Ultrasons Dégazage et écumage des liquides
Le dégazage et le démoussage des liquides par ultrasons est un procédé très efficace. Les ultrasons éliminent les petites bulles de gaz en suspension dans le liquide et réduisent le niveau de gaz dissous en dessous du niveau d'équilibre naturel.
Le dégazage et le démoussage des liquides sont nécessaires à de nombreuses fins, notamment pour les procédés suivants :
- préparation de l'échantillon avant la mesure de la taille des particules pour éviter les erreurs de mesure
- dégazage de l'huile et du lubrifiant avant le pompage pour réduire l'usure de la pompe due à la cavitation
- le dégazage des aliments liquides, par exemple les jus, les sauces ou le vin, afin de réduire la croissance microbienne et d'augmenter la durée de conservation.
- dégazage des polymères et des vernis avant application, durcissement ou infusion sous vide
Lors de la sonification de liquides, les ondes sonores qui se propagent de la surface rayonnante dans le milieu liquide entraînent une alternance de cycles de haute pression et de basse pression, dont la vitesse dépend de la fréquence. Pendant le cycle de basse pression, les ondes ultrasonores peuvent créer de petites bulles de vide ou des vides dans le liquide. Le grand nombre de petites bulles génère une surface totale de bulles élevée. Les bulles sont également bien réparties dans le liquide. Le gaz dissous migre dans ces bulles de vide grâce à la grande surface et augmente la taille des bulles.
Les ondes acoustiques soutiennent le toucher et la coalescence des bulles adjacentes conduisant à une croissance accélérée des bulles. Les ondes de sonication aideront aussi à secouer bulles sur les surfaces des vaisseaux et forcera les petites bulles de repos en dessous de la surface de liquide à monter à travers et libérer le gaz emprisonné dans l'environnement.
Dégazage de l'huile par ultrasons à l'aide d'un processeur ultrasonique Hielscher 200 Watts.
Mettre à l'épreuve
Le processus de dégazage et de démoussage des liquides peut être rendu visible facilement. Dans un bécher en verre contenant de l'eau du robinet fraîchement versée, les ultrasons vont forcer les petites bulles en suspension à fusionner et à remonter rapidement. Vous pouvez voir cet effet dans l'image de progression ci-dessous.
dégazage par ultrasons de l'eau (5 secondes)
L'huile agitée contient un nombre élevé de bulles en suspension ou de mousse. Ce problème se pose en particulier dans les liquides de refroidissement. Là, les bulles de gaz favorisent l'usure induite par la cavitation dans les pompes ou les buses. L'image de progression ci-dessous montre l'effet de démoussage par ultrasons.
Dégazage par ultrasons : Les bulles de gaz piégées sont éliminées de l'huile à l'aide de l'ultrasoniseur UP400St.
La sonication génère de petites bulles de vide dans une eau claire et éventée. Ces bulles se remplissent de gaz dissous, qui migrent dans les bulles. En conséquence, les bulles grossissent et remontent. L'effet de dégazage est bien visible dans tout liquide translucide.
Comme les ultrasons améliorent la montée des petites bulles en suspension à la surface du liquide, ils réduisent également le temps de contact entre la bulle et le liquide. Pour cette raison, ils limitent également la re-dissolution du gaz de la bulle vers le liquide. Ceci est particulièrement intéressant pour les liquides à haute viscosité, comme les huiles ou les résines. Étant donné que les bulles doivent se déplacer vers la surface du liquide, le dégazage par ultrasons fonctionne mieux si le récipient est peu profond, de sorte que le temps nécessaire pour atteindre la surface est plus court.
Au-delà des effets visibles
La mesure des effets du dégazage par inspection visuelle est limitée en précision. Les mesures de la teneur en gaz sont un moyen plus précis de connaître l'efficacité du dégazage par ultrasons.
Les fluides contiennent une certaine quantité de gaz dissous. La concentration de gaz dépend de facteurs tels que la température, la pression ambiante ou l'agitation du liquide. Dans des conditions constantes, la concentration de gaz s'approche d'un équilibre. Le dégazage par ultrasons va modifier ces conditions, car le liquide est exposé à des bulles à basse pression et à une agitation. Par conséquent, les ultrasons abaisseront la concentration de gaz dans le liquide en dessous du niveau d'équilibre.
Lorsque la sonication s'arrête et que les conditions initiales sont rétablies, la concentration de gaz se rapproche lentement du niveau d'équilibre initial, à moins que le liquide ne soit exposé à aucun gaz, par exemple dans une bouteille fermée. Comme la redissolution du gaz dans le liquide est assez lente, il est possible de travailler avec le liquide à faible teneur en gaz après la sonication. Le graphique ci-dessous illustre cet effet.
Illustration du dégazage par ultrasons
Dégazage avant émulsification et Dispersant
Le dégazage par ultrasons peut améliorer la qualité des dispersions et des émulsions.
Le problème
Souvent, les émulsions et les dispersions contiennent des tensioactifs afin d'augmenter leur stabilité. Les tensioactifs empêchent le contact et la coalescence ou l'agglomération de la matière dispersée dans la phase liquide. Pour cela, les tensioactifs forment une couche autour de chaque particule. Les mêmes agents tensioactifs peuvent également encapsuler les bulles de gaz qui sont en suspension dans la phase liquide. Ces bulles stabilisées peuvent s'avérer très robustes. Les bulles stabilisées consomment du tensioactif, réduisent la qualité de l'émulsion ou de la dispersion, et peuvent générer des lectures erratiques lors de la mesure de la taille des particules.
La solution
Afin de réduire le problème des bulles de gaz stabilisées, les liquides doivent être dégazés par sonication. Avant d'ajouter la phase dispersée, comme l'huile ou la poudre, soniquez le liquide jusqu'à ce que le nombre de bulles générées diminue. Lors du mélange d'autres matériaux, évitez de générer de nouvelles bulles ou un vortex pendant l'agitation. Cela augmenterait rapidement la teneur en gaz.
Forcing le dioxyde de carbone
L'effet de dégazage est utilisé dans le test d'étanchéité des boîtes et des bouteilles contenant des boissons gazeuses, telles que le cola, soda ou de bière. Veuillez cliquer ici pour obtenir de plus amples informations sur les tests d'étanchéité des bouteilles.
Ultrasons Dégazage en bref
Le dégazage par ultrasons des liquides fonctionne mieux lorsqu'on utilise la configuration suivante.
- Appliquez des amplitudes ultrasoniques faibles à modérées !
- Utilisez des sonotrodes à grande surface, par exemple des sonotrodes à émission radiale !
- Maintenez une faible pression ou un vide au-dessus de la surface du liquide pendant la sonification !
- Chauffez le liquide, pour réduire sa viscosité !
- Utilisez un récipient peu profond pour la séparation des gaz pendant ou après la sonication !
- Évitez toute agitation turbulente pour permettre aux bulles de gaz de remonter !
Le dégazage par ultrasons peut être utilisé en mode batch ou en ligne. Dans le cas d'une opération en ligne, il convient d'installer un tuyau vertical pour l'évacuation du gaz et d'utiliser une pompe à gaz.