Folyadékok rendkívül hatékony levegőmentesítése ultrahanggal

Bár a gáztalanítás vagy a gázeltávolítás gyakran rendkívül időigényes feldolgozási lépés, az ultrahangos kezelés jelentősen felgyorsíthatja a gázbuborékok összeolvadását és felemelkedését. Az ultrahangos gázeltávolítás szakaszos és inline elrendezésekben egyaránt alkalmazható, és hagyományos gáztalanítási technikákkal, például inert gázok átbuborékoltatásával, keverőlapátos gáztalanítókkal, melegítéssel vagy vákuummal is kombinálható a gázeltávolítás hatékonyságának és sebességének növelése érdekében.

Gáz eltávolítása folyadékokból

A levegőmentesítés, gáztalanítás és gázeltávolítás kifejezések a szabad és oldott gázok, különösen a reaktív gázok, például az oxigén vagy a CO2 folyadékból történő eltávolítását jelentik. Az oxigén eltávolítása fontos a végtermék káros változásainak megelőzéséhez és a további feldolgozás javításához. A gáztalanítás számos alkalmazásban és iparágban szükséges feldolgozási lépés. Az ipari gyártásban a gáztalanítás gyakori eljárási lépés a termék stabilitásának, minőségének és a termékkövetelmények folyamatos teljesítésének biztosítására. Az oxigén olyan tényező, amely különböző szinteken befolyásolja a termék minőségét és stabilitását.
Ezért a levegőmentesítés bevett feldolgozási lépés az élelmiszer- és italiparban, a vegyiparban, a gyógyszeriparban és a kozmetikai iparban. A laboratóriumokban is gyakran szükséges a minták gáztalanítása az elemzés előtt (például HPLC, vizsgálatok, részecskemérések stb. előtt).
A például nagy nyíróhatású lapátos vagy forgó járókerekes keverőkkel végzett keverési folyamatok gyakran szükségessé teszik a termék utólagos gáztalanítását, mivel ezek a keverési technikák rendszerint nagy mennyiségű gázt juttatnak a termékbe. Az ilyen gáz- és légzárványok általában kedvezőtlenül hatnak a termékre, mivel a zsírok és olajok avasodását okozhatják, valamint oxidáció, elszíneződés és a szag, illetve az íz nem kívánt megváltozása révén ronthatják a termékeket.  Mivel a gáztalanított termékek kémiailag stabilabbak és hosszabb az eltarthatóságuk, a gáztalanítás alapvető feldolgozási lépés, amely megbízható technikát igényel.
 

Ultrahangos gáztalanítás: a bezárt gázbuborékokat eltávolítják az olajból az UP400St ultrahangos készülék használatával

Ultrahangos gáztalanítás és levegőmentesítés

Az ultrahangos gáztalanítás és levegőmentesítés rendkívül hatékony alternatívája a folyadékok hagyományos gáztalanítási módszereinek, amelyek közé a forralás, a nyomás vákuumszintre csökkentése vagy az inert gázok átbuborékoltatása tartozik. Ezek a hagyományos gáztalanítási módszerek gyakran olyan hátrányokkal járnak, mint a hő okozta bomlás (a melegítés következtében), az idő- és energiaigényes feldolgozás és/vagy az elégtelen gázeltávolítás. Az ultrahangos gáztalanítás az akusztikus kavitáció működési elvén alapul. Amikor nagy teljesítményű ultrahanghullámokat csatolnak a folyadékba, a folyadék a nagy nyomású ciklusokban összenyomódik, a kis nyomású ciklusokban pedig kitágul. A kis nyomású ciklusok során apró vákuumbuborékok (úgynevezett kavitációs buborékok) keletkeznek, amelyek több nyomáscikluson keresztül növekednek. E buboréknövekedési ciklusok során a folyadékban oldott gázok belépnek a vákuumbuborékba, így a vákuumbuborék növekvő gázbuborékká alakul. Ezenkívül a mikroturbulenciák és a folyadéksugarak intenzív keveredést és anyagátadást okoznak. Ezek az ultrahanggal létrehozott körülmények a gázbuborékok összeolvadását idézik elő, amelynek során a kis oldott gázbuborékok nagyobb gázbuborékokká egyesülnek, majd gyorsan a folyadék felszínére emelkednek, ahol távoznak a folyadékból.
Az ultrahangos rezgés és a kavitáció okozta hőmérséklet-változások nagyon kis helyi térrészekre korlátozódnak, és a teljes térfogat hőmérséklet-emelkedése elhanyagolható, mivel nem befolyásolja a termék minőségét.
 

Az oldott oxigén mennyiségének időbeli csökkenése 24 kHz ultrahangfrekvencián, az UP400ST ultrahangos készülék használatával, 100 %, 80 %, 60 %, 40% és 20 % amplitúdó mellett.
Tanulmány: ©Rognerud et al., 2020.

 
A folyadék vagy zagy térfogatától, viszkozitásától és gázzárványaitól függően az ultrahangos levegőmentesítés szakaszos vagy inline eljárásként végezhető. Egy nagy teljesítményű ultrahangos szonda akusztikus kavitációt bocsát a folyadékba, így a folyadék hatékonyan gáztalanítható.
Az ultrahangos gáztalanítás a már meglévő gáztalanító rendszerek, például a melegítés, a vákuum vagy a gázátbuborékoltatás javítására is alkalmazható.
Az ultrahangos gáztalanítást és habmentesítést ipari méretekben alkalmazzák az oldott gázok eltávolítására vízből, olajokból, élelmiszerekből és italokból, vegyi oldatokból, hidraulikafolyadékokból, hűtőfolyadékokból, fúrófolyadékokból, nyersolajból, emulziókból, festékekből, nyomdafestékekből, ragasztókból, lakkokból, bevonatokból, epoxigyantákból, samponokból, tisztítószerekből és számos más termékből.
 

Ultrahangos gáztalanítás átfolyó cellás elrendezéssel. Ez a kísérlet egy kis méretű, prototípus vízkeringető körrel történt, amelynek térfogata 0,8 gallon, az inert gáz térfogatárama 0,2 sfcm/min, az intenzitás pedig 275 W/cm2 volt. Ez az oxigéneltávolítási idő körülbelül 70%-os csökkenését mutatja.
Tanulmány és kép: Rubio et al. 2016

Ultrahangos gáztalanítás inline elrendezésben az UIP1000hdT ultrahangos készülék és átfolyó cella használatával.

Ultrahanggal fokozott gázátbuborékoltatás

Az inert gáz folyadékokon történő átbuborékoltatása (más néven inert gázzal történő átöblítés) gyakori kezelési módszer a nem kívánt gázok, például az oxigén és a szén-dioxid folyadékból történő eltávolítására. A gázátbuborékoltatási alkalmazásokhoz általában nitrogént, argont, héliumot és más inert gázokat használnak. Egy nagy tisztaságú (jellemzően inert) gáz oldaton történő átbuborékoltatása eltávolíthatja a nem kívánt, jellemzően reaktív oldott gázokat, például az oxigént és a szén-dioxidot. A gázátbuborékoltatási folyamat anyagátadáson alapul, és önmagában meglehetősen lassú eljárás. Az inert gázok átbuborékoltatásának fokozása érdekében a folyadék–gáz oldatot gyakran erőteljesen keverik, és hosszú ideig buborékoltatják. Az ultrahangos kezelés a gáztalanítást fokozó technika, amely jelentősen javítja az anyagátadást és ezáltal a gázátbuborékoltatást. Amikor nagy teljesítményű ultrahanghullámokat csatolnak folyadékokba vagy zagyokba, kavitációs buborékok keletkeznek. Ezek a kavitációs buborékok a nagyobb öblítőgáz-buborékokat kis buborékokra bontják, és egyenletesen eloszlatják a buborékokat, ami gyorsabb és tisztább gáztalanítási eredményt biztosít. Az ultrahangos kezelés által létrehozott intenzív keveredés és turbulenciák elősegítik a gáz–folyadék anyagátadást, és ezáltal a nem kívánt gázok gyors eltávolítását.
A gázátbuborékoltatási eljárás felgyorsítása és hatékonyabbá tétele érdekében nagy teljesítményű ultrahangot alkalmaznak a gáz és a folyadék közötti anyagátadás szonomechanikai javítására. Az akusztikus kavitáció által létrehozott szonomechanikai hatások közé tartoznak a helyi nyomás- és hőmérséklet-különbségek, a mikroturbulenciák és a keveredés. Ezek az erők javítják a gáztalanítás hatékonyságát azáltal, hogy a buborékok felaprózódása, eloszlatása és a határfelület ezt követő növekedése révén hozzájárulnak a diffúziós anyagátadás növekedéséhez, ami végül a bezárt gázok gyors eltávolítását eredményezi a folyadékból.
A kívánt gázeltávolítási hatások eléréséhez nagy teljesítményű ultrahangos kezelés szükséges. Amikor egy folyadékot kétfázisú áramlásban inert gázzal buborékoltatnak át, az anyagátadás és az oldott gázok eltávolítási sebességének növeléséhez rektifikált diffúzió kívánatos. A rektifikált diffúzió alkalmazása nehéz lehet, mert kisebb intenzitásoknál a bezárt és oldott gázbuborékok hajlamosak elkerülni az ultrahangos kavitációs térbe való belépést. Nagyobb intenzitásoknál azonban (300 W/cm² felett, kb. 20 kHz frekvencián) a gázbuborékok már nem kerülik el a kavitációs zónát, és a szonomechanikai erők felaprózzák őket. (vö. Jagannathan et al. 2011)

Nagy teljesítményű ultrahangos gáztalanító rendszerek

A Hielscher Ultrasonics nagy múltra és tapasztalatra visszatekintő gyártója a nagy teljesítményű ultrahangos berendezéseknek, amelyeket világszerte használnak laboratóriumokban és az ipari termelésben. A folyadékok és zagyok gáztalanítása olyan nagy igénybevételt jelentő alkalmazás, amely nagy teljesítményű ultrahangos szondákat igényel; ezek meghatározott amplitúdójú rezgéseket képesek a folyadékokba csatolni a bezárt gázbuborékok és légzárványok eltávolításához. Minden Hielscher ultrahangos készüléket teljes terhelés melletti 24/7 üzemelésre terveznek és gyártanak. Az ultrahangos processzorok a kompakt, 50 wattos laboratóriumi ultrahangos készülékektől a nagy teljesítményű, 16 000 wattos inline ultrahangos rendszerekig érhetők el. Az amplitúdóerősítő kürtök, szonotródák és átfolyó cellák széles választéka lehetővé teszi az ultrahangos gáztalanító rendszer egyedi kialakítását a folyadéknak, annak viszkozitásának és gázzárványainak megfelelően.
A folyékony fémek levegőmentesítéséhez és a gázok eltávolításához pontosan beállított és fenntartott amplitúdók szükségesek. A Hielscher Ultrasonics olyan nagy teljesítményű ultrahangos szondákat gyárt, amelyeket a folyamathoz nagymértékben optimalizált amplitúdókra és hőmérsékletekre specifikáltak. Ha az Ön gáztalanítási alkalmazása szokatlan műszaki követelményeket támaszt, egyedi ultrahangos szonotródák is rendelkezésre állnak. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága lehetővé teszi a 24/7 üzemelést nagy igénybevétel mellett és nehéz üzemi körülmények között.

Szakaszos és inline eljárások

A Hielscher gáztalanításra szolgáló ultrahangos szondái szakaszos és folyamatos inline gáztalanításhoz és levegőmentesítéshez egyaránt használhatók. A térfogattól, a viszkozitástól és a bezárt gázoktól függően a legmegfelelőbb ultrahangos gázeltávolító elrendezést ajánljuk Önnek.

Ultrahangos szondák bármilyen térfogat gáztalanításához

A Hielscher Ultrasonics termékválasztéka az ultrahangos processzorok teljes skáláját lefedi a kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékektől az asztali és kísérleti üzemi rendszereken át a teljesen ipari ultrahangos processzorokig, amelyek óránként teherautónyi mennyiségeket képesek feldolgozni. A teljes termékválaszték lehetővé teszi számunkra, hogy az Ön folyadékához, feldolgozási kapacitásához és termelési céljaihoz legmegfelelőbb ultrahangos gáztalanító berendezést kínáljuk.

Pontosan szabályozható amplitúdók az optimális eredményekért

Minden Hielscher ultrahangos gáztalanító rendszer pontosan szabályozható, és ezáltal megbízható igáslóként szolgál. Az amplitúdó az egyik döntő folyamatparaméter, amely befolyásolja a szonomechanikai úton előidézett gáztalanítás hatékonyságát és eredményességét. A Hielscher Ultrasonics valamennyi processzora lehetővé teszi az amplitúdó pontos beállítását. A szonotródák és az amplitúdóerősítő kürtök olyan tartozékok, amelyek lehetővé teszik az amplitúdó még szélesebb tartományban történő módosítását. A Hielscher ipari ultrahangos processzorai nagyon nagy amplitúdókra képesek, és biztosítják a nagy igénybevételt jelentő alkalmazásokhoz szükséges ultrahang-intenzitást. Akár 200µm amplitúdóval is könnyedén, folyamatosan üzemeltethetők 24/7 működés során.
Az amplitúdó pontos beállítása és az ultrahangos folyamatparaméterek intelligens szoftverrel történő állandó felügyelete lehetővé teszi az ultrahangos folyamatparaméterek beállítását a leghatékonyabb ultrahangos gáztalanításhoz. Optimális ultrahangos kezelés a rendkívül hatékony gázeltávolításért!
A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága lehetővé teszi a 24/7 üzemelést nagy igénybevétel mellett és nehéz üzemi körülmények között. Ez a Hielscher ultrahangos berendezéseit olyan megbízható munkaeszközzé teszi, amely teljesíti az Ön levegőmentesítési folyamatának követelményeit.

A legmagasabb minőség – Németországban tervezve és gyártva

Családi tulajdonban lévő és családi irányítású vállalkozásként a Hielscher ultrahangos processzorainál a legmagasabb minőségi követelményeket helyezi előtérbe. Minden ultrahangos készüléket a németországi, Berlin melletti Teltowban található központunkban tervezünk, gyártunk és alaposan tesztelünk. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága és megbízhatósága igáslóvá teszi őket az Ön termelésében. A teljes terhelés melletti és nehéz üzemi körülmények között történő 24/7 üzemelés a Hielscher nagy teljesítményű gáztalanítóinak természetes jellemzője.