Ultrasonik Degassing dan Defoaming cairan

Degassing dan defoaming cairan menggunakan ultrasonik adalah proses yang sangat efektif. Ultrasonikasi menghilangkan gelembung gas tersuspensi kecil dari cairan dan mengurangi tingkat gas terlarut di bawah tingkat kesetimbangan alami.

Degassing dan defoaming cairan diperlukan untuk berbagai tujuan, seperti proses berikut:

• Persiapan sampel sebelum pengukuran ukuran partikel untuk menghindari kesalahan pengukuran
• degassing oli dan pelumas sebelum dipompa untuk mengurangi keausan pompa karena kavitasi
• Degassing makanan cair, misalnya jus, saus atau anggur, untuk mengurangi pertumbuhan mikroba dan meningkatkan umur simpan
• degassing polimer dan pernis sebelum aplikasi, pengawetan atau infus vakum

Saat sonikasi cairan, gelombang suara yang merambat dari permukaan radiasi ke media cair menghasilkan siklus tekanan tinggi dan tekanan rendah bergantian, dengan laju tergantung pada frekuensinya. Selama siklus tekanan rendah, gelombang ultrasonik dapat membuat gelembung vakum kecil atau rongga dalam cairan. Sejumlah besar gelembung kecil menghasilkan luas permukaan gelembung total yang tinggi. Gelembung-gelembung juga terdistribusi dengan baik dalam cairan. Gas terlarut bermigrasi ke gelembung vakum ini melalui luas permukaan yang besar dan meningkatkan ukuran gelembung.
Gelombang akustik mendukung sentuhan dan penggabungan gelembung yang berdekatan yang mengarah pada pertumbuhan gelembung yang dipercepat. Gelombang sonikasi juga akan membantu mengguncang gelembung dari permukaan bejana dan akan memaksa gelembung yang lebih kecil yang berada di bawah permukaan cairan untuk naik dan melepaskan gas yang terperangkap ke lingkungan.

Uji

Proses degassing dan defoaming cairan dapat terlihat dengan mudah. Dalam gelas kimia berisi air keran yang baru dituangkan, ultrasonikasi akan memaksa gelembung tersuspensi kecil untuk menyatu dan bergerak ke atas dengan cepat. Anda dapat melihat efek ini pada gambar kemajuan di bawah ini.

Degassing Ultrasonik Air (5 detik)

Minyak yang diaduk mengandung gelembung atau busa tersuspensi dalam jumlah tinggi. Khususnya pada pendingin, ini adalah masalah. Di sana, gelembung gas mendorong keausan yang diinduksi kavitasi pada pompa atau nozel. Gambar kemajuan di bawah ini menunjukkan efek defoaming ultrasonik.

Degassing ultrasonik: Gelembung gas yang terperangkap dikeluarkan dari minyak menggunakan ultrasonicator UP400St

Sonikasi akan menghasilkan gelembung vakum kecil di air jernih dan basi. Gelembung-gelembung ini diisi dengan gas terlarut, yang bermigrasi ke dalam gelembung. Akibatnya gelembung tumbuh dan bergerak ke atas. Efek degassing terlihat dengan baik dalam cairan tembus pandang.
Karena ultrasound meningkatkan naiknya gelembung tersuspensi kecil ke permukaan cairan, ini juga mengurangi waktu kontak antara gelembung dan cairan. Untuk alasan ini, ini membatasi pelarutan kembali gas dari gelembung ke cairan juga. Ini sangat menarik untuk cairan dengan viskositas lebih tinggi, seperti minyak atau resin. Karena gelembung harus bergerak ke permukaan cairan, degassing ultrasonik bekerja lebih baik, jika wadahnya dangkal sehingga waktu ke permukaan lebih pendek.

Di luar efek yang terlihat

Pengukuran efek degassing dengan inspeksi visual terbatas dalam akurasi. Pengukuran kandungan gas adalah cara yang lebih akurat untuk mengetahui tentang efisiensi degassing ultrasonik.

Cairan mengandung sejumlah gas terlarut. Konsentrasi gas tergantung pada faktor-faktor, seperti suhu, tekanan sekitar atau agitasi cairan. Dalam kondisi konstan, konsentrasi gas akan mendekati kesetimbangan. Degassing ultrasonik akan mengubah kondisi, karena cairan terkena gelembung tekanan rendah dan agitasi. Oleh karena itu, ultrasonikasi akan menurunkan konsentrasi gas dalam cairan hingga di bawah tingkat kesetimbangan.
Ketika sonikasi berhenti dan kondisi awal ditetapkan kembali, konsentrasi gas perlahan-lahan akan mendekati tingkat kesetimbangan awal lagi, kecuali jika cairan tidak terkena gas apa pun, misalnya dalam botol tertutup. Karena pelarutan kembali gas ke dalam cairan cukup lambat, dimungkinkan untuk bekerja dengan cairan gas rendah setelah sonikasi. Grafik di bawah ini mengilustrasikan efek ini.

Ilustrasi Degassing Ultrasonik Air

Degassing sebelum Emulsifikasi dan Dispersi

Degassing ultrasonik dapat meningkatkan kualitas dispersi dan emulsi.

Masalah

Seringkali, emulsi dan dispersi mengandung surfaktan untuk meningkatkan stabilitasnya. Surfaktan akan menghambat kontak dan penggabungan atau aglomerasi bahan yang terdispersi dalam fase cair. Untuk ini, surfaktan akan membentuk lapisan di sekitar setiap partikel. Surfaktan yang sama juga dapat merangkum gelembung gas yang tersuspensi dalam fase cair. Gelembung yang distabilkan seperti itu terbukti sangat kuat. Gelembung yang distabilkan mengkonsumsi surfaktan, mengurangi kualitas emulsi atau dispersi, dan dapat menghasilkan pembacaan yang tidak menentu saat mengukur ukuran partikel.

Solusi: Degassing Ultrasonik

Untuk mengurangi masalah gelembung gas yang stabil, cairan harus didegasisasi dengan sonikasi. Sebelum menambahkan fase dispersi, seperti minyak atau bubuk, sonikasi cairan sampai jumlah gelembung yang dihasilkan berkurang. Saat mencampur bahan lain, hindari menghasilkan gelembung baru atau pusaran saat diaduk. Ini akan meningkatkan kandungan gas dengan cepat.
 

Lumpur pengeboran berbahan dasar air sebelum dan sesudah proses penghilangan gas dengan ultrasonik dengan alat sonikasi UIP1000hd
Studi dan gambar oleh Amani et al. 2016

Memaksa Karbon Dioksida Keluar

Efek degassing digunakan dalam pengujian kebocoran kaleng dan botol yang berisi minuman berkarbonasi, seperti cola, soda atau bir. Silakan klik di sini untuk mendapatkan informasi lebih lanjut tentang pengujian kebocoran botol.

Degassing Ultrasonik Secara Singkat

Degassing ultrasonik cairan bekerja lebih baik saat menggunakan pengaturan berikut.

• Terapkan amplitudo ultrasonik rendah hingga sedang!
• Gunakan sonotrodes dengan luas permukaan yang besar, misalnya sonotrode yang memancarkan radial!
• Berikan tekanan rendah atau vakum di atas permukaan cairan saat sonikasi!
• Panaskan cairan, untuk mengurangi viskositasnya!
• Gunakan wadah dangkal untuk pemisahan gas selama atau setelah sonikasi!
• Hindari agitasi turbulensi untuk memungkinkan gelembung gas bergerak ke atas!

Degassing ultrasonik dapat digunakan dalam mode batch atau inline. Dalam hal operasi inline, pipa berdiri untuk pembuangan gas harus dipasang dan pompa gas harus diterapkan.

Literatur / Referensi