超音波による液体の高効率な脱気

脱気またはガス放出はしばしば非常に時間のかかるプロセスステップですが、超音波処理は気泡の合体とその上昇を大幅に加速することができます。超音波アウトガスは、バッチおよびインラインセットアップで使用でき、ガス除去の効率と速度を向上させるために、不活性ガス、インペラ脱気装置、加熱または真空による散布などの従来の脱気技術と組み合わせることもできます。

液体からのガスの除去

脱気、脱気、およびガス放出という用語は、流体から遊離ガスと溶解ガス、特に酸素やCO2などの反応性ガスを除去することを指します。酸素を排除することは、有害な最終製品の変化を防ぎ、下流の処理を改善するために重要です。脱気は、多くのアプリケーションや産業にとって必要な処理ステップです。工業生産では、脱気は製品の安定性、品質、および継続的な製品基準を確保するための一般的なプロセスステップです。酸素は、さまざまなレベルで製品の品質と安定性に影響を与える要因です。
したがって、脱気は食品の確立されたプロセスステップです & 飲料、化学、製薬、化粧品業界。しかし、実験室でも、分析前(HPLC、アッセイ、粒子測定など)にサンプルの脱気が必要になることがよくあります。
多くの場合、高せん断ブレードやロータリーインペラミキサーなどを使用した混合プロセスでは、これらの混合技術が一般に製品に大量のガスを導入するため、製品のその後の脱気が必要になることがよくあります。このようなガスや空気の混入物は、油脂を酸敗させたり、酸化、変色、臭いや味の望ましくない変化によって製品を劣化させたりする可能性があるため、通常、製品に悪影響を及ぼします。 脱気された製品は化学的に安定しており、保存期間が長いため、脱気は信頼性の高い技術を必要とする重要な処理ステップです。
 

超音波脱気:閉じ込められた気泡を油から除去します 超音波装置UP400Stを使用

超音波脱気と脱気

超音波脱気および脱気は、沸騰、真空への圧力低下、または不活性ガスによる散布を含む液体の従来の脱気方法に代わる非常に強力な方法です。これらの従来の脱気方法には、加熱による熱劣化、時間とエネルギーを消費する処理、ガス除去が不十分であるなどの欠点がよくあります。超音波脱気は、音響キャビテーションの動作原理に基づいています。高出力の超音波が液体に結合すると、液体は高圧サイクルと低圧サイクルでそれぞれ圧縮および膨張します。低圧サイクルでは、微細な真空気泡(いわゆるキャビテーションバブル)が発生し、数回の圧力サイクルで成長します。気泡の成長サイクル中に、液体中の溶存ガスが真空気泡に入り、真空気泡が成長する気泡に変わります。さらに、微小乱流と液体ジェットは激しい攪拌と物質移動を引き起こします。これらの超音波で生成された条件は、小さな溶解ガス気泡が大きなガス気泡に統一され、それが急速に液体の表面に上昇し、そこで液体を離れるガス泡合体を引き起こす。
超音波振動やキャビテーションによる温度変化は、非常に小さな局所空間に限定され、全体積の温度上昇は製品の品質を妨げないため無視できます。
 

超音波発生器を使用して24kHzの超音波周波数で、100%、80%、60%、60%、40%および20%の振幅で時間とともに溶存酸素を減少させるUP400ST。研究:©Rognerud et al., 2020.

 
液体またはスラリーの体積、粘度、およびガス介在物に応じて、超音波脱気はバッチまたはインラインプロセスとして実行できます。高出力超音波プローブは、液体に音響キャビテーションを放出するため、液体は効率的に脱気されます。
超音波脱気は、加熱、真空、散布などの既存の脱気システムを改善するためにも実装できます。
超音波脱気および脱泡は、水、油、食品および飲料、化学溶液、油圧作動油、冷却剤、掘削液、原油、エマルジョン、塗料、インク、接着剤、ワニス、コーティング、エポキシ、シャンプー、洗剤および他の多くの製品から溶存ガスを除去するために工業規模で使用されます。
 

フローセルセットアップを使用した超音波脱気。この実験は、体積0.8ガロン、不活性ガス流量0.2sfcm/min、強度275W/cm2の小規模水ループのプロトタイプでした。これにより、酸素の除去時間が約70%短縮されました。研究と写真: Rubio et al. 2016

超音波装置を使用したインラインセットアップでの超音波脱気 UIP1000hdTの フローセル付き。

超音波強化型スパージング

不活性ガスで液体をスパージ(不活性ガスパージとも呼ばれます)は、液体から酸素や二酸化炭素などの不要なガスを除去するための一般的な治療法です。散布用途では、窒素、アルゴン、ヘリウム、その他の不活性ガスが一般的に使用されます。高純度(通常は不活性)ガスで溶液をバブリングすると、酸素や二酸化炭素などの望ましくない、通常は反応性の溶存ガスが引き出される可能性があります。散布プロセスは物質移動に依存しており、それ自体が非常に遅い手順です。不活性ガスによる散布を強めるために、液化ガス溶液を激しく攪拌し、長時間泡立てることが多いです。超音波処理は脱気強化技術であり、物質移動を改善し、それによって散布を大幅に改善します。高出力の超音波が液体やスラリーに結合すると、キャビテーション気泡が発生します。このキャビテーション気泡は、大きなパージガスの気泡を小さな気泡に分解し、気泡を均一に分散させることで、より早く、よりクリーンな脱気効果を発揮します。超音波処理によって生じる激しい攪拌と乱流は、気液の物質移動を促進し、それによって不要なガスの迅速な除去を促進します。
スパージ手順を加速し、より効率的にするために、高性能超音波を使用して、気体と液体の間の物質移動性能を音響機械的に改善します。音響キャビテーションによって生成される音響力学的効果には、局所的な圧力と温度の差、微小乱流、および攪拌が含まれます。これらの力は、気泡の分解、分散、およびそれに続く界面面積の増加による拡散性物質移動の増加に寄与することにより、脱気性能を向上させ、最終的に液体から閉じ込められたガスを迅速に除去します。
所望のガス放出効果を達成するためには、高出力超音波処理が必要である。二相流で液体を不活性ガスで温存すると、溶解ガスの物質移動と除去速度を高めるために、整流拡散が望まれます。閉じ込められて溶解した気泡は、低強度で超音波キャビテーション場に入るのを避ける傾向があるため、整流拡散を適用することは困難です。ただし、強度が高い場合(300 W? cmを超える² 約20 kHz)では、気泡はキャビテーションゾーンを避けなくなり、音響機械的な力によって分解されます。(Jagannathan et al. 2011参照)

高出力超音波脱気システム

ヒールシャー超音波は、実験室や工業生産で世界的に使用されている高性能超音波機器の長期的な経験メーカーです。液体やスラリーの脱気は、閉じ込められた気泡やエアポケットを除去するために、確立された振幅を液体に結合できる高出力超音波プローブを必要とする要求の厳しいアプリケーションです。すべてのヒールシャー超音波装置は、全負荷の下で24? 7で動作するように設計および製造されています。超音波プロセッサは、コンパクトな50ワットの実験室用超音波装置から16,000ワットの強力なインライン超音波システムまで利用できます。多種多様なブースターホーン、ソノトロード、フローセルにより、液体、粘度、ガスの介在物に対応する超音波脱気システムの個々のセットアップが可能になります。
For the deaeration and outgassing of liquid metals, precisely set and maintained amplitudes are required. Hielscher Ultrasonics manufactures high-performance ultrasonic probes that are specified for very process-optimized amplitudes and temperatures. If your degassing application requires unusual specifications, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.

バッチおよびインライン

脱気用のヒールシャー超音波プローブは、バッチおよび連続的なインライン脱気および脱気に使用できます。体積、粘度、閉じ込められたガスに応じて、最適な超音波アウトガス設定をお勧めします。

あらゆる容量のガスを脱気するための超音波プローブ

ヒールシャー超音波製品群は、ベンチトップおよびパイロットシステム上のコンパクトなラボ用超音波装置から、1時間あたりのトラック負荷を処理する能力を持つ完全産業用超音波プロセッサまで、超音波プロセッサの全範囲をカバーしています。全製品範囲により、お客様の液体、プロセス能力、生産目標に最適な超音波脱気装置を提供することができます。

最適な結果を得るために正確に制御可能な振幅

すべてのヒールシャー超音波脱気システムは、正確に制御可能であり、したがって信頼性の高い作業馬です。振幅は、音響力学的に誘起された脱気の効率と有効性に影響を与える重要なプロセスパラメータの1つです。すべてのヒールシャー超音波’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
正確な振幅設定とスマートソフトウェアによる超音波プロセスパラメータの恒久的な監視により、最も効果的な超音波脱気のための超音波プロセスパラメータを調整することができます。高効率のガス除去のための最適な超音波処理!
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your deaeration process requirements.

最高品質 – ドイツで設計および製造

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance degassers.