Հեղուկների բարձր արդյունավետությամբ օդազերծում ուլտրաձայնի միջոցով

Թեև գազազերծումը կամ գազերի արտազատումը հաճախ չափազանց ժամանակատար գործընթացային փուլ է, ուլտրաձայնային մշակումը կարող է զգալիորեն արագացնել գազային պղպջակների միաձուլումն ու վեր բարձրանալը։ Ուլտրաձայնային գազահեռացումը կարող է կիրառվել պարբերական և հոսքային կայանքներում, ինչպես նաև համակցվել գազազերծման ավանդական եղանակների հետ, ինչպիսիք են իներտ գազերի պղպջակավոր անցկացումը, թիապտուտակային գազազերծիչները, տաքացումը կամ վակուումը՝ գազի հեռացման արդյունավետությունն ու արագությունը բարձրացնելու համար։

Գազի հեռացումը հեղուկներից

Օդազերծում, գազազերծում և գազերի արտազատում եզրույթները վերաբերում են հեղուկից ազատ և լուծված գազերի, մասնավորապես՝ ռեակցիոնունակ գազերի, օրինակ՝ թթվածնի կամ CO2 գազի հեռացմանը։ Թթվածնի վերացումը կարևոր է վերջնական արտադրանքի վնասակար փոփոխությունները կանխելու և հետագա մշակումը բարելավելու համար։ Գազազերծումը մշակման անհրաժեշտ փուլ է բազմաթիվ կիրառությունների և արդյունաբերության ճյուղերի համար։ Արդյունաբերական արտադրությունում գազազերծումը տարածված գործընթացային փուլ է՝ արտադրանքի կայունությունը, որակը և արտադրանքի ստանդարտների մշտական պահպանումն ապահովելու համար։ Թթվածինը գործոն է, որն ազդում է արտադրանքի որակի և կայունության վրա տարբեր մակարդակներում։
Ուստի օդազերծումը սննդի և ըմպելիքների, քիմիական, դեղագործական և կոսմետիկ արդյունաբերություններում հաստատված գործընթացային փուլ է։ Սակայն նաև լաբորատորիաներում նմուշները հաճախ պահանջում են գազազերծում նախքան վերլուծությունը (օրինակ՝ նախքան HPLC, փորձարկումները, մասնիկների չափումները և այլն)։
Հաճախ խառնման գործընթացները, որոնցում օգտագործվում են, օրինակ, սահքի բարձր ինտենսիվությամբ թիակային կամ պտտվող թիապտուտակային խառնիչներ, անհրաժեշտ են դարձնում արտադրանքի հետագա գազազերծումը, քանի որ խառնման այս եղանակները սովորաբար մեծ քանակությամբ գազեր են ներմուծում արտադրանքի մեջ։ Գազի և օդի նման ներառուկները սովորաբար բացասաբար են ազդում արտադրանքի վրա, քանի որ կարող են ճարպերն ու յուղերը կծվել տալ, վատթարացնել արտադրանքը՝ առաջացնելով օքսիդացում, գունափոխություն և հոտի ու համի անցանկալի փոփոխություններ։ Քանի որ գազազերծված արտադրանքները քիմիապես ավելի կայուն են և ունեն պահպանման ավելի երկար ժամկետ, գազազերծումը մշակման էական փուլ է, որը պահանջում է հուսալի տեխնոլոգիա։
 

Ուլտրաձայնային գազազերծում. յուղում արգելափակված գազային պղպջակները հեռացվում են UP400St ուլտրաձայնային սարքի միջոցով

Ուլտրաձայնային գազազերծում և օդազերծում

Ուլտրաձայնային գազազերծումն ու օդազերծումը հեղուկների գազազերծման ավանդական եղանակների խիստ արդյունավետ այլընտրանք են. այդ եղանակները ներառում են եռացումը, ճնշման նվազեցումը մինչև վակուում կամ իներտ գազերի պղպջակավոր անցկացումը։ Գազազերծման այս ավանդական եղանակները հաճախ ունեն թերություններ, ինչպիսիք են ջերմային քայքայումը (տաքացման հետևանքով), ժամանակատար և էներգատար մշակումը և/կամ գազի անբավարար հեռացումը։ Ուլտրաձայնային գազազերծումը հիմնված է ակուստիկ կավիտացիայի գործողության սկզբունքի վրա։ Երբ բարձր հզորության ուլտրաձայնային ալիքների էներգիան հաղորդվում է հեղուկին, հեղուկը համապատասխանաբար սեղմվում և ընդարձակվում է բարձր և ցածր ճնշման ցիկլերի ընթացքում։ Ցածր ճնշման ցիկլերի ընթացքում առաջանում են վակուումային մանր պղպջակներ (այսպես կոչված՝ կավիտացիոն պղպջակներ), որոնք մեծանում են ճնշման մի քանի ցիկլերի ընթացքում։ Պղպջակների աճի այդ ցիկլերի ընթացքում հեղուկում լուծված գազերը մտնում են վակուումային պղպջակի մեջ, ինչի արդյունքում վակուումային պղպջակը վերածվում է աճող գազային պղպջակների։ Բացի այդ, միկրոտուրբուլենտությունն ու հեղուկի շիթերն առաջացնում են ինտենսիվ խառնում և զանգվածափոխանակություն։ Ուլտրաձայնով ստեղծված այս պայմաններն առաջացնում են գազային պղպջակների միաձուլում, այսինքն՝ լուծված գազի փոքր պղպջակների միավորում ավելի մեծ գազային պղպջակների մեջ, որոնք արագ բարձրանում են հեղուկի մակերևույթ և այնտեղ դուրս գալիս հեղուկից։
Ուլտրաձայնային տատանումների և կավիտացիայի առաջացրած ջերմաստիճանային փոփոխությունները սահմանափակվում են տեղային շատ փոքր տարածքներով, իսկ ամբողջ ծավալում ջերմաստիճանի բարձրացումը կարելի է անտեսել, քանի որ այն չի ազդում արտադրանքի որակի վրա։
 

Լուծված թթվածնի նվազումը ժամանակի ընթացքում՝ 24 kHz ուլտրաձայնային հաճախականության դեպքում, UP400ST ուլտրաձայնային սարքի կիրառմամբ՝ 100 %, 80 %, 60 %, 40% և 20 % ամպլիտուդներով։
Հետազոտություն՝ ©Rognerud et al., 2020.

 
Կախված հեղուկի կամ կախույթի ծավալից, մածուցիկությունից և գազային ներառումներից՝ ուլտրաձայնային օդազերծումը կարող է իրականացվել որպես խմբաքանակային կամ հոսքագծային գործընթաց։ Բարձր հզորության ուլտրաձայնային զոնդը հեղուկի մեջ արձակում է ակուստիկ կավիտացիա, ինչի շնորհիվ հեղուկն արդյունավետորեն գազազերծվում է։
Ուլտրաձայնային գազազերծումը կարող է կիրառվել նաև արդեն գործող գազազերծման համակարգերը բարելավելու համար, օրինակ՝ տաքացման, վակուումի կամ գազի պղպջակներով փչահարման վրա հիմնված համակարգերը։
Ուլտրաձայնային գազազերծումն ու փրփրազերծումը կիրառվում են արդյունաբերական մասշտաբով՝ ջրից, յուղերից, սննդամթերքից և ըմպելիքներից, քիմիական լուծույթներից, հիդրավլիկ հեղուկներից, հովացնող հեղուկներից, հորատման հեղուկներից, հում նավթից, էմուլսիաներից, ներկերից, թանաքներից, սոսինձներից, լաքերից, ծածկույթներից, էպօքսիդային խեժերից, շամպուններից, լվացող միջոցներից և բազմաթիվ այլ արտադրանքներից լուծված գազերը հեռացնելու համար։
 

Ուլտրաձայնային գազազերծում՝ հոսքային բջջով համակարգի կիրառմամբ։ Այս փորձն իրականացվել է ջրի շրջանառության փոքրածավալ նախատիպային օղակում՝ 0,8 գալոն ծավալով, իներտ գազի 0,2 sfcm/min հոսքի արագությամբ և 275 W/cm2 ինտենսիվությամբ։ Սա ցույց է տալիս թթվածնի հեռացման ժամանակի կրճատում մոտ 70%-ով։
Հետազոտությունը և պատկերը՝ Rubio et al. 2016

Ուլտրաձայնային գազազերծում հոսքագծային համակարգում՝ կիրառելով UIP1000hdT ուլտրաձայնային սարքը՝ հոսքային բջջով։

Ուլտրաձայնով ուժեղացված գազային փչահարում

Հեղուկների փչահարումը իներտ գազի պղպջակներով (հայտնի է նաև որպես իներտ գազով մաքրում) տարածված մշակման եղանակ է՝ հեղուկից անցանկալի գազերը, օրինակ՝ թթվածինը և ածխածնի երկօքսիդը, հեռացնելու համար։ Գազային փչահարման համար սովորաբար կիրառվում են ազոտ, արգոն, հելիում և այլ իներտ գազեր։ Լուծույթի միջով բարձր մաքրության (սովորաբար իներտ) գազի պղպջակներ անցկացնելը կարող է հեռացնել անցանկալի, սովորաբար ռեակցիոնունակ լուծված գազերը, օրինակ՝ թթվածինը և ածխածնի երկօքսիդը։ Գազային փչահարման գործընթացը հիմնված է զանգվածափոխանակության վրա և ինքնին բավական դանդաղ ընթացակարգ է։ Իներտ գազերով փչահարումն ուժեղացնելու համար հեղուկ–գազ լուծույթը հաճախ ինտենսիվորեն խառնում են և երկար ժամանակ դրա միջով գազի պղպջակներ անցկացնում։ Ուլտրաձայնային մշակումը գազազերծումն ուժեղացնող եղանակ է, որը զգալիորեն բարելավում է զանգվածափոխանակությունը և դրանով իսկ՝ գազային փչահարումը։ Երբ բարձր հզորության ուլտրաձայնային ալիքների էներգիան հաղորդվում է հեղուկներին կամ կախույթներին, առաջանում են կավիտացիոն պղպջակներ։ Այս կավիտացիոն պղպջակները փչահարման գազի ավելի խոշոր պղպջակները տրոհում են փոքր պղպջակների և հավասարաչափ բաշխում դրանք, ինչի արդյունքում գազազերծումն ընթանում է ավելի արագ և ավելի մաքուր արդյունքով։ Ուլտրաձայնային մշակմամբ ստեղծվող ինտենսիվ խառնումն ու տուրբուլենտությունը նպաստում են գազի և հեղուկի միջև զանգվածափոխանակությանը և դրանով իսկ՝ անցանկալի գազերի արագ հեռացմանը։
Գազային փչահարման ընթացակարգն արագացնելու և ավելի արդյունավետ դարձնելու համար կիրառվում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային տեխնոլոգիա՝ գազի և հեղուկի միջև զանգվածափոխանակությունը սոնոմեխանիկական եղանակով բարելավելու նպատակով։ Ակուստիկ կավիտացիայի առաջացրած սոնոմեխանիկական ազդեցությունները ներառում են ճնշման և ջերմաստիճանի տեղային տարբերություններ, միկրոտուրբուլենտություն և խառնում։ Այս ուժերը բարելավում են գազազերծման արդյունավետությունը՝ նպաստելով դիֆուզիոն զանգվածափոխանակության աճին՝ պղպջակների տրոհման, դիսպերսման և դրան հաջորդող միջֆազային մակերեսի մեծացման շնորհիվ, ինչն ի վերջո հանգեցնում է հեղուկում պահված գազերի արագ հեռացմանը։
Գազի հեռացման ցանկալի արդյունքներին հասնելու համար պահանջվում է բարձր հզորության ուլտրաձայնային մշակում։ Երբ երկֆազ հոսքում հեղուկի միջով իներտ գազի պղպջակներ են անցկացվում, ցանկալի է ուղղորդված դիֆուզիա՝ զանգվածափոխանակությունն ու լուծված գազերի հեռացման արագությունը մեծացնելու համար։ Ուղղորդված դիֆուզիայի կիրառումը կարող է դժվար լինել, քանի որ հեղուկում պահված և լուծված գազի պղպջակները ցածր ինտենսիվությունների դեպքում հակված են խուսափելու ուլտրաձայնային կավիտացիայի դաշտ մտնելուց։ Սակայն բարձր ինտենսիվությունների դեպքում (300 W/cm² արժեքից բարձր՝ մոտ 20 kHz հաճախականության դեպքում) գազի պղպջակներն այլևս չեն խուսափում կավիտացիայի գոտուց և տրոհվում են սոնոմեխանիկական ուժերի ազդեցությամբ։ (Տե՛ս Jagannathan et al. 2011)

Գազազերծման բարձր հզորության ուլտրաձայնային համակարգեր

Hielscher Ultrasonics ընկերությունը բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքավորումների արտադրության երկարամյա փորձ ունի։ Այդ սարքավորումներն ամբողջ աշխարհում օգտագործվում են լաբորատորիաներում և արդյունաբերական արտադրությունում։ Հեղուկների և կախույթների գազազերծումը բարձր պահանջներ ներկայացնող կիրառություն է, որի համար անհրաժեշտ են բարձր հզորության ուլտրաձայնային զոնդեր, որոնք կարող են սահմանված ամպլիտուդներով տատանումներ փոխանցել հեղուկներին՝ դրանցում պահված գազի պղպջակներն ու օդային գրպանները հեռացնելու համար։ Hielscher ընկերության բոլոր ուլտրաձայնային սարքերը նախագծված և արտադրված են լրիվ բեռնվածությամբ 24/7 աշխատանքի համար։ Ուլտրաձայնային պրոցեսորների տեսականին ընդգրկում է ինչպես 50 վատտ հզորությամբ կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքեր, այնպես էլ 16 000 վատտ հզորությամբ հոսքային ուլտրաձայնային համակարգեր։ Ամպլիտուդն ուժեղացնող եղջյուրների, սոնոտրոդների և հոսքային բջիջների լայն տեսականին թույլ է տալիս անհատապես կազմավորել ուլտրաձայնային գազազերծման համակարգը՝ ըստ հեղուկի, մածուցիկության և գազային ներառուկների։
Հեղուկ մետաղներից օդն ու գազերը հեռացնելու համար անհրաժեշտ են ճշգրիտ սահմանված և պահպանվող ամպլիտուդներ։ Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային զոնդեր, որոնք նախատեսված են գործընթացին խիստ հարմարեցված ամպլիտուդների և ջերմաստիճանների համար։ Եթե ձեր գազազերծման կիրառությունը պահանջում է ոչ սովորական տեխնիկական բնութագրեր, հասանելի են անհատական պատվերով պատրաստվող ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս 24/7 աշխատել ծանր բեռնվածությամբ և պահանջկոտ միջավայրերում։

Պարբերական և հոսքային մշակում

Hielscher ընկերության գազազերծման ուլտրաձայնային զոնդերը կարող են օգտագործվել պարբերական և անընդհատ հոսքային գազազերծման ու օդազերծման համար։ Կախված ծավալից, մածուցիկությունից և հեղուկում պահված գազերից՝ մենք ձեզ կառաջարկենք ուլտրաձայնային գազահեռացման ամենահարմար կայանքը։

Ուլտրաձայնային զոնդեր՝ ցանկացած ծավալի գազազերծման համար

Hielscher Ultrasonics ընկերության արտադրատեսականին ընդգրկում է ուլտրաձայնային պրոցեսորների ամբողջ շարքը՝ կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերից, սեղանի և փորձնական համակարգերից մինչև լիովին արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորներ, որոնք մեկ ժամում կարող են մշակել բեռնատարներով չափվող քանակություններ։ Արտադրատեսականու ամբողջականությունը թույլ է տալիս ձեզ առաջարկել ուլտրաձայնային գազազերծման ամենահարմար սարքավորումը՝ ըստ ձեր հեղուկի, գործընթացի արտադրողականության և արտադրական նպատակների։

Ճշգրիտ կարգավորվող ամպլիտուդներ՝ օպտիմալ արդյունքների համար

Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային գազազերծման բոլոր համակարգերը ճշգրիտ կարգավորվող են և, հետևաբար, հուսալի աշխատանքային սարքավորումներ են։ Ամպլիտուդը գործընթացի առանցքային պարամետրերից մեկն է, որն ազդում է ձայնամեխանիկական ազդեցությամբ առաջացվող գազազերծման արդյունավետության և արդյունավորության վրա։ Hielscher Ultrasonics ընկերության բոլոր պրոցեսորները թույլ են տալիս ճշգրիտ սահմանել ամպլիտուդը։ Սոնոտրոդներն ու ամպլիտուդն ուժեղացնող եղջյուրներն օժանդակ պարագաներ են, որոնք թույլ են տալիս ամպլիտուդը փոփոխել էլ ավելի լայն տիրույթում։ Hielscher ընկերության արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ և բարձր պահանջներ ներկայացնող կիրառությունների համար անհրաժեշտ ուլտրաձայնային ինտենսիվություն։ Մինչև 200µm ամպլիտուդներով կարելի է հեշտությամբ անընդհատ աշխատել 24/7 ռեժիմով։
Ամպլիտուդի ճշգրիտ կարգավորումները և խելացի ծրագրային ապահովման միջոցով ուլտրաձայնային գործընթացի պարամետրերի մշտական վերահսկումը հնարավորություն են տալիս կարգավորել ուլտրաձայնային գործընթացի պարամետրերը՝ առավել արդյունավետ ուլտրաձայնային գազազերծման համար։ Օպտիմալ ուլտրաձայնային մշակում՝ գազերի բարձր արդյունավետությամբ հեռացման համար։
Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս 24/7 աշխատել ծանր բեռնվածությամբ և պահանջկոտ միջավայրերում։ Դրա շնորհիվ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումները հուսալի աշխատանքային գործիք են, որը բավարարում է ձեր օդազերծման գործընթացի պահանջները։

Բարձրագույն որակ – նախագծված և արտադրված է Գերմանիայում

Որպես ընտանեկան սեփականություն հանդիսացող և ընտանիքի կողմից կառավարվող ձեռնարկություն՝ Hielscher ընկերությունն իր ուլտրաձայնային պրոցեսորների համար առաջնահերթ է համարում որակի ամենաբարձր չափանիշները։ Բոլոր ուլտրաձայնային սարքերը նախագծվում, արտադրվում և մանրակրկիտ փորձարկվում են Գերմանիայում՝ Բեռլինի մերձակայքում գտնվող Տելտով քաղաքի մեր գլխավոր կենտրոնում։ Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունն ու հուսալիությունը դրանք դարձնում են ձեր արտադրության անխոնջ աշխատանքային գործիքը։ Լրիվ բեռնվածությամբ և պահանջկոտ միջավայրերում 24/7 աշխատանքը Hielscher ընկերության բարձր արդյունավետության գազազերծիչների բնական բնութագիրն է։