სითხეების მაღალეფექტური დეაერაცია ულტრაბგერის გამოყენებით

მიუხედავად იმისა, რომ დეგაზირება ან გაზების მოცილება ხშირად უკიდურესად დიდ დროს მოითხოვს, ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია მნიშვნელოვნად დააჩქაროს გაზის ბუშტების კოალესცენცია და მათი ამოსვლა. ულტრაბგერითი დეგაზირება შეიძლება გამოყენებულ იქნას პარტიულ და ინლაინ სისტემებში, ასევე კომბინირებულ იქნას დეგაზირების ტრადიციულ მეთოდებთან, როგორიცაა ინერტული გაზებით ბარბოტირება, იმპელერული დეგაზატორები, გაცხელება ან ვაკუუმი, გაზების მოცილების ეფექტურობისა და სიჩქარის გასაზრდელად.

გაზების ამოღება სითხეებიდან

ტერმინები დეაერაცია, დეგაზირება და გაზების მოცილება გულისხმობს სითხიდან თავისუფალი და გახსნილი გაზების, განსაკუთრებით რეაქციისუნარიანი გაზების, როგორიცაა ჟანგბადი ან CO2, მოცილებას. ჟანგბადის მოცილება მნიშვნელოვანია საბოლოო პროდუქტში საზიანო ცვლილებების თავიდან ასაცილებლად და შემდგომი დამუშავების გასაუმჯობესებლად. დეგაზირება მრავალი გამოყენებისა და დარგისთვის დამუშავების აუცილებელი ეტაპია. სამრეწველო წარმოებაში დეგაზირება გავრცელებული ტექნოლოგიური ეტაპია პროდუქტის სტაბილურობის, ხარისხისა და პროდუქციის სტანდარტებთან მუდმივი შესაბამისობის უზრუნველსაყოფად. ჟანგბადი არის ფაქტორი, რომელიც სხვადასხვა დონეზე მოქმედებს პროდუქტის ხარისხსა და სტაბილურობაზე.
ამიტომ დეაერაცია დამკვიდრებული ტექნოლოგიური ეტაპია სურსათისა და სასმელების, ქიმიურ, ფარმაცევტულ და კოსმეტიკურ მრეწველობაში. ლაბორატორიებშიც ნიმუშებს ხშირად სჭირდება დეგაზირება ანალიზამდე (მაგალითად, HPLC-ს, ანალიზების, ნაწილაკების გაზომვებისა და ა.შ. ჩატარებამდე).
შერევის პროცესები, რომლებშიც გამოიყენება, მაგალითად, მაღალი ძვრის ფრთიანი ან მბრუნავი იმპელერული მიქსერები, ხშირად აუცილებელს ხდის პროდუქტის შემდგომ დეგაზირებას, რადგან შერევის ამ მეთოდებით პროდუქტში ჩვეულებრივ დიდი რაოდენობით გაზი ხვდება. გაზისა და ჰაერის ასეთი ჩანართები ჩვეულებრივ უარყოფითად მოქმედებს პროდუქტზე, რადგან შეიძლება გამოიწვიოს ცხიმებისა და ზეთების ამძაღება და პროდუქტის გაფუჭება დაჟანგვის, ფერის შეცვლისა და სუნისა და გემოს არასასურველი ცვლილებების შედეგად. რადგან დეგაზირებული პროდუქტები ქიმიურად უფრო სტაბილურია და შენახვის უფრო ხანგრძლივი ვადა აქვს, დეგაზირება დამუშავების აუცილებელი ეტაპია, რომელიც საიმედო მეთოდს მოითხოვს.
 

ულტრაბგერითი დეგაზირება: ჩარჩენილი გაზის ბუშტები ამოღებულია ზეთიდან ულტრაბგერითი აპარატის UP400St გამოყენებით

ულტრაბგერითი დეგაზირება და დეაერაცია

ულტრაბგერითი დეგაზირება და დეაერაცია სითხეების დეგაზირების ტრადიციული მეთოდების უაღრესად ეფექტური ალტერნატივაა. ეს მეთოდები მოიცავს დუღილს, წნევის ვაკუუმამდე შემცირებას ან ინერტული გაზებით ბარბოტირებას. დეგაზირების ამ ტრადიციულ მეთოდებს ხშირად აქვს ისეთი ნაკლოვანებები, როგორიცაა თერმული დეგრადაცია (გაცხელების გამო), დროისა და ენერგიის დიდი დანახარჯი და/ან გაზების არასაკმარისი მოცილება. ულტრაბგერითი დეგაზირება ეფუძნება აკუსტიკური კავიტაციის მოქმედების პრინციპს. როდესაც მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ტალღები სითხეს გადაეცემა, სითხე, შესაბამისად, იკუმშება მაღალი წნევის ციკლებში და ფართოვდება დაბალი წნევის ციკლებში. დაბალი წნევის ციკლების დროს წარმოიქმნება უმცირესი ვაკუუმური ბუშტები (ე.წ. კავიტაციის ბუშტები), რომლებიც წნევის რამდენიმე ციკლის განმავლობაში იზრდება. ბუშტების ზრდის ამ ციკლების დროს სითხეში გახსნილი გაზები ვაკუუმურ ბუშტებში გადადის, რის შედეგადაც ისინი მზარდ გაზის ბუშტებად გარდაიქმნება. გარდა ამისა, მიკროტურბულენტობა და სითხის ჭავლები იწვევს ინტენსიურ შერევასა და მასის გადატანას. ულტრაბგერით შექმნილ ამ პირობებში ხდება გაზის ბუშტების კოალესცენცია, ანუ გახსნილი გაზის მცირე ბუშტების გაერთიანება უფრო დიდ ბუშტებად, რომლებიც სწრაფად ამოდის სითხის ზედაპირზე და ტოვებს სითხეს.
ულტრაბგერითი ვიბრაციითა და კავიტაციით გამოწვეული ტემპერატურული ცვლილებები შემოიფარგლება ძალიან მცირე ლოკალური უბნებით, ხოლო მთელ მოცულობაში ტემპერატურის მატება შეიძლება უგულებელვყოთ, რადგან ის პროდუქტის ხარისხზე გავლენას არ ახდენს.
 

გახსნილი ჟანგბადის შემცირება დროში 24 kHz ულტრაბგერითი სიხშირისთვის, UP400ST სონიკატორის გამოყენებით 100 %, 80 %, 60 %, 40% და 20 % ამპლიტუდებზე.
კვლევა: ©Rognerud et al., 2020.

სითხის ან სუსპენზიის მოცულობის, სიბლანტისა და მასში არსებული გაზის ჩანართების მიხედვით, ულტრაბგერითი დეაერაცია შეიძლება განხორციელდეს პარტიულ ან ინლაინ პროცესად. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ზონდი სითხეში აკუსტიკურ კავიტაციას წარმოქმნის, რის შედეგადაც სითხე ეფექტურად დეგაზირდება.
ულტრაბგერითი დეგაზირება ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას დეგაზირების უკვე არსებული სისტემების, როგორიცაა გაცხელება, ვაკუუმი ან ბარბოტირება, გასაუმჯობესებლად.
ულტრაბგერითი დეგაზირება და ქაფის მოცილება გამოიყენება სამრეწველო მასშტაბით გახსნილი გაზების მოსაშორებლად წყლიდან, ზეთებიდან, საკვებიდან და სასმელებიდან, ქიმიური ხსნარებიდან, ჰიდრავლიკური სითხეებიდან, გამაგრილებელი სითხეებიდან, საბურღი სითხეებიდან, ნედლი ნავთობიდან, ემულსიებიდან, საღებავებიდან, მელნებიდან, წებოებიდან, ლაქებიდან, საფარი მასალებიდან, ეპოქსიდური მასალებიდან, შამპუნებიდან, სარეცხი საშუალებებიდან და მრავალი სხვა პროდუქტიდან.

ულტრაბგერითი დეგაზირება გამდინარე კამერის გამოყენებით. ამ ექსპერიმენტში გამოყენებული იყო წყლის ცირკულაციის მცირე მასშტაბის პროტოტიპული კონტური, რომლის მოცულობა იყო 0,8 გალონი, ინერტული გაზის ხარჯი – 0,2 sfcm/min, ხოლო ინტენსივობა – 275 W/cm2. ეს აჩვენებს ჟანგბადის მოცილების დროის დაახლოებით 70%-ით შემცირებას.
კვლევა და სურათი: Rubio et al. 2016

ულტრაბგერითი დეგაზირება ინლაინ სქემით, ულტრაბგერითი პროცესორის გამოყენებით UIP1000hdT გამდინარე კამერით.

ულტრაბგერით გაძლიერებული ბარბოტირება

სითხეებში ინერტული გაზით ბარბოტირება (ასევე ცნობილი, როგორც ინერტული გაზით გამორეცხვა) გავრცელებული მეთოდია სითხიდან არასასურველი გაზების, როგორიცაა ჟანგბადი და ნახშირბადის დიოქსიდი, მოსაშორებლად. ბარბოტირებისთვის ჩვეულებრივ გამოიყენება აზოტი, არგონი, ჰელიუმი და სხვა ინერტული გაზები. ხსნარში მაღალი სისუფთავის (ჩვეულებრივ ინერტული) გაზის ბუშტების გატარებით შესაძლებელია არასასურველი, ჩვეულებრივ რეაქციისუნარიანი გახსნილი გაზების, როგორიცაა ჟანგბადი და ნახშირბადის დიოქსიდი, მოცილება. ბარბოტირების პროცესი ეფუძნება მასის გადატანას და თავისთავად საკმაოდ ნელი პროცედურაა. ინერტული გაზებით ბარბოტირების გასაძლიერებლად სითხისა და გაზის ხსნარს ხშირად ინტენსიურად ურევენ და მასში გაზის ბუშტებს ხანგრძლივად ატარებენ. ულტრაბგერითი დამუშავება დეგაზირების გამაძლიერებელი მეთოდია, რომელიც აუმჯობესებს მასის გადატანას და ამით მნიშვნელოვნად აძლიერებს ბარბოტირებას. როდესაც მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ტალღები სითხეებს ან სუსპენზიებს გადაეცემა, წარმოიქმნება კავიტაციის ბუშტები. ეს კავიტაციის ბუშტები გამრეცხი გაზის დიდ ბუშტებს მცირე ბუშტებად შლის და თანაბრად ანაწილებს მათ, რაც უფრო სწრაფ და სრულ დეგაზირებას უზრუნველყოფს. ულტრაბგერითი დამუშავებით შექმნილი ინტენსიური შერევა და ტურბულენტობა ხელს უწყობს გაზსა და სითხეს შორის მასის გადატანას და, შესაბამისად, არასასურველი გაზების სწრაფ მოცილებას.
ბარბოტირების პროცედურის დასაჩქარებლად და მისი ეფექტურობის გასაზრდელად მაღალი წარმადობის ულტრაბგერა გამოიყენება გაზსა და სითხეს შორის მასის გადატანის სონომექანიკურად გასაუმჯობესებლად. აკუსტიკური კავიტაციით წარმოქმნილი სონომექანიკური ეფექტები მოიცავს წნევისა და ტემპერატურის ადგილობრივ სხვაობებს, მიკროტურბულენტობასა და შერევას. ეს ძალები აუმჯობესებს დეგაზირების ეფექტურობას, რადგან ბუშტების დაშლის, დისპერგირებისა და შედეგად ფაზათაშორისი ზედაპირის ფართობის ზრდის ხარჯზე აძლიერებს დიფუზიურ მასის გადატანას, რაც საბოლოოდ სითხეში ჩარჩენილი გაზების სწრაფ მოცილებას იწვევს.
სასურველი დეგაზირების ეფექტების მისაღწევად აუცილებელია მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი დამუშავება. როდესაც ორფაზიან ნაკადში სითხეში ინერტული გაზის ბუშტებს ატარებენ, მასის გადატანისა და გახსნილი გაზების მოცილების სიჩქარის გასაზრდელად სასურველია რექტიფიცირებული დიფუზია. რექტიფიცირებული დიფუზიის გამოყენება შეიძლება რთული იყოს, რადგან ჩარჩენილი და გახსნილი გაზის ბუშტები დაბალი ინტენსივობის პირობებში ულტრაბგერითი კავიტაციის ველში შესვლას ერიდება. თუმცა, მაღალი ინტენსივობის პირობებში (როდესაც ინტენსივობა აღემატება 300 W/cm² -ს დაახლოებით 20 kHz-ზე) გაზის ბუშტები აღარ ერიდება კავიტაციის ზონას და სონომექანიკური ძალების ზემოქმედებით იშლება. (იხ. Jagannathan et al. 2011)

მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი დეგაზაციის სისტემები

Hielscher Ultrasonics არის მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის წარმოებაში ხანგრძლივი გამოცდილების მქონე მწარმოებელი. მისი აღჭურვილობა მსოფლიო მასშტაბით გამოიყენება ლაბორატორიებსა და სამრეწველო წარმოებაში. სითხეებისა და სუსპენზიების დეგაზაცია რთული ამოცანაა და მოითხოვს მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ზონდების გამოყენებას, რომლებსაც შეუძლიათ სითხეში დადგენილი ამპლიტუდების გადაცემა ჩაკეტილი აირის ბუშტებისა და ჰაერის ჯიბეების მოსაშორებლად. ყველა Hielscher-ის ულტრაბგერითი მოწყობილობა დაპროექტებულია და დამზადებულია 24/7 სრული დატვირთვით მუშაობისთვის. ულტრაბგერითი პროცესორები ხელმისაწვდომია კომპაქტური 50 ვატიანი ლაბორატორიული ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებიდან 16 000 ვატიან მძლავრ ინლაინ-ულტრაბგერით სისტემებამდე. ბუსტერული რქების, სონოტროდებისა და ნაკადის კამერების ფართო არჩევანი საშუალებას იძლევა, ულტრაბგერითი დეგაზაციის სისტემა ინდივიდუალურად დაკონფიგურირდეს სითხის, სიბლანტისა და აირის ჩანართების შესაბამისად.
თხევადი მეტალების დეაერაციისა და დეგაზაციისთვის საჭიროა ზუსტად დადგენილი და შენარჩუნებული ამპლიტუდები. Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ზონდებს, რომლებიც გათვლილია პროცესისთვის ოპტიმიზებულ ამპლიტუდებსა და ტემპერატურებზე. თუ თქვენს დეგაზაციის ამოცანას უჩვეულო ტექნიკური მოთხოვნები აქვს, შესაძლებელია ინდივიდუალურად დამზადებული ულტრაბგერითი სონოტროდების მიღება. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა მძიმე დატვირთვითა და რთულ გარემოში 24/7 მუშაობის საშუალებას იძლევა.

პარტიული და ინლაინ

Hielscher-ის ულტრაბგერითი ზონდები დეგაზაციისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას პარტიული და უწყვეტი ინლაინ დეგაზაციისა და დეაერაციისთვის. მოცულობის, სიბლანტისა და ჩაკეტილი აირების მიხედვით, ჩვენ გირჩევთ ულტრაბგერითი დეგაზაციის ყველაზე შესაფერის კონფიგურაციას.

ულტრაბგერითი ზონდები ნებისმიერი მოცულობის დეგაზაციისთვის

Hielscher Ultrasonics-ის პროდუქციის დიაპაზონი მოიცავს ულტრაბგერითი პროცესორების სრულ სპექტრს კომპაქტური ლაბორატორიული ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორებიდან მაგიდისა და საცდელი სისტემების გავლით სრულად სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორებამდე, რომლებსაც შეუძლიათ საათში რამდენიმე სატვირთო მანქანის ტვირთის მოცულობის მასალის დამუშავება. სრული პროდუქციის დიაპაზონი საშუალებას გვაძლევს შემოგთავაზოთ თქვენს სითხეზე, პროცესის წარმადობასა და წარმოების მიზნებზე მორგებული ყველაზე შესაფერისი ულტრაბგერითი დეგაზაციის აღჭურვილობა.

ზუსტად მართვადი ამპლიტუდები ოპტიმალური შედეგებისთვის

ყველა Hielscher-ის ულტრაბგერითი დეგაზაციის სისტემა ზუსტად მართვადია და ამდენად, საიმედო მუშა ინსტრუმენტია. ამპლიტუდა არის ერთ-ერთი გადამწყვეტი პროცესის პარამეტრი, რომელიც გავლენას ახდენს სონომექანიკურად გამოწვეული დეგაზაციის ეფექტურობასა და წარმადობაზე. ყველა Hielscher Ultrasonics-ის პროცესორი საშუალებას იძლევა ზუსტად დააყენოთ ამპლიტუდა. სონოტროდები და ბუსტერული რქები არის აქსესუარები, რომლებიც საშუალებას იძლევა ამპლიტუდა კიდევ უფრო ფართო დიაპაზონში შეიცვალოს. Hielscher-ის სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორებს შეუძლიათ ძალიან მაღალი ამპლიტუდების უზრუნველყოფა და რთული ამოცანებისთვის საჭირო ულტრაბგერითი ინტენსივობის მიღწევა. 200µm-მდე ამპლიტუდები მარტივად შეიძლება უწყვეტად იყოს გამოყენებული 24/7 რეჟიმში.
ამპლიტუდის ზუსტი დაყენება და ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრების მუდმივი მონიტორინგი სმარტ პროგრამული უზრუნველყოფის საშუალებით საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრები ყველაზე ეფექტური ულტრაბგერითი დეგაზაციისთვის. ოპტიმალური ულტრაბგერითი დამუშავება აირების მაღალეფექტურად მოსაშორებლად!
Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა მძიმე დატვირთვითა და რთულ გარემოში 24/7 მუშაობის საშუალებას იძლევა. ეს Hielscher-ის ულტრაბგერით აღჭურვილობას აქცევს საიმედო სამუშაო ინსტრუმენტად, რომელიც აკმაყოფილებს თქვენი დეაერაციის პროცესის მოთხოვნებს.

უმაღლესი ხარისხი – დაპროექტებულია და დამზადებულია გერმანიაში

როგორც ოჯახის საკუთრებაში არსებული და ოჯახის მიერ მართული ბიზნესი, Hielscher პრიორიტეტს ანიჭებს ხარისხის უმაღლეს სტანდარტებს თავისი ულტრაბგერითი პროცესორებისთვის. ყველა ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი დაპროექტებულია, დამზადებულია და დეტალურად გატესტილია ჩვენს მთავარ ოფისში, ტელტოუში, ბერლინის მახლობლად, გერმანიაში. Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა და სანდოობა მას თქვენს წარმოებაში მუშა ინსტრუმენტად აქცევს. 24/7 მუშაობა სრული დატვირთვითა და რთულ გარემოში Hielscher-ის მაღალი წარმადობის დეგაზატორების ბუნებრივი თვისებაა.