Ultrahangos folyadékok gáztalanítása és elszíntelenedése
A folyadékok gáztalanítása és pormentesítése ultrahangos eljárással nagyon hatékony folyamat. Az ultrahangos kezelés eltávolítja a kis lebegő gázbuborékokat a folyadékból, és csökkenti az oldott gáz szintjét a természetes egyensúlyi szint alatt.
A folyadékok gáztalanítása és pormentesítése számos célra szükséges, például a következő folyamatokhoz:
- minta előkészítése részecskeméret mérés előtt a mérési hibák elkerülése érdekében
- olaj- és kenőanyag-gáztalanítás a szivattyúzás előtt a kavitáció miatti szivattyúkopás csökkentése érdekében
- folyékony élelmiszerek, pl. gyümölcslé, mártás vagy bor gáztalanítása a mikrobiális növekedés csökkentése és az eltarthatósági idő növelése érdekében
- polimerek és lakkok gáztalanítása alkalmazás, pácolás vagy vákuum infúzió előtt
Folyadékok szonikálásakor a sugárzó felületről a folyékony közegbe terjedő hanghullámok váltakozó nagynyomású és alacsony nyomású ciklusokat eredményeznek, a frekvenciától függően. Az alacsony nyomású ciklus során az ultrahangos hullámok kis vákuumbuborékokat vagy üregeket hozhatnak létre a folyadékban. A kis buborékok nagy száma nagy teljes buborékfelületet eredményez. A buborékok is jól eloszlanak a folyadékban. Az oldott gáz a nagy felületen keresztül ezekbe a vákuumbuborékokba vándorol, és növeli a buborékok méretét.
Az akusztikus hullámok támogatják a szomszédos buborékok érintkezését és összeolvadását, ami a buborékok gyorsabb növekedéséhez vezet. Az ultrahangos hullámok segítik a buborékok rázkódását az edényfelületeken, és kisebb folyadékfelszínen pihentető buborékokat kényszerítenek arra, hogy felemelkedjenek, és felszabadítsák a befogott gázt a környezetbe.
Ultrahangos gáztalanítás olaj segítségével Hielscher 200 Watt ultrahangos processzor.
Tedd a teszthez
A folyadékok gáztalanításának és porlasztásának folyamata könnyen láthatóvá tehető. A frissen öntött csapvíz üvegpohárjában az ultrahangos kezelés arra kényszeríti a kis felfüggesztett buborékokat, hogy összeolvadjanak és gyorsan mozogjanak. Ezt a hatást az alábbi folyamatképen láthatja.
ultrahangos gáztalanítás (5 másodperc)
A kevert olaj nagy számú felfüggesztett buborékot vagy habot tartalmaz. Különösen a hűtőközegek, ez egy probléma. Ott a gázbuborékok elősegítik a kavitáció okozta kopást a szivattyúkban vagy a fúvókákban. Az alábbi folyamatkép az ultrahangos párátering hatást mutatja.
Ultrahangos gáztalanítás: Az UP400St ultrahangos sugárzóval eltávolítják az olajból a beszorult gázbuborékokat
Sonication generál kis vákuum buborékok tiszta, elavult vízben. Ezek a buborékok oldott gázzal töltődnek meg, amely a buborékokba vándorol. Következésképpen a buborékok nőnek és feljebb lépnek. A gáztalanító hatás jól látható minden áttetsző folyadékban.
Mivel az ultrahang javítja a kis lebegő buborékok felemelkedését a folyékony felületre, csökkenti a buborék és a folyadék közötti érintkezési időt is. Ezért korlátozza a gáz újra feloldását a buborékból a folyadékba is. Ez különösen érdekes a magasabb viszkozitású folyadékok, például olajok vagy gyanták esetében. Mivel a buborékoknak a folyékony felületre kell mozogniuk, az ultrahangos gáztalanítás jobban működik, ha a tartály sekély, így a felületre töltött idő rövidebb.
A látható hatásokon túl
A gáztalanító hatások szemrevételezéssel történő mérése korlátozott pontosságú. A gáztartalom mérése pontosabb módja az ultrahangos gáztalanítás hatékonyságának.
A folyadékok bizonyos mennyiségű oldott gázt tartalmaznak. A gáz koncentrációja olyan tényezőktől függ, mint a hőmérséklet, a környezeti nyomás vagy a folyadék agitációja. Állandó körülmények között a gázkoncentráció megközelíti az egyensúlyt. Az ultrahangos gáztalanítás megváltoztatja a feltételeket, mert a folyadék alacsony nyomású buborékoknak és izgatottságnak van kitéve. Ezért az ultrahangos kezelés csökkenti a folyadék gázkoncentrációját az egyensúlyi szint alá.
Amikor a szonikálás leáll, és a kezdeti feltételek újra létrejönnek, a gázkoncentráció lassan ismét megközelíti a kezdeti egyensúlyi szintet, kivéve, ha a folyadék nincs kitéve gáznak, pl. zárt palackban. Mivel a gáz újra feloldása a folyadékba meglehetősen lassú, az ultrahangos kezelés után az alacsony gáztartalmú folyadékkal lehet dolgozni. Az alábbi grafikon szemlélteti ezt a hatást.
Ultrahangos gáztalanítás illusztrációja
Gáztalanítás az emulgeálás és a diszpergálás előtt
Az ultrahangos gáztalanítás javíthatja a diszperziók és emulziók minőségét.
A probléma
Gyakran az emulziók és diszperziók felületaktív anyagokat tartalmaznak stabilitásuk növelése érdekében. A felületaktív anyagok gátolják a diszpergált anyag érintkezését és összeolvadását vagy agglomerációját a folyékony fázisban. Ehhez a felületaktív anyagok réteget képeznek az egyes részecskék körül. Ugyanezek a felületaktív anyagok is beágyazhatják a folyékony fázisban felfüggesztett gázbuborékokat. Az ilyen stabilizált buborékok nagyon robusztusnak bizonyulhatnak. A stabilizált buborékok felületaktív anyagokat fogyasztanak, csökkentik az emulzió vagy diszperzió minőségét, és a részecskeméret mérése során kiszámíthatatlan értékeket generálhatnak.
A megoldás
A stabilizált gázbuborékok problémájának csökkentése érdekében a folyadékokat szonikációval kell gáztalanítani. Mielőtt hozzáadjuk a diszperziós fázist, például olajat vagy port, szonikáljuk a folyadékot, amíg a generált buborékok száma csökken. Más anyagok keverése közben kerülje az új buborékok vagy örvények generálását. Ez gyorsan növelné a gáztartalmat.
A szén-dioxid kiürítése
A gáztalanítás hatását szénsavas italokat tartalmazó dobozok és palackok szivárgásvizsgálatánál használják, mint például a kóla, a szóda vagy a sör. Kérjük, kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a palackszivárgás vizsgálatáról.
Ultrahangos gáztalanítás röviden
A folyadékok ultrahangos gáztalanítása jobban működik a következő beállítás használatakor.
- Alkalmazzon alacsony vagy közepes ultrahangos amplitúdókat!
- Használjon nagy felületű sonotrodokat, pl. sugárirányban kibocsátó szonotrópokat!
- Biztosítson alacsony nyomást vagy vákuumot a folyékony felület felett!
- Melegítsük fel a folyadékot, hogy csökkentsük a viszkozitását!
- Használjon sekély tartályt a gáz elválasztása során vagy után a szonikálás!
- Kerülje a turbulens agitációt, hogy a gázbuborékok feljebb mozogjanak!
Ultrahangos gáztalanítás lehet használni a batch módban vagy inline. Inline működés esetén a gáz kibocsátására szolgáló állványcsövet kell felszerelni, és gázszivattyút kell alkalmazni.