Désaération très efficace des liquides par ultrasons

Alors que le dégazage est souvent une étape extrêmement longue, les ultrasons peuvent accélérer considérablement la coalescence des bulles de gaz et leur ascension. Le dégazage par ultrasons peut être utilisé dans des installations par lots ou en ligne et peut également être combiné avec des techniques de dégazage conventionnelles telles que le barbotage avec des gaz inertes, les dégazeurs à turbine, le chauffage ou le vide afin d'améliorer l'efficacité et la rapidité de l'élimination des gaz.

Élimination du gaz des liquides

Les termes désaération, dégazage et dégazage font référence à l'élimination des gaz libres et dissous, en particulier les gaz réactifs tels que l'oxygène ou le CO2, d'un fluide. L'élimination de l'oxygène est importante pour éviter les modifications néfastes du produit final et améliorer le traitement en aval. Le dégazage est une étape de traitement nécessaire pour de nombreuses applications et industries. Dans la fabrication industrielle, le dégazage est une étape courante pour garantir la stabilité et la qualité du produit et le respect des normes. L'oxygène est un facteur qui influence la qualité et la stabilité du produit à différents niveaux.
Par conséquent, la désaération est une étape établie du processus dans l'industrie alimentaire. & L'industrie des boissons, l'industrie chimique, l'industrie pharmaceutique et l'industrie cosmétique. Mais dans les laboratoires également, les échantillons doivent souvent être dégazés avant d'être analysés (par exemple, avant la CLHP, les analyses, les mesures de particules, etc.)
Souvent, les processus de mélange utilisant, par exemple, des mélangeurs à pales à cisaillement élevé ou à roue rotative rendent nécessaire un dégazage ultérieur du produit, car ces techniques de mélange introduisent généralement de grandes quantités de gaz dans le produit. Ces inclusions de gaz et d'air ont généralement des effets négatifs sur le produit, car elles peuvent faire rancir les graisses et les huiles, détériorer les produits par oxydation, décoloration et altération indésirable de l'odeur et du goût. Les produits dégazés étant chimiquement plus stables et ayant une durée de conservation plus longue, le dégazage est une étape essentielle de la transformation qui nécessite une technique fiable.
 

Dégazage par ultrasons : Les bulles de gaz piégées sont éliminées de l'huile. utilisation de l'appareil à ultrasons UP400St

Dégazage et désaération par ultrasons

Le dégazage et la désaération par ultrasons constituent une alternative très efficace aux méthodes traditionnelles de dégazage des liquides qui comprennent l'ébullition, la réduction de la pression jusqu'au vide ou la pulvérisation de gaz inertes. Ces méthodes de dégazage traditionnelles présentent souvent des inconvénients tels que la dégradation thermique (due au chauffage), un traitement qui prend du temps et de l'énergie et/ou une élimination insuffisante des gaz. Le dégazage par ultrasons repose sur le principe de la cavitation acoustique. Lorsque des ondes ultrasonores de forte puissance sont couplées à un liquide, ce dernier est comprimé et dilaté pendant les cycles de haute et de basse pression, respectivement. Pendant les cycles de basse pression, de minuscules bulles de vide (appelées bulles de cavitation) sont créées et se développent sur plusieurs cycles de pression. Au cours de ces cycles de croissance des bulles, les gaz dissous dans le liquide pénètrent dans la bulle de vide, de sorte que la bulle de vide se transforme en bulles de gaz en expansion. En outre, les micro-turbulences et les jets de liquide provoquent une agitation intense et un transfert de masse. Ces conditions générées par les ultrasons provoquent la coalescence des bulles de gaz, c'est-à-dire l'unification des petites bulles de gaz dissous en bulles de gaz plus grosses, qui montent rapidement à la surface du liquide, où elles quittent le liquide.
Les changements de température causés par les vibrations ultrasoniques et la cavitation sont confinés à de très petits espaces locaux et l'augmentation de la température dans le volume total peut être négligée car elle n'interfère pas avec la qualité du produit.
 

Diminution de l'oxygène dissous en fonction du temps pour une fréquence ultrasonique de 24 kHz en utilisant le sonicateur UP400ST à des amplitudes de 100 %, 80 %, 60 %, 40 % et 20 %.
Étude : ©Rognerud et al, 2020.

 
En fonction du volume, de la viscosité et des inclusions gazeuses du liquide ou de la boue, la désaération par ultrasons peut être effectuée par lots ou en ligne. Une sonde ultrasonique à haute puissance émet une cavitation acoustique dans le liquide, ce qui permet un dégazage efficace.
Le dégazage par ultrasons peut également être mis en œuvre pour améliorer les systèmes de dégazage existants tels que le chauffage, le vide ou la pulvérisation.
Le dégazage et le démoussage par ultrasons sont utilisés à l'échelle industrielle pour éliminer les gaz dissous dans l'eau, les huiles, les aliments et les boissons, les solutions chimiques, les fluides hydrauliques, les liquides de refroidissement, les fluides de forage, le pétrole brut, les émulsions, les peintures, les encres, les adhésifs, les vernis, les revêtements, les époxys, les shampooings, les détergents et bien d'autres produits.
 

Dégazage par ultrasons à l'aide d'une cellule d'écoulement. Cette expérience était un prototype de boucle d'eau à petite échelle avec un volume de 0,8 gallon, un débit de gaz inerte de 0,2 sfcm/min, et une intensité de 275 W/cm2. Cette expérience montre une réduction du temps d'élimination de l'oxygène d'environ 70 %.
Étude et image : Rubio et al. 2016

Dégazage par ultrasons dans une installation en ligne utilisant l'ultrasonateur UIP1000hdT avec cellule d'écoulement.

L'aspersion améliorée par ultrasons

L'aspersion de liquides avec un gaz inerte (également connue sous le nom de purge de gaz inerte) est un traitement courant pour éliminer les gaz indésirables tels que l'oxygène et le dioxyde de carbone du liquide. L'azote, l'argon, l'hélium et d'autres gaz inertes sont couramment utilisés pour les applications de barbotage. Le barbotage d'une solution avec un gaz de haute pureté (généralement inerte) permet d'extraire les gaz dissous indésirables, généralement réactifs, tels que l'oxygène et le dioxyde de carbone. Le processus de barbotage repose sur le transfert de masse et est en soi une procédure assez lente. Afin d'intensifier la pulvérisation de gaz inertes, la solution liquide-gaz est souvent agitée vigoureusement et bouillonnée pendant une longue période. L'ultrasonication est une technique de dégazage et d'intensification qui améliore le transfert de masse et donc la pulvérisation de manière significative. Lorsque des ondes ultrasonores de forte puissance sont couplées à des liquides ou à des boues, des bulles de cavitation sont générées. Ces bulles de cavitation décomposent les grosses bulles de gaz de purge en petites bulles et les dispersent uniformément, ce qui permet d'obtenir des effets de dégazage plus rapides et plus propres. L'agitation intense et les turbulences créées par les ultrasons favorisent le transfert de masse gaz-liquide et donc l'élimination rapide des gaz indésirables.
Afin d'accélérer et de rendre plus efficace la procédure de barbotage, des ultrasons à haute performance sont utilisés pour améliorer de manière sonomécanique les performances de transfert de masse entre le gaz et le liquide. Les effets sonomécaniques générés par la cavitation acoustique comprennent des différentiels locaux de pression et de température, des microturbulences et une agitation. Ces forces améliorent les performances de dégazage en contribuant à une augmentation du transfert de masse diffusif en raison de l'éclatement des bulles, de la dispersion et de l'augmentation ultérieure de la surface interfaciale, ce qui se traduit finalement par une élimination rapide des gaz piégés dans le liquide.
Pour obtenir les effets de dégazage souhaités, il est nécessaire d'utiliser des ultrasons de forte puissance. Lorsqu'un liquide est mélangé à un gaz inerte dans un écoulement diphasique, une diffusion rectifiée est souhaitée pour augmenter le transfert de masse et le taux d'élimination des gaz dissous. L'application de la diffusion rectifiée peut s'avérer difficile car les bulles de gaz piégées et dissoutes ont tendance à éviter d'entrer dans le champ de cavitation ultrasonique à des intensités plus faibles. Toutefois, à des intensités élevées (supérieures à 300 W/cm² à environ 20 kHz), les bulles de gaz n'évitent plus la zone de cavitation et sont brisées par les forces sonomécaniques. (cf. Jagannathan et al. 2011)

Systèmes de dégazage par ultrasons de grande puissance

Hielscher Ultrasonics est un fabricant de longue date d'équipements ultrasoniques de haute performance utilisés dans le monde entier dans les laboratoires et la production industrielle. Le dégazage des liquides et des boues est une application exigeante qui nécessite des sondes ultrasoniques de grande puissance capables de coupler des amplitudes établies dans les liquides pour éliminer les bulles de gaz et les poches d'air piégées. Tous les appareils à ultrasons Hielscher sont conçus et fabriqués pour fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 à pleine charge. Les processeurs à ultrasons sont disponibles depuis les ultrasons de laboratoire compacts de 50 watts jusqu'aux puissants systèmes à ultrasons en ligne de 16 000 watts. Une grande variété de cornes d'amplification, de sonotrodes et de cellules d'écoulement permet la configuration individuelle d'un système de dégazage par ultrasons en fonction du liquide, de la viscosité et des inclusions de gaz.
Pour la désaération et le dégazage des métaux liquides, des amplitudes réglées et maintenues avec précision sont nécessaires. Hielscher Ultrasonics fabrique des sondes ultrasoniques de haute performance qui sont spécifiées pour des amplitudes et des températures très optimisées pour le processus. Si votre application de dégazage nécessite des spécifications inhabituelles, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher lui permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles et dans des environnements exigeants.

par lots et en ligne

Les sondes ultrasoniques Hielscher pour le dégazage peuvent être utilisées pour le dégazage et la désaération en ligne, par lots ou en continu. En fonction du volume, de la viscosité et des gaz piégés, nous vous recommanderons l'installation de dégazage par ultrasons la plus adaptée.

Sondes à ultrasons pour le dégazage de tout volume

La gamme de produits Hielscher Ultrasonics couvre tout le spectre des processeurs à ultrasons, depuis les ultrasons de laboratoire compacts jusqu'aux processeurs à ultrasons industriels capables de traiter des camions à l'heure, en passant par les systèmes de paillasse et les systèmes pilotes. La gamme complète de produits nous permet de vous proposer l'équipement de dégazage par ultrasons le mieux adapté à vos objectifs en matière de liquide, de capacité de traitement et de production.

Amplitudes contrôlables avec précision pour des résultats optimaux

Tous les systèmes de dégazage par ultrasons Hielscher sont contrôlables avec précision et donc fiables. L'amplitude est l'un des paramètres cruciaux du processus qui influence l'efficacité du dégazage induit par sonomécanique. Tous les systèmes ultrasoniques Hielscher’ permettent un réglage précis de l'amplitude. Les sonotrodes et les cornes d'amplification sont des accessoires qui permettent de modifier l'amplitude dans une plage encore plus large. Les processeurs ultrasoniques industriels de Hielscher peuvent délivrer des amplitudes très élevées et fournir l'intensité ultrasonique requise pour des applications exigeantes. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement exploitées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7.
Des réglages précis de l'amplitude et la surveillance permanente des paramètres du processus ultrasonique via un logiciel intelligent vous permettent d'ajuster les paramètres du processus ultrasonique pour un dégazage ultrasonique le plus efficace possible. Une sonication optimale pour une élimination des gaz très efficace !
La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher lui permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles et dans des environnements exigeants. Cela fait de l'équipement à ultrasons de Hielscher un outil de travail fiable qui répond aux exigences de votre processus de dégazage.

La plus haute qualité – Conçu et fabriqué en Allemagne

En tant qu'entreprise familiale, Hielscher accorde la priorité aux normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les appareils à ultrasons sont conçus, fabriqués et testés minutieusement dans notre siège social de Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité des équipements à ultrasons de Hielscher en font des outils de travail pour votre production. Le fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des dégazeurs haute performance de Hielscher.