પ્રવાહીમાંથી અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ અને ફીણ દૂર કરવું

અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને પ્રવાહીમાંથી વાયુ અને ફીણ દૂર કરવા એ ખૂબ જ અસરકારક પ્રક્રિયા છે. અલ્ટ્રાસોનિકેશન પ્રવાહીમાં નિલંબિત વાયુના નાના પરપોટા દૂર કરે છે અને ઓગળેલા વાયુનું સ્તર કુદરતી સમતુલાના સ્તરથી નીચે લાવે છે.

પ્રવાહીમાંથી વાયુ અને ફીણ દૂર કરવા અનેક હેતુઓ માટે જરૂરી છે, જેમ કે નીચેની પ્રક્રિયાઓમાં:

• માપનની ભૂલો ટાળવા માટે કણોના કદનું માપન કરતાં પહેલાં નમૂનાની તૈયારી
• કેવિટેશનને કારણે પંપમાં થતો ઘસારો ઘટાડવા માટે પંપિંગ પહેલાં તેલ અને ઊંજણમાંથી વાયુ દૂર કરવો
• સૂક્ષ્મજીવોની વૃદ્ધિ ઘટાડવા અને સંગ્રહ આયુષ્ય વધારવા માટે રસ, સૉસ અથવા વાઇન જેવા પ્રવાહી ખાદ્યપદાર્થોમાંથી વાયુ દૂર કરવો
• લગાડતાં, ક્યોરિંગ કરતાં અથવા વેક્યૂમ ઇન્ફ્યુઝન કરતાં પહેલાં પોલિમર અને વાર્નિશમાંથી વાયુ દૂર કરવો

પ્રવાહીનું સોનિકેશન કરતી વખતે, ઉત્સર્જક સપાટી પરથી પ્રવાહી માધ્યમમાં પ્રસરતા ધ્વનિતરંગો વારાફરતી ઊંચા દબાણ અને નીચા દબાણનાં ચક્રો ઉત્પન્ન કરે છે, જેનો દર આવૃત્તિ પર આધાર રાખે છે. નીચા દબાણના ચક્ર દરમિયાન, અલ્ટ્રાસોનિક તરંગો પ્રવાહીમાં નાના નિર્વાત પરપોટા અથવા પોલાણો બનાવી શકે છે. મોટી સંખ્યામાં રહેલા નાના પરપોટાઓનું કુલ સપાટી ક્ષેત્રફળ ઘણું મોટું હોય છે. પરપોટા પ્રવાહીમાં સારી રીતે વિતરિત પણ હોય છે. ઓગળેલો વાયુ આ વિશાળ સપાટી ક્ષેત્રફળ મારફતે આ નિર્વાત પરપોટાઓમાં પ્રવેશે છે અને પરપોટાનું કદ વધારે છે.
ધ્વનિતરંગો નજીકના પરપોટાઓને એકબીજાના સંપર્કમાં આવવામાં અને ભળી જવામાં મદદ કરે છે, જેથી પરપોટા વધુ ઝડપથી મોટા થાય છે. સોનિકેશનના તરંગો પાત્રની સપાટી પરથી પરપોટાઓને છૂટા પાડવામાં પણ મદદ કરશે અને પ્રવાહીની સપાટી નીચે રહેલા નાના પરપોટાઓને ઉપર ઊઠવા તથા તેમાં ફસાયેલા વાયુને આસપાસના વાતાવરણમાં છોડવા પ્રેરશે.

તેને અજમાવી જુઓ

પ્રવાહીમાંથી વાયુ અને ફીણ દૂર કરવાની પ્રક્રિયાને સરળતાથી દૃશ્યમાન બનાવી શકાય છે. તાજા રેડેલા નળના પાણીથી ભરેલા કાચના બીકરમાં, અલ્ટ્રાસોનિકેશન નિલંબિત નાના પરપોટાઓને ભેગા થવા અને ઝડપથી ઉપર ઊઠવા પ્રેરશે. નીચેના ક્રમિક ચિત્રમાં તમે આ અસર જોઈ શકો છો.

પાણીમાંથી અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવો (5 સેકન્ડ)

હલાવેલા તેલમાં મોટી સંખ્યામાં નિલંબિત પરપોટા અથવા ફીણ હોય છે. ખાસ કરીને શીતક પ્રવાહીમાં આ એક સમસ્યા છે. તેમાં વાયુના પરપોટા પંપ અથવા નોઝલમાં કેવિટેશનથી થતા ઘસારાને પ્રોત્સાહન આપે છે. નીચેનું ક્રમિક ચિત્ર અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી ફીણ દૂર કરવાની અસર દર્શાવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવો: અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP400St નો ઉપયોગ કરીને તેલમાં ફસાયેલા વાયુના પરપોટા દૂર કરવામાં આવે છે

સોનિકેશન સ્વચ્છ, થોડો સમય સ્થિર રાખેલા પાણીમાં નાના નિર્વાત પરપોટા ઉત્પન્ન કરશે. ઓગળેલો વાયુ આ પરપોટાઓમાં પ્રવેશે છે અને તેમને ભરે છે. પરિણામે પરપોટા મોટા થાય છે અને ઉપર ઊઠે છે. કોઈપણ અર્ધપારદર્શક પ્રવાહીમાં વાયુ દૂર કરવાની અસર સ્પષ્ટ રીતે જોઈ શકાય છે.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ નિલંબિત નાના પરપોટાઓને પ્રવાહીની સપાટી સુધી ઉપર ઊઠવામાં મદદ કરે છે, તેથી તે પરપોટા અને પ્રવાહી વચ્ચેનો સંપર્ક સમય પણ ઘટાડે છે. આ કારણસર તે પરપોટામાંથી વાયુ ફરી પ્રવાહીમાં ઓગળવાની પ્રક્રિયાને પણ મર્યાદિત કરે છે. તેલ અથવા રેઝિન જેવા વધુ સ્નિગ્ધતાવાળા પ્રવાહી માટે આ ખાસ ઉપયોગી છે. પરપોટાઓને પ્રવાહીની સપાટી સુધી પહોંચવાનું હોવાથી, પાત્ર છીછરું હોય ત્યારે અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવાની પ્રક્રિયા વધુ સારી રીતે કાર્ય કરે છે, કારણ કે સપાટી સુધી પહોંચવામાં ઓછો સમય લાગે છે.

દૃશ્યમાન અસરોની આગળ

દૃશ્ય નિરીક્ષણ દ્વારા વાયુ દૂર કરવાની અસરોના માપનની ચોકસાઈ મર્યાદિત છે. વાયુના પ્રમાણનું માપન એ અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવાની કાર્યક્ષમતા જાણવા માટેની વધુ ચોક્કસ રીત છે.

પ્રવાહીમાં ચોક્કસ માત્રામાં ઓગળેલો વાયુ હોય છે. વાયુની સાંદ્રતા તાપમાન, આસપાસનું દબાણ અથવા પ્રવાહીને હલાવવા જેવા પરિબળો પર આધાર રાખે છે. પરિસ્થિતિઓ સ્થિર રહે ત્યારે વાયુની સાંદ્રતા સમતુલા તરફ આગળ વધે છે. અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવાથી પરિસ્થિતિઓ બદલાશે, કારણ કે પ્રવાહી નીચા દબાણવાળા પરપોટાઓ અને હલાવવાની ક્રિયાના સંપર્કમાં આવે છે. તેથી અલ્ટ્રાસોનિકેશન પ્રવાહીમાં વાયુની સાંદ્રતાને સમતુલાના સ્તરથી નીચે લાવશે.
સોનિકેશન બંધ થાય અને પ્રારંભિક પરિસ્થિતિઓ ફરી સ્થાપિત થાય ત્યારે વાયુની સાંદ્રતા ધીમે ધીમે ફરી પ્રારંભિક સમતુલાના સ્તર તરફ આગળ વધશે, સિવાય કે પ્રવાહી કોઈપણ વાયુના સંપર્કમાં ન આવતું હોય, જેમ કે બંધ બોટલમાં. પ્રવાહીમાં વાયુ ફરી ઓગળવાની પ્રક્રિયા પ્રમાણમાં ધીમી હોવાથી, સોનિકેશન પછી ઓછા વાયુવાળા પ્રવાહી સાથે કામ કરવું શક્ય છે. નીચેનો આલેખ આ અસર દર્શાવે છે.

પાણીમાંથી અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવાનું નિરૂપણ

ઇમલ્સીકરણ અને વિખેરણ પહેલાં વાયુ દૂર કરવો

અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવાથી વિખેરણો અને ઇમલ્શનની ગુણવત્તા સુધરી શકે છે.

સમસ્યા

ઇમલ્શન અને વિખેરણોમાં તેમની સ્થિરતા વધારવા માટે ઘણીવાર સપાટી સક્રિય પદાર્થો હોય છે. આ સપાટી સક્રિય પદાર્થો પ્રવાહી પ્રાવસ્થામાં વિખેરાયેલા પદાર્થના સંપર્કમાં આવવા અને ભળી જવા અથવા સમૂહિત થવાની પ્રક્રિયાને અવરોધે છે. આ માટે સપાટી સક્રિય પદાર્થો દરેક કણની આસપાસ એક સ્તર બનાવે છે. આ જ સપાટી સક્રિય પદાર્થો પ્રવાહી પ્રાવસ્થામાં નિલંબિત વાયુના પરપોટાઓને પણ આવરી શકે છે. આવા સ્થિર કરેલા પરપોટા ખૂબ જ ટકાઉ સાબિત થઈ શકે છે. સ્થિર કરેલા પરપોટા સપાટી સક્રિય પદાર્થનો વપરાશ કરે છે, ઇમલ્શન અથવા વિખેરણની ગુણવત્તા ઘટાડે છે અને કણોના કદનું માપન કરતી વખતે અનિયમિત માપન પરિણામો આપી શકે છે.

ઉકેલ: અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવો

સ્થિર કરેલા વાયુના પરપોટાઓની સમસ્યા ઘટાડવા માટે સોનિકેશન દ્વારા પ્રવાહીમાંથી વાયુ દૂર કરવો જોઈએ. તેલ અથવા પાઉડર જેવી વિખેરિત પ્રાવસ્થા ઉમેરતાં પહેલાં, ઉત્પન્ન થતા પરપોટાઓની સંખ્યા ઘટે ત્યાં સુધી પ્રવાહીનું સોનિકેશન કરો. અન્ય પદાર્થો ભેળવતી વખતે, હલાવતી વેળાએ નવા પરપોટા અથવા વમળ ઉત્પન્ન થવા ન દો. નવા પરપોટા અથવા વમળ ઉત્પન્ન થવાથી વાયુનું પ્રમાણ ઝડપથી વધશે.
 

પાણી આધારિત ડ્રિલિંગ મડ, અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરતાં પહેલાં અને પછી – સોનિકેટર UIP1000hd નો ઉપયોગ કરીને
અભ્યાસ અને ચિત્ર: Amani et al. 2016

કાર્બન ડાયોક્સાઇડને બહાર કાઢવો

વાયુ દૂર કરવાની અસરનો ઉપયોગ કોલા, સોડા અથવા બિયર જેવા કાર્બોનેટેડ પીણાં ધરાવતા કેન અને બોટલના લીક પરીક્ષણમાં કરવામાં આવે છે. બોટલના લીક પરીક્ષણ વિશે વધુ માહિતી મેળવવા માટે કૃપા કરીને અહીં ક્લિક કરો.

અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવાની પ્રક્રિયા સંક્ષેપમાં

નીચેની વ્યવસ્થાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે પ્રવાહીમાંથી અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવાની પ્રક્રિયા વધુ સારી રીતે કાર્ય કરે છે.

• નીચાથી મધ્યમ અલ્ટ્રાસોનિક કંપવિસ્તાર લાગુ કરો!
• મોટા સપાટી ક્ષેત્રફળવાળા સોનોટ્રોડનો ઉપયોગ કરો, જેમ કે ત્રિજ્યાની દિશામાં ઉત્સર્જન કરતા સોનોટ્રોડ!
• સોનિકેશન કરતી વખતે પ્રવાહીની સપાટી ઉપર નીચું દબાણ અથવા નિર્વાત રાખો!
• પ્રવાહીની સ્નિગ્ધતા ઘટાડવા માટે તેને ગરમ કરો!
• સોનિકેશન દરમિયાન અથવા પછી વાયુને અલગ કરવા માટે છીછરા પાત્રનો ઉપયોગ કરો!
• વાયુના પરપોટાઓ ઉપર ઊઠી શકે તે માટે પ્રક્ષુબ્ધ હલનચલન ટાળો!

અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી વાયુ દૂર કરવાની પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ બેચ પદ્ધતિમાં અથવા ઇનલાઇન કરી શકાય છે. ઇનલાઇન કામગીરીના કિસ્સામાં, વાયુ બહાર કાઢવા માટે ઊભી પાઇપ સ્થાપિત કરવી જોઈએ અને વાયુ પંપનો ઉપયોગ કરવો જોઈએ.

સાહિત્ય / સંદર્ભો

• Rognerud, Maren; Solemslie, Bjørn; Islam, Md Hujjatul; Pollet, Bruno (2020): How to Avoid Total Dissolved Gas Supersaturation in Water from Hydropower Plants by Employing Ultrasound. Journal of Physics: Conference Series 2020.
• Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2, 2016. 21-30.
• Haghayeghi R.; Kapranos P. (2014): The effect of processing parameters on ultrasonic degassing efficiency. Materials Letter Volume 116, 1 February 2014. 399-401.
• Servant G.; Caltagirone J.P.; Gérard A.; Laborde J.L.; Hita A. (2000): Numerical simulation of cavitation bubble dynamics induced by ultrasound waves in a high frequency reactor. Ultrasonics Sonochemistry Volume 7, Issue 4, October 2000. 217-227.