तरल पदार्थों की अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग और झाग हटाना

अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके तरल पदार्थों की डीगैसिंग करना और उनका झाग हटाना एक बहुत प्रभावी प्रक्रिया है। अल्ट्रासोनिकेशन तरल से छोटे निलंबित गैस बुलबुले हटाता है और घुली हुई गैस के स्तर को प्राकृतिक संतुलन स्तर से नीचे ले आता है।

तरल पदार्थों की डीगैसिंग और झाग हटाने की आवश्यकता कई उद्देश्यों के लिए होती है, जैसे कि निम्नलिखित प्रक्रियाओं में:

• मापन त्रुटियों से बचने के लिए कण आकार के मापन से पहले नमूना तैयार करना
• कैविटेशन के कारण पंप में होने वाली घिसावट को कम करने के लिए पंप करने से पहले तेल और स्नेहक की डीगैसिंग
• सूक्ष्मजीवों की वृद्धि कम करने और शेल्फ लाइफ़ बढ़ाने के लिए तरल खाद्य पदार्थों, जैसे जूस, सॉस या वाइन की डीगैसिंग
• लगाने, क्योरिंग या वैक्यूम इन्फ्यूज़न से पहले पॉलिमर और वार्निश की डीगैसिंग

तरल पदार्थों का सोनिकेशन करते समय, विकिरण करने वाली सतह से तरल माध्यम में फैलने वाली ध्वनि तरंगें बारी-बारी से उच्च-दाब और निम्न-दाब चक्र उत्पन्न करती हैं, जिनकी दरें आवृत्ति पर निर्भर करती हैं। निम्न-दाब चक्र के दौरान, अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल में छोटे निर्वात बुलबुले या रिक्त स्थान बना सकती हैं। बड़ी संख्या में छोटे बुलबुले होने से बुलबुलों का कुल सतह क्षेत्र बड़ा हो जाता है। ये बुलबुले तरल में अच्छी तरह वितरित भी होते हैं। घुली हुई गैस इस बड़े सतह क्षेत्र के माध्यम से इन निर्वात बुलबुलों में प्रवेश करती है और बुलबुलों का आकार बढ़ाती है।
ध्वनिक तरंगें पास-पास के बुलबुलों के संपर्क में आने और आपस में मिलने में सहायता करती हैं, जिससे बुलबुलों का आकार तेज़ी से बढ़ता है। सोनिकेशन तरंगें पात्र की सतहों से बुलबुलों को अलग करने में भी सहायता करेंगी और तरल की सतह के नीचे मौजूद छोटे बुलबुलों को ऊपर उठने तथा फँसी हुई गैस को वातावरण में छोड़ने के लिए बाध्य करेंगी।

इसे आज़माकर देखें

तरल पदार्थों की डीगैसिंग और झाग हटाने की प्रक्रिया को आसानी से प्रत्यक्ष देखा जा सकता है। नल से ताज़ा भरे पानी वाले काँच के बीकर में, अल्ट्रासोनिकेशन छोटे निलंबित बुलबुलों को आपस में मिलने और तेज़ी से ऊपर उठने के लिए बाध्य करेगा। आप नीचे दिए गए क्रमिक चित्र में यह प्रभाव देख सकते हैं।

पानी की अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग (5 seconds)

हिलाए गए तेल में बड़ी संख्या में निलंबित बुलबुले या झाग होते हैं। विशेष रूप से शीतलक तरल पदार्थों में यह एक समस्या है। इनमें गैस के बुलबुले पंपों या नोज़लों में कैविटेशन के कारण होने वाली घिसावट को बढ़ावा देते हैं। नीचे दिया गया क्रमिक चित्र अल्ट्रासाउंड द्वारा झाग हटाने का प्रभाव दिखाता है।

अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग: अल्ट्रासोनिकेटर UP400St का उपयोग करके तेल से फँसे हुए गैस बुलबुले हटाए जाते हैं

सोनिकेशन साफ़, कुछ समय से रखे हुए पानी में छोटे निर्वात बुलबुले उत्पन्न करेगा। ये बुलबुले घुली हुई गैस से भरते हैं, जो बुलबुलों के भीतर प्रवेश करती है। परिणामस्वरूप बुलबुलों का आकार बढ़ता है और वे ऊपर उठते हैं। किसी भी पारभासी तरल में डीगैसिंग का प्रभाव स्पष्ट दिखाई देता है।
चूँकि अल्ट्रासाउंड छोटे निलंबित बुलबुलों के तरल की सतह तक उठने में सहायता करता है, इसलिए यह बुलबुले और तरल के बीच संपर्क का समय भी कम करता है। इसी कारण यह बुलबुले से गैस के तरल में दोबारा घुलने को भी सीमित करता है। यह अधिक श्यानता वाले तरल पदार्थों, जैसे तेल या रेज़िन के लिए विशेष रूप से उपयोगी है। चूँकि बुलबुलों को तरल की सतह तक पहुँचना होता है, इसलिए पात्र उथला होने पर अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग बेहतर काम करती है, क्योंकि सतह तक पहुँचने में कम समय लगता है।

दिखाई देने वाले प्रभावों से आगे

दृश्य निरीक्षण द्वारा डीगैसिंग के प्रभावों का मापन सीमित सटीकता वाला होता है। गैस की मात्रा का मापन अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग की दक्षता का पता लगाने का अधिक सटीक तरीका है।

तरल पदार्थों में एक निश्चित मात्रा में घुली हुई गैस होती है। गैस की सांद्रता तापमान, परिवेशी दाब या तरल को हिलाने जैसे कारकों पर निर्भर करती है। स्थिर परिस्थितियों में गैस की सांद्रता संतुलन की ओर बढ़ेगी। अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग इन परिस्थितियों को बदलेगी, क्योंकि तरल निम्न-दाब वाले बुलबुलों और हलचल के प्रभाव में आता है। इसलिए अल्ट्रासोनिकेशन तरल में गैस की सांद्रता को संतुलन स्तर से नीचे ले आएगा।
सोनिकेशन बंद होने और प्रारंभिक परिस्थितियाँ बहाल होने पर गैस की सांद्रता धीरे-धीरे फिर से प्रारंभिक संतुलन स्तर की ओर बढ़ेगी, सिवाय उस स्थिति के जब तरल किसी भी गैस के संपर्क में न हो, जैसे कि बंद बोतल में। चूँकि गैस का तरल में दोबारा घुलना काफ़ी धीमा होता है, इसलिए सोनिकेशन के बाद कम गैस वाले तरल के साथ काम करना संभव है। नीचे दिया गया ग्राफ़ यह प्रभाव दर्शाता है।

पानी की अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग का चित्रण

पायसीकरण और परिक्षेपण से पहले डीगैसिंग

अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग परिक्षेपणों और पायसों की गुणवत्ता सुधार सकती है।

समस्या

अक्सर पायसों और परिक्षेपणों का स्थायित्व बढ़ाने के लिए उनमें सर्फैक्टेंट होते हैं। सर्फैक्टेंट तरल प्रावस्था में परिक्षेपित पदार्थ के संपर्क में आने और आपस में मिलने या समूहित होने को रोकेंगे। इसके लिए सर्फैक्टेंट प्रत्येक कण के चारों ओर एक परत बनाएँगे। यही सर्फैक्टेंट तरल प्रावस्था में निलंबित गैस बुलबुलों को भी घेर सकते हैं। इस प्रकार स्थिर किए गए बुलबुले बहुत टिकाऊ साबित हो सकते हैं। स्थिर किए गए बुलबुले सर्फैक्टेंट की खपत करते हैं, पायस या परिक्षेपण की गुणवत्ता घटाते हैं और कण आकार का मापन करते समय अनियमित रीडिंग उत्पन्न कर सकते हैं।

समाधान: अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग

स्थिर किए गए गैस बुलबुलों की समस्या को कम करने के लिए तरल पदार्थों की डीगैसिंग सोनिकेशन द्वारा की जानी चाहिए। तेल या पाउडर जैसी परिक्षेपित प्रावस्था मिलाने से पहले, तरल का सोनिकेशन तब तक करें जब तक उत्पन्न होने वाले बुलबुलों की संख्या कम न हो जाए। अन्य पदार्थ मिलाते समय, हिलाने के दौरान नए बुलबुले या भँवर बनने से बचें। नए बुलबुले या भँवर बनने से गैस की मात्रा तेज़ी से बढ़ेगी।
 

जल-आधारित ड्रिलिंग मड, अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग से पहले और बाद में – सोनिकेटर UIP1000hd का उपयोग करके
अध्ययन और चित्र: Amani et al. 2016

कार्बन डाइऑक्साइड को बाहर निकालना

डीगैसिंग के प्रभाव का उपयोग कोला, सोडा या बीयर जैसे कार्बोनेटेड पेय वाले कैन और बोतलों के रिसाव परीक्षण में किया जा रहा है। बोतलों के रिसाव परीक्षण के बारे में अधिक जानकारी के लिए कृपया यहाँ क्लिक करें।

अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग संक्षेप में

निम्नलिखित व्यवस्था का उपयोग करने पर तरल पदार्थों की अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग बेहतर काम करती है।

• कम से मध्यम अल्ट्रासोनिक आयामों का उपयोग करें!
• बड़े सतह क्षेत्र वाले सोनोट्रोड का उपयोग करें, जैसे त्रिज्यीय दिशा में विकिरण करने वाले सोनोट्रोड!
• सोनिकेशन के दौरान तरल की सतह के ऊपर कम दाब या निर्वात बनाए रखें!
• तरल की श्यानता कम करने के लिए उसे गर्म करें!
• सोनिकेशन के दौरान या उसके बाद गैस को अलग करने के लिए उथले पात्र का उपयोग करें!
• गैस के बुलबुलों को ऊपर उठने देने के लिए अशांत हलचल से बचें!

अल्ट्रासोनिक डीगैसिंग का उपयोग बैच मोड में या इनलाइन किया जा सकता है। इनलाइन संचालन के मामले में, गैस को बाहर निकालने के लिए एक ऊर्ध्वाधर पाइप लगाया जाना चाहिए और गैस पंप का उपयोग किया जाना चाहिए।

साहित्य / संदर्भ

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• 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.
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