Հեղուկների ուլտրաձայնային գազազերծում և փրփրազերծում

Ուլտրաձայնի միջոցով հեղուկների գազազերծումն ու փրփրազերծումը շատ արդյունավետ գործընթաց է։ Ուլտրաձայնային մշակումը հեղուկից հեռացնում է կախված վիճակում գտնվող գազի փոքր պղպջակները և լուծված գազի պարունակությունը նվազեցնում բնական հավասարակշռային մակարդակից ցածր։

Հեղուկների գազազերծումն ու փրփրազերծումը պահանջվում են բազմաթիվ նպատակներով, օրինակ՝ հետևյալ գործընթացներում.

• նմուշների նախապատրաստում՝ մասնիկների չափերի չափումից առաջ՝ չափման սխալներից խուսափելու համար
• յուղի և քսանյութերի գազազերծում՝ պոմպով մղելուց առաջ՝ կավիտացիայի հետևանքով պոմպի մաշվածությունը նվազեցնելու համար
• հեղուկ սննդամթերքի, օրինակ՝ հյութի, սոուսի կամ գինու գազազերծում՝ միկրոօրգանիզմների աճը նվազեցնելու և պահպանման ժամկետը երկարացնելու համար
• պոլիմերների և լաքերի գազազերծում՝ կիրառելուց, կարծրացումից կամ վակուումային ներծծումից առաջ

Հեղուկներն ուլտրաձայնով մշակելիս ճառագայթող մակերևույթից դեպի հեղուկ միջավայր տարածվող ձայնային ալիքները առաջացնում են բարձր և ցածր ճնշման հերթագայող ցիկլեր, որոնց կրկնման արագությունը կախված է հաճախությունից։ Ցածր ճնշման ցիկլի ընթացքում ուլտրաձայնային ալիքները կարող են հեղուկում ստեղծել փոքր վակուումային պղպջակներ կամ խոռոչներ։ Փոքր պղպջակների մեծ քանակը ապահովում է պղպջակների ընդհանուր մակերևույթի մեծ մակերես։ Պղպջակները նաև լավ բաշխված են հեղուկում։ Լուծված գազը մեծ մակերեսի միջոցով անցնում է այս վակուումային պղպջակների մեջ և մեծացնում դրանց չափերը։
Ակուստիկ ալիքները նպաստում են հարևան պղպջակների հպմանն ու միաձուլմանը՝ արագացնելով դրանց աճը։ Ուլտրաձայնային ալիքները նաև օգնում են պղպջակները պոկել անոթի մակերևույթներից և ստիպում են հեղուկի մակերևույթից ներքև գտնվող փոքր պղպջակներին բարձրանալ մակերևույթ ու դրանցում փակված գազն արտազատել շրջակա միջավայր։

Փորձարկեք ինքներդ

Հեղուկների գազազերծման և փրփրազերծման գործընթացը հեշտությամբ կարելի է տեսանելի դարձնել։ Թարմ լցված ծորակի ջրով ապակե բաժակում ուլտրաձայնային մշակումը ստիպում է կախված վիճակում գտնվող փոքր պղպջակներին միաձուլվել և արագ բարձրանալ։ Այս ազդեցությունը կարող եք տեսնել ստորև բերված՝ գործընթացի ընթացքը պատկերող նկարում։

Ջրի ուլտրաձայնային գազազերծում (5 վայրկյան)

Խառնված յուղը պարունակում է կախված վիճակում գտնվող մեծ քանակությամբ պղպջակներ կամ փրփուր։ Սա խնդիր է հատկապես հովացնող հեղուկներում։ Դրանցում գազի պղպջակները նպաստում են պոմպերում կամ ծայրակալներում կավիտացիայով պայմանավորված մաշվածությանը։ Ստորև բերված՝ գործընթացի ընթացքը պատկերող նկարը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային փրփրազերծման ազդեցությունը։

Ուլտրաձայնային գազազերծում. յուղում փակված գազի պղպջակները հեռացվում են UP400St ուլտրաձայնային սարքի միջոցով

Ուլտրաձայնային մշակումը թափանցիկ, որոշ ժամանակ կանգնած ջրում առաջացնում է փոքր վակուումային պղպջակներ։ Այս պղպջակները լցվում են դրանց մեջ անցնող լուծված գազով։ Արդյունքում պղպջակները մեծանում են և բարձրանում։ Գազազերծման ազդեցությունը լավ տեսանելի է ցանկացած լուսաթափանց հեղուկում։
Քանի որ ուլտրաձայնը նպաստում է կախված վիճակում գտնվող փոքր պղպջակների բարձրացմանը դեպի հեղուկի մակերևույթ, այն նաև կրճատում է պղպջակի և հեղուկի շփման ժամանակը։ Այդ պատճառով այն նաև սահմանափակում է պղպջակից գազի կրկնակի լուծումը հեղուկում։ Սա հատկապես հետաքրքրություն է ներկայացնում ավելի բարձր մածուցիկությամբ հեղուկների, օրինակ՝ յուղերի կամ խեժերի համար։ Քանի որ պղպջակները պետք է հասնեն հեղուկի մակերևույթին, ուլտրաձայնային գազազերծումն ավելի լավ է գործում փոքր խորությամբ տարայում, որտեղ մակերևույթին հասնելու ժամանակն ավելի կարճ է։

Տեսանելի ազդեցություններից անդին

Գազազերծման ազդեցությունների չափումը տեսողական զննմամբ սահմանափակ ճշգրտություն ունի։ Գազի պարունակության չափումներն ուլտրաձայնային գազազերծման արդյունավետությունը գնահատելու ավելի ճշգրիտ միջոց են։

Հեղուկները պարունակում են որոշակի քանակությամբ լուծված գազ։ Գազի կոնցենտրացիան կախված է այնպիսի գործոններից, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, շրջակա միջավայրի ճնշումը կամ հեղուկի խառնումը։ Հաստատուն պայմաններում գազի կոնցենտրացիան կմոտենա հավասարակշռային արժեքին։ Ուլտրաձայնային գազազերծումը փոխում է պայմանները, քանի որ հեղուկը ենթարկվում է ցածր ճնշմամբ պղպջակների ազդեցության և խառնման։ Հետևաբար ուլտրաձայնային մշակումը հեղուկում գազի կոնցենտրացիան նվազեցնում է հավասարակշռային մակարդակից ցածր։
Երբ ուլտրաձայնային մշակումը դադարեցվում է և սկզբնական պայմանները վերականգնվում են, գազի կոնցենտրացիան դանդաղորեն կրկին կմոտենա սկզբնական հավասարակշռային մակարդակին, բացառությամբ այն դեպքերի, երբ հեղուկը չի շփվում որևէ գազի հետ, օրինակ՝ փակ շշում։ Քանի որ գազի կրկնակի լուծումը հեղուկում բավական դանդաղ է ընթանում, ուլտրաձայնային մշակումից հետո հնարավոր է աշխատել գազի ցածր պարունակությամբ հեղուկի հետ։ Ստորև բերված գրաֆիկը ցույց է տալիս այս ազդեցությունը։

Ջրի ուլտրաձայնային գազազերծման պատկերում

Գազազերծում՝ էմուլգացումից և դիսպերսացումից առաջ

Ուլտրաձայնային գազազերծումը կարող է բարելավել դիսպերսիաների և էմուլսիաների որակը։

Խնդիրը

Էմուլսիաներն ու դիսպերսիաները հաճախ պարունակում են մակերևութային ակտիվ նյութեր՝ իրենց կայունությունը բարձրացնելու համար։ Մակերևութային ակտիվ նյութերը խոչընդոտում են հեղուկ ֆազում դիսպերսված նյութի հպմանը և միաձուլմանը կամ ագլոմերացմանը։ Դրա համար մակերևութային ակտիվ նյութերը յուրաքանչյուր մասնիկի շուրջ շերտ են ձևավորում։ Նույն մակերևութային ակտիվ նյութերը կարող են նաև պատել հեղուկ ֆազում կախված վիճակում գտնվող գազի պղպջակները։ Այսպիսի կայունացված պղպջակները կարող են շատ դիմացկուն լինել։ Կայունացված պղպջակները ծախսում են մակերևութային ակտիվ նյութը, նվազեցնում էմուլսիայի կամ դիսպերսիայի որակը և կարող են անկանոն ցուցմունքներ առաջացնել մասնիկների չափերը չափելիս։

Լուծումը՝ ուլտրաձայնային գազազերծում

Կայունացված գազային պղպջակների խնդիրը նվազեցնելու համար հեղուկները պետք է գազազերծել ուլտրաձայնային մշակմամբ։ Դիսպերս ֆազը, օրինակ՝ յուղը կամ փոշին ավելացնելուց առաջ հեղուկը մշակեք ուլտրաձայնով այնքան ժամանակ, մինչև առաջացող պղպջակների քանակը նվազի։ Այլ նյութեր խառնելիս խուսափեք խառնման ընթացքում նոր պղպջակներ կամ պտտահոսք առաջացնելուց։ Դրանց առաջացումը արագորեն կավելացնի գազի պարունակությունը։
 

Ջրային հիմքով հորատման լուծույթը՝ ուլտրաձայնային գազազերծումից առաջ և հետո՝ UIP1000hd ուլտրաձայնային սարքի միջոցով
Հետազոտությունն ու նկարը՝ Amani և համահեղինակներ, 2016

Ածխածնի երկօքսիդի հարկադիր հեռացում

Գազազերծման ազդեցությունն օգտագործվում է գազավորված ըմպելիքներ, օրինակ՝ կոլա, գազավորված ջուր կամ գարեջուր պարունակող բանկաների և շշերի արտահոսքի ստուգման համար։ Սեղմեք այստեղ՝ շշերի արտահոսքի ստուգման մասին լրացուցիչ տեղեկություններ ստանալու համար։

Համառոտ՝ ուլտրաձայնային գազազերծման մասին

Հեղուկների ուլտրաձայնային գազազերծումն ավելի լավ է գործում հետևյալ պայմաններն ապահովելիս։

• Կիրառեք ուլտրաձայնային տատանումների ցածրից մինչև չափավոր ամպլիտուդներ։
• Օգտագործեք մեծ մակերեսով սոնոտրոդներ, օրինակ՝ շառավղային ուղղությամբ ճառագայթող սոնոտրոդներ։
• Ուլտրաձայնային մշակման ընթացքում հեղուկի մակերևույթի վերևում ապահովեք ցածր ճնշում կամ վակուում։
• Տաքացրեք հեղուկը՝ դրա մածուցիկությունը նվազեցնելու համար։
• Ուլտրաձայնային մշակման ընթացքում կամ դրանից հետո գազի անջատման համար օգտագործեք փոքր խորությամբ տարա։
• Խուսափեք տուրբուլենտ խառնումից, որպեսզի գազի պղպջակները կարողանան բարձրանալ։

Ուլտրաձայնային գազազերծումը կարող է կիրառվել խմբաքանակային ռեժիմում կամ հոսքագծում։ Հոսքագծում աշխատելու դեպքում գազի արտահեռացման համար պետք է տեղադրել ուղղաձիգ խողովակ և կիրառել գազային պոմպ։

Գրականություն / Հղումներ

• 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.