סילוק אוויר מנוזלים ביעילות גבוהה באמצעות אולטרסאונד

בעוד שסילוק גזים או שחרור גזים הוא לעיתים קרובות שלב תהליכי הגוזל זמן רב ביותר, סוניקציה יכולה להאיץ במידה ניכרת את התמזגות בועות הגז ואת עלייתן. ניתן להשתמש בשחרור גזים אולטרסוני במערכות מנתיות ובמערכות בקו הייצור, וניתן גם לשלבו עם טכניקות מקובלות לסילוק גזים, כגון הזרמת בועות של גזים אינרטיים, מסלקי גזים בעלי אימפלר, חימום או ואקום, כדי לשפר את היעילות ואת המהירות של סילוק הגזים.

סילוק גז מנוזלים

המונחים סילוק אוויר, סילוק גזים ושחרור גזים מתייחסים להסרת גזים חופשיים ומומסים מתוך זורם, ובייחוד גזים תגובתיים כגון חמצן או CO2. סילוק חמצן חשוב למניעת שינויים מזיקים במוצר הסופי ולשיפור שלבי העיבוד בהמשך התהליך. סילוק גזים הוא שלב עיבוד הכרחי ביישומים ובענפי תעשייה רבים. בייצור תעשייתי, סילוק גזים הוא שלב תהליכי נפוץ להבטחת יציבות המוצר, איכותו ועמידה עקבית בתקני המוצר. חמצן הוא גורם המשפיע על איכות המוצר ועל יציבותו ברמות שונות.
לכן, סילוק אוויר הוא שלב תהליכי מבוסס בתעשיות המזון והמשקאות, הכימיקלים, התרופות והקוסמטיקה. גם במעבדות, דגימות מצריכות לעיתים קרובות סילוק גזים לפני אנליזה (למשל, לפני HPLC, תבחינים, מדידות חלקיקים וכו').
תהליכי ערבוב המשתמשים, למשל, במערבלי להב בעלי כוחות גזירה גבוהים או במערבלי אימפלר סיבוביים מחייבים לעיתים קרובות סילוק גזים מהמוצר לאחר מכן, שכן טכניקות ערבוב אלו מחדירות בדרך כלל כמויות גדולות של גזים למוצר. לכיסי גז ואוויר כאלה יש בדרך כלל השפעות שליליות על המוצר, שכן הם עלולים לגרום לעיפוש של שומנים ושמנים, לפגוע במוצרים באמצעות חמצון, שינוי צבע ושינויים בלתי רצויים בריח ובטעם.  מכיוון שמוצרים שסולקו מהם גזים יציבים יותר מבחינה כימית ובעלי חיי מדף ארוכים יותר, סילוק גזים הוא שלב עיבוד חיוני המצריך טכניקה אמינה.
 

סילוק גזים אולטרסוני: בועות גז כלואות מסולקות משמן באמצעות המכשיר האולטרסוני UP400St

סילוק גזים ואוויר באמצעות אולטרסאונד

סילוק גזים ואוויר באמצעות אולטרסאונד הוא חלופה יעילה ביותר לשיטות מסורתיות לסילוק גזים מנוזלים, הכוללות הרתחה, הפחתת הלחץ עד לוואקום או הזרמת בועות של גזים אינרטיים. לשיטות מסורתיות אלו לסילוק גזים יש לעיתים קרובות חסרונות כגון פירוק תרמי (עקב חימום), עיבוד הגוזל זמן ואנרגיה ו/או סילוק בלתי מספק של גזים. סילוק גזים אולטרסוני מבוסס על עקרון הפעולה של קוויטציה אקוסטית. כאשר גלי אולטרסאונד בהספק גבוה מועברים לתוך נוזל, הנוזל נדחס ומתפשט במהלך מחזורי לחץ גבוה ולחץ נמוך, בהתאמה. במהלך מחזורי הלחץ הנמוך נוצרות בועות ואקום זעירות (המכונות בועות קוויטציה), הגדלות לאורך כמה מחזורי לחץ. במהלך מחזורי הגדילה של הבועות, הגזים המומסים בנוזל נכנסים לבועת הוואקום, כך שבועות הוואקום הופכות לבועות גז הולכות וגדלות. נוסף על כך, מערבולות זעירות וסילוני נוזל גורמים לערבול עז ולהעברת מסה. תנאים אלו, הנוצרים באמצעות אולטרסאונד, גורמים להתמזגות בועות גז, כלומר להתאחדות של בועות קטנות של גז מומס לבועות גז גדולות יותר, העולות במהירות אל פני הנוזל, שם הן יוצאות ממנו.
שינויי הטמפרטורה הנגרמים מרטט אולטרסוני ומקוויטציה מוגבלים לאזורים מקומיים קטנים מאוד, וניתן להזניח את עליית הטמפרטורה בנפח הכולל, שכן היא אינה פוגעת באיכות המוצר.
 

ירידה בחמצן המומס לאורך זמן בתדר אולטרסוני של 24 kHz באמצעות מכשיר הסוניקציה UP400ST באמפליטודות של 100 %, 80 %, 60 %, 40% ו-20 %.
מחקר: ©Rognerud et al., 2020.

 
בהתאם לנפח, לצמיגות ולתכולת הגז הכלוא בנוזל או בתרחיף, ניתן לבצע סילוק אוויר אולטרסוני בתהליך מנתי או בתהליך בקו הייצור. גשוש אולטרסוני בהספק גבוה פולט קוויטציה אקוסטית אל תוך הנוזל, וכך הגז מסולק מהנוזל ביעילות.
ניתן ליישם סילוק גזים אולטרסוני גם לשיפור מערכות קיימות לסילוק גזים, כגון חימום, ואקום או בעבוע גז.
סילוק גזים וקצף באמצעות אולטרסאונד משמש בקנה מידה תעשייתי להסרת גזים מומסים ממים, שמנים, מזון ומשקאות, תמיסות כימיות, נוזלים הידראוליים, נוזלי קירור, נוזלי קידוח, נפט גולמי, תחליבים, צבעים, דיו, דבקים, לכות, ציפויים, שרפי אפוקסי, שמפו, חומרי ניקוי ומוצרים רבים אחרים.
 

סילוק גזים אולטרסוני באמצעות מערך עם תא זרימה. ניסוי זה נערך באב־טיפוס של מעגל מים בקנה מידה קטן בנפח של 0.8 גלון, עם ספיקת גז אינרטי של 0.2 sfcm/min ועוצמה של 275 W/cm2. התוצאות מראות קיצור של כ־70% בזמן סילוק החמצן.
מחקר ותמונה: Rubio et al. 2016

סילוק גזים אולטרסוני במערך בקו הייצור באמצעות המכשיר האולטרסוני UIP1000hdT עם תא זרימה.

בעבוע גז משופר באמצעות אולטרסאונד

בעבוע גז אינרטי בנוזלים (המכונה גם שטיפה בגז אינרטי) הוא טיפול נפוץ לסילוק גזים לא רצויים, כגון חמצן ופחמן דו־חמצני, מהנוזל. ליישומי בעבוע גז משתמשים בדרך כלל בחנקן, בארגון, בהליום ובגזים אינרטיים אחרים. בעבוע גז בדרגת טוהר גבוהה (לרוב גז אינרטי) בתמיסה יכול לסלק ממנה גזים מומסים לא רצויים, שהם לרוב פעילים כימית, כגון חמצן ופחמן דו־חמצני. תהליך בעבוע הגז מבוסס על מעבר מסה והוא כשלעצמו הליך איטי למדי. כדי להגביר את יעילות הבעבוע בגזים אינרטיים, מערבלים לעיתים קרובות את תמיסת הנוזל והגז בעוצמה ומבעבעים בה גז במשך זמן רב. סוניקציה היא טכניקה המגבירה את סילוק הגזים, משפרת את מעבר המסה ובכך משפרת במידה ניכרת את בעבוע הגז. כאשר גלי אולטרסאונד בהספק גבוה מועברים לנוזלים או לתרחיפים, נוצרות בועות קוויטציה. בועות קוויטציה אלה מפרקות בועות גדולות יותר של גז השטיפה לבועות קטנות ומפזרות אותן באופן אחיד, וכך מתקבל סילוק גזים מהיר ונקי יותר. הערבול העז והמערבולות הנוצרים באמצעות סוניקציה מגבירים את מעבר המסה בין הגז לנוזל ובכך מאיצים את סילוק הגזים הלא רצויים.
כדי להאיץ את הליך בעבוע הגז ולייעל אותו, משתמשים באולטרסאונד בעל ביצועים גבוהים לשיפור סונומכני של ביצועי מעבר המסה בין הגז לנוזל. ההשפעות הסונומכניות הנוצרות על ידי קוויטציה אקוסטית כוללות הפרשי לחץ וטמפרטורה מקומיים, מיקרו־מערבולות וערבול. כוחות אלה משפרים את ביצועי סילוק הגזים בכך שהם תורמים להגברת מעבר המסה הדיפוזי עקב פירוק הבועות, פיזורן והגידול הנובע מכך בשטח הממשק, אשר מביאים בסופו של דבר לסילוק מהיר של גזים כלואים מהנוזל.
כדי להשיג את השפעות סילוק הגזים הרצויות, נדרשת סוניקציה בהספק גבוה. כאשר מבעבעים גז אינרטי בנוזל בזרימה דו־פאזית, רצויה דיפוזיה מתוקנת כדי להגביר את מעבר המסה ואת קצב סילוק הגזים המומסים. יישום דיפוזיה מתוקנת עלול להיות קשה, משום שבועות גז כלואות ומומסות נוטות להימנע מכניסה לשדה הקוויטציה האולטרסונית בעוצמות נמוכות יותר. עם זאת, בעוצמות מוגברות (גבוהות מ־300 W/cm² בתדר של כ־20 kHz) בועות הגז כבר אינן נמנעות מאזור הקוויטציה ומתפרקות על ידי כוחות סונומכניים. (ראו Jagannathan et al. 2011)

מערכות אולטרסוניות בהספק גבוה לסילוק גזים

Hielscher Ultrasonics היא יצרנית בעלת ניסיון רב־שנים של ציוד אולטרסוני בעל ביצועים גבוהים, המשמש במעבדות ובייצור תעשייתי ברחבי העולם. סילוק גזים מנוזלים ומתרחיפים הוא יישום תובעני הדורש גשושיות אולטרסוניות בהספק גבוה, המסוגלות להעביר לנוזלים תנודות במשרעות מוגדרות כדי לסלק בועות גז כלואות וכיסי אוויר. כל המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מתוכננים ומיוצרים להפעלה 24/7 בעומס מלא. המעבדים האולטרסוניים זמינים החל ממכשירים אולטרסוניים מעבדתיים קומפקטיים בהספק של 50 ואט ועד למערכות אולטרסוניות עוצמתיות בהספק של 16,000 ואט להתקנה בקו התהליך. מגוון רחב של שופרות הגברה, סונוטרודות ותאי זרימה מאפשר להתאים מערכת אולטרסונית לסילוק גזים בהתאם לנוזל, לצמיגות ולגזים הכלואים בו.
לסילוק אוויר וגזים ממתכות נוזליות נדרשות משרעות המוגדרות ונשמרות במדויק. Hielscher Ultrasonics מייצרת גשושיות אולטרסוניות בעלות ביצועים גבוהים, שהמפרט שלהן מותאם למשרעות ולטמפרטורות שעברו מיטוב רב לצורכי התהליך. אם יישום סילוק הגזים שלכם דורש מפרט חריג, זמינות סונוטרודות אולטרסוניות בהתאמה אישית. עמידותו של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת הפעלה 24/7 בעומסי עבודה כבדים ובסביבות תובעניות.

עיבוד במנות ובקו התהליך

הגשושיות האולטרסוניות של Hielscher לסילוק גזים מתאימות לסילוק גזים ואוויר במנות ובאופן רציף בקו התהליך. בהתאם לנפח, לצמיגות ולגזים הכלואים, נמליץ לכם על המערך האולטרסוני המתאים ביותר לסילוק גזים.

גשושיות אולטרסוניות לסילוק גזים מכל נפח

מגוון המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את כל קשת המעבדים האולטרסוניים, החל ממכשירים אולטרסוניים מעבדתיים קומפקטיים, דרך מערכות שולחניות ומערכות פיילוט ועד למעבדים אולטרסוניים תעשייתיים לחלוטין, בעלי כושר עיבוד של מטעני משאיות בשעה. מגוון המוצרים המלא מאפשר לנו להציע לכם את הציוד האולטרסוני לסילוק גזים המתאים ביותר לנוזל שלכם, לתפוקת התהליך וליעדי הייצור.

משרעות הניתנות לשליטה מדויקת לקבלת תוצאות מיטביות

כל המערכות האולטרסוניות של Hielscher לסילוק גזים ניתנות לשליטה מדויקת, ולכן משמשות כלי עבודה אמינים. המשרעת היא אחד מפרמטרי התהליך המכריעים המשפיעים על היעילות והאפקטיביות של סילוק גזים המושרה באמצעות השפעות סונומכניות. כל המעבדים של Hielscher Ultrasonics מאפשרים הגדרה מדויקת של המשרעת. סונוטרודות ושופרות הגברה הם אביזרים המאפשרים לשנות את המשרעת בטווח רחב אף יותר. המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher יכולים לספק משרעות גבוהות מאוד ואת העוצמה האולטרסונית הנדרשת ליישומים תובעניים. ניתן להפעיל בקלות וברציפות משרעות של עד 200µm בהפעלה 24/7.
הגדרות מדויקות של המשרעת וניטור מתמיד של פרמטרי התהליך האולטרסוני באמצעות תוכנה חכמה מאפשרים לכם להתאים את פרמטרי התהליך האולטרסוני להשגת סילוק הגזים האולטרסוני האפקטיבי ביותר. סוניקציה מיטבית לסילוק גזים ביעילות גבוהה במיוחד!
עמידותו של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת הפעלה 24/7 בעומסי עבודה כבדים ובסביבות תובעניות. בזכות זאת, הציוד האולטרסוני של Hielscher הוא כלי עבודה אמין העונה על דרישות תהליך סילוק האוויר שלכם.

האיכות הגבוהה ביותר – מתוכנן ומיוצר בגרמניה

כעסק בבעלות משפחתית ובניהול משפחתי, Hielscher נותנת עדיפות לתקני האיכות הגבוהים ביותר עבור המעבדים האולטרסוניים שלה. כל המכשירים האולטרסוניים מתוכננים, מיוצרים ונבדקים ביסודיות במטה החברה בטלטו שליד ברלין, גרמניה. עמידותו ואמינותו של הציוד האולטרסוני של Hielscher הופכות אותו לכלי עבודה איתן במערך הייצור שלכם. הפעלה 24/7 בעומס מלא ובסביבות תובעניות היא מאפיין טבעי של המכשירים לסילוק גזים בעלי הביצועים הגבוהים של Hielscher.