinulle sopivimmat ultraäänikaasunpoistolaitteet neste-, prosessikapasiteetti- ja tuotantotavoitteisiisi.

Tarkasti säädettävät amplitudit optimaalisiin tuloksiin

Kaikki Hielscherin ultraäänikaasunpoistojärjestelmät ovat tarkasti hallittavissa ja siten luotettavia työhevosia. Amplitudi on yksi ratkaisevista prosessiparametreista, jotka vaikuttavat sonomekaanisesti indusoidun kaasunpoiston tehokkuuteen ja vaikuttavuuteen. Kaikki Hielscherin ultraääni’ Prosessorit mahdollistavat amplitudin tarkan asettamisen. Sonotrodit ja tehostesarvet ovat lisävarusteita, joiden avulla amplitudia voidaan muuttaa entistä laajemmalla alueella. Hielscherin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit ja toimittaa vaaditun ultraääni-intensiteetin vaativiin sovelluksiin. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa.
Tarkat amplitudiasetukset ja ultraääniprosessiparametrien pysyvä seuranta älykkään ohjelmiston avulla antavat sinulle mahdollisuuden säätää ultraääniprosessiparametreja tehokkaimpaan ultraäänikaasunpoistoon. Optimaalinen sonikaatio erittäin tehokkaaseen kaasunpoistoon!
Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä. Tämä tekee Hielscherin ultraäänilaitteista luotettavan työvälineen, joka täyttää ilmanpoistoprosessin vaatimukset.

Korkealaatuisia – Suunniteltu ja valmistettu Saksassa

Perheyrityksenä ja perheyrityksenä Hielscher asettaa etusijalle ultraääniprosessoriensa korkeimmat laatustandardit. Kaikki ultraäänilaitteet suunnitellaan, valmistetaan ja testataan perusteellisesti pääkonttorissamme Teltowissa lähellä Berliiniä, Saksassa. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys ja luotettavuus tekevät siitä työhevosen tuotannossasi. 24/7 käyttö täydellä kuormituksella ja vaativissa ympäristöissä on Hielscherin korkean suorituskyvyn kaasunpoistajien luonnollinen ominaisuus.