De-Aerasi Cairan yang Sangat Efisien menggunakan Ultrasonik

Sementara degassing atau outgassing seringkali merupakan langkah proses yang sangat memakan waktu, ultrasonikasi dapat mempercepat penggabungan gelembung gas dan kenaikannya secara signifikan. Outgassing ultrasonik dapat digunakan dalam pengaturan batch dan inline dan juga dapat dikombinasikan dengan teknik degassing konvensional seperti sparging dengan gas inert, degasser impeller, pemanasan atau vakum untuk meningkatkan efisiensi dan kecepatan pembuangan gas.

Menghilangkan Gas dari Cairan

Istilah deaerasi, degassing dan outgassing mengacu pada penghilangan gas bebas dan terlarut, terutama gas reaktif seperti oksigen atau CO2, dari fluida. Menghilangkan oksigen penting untuk mencegah perubahan produk akhir yang merugikan dan meningkatkan pemrosesan hilir. Degassing adalah langkah pemrosesan yang diperlukan untuk banyak aplikasi dan industri. Dalam manufaktur industri, degassing adalah langkah proses umum untuk memastikan stabilitas produk, kualitas, dan standar produk yang berkelanjutan. Oksigen merupakan faktor yang mempengaruhi kualitas dan stabilitas produk pada berbagai tingkatan.
Oleh karena itu, deaerasi adalah langkah proses yang ditetapkan dalam makanan & industri minuman, kimia, farmasi dan kosmetik. Tetapi juga di laboratorium, sampel sering membutuhkan degassing sebelum analisis (misalnya, sebelum HPLC, pengujian, pengukuran partikel, dll.).
Seringkali proses pencampuran menggunakan misalnya, bilah geser tinggi atau mixer impeller putar sering kali membuat degassing produk selanjutnya diperlukan, karena teknik pencampuran ini biasanya memasukkan gas dalam jumlah tinggi ke dalam produk. Inklusi gas dan udara tersebut biasanya memiliki efek negatif pada produk, karena dapat membuat lemak dan minyak, merusak produk dengan oksidasi, perubahan warna, dan perubahan bau dan rasa yang tidak diinginkan. Karena produk degasisasi secara kimiawi lebih stabil dan memiliki umur simpan yang lebih lama, degasifikasi adalah langkah pemrosesan penting yang membutuhkan teknik yang andal.
 

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

Degasifikasi dan De-Aerasi Ultrasonik

Degasifikasi dan deaerasi ultrasonik adalah alternatif yang sangat ampuh untuk metode degassing cairan tradisional yang meliputi perebusan, mengurangi tekanan menjadi vakum, atau penyemprotan dengan gas inert. Metode degassing tradisional ini sering kali memiliki kelemahan seperti degradasi termal (karena pemanasan), pemrosesan yang memakan waktu dan energi, dan/atau penghilangan gas yang tidak memadai. Degassing ultrasonik didasarkan pada prinsip kerja kavitasi akustik. Ketika gelombang ultrasound berdaya tinggi digabungkan menjadi cairan, cairan masing-masing dikompresi dan diperluas selama siklus tekanan tinggi dan tekanan rendah. Selama siklus tekanan rendah, gelembung vakum kecil (yang disebut gelembung kavitasi) dibuat, yang tumbuh selama beberapa siklus tekanan. Selama siklus pertumbuhan gelembung tersebut, gas terlarut dalam cairan memasuki gelembung vakum, sehingga gelembung vakum berubah menjadi gelembung gas yang tumbuh. Selain itu, turbulensi mikro dan jet cair menyebabkan agitasi dan perpindahan massa yang intens. Kondisi yang dihasilkan secara ultrasonik ini menyebabkan penggabungan gelembung gas, yang merupakan penyatuan gelembung gas terlarut kecil menjadi gelembung gas yang lebih besar, yang dengan cepat naik ke permukaan cairan, di mana mereka meninggalkan cairan.
Perubahan suhu yang disebabkan oleh getaran ultrasonik dan kavitasi terbatas pada ruang lokal yang sangat kecil dan kenaikan suhu dalam volume total dapat diabaikan karena tidak mengganggu kualitas produk.
 

Penurunan oksigen terlarut dengan waktu untuk frekuensi ultrasonik 24 kHz menggunakan UP400ST sonicator pada amplitudo 100 %, 80 %, 60 %, 40% dan 20 %.
Studi: ©Rognerud et al., 2020.

 
Tergantung pada volume, viskositas, dan inklusi gas dari cairan atau bubur, de-aerasi ultrasonik dapat dijalankan sebagai proses batch atau inline. Probe ultrasonik berdaya tinggi memancarkan kavitasi akustik ke dalam cairan, sehingga cairan didegasisasi secara efisien.
Degasifikasi ultrasonik juga dapat diterapkan untuk meningkatkan sistem degassing yang sudah ada seperti pemanasan, vakum atau sparging.
Degassing dan defoaming ultrasonik digunakan pada skala industri untuk menghilangkan gas terlarut dari air, minyak, makanan dan minuman, larutan kimia, cairan hidrolik, pendingin, cairan pengeboran, minyak mentah, emulsi, cat, tinta, perekat, pernis, pelapis, epoksi, sampo, deterjen dan banyak produk lainnya.
 

Degassing ultrasonik menggunakan pengaturan sel aliran. Percobaan ini merupakan prototipe loop air skala kecil dengan volume 0,8 galon, aliran gas inert 0,2 sfcm/mnt, dan intensitas 275 W/cm2. Ini menunjukkan pengurangan waktu pembuangan oksigen sekitar 70%.
Studi dan gambar: Rubio et al. 2016

Degassing ultrasonik dalam pengaturan inline menggunakan ultrasonicator UIP1000hdT dengan sel aliran.

Sparging yang Ditingkatkan Secara Ultrasonik

Menyemprotkan cairan dengan gas inert (juga dikenal sebagai pembersihan gas inert) adalah perawatan umum untuk menghilangkan gas yang tidak diinginkan seperti oksigen dan karbon dioksida dari cairan. Untuk aplikasi penyemprotan, nitrogen, argon, helium, dan gas inert lainnya biasanya digunakan. Menggelegak larutan dengan gas dengan kemurnian tinggi (biasanya inert) dapat mengeluarkan gas terlarut yang tidak diinginkan dan biasanya reaktif seperti oksigen dan karbon dioksida. Proses sparging bergantung pada perpindahan massa dan itu sendiri merupakan prosedur yang cukup lambat. Saya memerintahkan untuk mengintensifkan penyemprotan dengan gas inert, larutan gas-cair sering diaduk dengan kuat dan menggelembung untuk waktu yang lama. Ultrasonikasi adalah teknik intensif degasifikasi, yang meningkatkan perpindahan massa dan dengan demikian sparging secara signifikan. Ketika gelombang ultrasound berdaya tinggi digabungkan menjadi cairan atau bubur, gelembung kavitasi dihasilkan. Gelembung kavitasi ini memecah gelembung gas pembersihan yang lebih besar menjadi gelembung kecil dan menyebarkan gelembung secara merata, yang menghasilkan efek degassing yang lebih cepat dan bersih. Agitasi dan turbulensi intens yang diciptakan oleh ultrasonikasi mendorong transfer massa gas-cair dan dengan demikian menghilangkan gas yang tidak diinginkan dengan cepat.
Untuk mempercepat dan membuat prosedur sparging lebih efisien, ultrasonik berkinerja tinggi digunakan untuk meningkatkan kinerja perpindahan massa antara gas dan cairan secara sonomekanis. Efek sonomekanik yang dihasilkan oleh kavitasi akustik meliputi tekanan lokal dan perbedaan suhu, mikroturbulensi dan agitasi. Gaya ini meningkatkan kinerja degassing dengan berkontribusi pada peningkatan perpindahan massa difusi karena pemecahan gelembung, dispersi, dan peningkatan area antarmuka berikutnya, yang akhirnya menghasilkan penghilangan cepat gas yang terperangkap dari cairan.
Untuk mencapai efek outgassing yang diinginkan, diperlukan ultrasonikasi daya tinggi. Ketika cairan diselamatkan dengan gas inert dalam aliran dua fase, difusi yang diperbaiki diinginkan untuk meningkatkan perpindahan massa dan laju pembuangan gas terlarut. Menerapkan difusi yang diperbaiki bisa jadi sulit karena gelembung gas yang terperangkap dan terlarut cenderung menghindari memasuki medan kavitasi ultrasonik pada intensitas yang lebih rendah. Namun, pada intensitas tinggi (lebih tinggi dari 300 W/cm² pada sekitar 20 kHz) gelembung gas tidak lagi menghindari zona kavitasi dan dipecah oleh gaya sonomekanis. (lih. Jagannathan et al. 2011)

Sistem Degassing Ultrasonik Daya Tinggi

Hielscher Ultrasonics adalah produsen pengalaman jangka panjang peralatan ultrasonik berkinerja tinggi yang digunakan di seluruh dunia di laboratorium dan produksi industri. Degasifikasi cairan dan bubur adalah aplikasi yang menuntut yang membutuhkan probe ultrasonik berdaya tinggi yang dapat memasangkan amplitudo yang ditetapkan menjadi cairan untuk menghilangkan gelembung gas yang terperangkap dan kantong udara. Semua perangkat ultrasonik Hielscher dirancang dan diproduksi untuk dioperasikan selama 24/7 di bawah beban penuh. Prosesor ultrasonik tersedia dari ultrasonicator laboratorium 50 watt kompak hingga sistem ultrasonik inline yang kuat 16.000watt. Berbagai macam tanduk booster, sonotrode, dan sel aliran memungkinkan pengaturan individual dari sistem degassing ultrasonik sesuai dengan inklusi cairan, viskositas, dan gas.
Untuk deaerasi dan outgassing logam cair, diperlukan amplitudo yang diatur dan dipelihara dengan tepat. Hielscher Ultrasonics memproduksi probe ultrasonik berkinerja tinggi yang ditentukan untuk amplitudo dan suhu yang sangat dioptimalkan proses. Jika aplikasi degassing Anda memerlukan spesifikasi yang tidak biasa, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia. Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.

batch dan inline

Probe ultrasonik Hielscher untuk degasifikasi dapat digunakan untuk degasifikasi dan deaerasi inline batch dan kontinu. Bergantung pada volume, viskositas, dan gas yang terperangkap, kami akan merekomendasikan Anda pengaturan outgassing ultrasonik yang paling sesuai.

Probe Ultrasonik untuk Degassing Volume Berapa Pun

Rangkaian produk Hielscher Ultrasonics mencakup spektrum penuh prosesor ultrasonik dari ultrasonicator lab kompak melalui sistem bench-top dan pilot hingga prosesor ultrasonik industri penuh dengan kapasitas untuk memproses muatan truk per jam. Rangkaian produk lengkap memungkinkan kami untuk menawarkan peralatan degassing ultrasonik yang paling cocok untuk cairan, kapasitas proses, dan target produksi Anda.

Amplitudo yang dapat dikontrol secara tepat untuk hasil yang optimal

Semua sistem degassing ultrasonik Hielscher dapat dikontrol secara tepat dan dengan demikian dapat diandalkan. Amplitudo adalah salah satu parameter proses penting yang memengaruhi efisiensi dan efektivitas degasifikasi yang diinduksi secara sonomekanis. Semua Ultrasonik Hielscher’ prosesor memungkinkan pengaturan amplitudo yang tepat. Sonotrodes dan klakson booster adalah aksesori yang memungkinkan untuk memodifikasi amplitudo dalam jangkauan yang lebih luas. Prosesor ultrasonik industri Hielscher dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi dan memberikan intensitas ultrasonik yang diperlukan untuk aplikasi yang menuntut. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan terus menerus dalam operasi 24/7.
Pengaturan amplitudo yang tepat dan pemantauan permanen parameter proses ultrasonik melalui perangkat lunak pintar memberi Anda kemungkinan untuk menyesuaikan parameter proses ultrasonik untuk degasifikasi ultrasonik yang paling efektif. Sonikasi optimal untuk penghilangan gas yang sangat efisien!
Kekokohan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 pada tugas berat dan di lingkungan yang menuntut. Hal ini menjadikan peralatan ultrasonik Hielscher sebagai alat kerja yang andal yang memenuhi persyaratan proses deaerasi Anda.

Kualitas Tertinggi – Dirancang dan Diproduksi di Jerman

Sebagai bisnis milik keluarga dan dikelola keluarga, Hielscher memprioritaskan standar kualitas tertinggi untuk prosesor ultrasoniknya. Semua ultrasonicator dirancang, diproduksi dan diuji secara menyeluruh di kantor pusat kami di Teltow dekat Berlin, Jerman. Kekokohan dan keandalan peralatan ultrasonik Hielscher menjadikannya kuda kerja dalam produksi Anda. Operasi 24/7 di bawah beban penuh dan di lingkungan yang menuntut adalah karakteristik alami dari degasser berkinerja tinggi Hielscher.