Deaerasi Cairan yang Sangat Efisien Menggunakan Ultrasonik

Meskipun penghilangan gas atau pelepasan gas sering kali merupakan tahap proses yang sangat memakan waktu, ultrasonikasi dapat mempercepat penggabungan gelembung gas dan pergerakannya ke permukaan secara signifikan. Pelepasan gas ultrasonik dapat digunakan dalam konfigurasi batch dan inline serta dapat dikombinasikan dengan teknik penghilangan gas konvensional seperti penggelembungan gas inert, penghilang gas berimpeler, pemanasan, atau vakum untuk meningkatkan efisiensi dan kecepatan penghilangan gas.

Menghilangkan Gas dari Cairan

Istilah deaerasi, penghilangan gas, dan pelepasan gas mengacu pada pengeluaran gas bebas dan terlarut, khususnya gas reaktif seperti oksigen atau CO2, dari suatu fluida. Penghilangan oksigen penting untuk mencegah perubahan yang merugikan pada produk akhir dan meningkatkan pemrosesan hilir. Penghilangan gas merupakan tahap pemrosesan yang diperlukan untuk berbagai aplikasi dan industri. Dalam manufaktur industri, penghilangan gas merupakan tahap proses yang umum untuk memastikan stabilitas, kualitas, dan konsistensi standar produk. Oksigen merupakan faktor yang memengaruhi kualitas dan stabilitas produk pada berbagai tingkat.
Oleh karena itu, deaerasi merupakan tahap proses yang telah mapan dalam industri makanan dan minuman, kimia, farmasi, dan kosmetik. Di laboratorium pun, sampel sering memerlukan penghilangan gas sebelum analisis (misalnya sebelum HPLC, pengujian, pengukuran partikel, dll.).
Proses pencampuran yang menggunakan, misalnya, pencampur berbilah dengan gaya geser tinggi atau pencampur berimpeler putar sering mengharuskan penghilangan gas dari produk setelahnya, karena teknik pencampuran ini umumnya memasukkan gas dalam jumlah besar ke dalam produk. Gas dan udara yang terperangkap tersebut biasanya berdampak negatif pada produk, karena dapat membuat lemak dan minyak menjadi tengik, merusak produk melalui oksidasi, perubahan warna, serta perubahan bau dan rasa yang tidak diinginkan. Karena produk yang telah dihilangkan gasnya lebih stabil secara kimia dan memiliki umur simpan lebih panjang, penghilangan gas merupakan tahap pemrosesan penting yang memerlukan teknik yang andal.
 

Penghilangan gas ultrasonik: Gelembung gas yang terperangkap dikeluarkan dari minyak menggunakan ultrasonikator UP400St

Penghilangan Gas dan Deaerasi Ultrasonik

Penghilangan gas dan deaerasi ultrasonik merupakan alternatif yang sangat ampuh untuk metode penghilangan gas tradisional dari cairan, yang mencakup pendidihan, penurunan tekanan hingga vakum, atau penggelembungan gas inert. Metode penghilangan gas tradisional ini sering memiliki kekurangan seperti degradasi termal (akibat pemanasan), pemrosesan yang memakan waktu dan energi, dan/atau penghilangan gas yang tidak memadai. Penghilangan gas ultrasonik didasarkan pada prinsip kerja kavitasi akustik. Ketika gelombang ultrasonik berdaya tinggi dikopelkan ke dalam cairan, cairan mengalami pemampatan selama siklus tekanan tinggi dan pemuaian selama siklus tekanan rendah. Selama siklus tekanan rendah, terbentuk gelembung vakum yang sangat kecil (disebut gelembung kavitasi), yang tumbuh selama beberapa siklus tekanan. Selama siklus pertumbuhan gelembung tersebut, gas terlarut dalam cairan masuk ke dalam gelembung vakum, sehingga gelembung vakum berubah menjadi gelembung gas yang terus membesar. Selain itu, turbulensi mikro dan semburan cairan menyebabkan agitasi dan perpindahan massa yang intens. Kondisi yang dihasilkan secara ultrasonik ini menyebabkan koalesensi gelembung gas, yaitu penggabungan gelembung gas terlarut yang kecil menjadi gelembung gas yang lebih besar, yang dengan cepat naik ke permukaan cairan dan kemudian keluar dari cairan.
Perubahan suhu yang disebabkan oleh getaran ultrasonik dan kavitasi terbatas pada area lokal yang sangat kecil, dan kenaikan suhu pada keseluruhan volume dapat diabaikan karena tidak mengganggu kualitas produk.
 

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

 
Bergantung pada volume, viskositas, dan gas yang terperangkap dalam cairan atau slurry, deaerasi ultrasonik dapat dijalankan sebagai proses batch atau inline. Probe ultrasonik berdaya tinggi memancarkan kavitasi akustik ke dalam cairan, sehingga gas dalam cairan dihilangkan secara efisien.
Penghilangan gas ultrasonik juga dapat diterapkan untuk meningkatkan sistem penghilangan gas yang sudah ada, seperti pemanasan, vakum, atau penggelembungan gas.
Penghilangan gas dan busa ultrasonik digunakan pada skala industri untuk menghilangkan gas terlarut dari air, minyak, makanan dan minuman, larutan kimia, fluida hidraulik, cairan pendingin, fluida pengeboran, minyak mentah, emulsi, cat, tinta, perekat, pernis, pelapis, epoksi, sampo, detergen, dan banyak produk lainnya.
 

Penghilangan gas ultrasonik menggunakan konfigurasi sel alir. Percobaan ini menggunakan prototipe sirkuit air skala kecil dengan volume 0,8 gallon, aliran gas inert 0,2 sfcm/min, dan intensitas 275 W/cm2. Hasilnya menunjukkan pengurangan waktu penghilangan oksigen sekitar 70%.
Studi dan gambar: Rubio et al. 2016

Penghilangan gas ultrasonik dalam konfigurasi inline menggunakan ultrasonikator UIP1000hdT dengan sel alir.

Penggelembungan Gas yang Ditingkatkan secara Ultrasonik

Penggelembungan gas inert ke dalam cairan (juga dikenal sebagai pembilasan dengan gas inert) merupakan perlakuan yang umum untuk menghilangkan gas yang tidak diinginkan seperti oksigen dan karbon dioksida dari cairan. Untuk aplikasi penggelembungan gas, nitrogen, argon, helium, dan gas inert lainnya umum digunakan. Mengalirkan gelembung gas dengan kemurnian tinggi (biasanya inert) melalui suatu larutan dapat mengeluarkan gas terlarut yang tidak diinginkan dan biasanya reaktif, seperti oksigen dan karbon dioksida. Proses penggelembungan gas bergantung pada perpindahan massa dan merupakan prosedur yang cukup lambat. Untuk mengintensifkan penggelembungan gas inert, larutan cairan–gas sering diaduk dengan kuat dan dialiri gelembung dalam waktu lama. Ultrasonikasi merupakan teknik yang mengintensifkan penghilangan gas, meningkatkan perpindahan massa, dan dengan demikian meningkatkan penggelembungan gas secara signifikan. Ketika gelombang ultrasonik berdaya tinggi dikopelkan ke dalam cairan atau slurry, terbentuk gelembung kavitasi. Gelembung kavitasi ini memecah gelembung gas pembilas yang lebih besar menjadi gelembung kecil dan mendispersikan gelembung secara merata, sehingga menghasilkan penghilangan gas yang lebih cepat dan lebih tuntas. Agitasi dan turbulensi intens yang dihasilkan ultrasonikasi mendorong perpindahan massa gas–cair dan dengan demikian mempercepat penghilangan gas yang tidak diinginkan.
Untuk mempercepat dan meningkatkan efisiensi prosedur penggelembungan gas, ultrasonik berkinerja tinggi digunakan untuk meningkatkan kinerja perpindahan massa antara gas dan cairan secara sonomekanis. Efek sonomekanis yang dihasilkan kavitasi akustik mencakup perbedaan tekanan dan suhu lokal, turbulensi mikro, dan agitasi. Gaya-gaya ini meningkatkan kinerja penghilangan gas dengan membantu meningkatkan perpindahan massa secara difusi akibat pemecahan gelembung, dispersi, dan peningkatan luas antarmuka yang menyertainya, yang pada akhirnya menghasilkan penghilangan gas terperangkap dari cairan secara cepat.
Untuk mencapai efek pelepasan gas yang diinginkan, diperlukan ultrasonikasi berdaya tinggi. Ketika gas inert digelembungkan ke dalam cairan pada aliran dua fase, difusi terektifikasi diinginkan untuk meningkatkan perpindahan massa dan laju penghilangan gas terlarut. Penerapan difusi terektifikasi dapat sulit dilakukan karena gelembung gas yang terperangkap dan terlarut cenderung menghindari medan kavitasi ultrasonik pada intensitas yang lebih rendah. Namun, pada intensitas yang lebih tinggi (lebih dari 300 W/cm² pada sekitar 20 kHz), gelembung gas tidak lagi menghindari zona kavitasi dan dipecah oleh gaya sonomekanis. (lihat Jagannathan et al. 2011)

Sistem Penghilangan Gas Ultrasonik Berdaya Tinggi

Hielscher Ultrasonics adalah produsen berpengalaman selama bertahun-tahun dalam pembuatan peralatan ultrasonik berkinerja tinggi yang digunakan di seluruh dunia dalam laboratorium dan produksi industri. Penghilangan gas dari cairan dan slurry merupakan aplikasi yang menuntut kemampuan tinggi dan memerlukan probe ultrasonik berdaya tinggi yang dapat mengopelkan osilasi pada amplitudo yang telah ditetapkan ke dalam cairan untuk menghilangkan gelembung gas dan kantong udara yang terperangkap. Semua perangkat ultrasonik Hielscher dirancang dan diproduksi untuk dioperasikan 24/7 dengan beban penuh. Prosesor ultrasonik tersedia mulai dari ultrasonikator laboratorium ringkas 50 watts hingga sistem ultrasonik inline berdaya tinggi 16.000watts. Beragam horn penguat, sonotrode, dan sel alir memungkinkan konfigurasi sistem penghilangan gas ultrasonik yang disesuaikan dengan cairan, viskositas, dan gas yang terperangkap.
Untuk deaerasi dan pelepasan gas dari logam cair, diperlukan amplitudo yang diatur dan dipertahankan secara presisi. Hielscher Ultrasonics memproduksi probe ultrasonik berkinerja tinggi dengan spesifikasi amplitudo dan suhu yang sangat dioptimalkan untuk proses. Jika aplikasi penghilangan gas Anda memerlukan spesifikasi yang tidak biasa, tersedia sonotrode ultrasonik yang dibuat khusus. Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 untuk tugas berat dan di lingkungan yang menuntut.

Batch dan Inline

Probe ultrasonik Hielscher untuk penghilangan gas dapat digunakan untuk penghilangan gas dan deaerasi secara batch maupun inline kontinu. Bergantung pada volume, viskositas, dan gas yang terperangkap, kami akan merekomendasikan konfigurasi pelepasan gas ultrasonik yang paling sesuai untuk Anda.

Probe Ultrasonik untuk Penghilangan Gas pada Berbagai Volume

Rangkaian produk Hielscher Ultrasonics mencakup seluruh spektrum prosesor ultrasonik, mulai dari ultrasonikator laboratorium ringkas, sistem meja dan skala pilot, hingga prosesor ultrasonik skala industri penuh dengan kapasitas memproses muatan truk per jam. Rangkaian produk yang lengkap memungkinkan kami menawarkan peralatan penghilangan gas ultrasonik yang paling sesuai dengan cairan, kapasitas proses, dan target produksi Anda.

Amplitudo yang Dapat Dikendalikan secara Presisi untuk Hasil Optimal

Semua sistem penghilangan gas ultrasonik Hielscher dapat dikendalikan secara presisi sehingga menjadi perangkat kerja yang andal. Amplitudo merupakan salah satu parameter proses penting yang memengaruhi efisiensi dan efektivitas penghilangan gas yang diinduksi secara sonomekanis. Semua prosesor Hielscher Ultrasonics memungkinkan pengaturan amplitudo secara presisi. Sonotrode dan horn penguat merupakan aksesori yang memungkinkan perubahan amplitudo dalam rentang yang lebih luas lagi. Prosesor ultrasonik industri Hielscher dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi dan menyediakan intensitas ultrasonik yang diperlukan untuk aplikasi yang menuntut kemampuan tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dipertahankan secara kontinu dalam pengoperasian 24/7.
Pengaturan amplitudo yang presisi dan pemantauan parameter proses ultrasonik secara terus-menerus melalui perangkat lunak cerdas memungkinkan Anda menyesuaikan parameter proses ultrasonik untuk penghilangan gas ultrasonik yang paling efektif. Sonikasi optimal untuk penghilangan gas yang sangat efisien!
Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 untuk tugas berat dan di lingkungan yang menuntut. Hal ini menjadikan peralatan ultrasonik Hielscher alat kerja yang andal untuk memenuhi kebutuhan proses deaerasi Anda.

Kualitas Tertinggi – Dirancang dan Diproduksi di Jerman

Sebagai perusahaan yang dimiliki dan dikelola oleh keluarga, Hielscher mengutamakan standar kualitas tertinggi untuk prosesor ultrasoniknya. Semua ultrasonikator dirancang, diproduksi, dan diuji secara menyeluruh di kantor pusat kami di Teltow dekat Berlin, Jerman. Ketangguhan dan keandalan peralatan ultrasonik Hielscher menjadikannya perangkat andalan dalam produksi Anda. Pengoperasian 24/7 dengan beban penuh dan di lingkungan yang menuntut merupakan karakteristik bawaan perangkat penghilang gas berkinerja tinggi Hielscher.