초음파를 사용한 액체의 고효율 탈기

가스 제거 또는 가스 방출은 종종 시간이 많이 걸리는 공정 단계이지만, 초음파는 가스 거품의 유착과 그 상승을 크게 가속화 할 수 있습니다. 초음파 가스 방출은 배치 및 인라인 설정에서 사용할 수 있으며 가스 제거의 효율성과 속도를 향상시키기 위해 불활성 가스 살포, 임펠러 탈기 장치, 가열 또는 진공과 같은 기존 탈기 기술과 결합할 수도 있습니다.

액체에서 가스 제거

탈기, 탈기 및 가스 방출이라는 용어는 유체에서 자유 및 용존 가스, 특히 산소 또는 CO2와 같은 반응성 가스를 제거하는 것을 의미합니다. 산소를 제거하는 것은 해로운 최종 제품 변경을 방지하고 다운스트림 공정을 개선하는 데 중요합니다. 탈기는 많은 응용 분야와 산업에서 필요한 처리 단계입니다. 산업 제조에서 탈기는 제품 안정성, 품질 및 지속적인 제품 표준을 보장하기 위한 일반적인 공정 단계입니다. 산소는 다양한 수준에서 제품 품질과 안정성에 영향을 미치는 요소입니다.
따라서 탈기는 식품에서 확립된 공정 단계입니다 & 음료, 화학, 제약 및 화장품 산업. 그러나 실험실에서도 시료는 분석 전에(예: HPLC, 분석, 입자 측정 전) 탈기가 필요한 경우가 많습니다.
예를 들어, 고전단 블레이드 또는 회전식 임펠러 믹서를 사용하는 혼합 공정에서는 이러한 혼합 기술이 일반적으로 제품에 많은 양의 가스를 도입하기 때문에 제품의 후속 탈기가 필요한 경우가 많습니다. 이러한 가스 및 공기 혼입물은 일반적으로 지방과 오일을 산패시키고 산화, 변색 및 냄새와 맛의 원치 않는 변화로 제품을 악화시킬 수 있기 때문에 제품에 부정적인 영향을 미칩니다. 탈기된 제품은 화학적으로 더 안정적이고 유통 기한이 더 길기 때문에 탈기는 신뢰할 수 있는 기술이 필요한 필수 처리 단계입니다.
 

초음파 탈기: 갇힌 가스 기포가 오일에서 제거됩니다. 초음파기 UP400St 사용

초음파 탈기 및 탈기

초음파 탈기 및 탈기는 끓는, 진공 압력을 줄이거나, 불활성 가스로 살포하는 것을 포함하는 액체의 전통적인 탈기 방법에 대한 매우 강력한 대안입니다. 이러한 전통적인 탈기 방법은 종종 열 저하(가열로 인한), 시간 및 에너지 소모적인 처리 및/또는 불충분한 가스 제거와 같은 단점이 있습니다. 초음파 탈기는 음향 캐비테이션의 작동 원리를 기반으로 합니다. 고출력 초음파가 액체에 결합되면 액체는 각각 고압 및 저압 사이클 동안 압축 및 팽창됩니다. 저압 사이클 중에는 미세한 진공 기포(소위 캐비테이션 기포)가 생성되며, 이는 여러 압력 주기에 걸쳐 성장합니다. 이러한 기포 성장 주기 동안 액체에 용해된 가스는 진공 기포로 들어가 진공 기포가 성장하는 기포로 변형됩니다. 또한, 미세 난류와 액체 제트는 강렬한 교반과 물질 전달을 유발합니다. 이러한 초음파로 생성 된 조건은 작은 용해 된 가스 기포를 더 큰 기포로 통일 한 가스 기포 유착을 일으켜 액체 표면으로 빠르게 상승하여 액체를 남깁니다.
초음파 진동 및 캐비테이션으로 인한 온도 변화는 매우 작은 로컬 공간에 국한되며 전체 부피의 온도 상승은 제품 품질을 방해하지 않기 때문에 무시할 수 있습니다.
 

100 %, 80 %, 60 %, 40 % 및 20 %의 진폭에서 음파 발생기 UP400ST을 사용하여 24kHz의 초음파 주파수에 대한 시간에 따른 용존 산소의 감소.
연구: ©Rognerud et al., 2020.

 
액체 또는 슬러리의 부피, 점도 및 가스 개량에 따라 초음파 탈기는 배치 또는 인라인 공정으로 실행할 수 있습니다. 고출력 초음파 프로브는 액체에 음향 캐비테이션을 방출하여 액체가 효율적으로 가스를 제거하도록 합니다.
초음파 탈기는 가열, 진공 또는 살포와 같은 기존의 탈기 시스템을 개선하기 위해 구현될 수도 있습니다.
초음파 탈기 및 소포는 산업 규모에 사용되어 물, 오일, 식품 및 음료, 화학 용액, 유압 유체, 냉각수, 시추 유체, 원유, 에멀젼, 페인트, 잉크, 접착제, 바니시, 코팅, 에폭시, 샴푸, 세제 및 기타 여러 제품에서 용해된 가스를 제거합니다.
 

플로우 셀 설정을 사용한 초음파 탈기. 이 실험은 0.8갤런의 부피, 0.2sfcm/min의 불활성 가스 흐름, 275W/cm2의 강도를 가진 프로토타입 소규모 워터 루프였습니다. 이는 산소 제거 시간이 약 70% 단축되었음을 보여줍니다.
연구 및 사진: Rubio et al. 2016

초음파기를 사용한 인라인 설정에서 초음파 탈기 UIP1000hdt 플로우 셀 포함.

초음파로 강화된 살포

액체에 불활성 가스를 살포하는 것(불활성 가스 퍼지라고도 함)은 액체에서 산소 및 이산화탄소와 같은 원치 않는 가스를 제거하는 일반적인 처리입니다. 살포 응용 분야의 경우 질소, 아르곤, 헬륨 및 기타 불활성 가스가 일반적으로 사용됩니다. 고순도(일반적으로 불활성) 가스로 용액을 버블링하면 산소 및 이산화탄소와 같은 원치 않는 일반적으로 반응성 용존 가스를 끌어낼 수 있습니다. 살포 과정은 질량 전달에 의존하며 그 자체로 매우 느린 절차입니다. 나는 불활성 가스로 살포를 강화하기 위해 액체 가스 용액을 종종 격렬하게 교반하고 오랫동안 거품을 일으킵니다. 초음파는 탈기 강화 기술로, 질량 전달을 개선하여 살포를 크게 향상시킵니다. 고출력 초음파가 액체 또는 슬러리에 결합되면 캐비테이션 기포가 생성됩니다. 이러한 캐비테이션 기포는 더 큰 퍼지 가스 기포를 작은 기포로 분해하고 기포를 균일하게 분산시켜 더 빠르고 깨끗한 탈기 효과를 얻을 수 있습니다. 초음파에 의해 생성 된 강렬한 교반과 난기류는 기체 - 액체 질량 전달을 촉진하여 원치 않는 가스를 빠르게 제거합니다.
살포 절차를 가속화하고 보다 효율적으로 만들기 위해 고성능 초음파를 사용하여 기체와 액체 사이의 질량 전달 성능을 초음파 역학적으로 향상시킵니다. 음향 캐비테이션에 의해 생성되는 초음파 역학적 효과에는 국부적인 압력 및 온도 차이, 미세 난류 및 교반이 포함됩니다. 이러한 힘은 기포 파괴, 분산 및 그에 따른 계면 면적 증가로 인한 확산 질량 전달의 증가에 기여하여 탈기 성능을 개선하며, 최종적으로 액체에서 갇힌 가스를 빠르게 제거합니다.
원하는 가스 방출 효과를 얻으려면 고출력 초음파가 필요합니다. 액체가 2상 흐름에서 불활성 가스와 함께 보존되는 경우, 용해된 가스의 물질 전달 및 제거 속도를 높이기 위해 정류 확산이 필요합니다. 포획 및 용해된 가스 기포는 더 낮은 강도에서 초음파 캐비테이션 필드로 들어가는 것을 피하는 경향이 있기 때문에 정류 확산을 적용하는 것은 어려울 수 있습니다. 그러나 높은 강도(300W/cm 이상)에서는² 약 20kHz에서) 기포는 더 이상 캐비테이션 영역을 피하지 않고 초음파 역학적 힘에 의해 분해됩니다. (Jagannathan et al. 2011 참조)

고출력 초음파 탈기 시스템

Hielscher 초음파는 전 세계적으로 실험실 및 산업 생산에서 사용되는 고성능 초음파 장비의 장기 경험 제조업체입니다. 액체 및 슬러리의 탈기는 고출력 초음파 프로브가 필요한 까다로운 응용 분야로, 설정된 진폭을 액체에 결합하여 갇힌 가스 기포와 공기 주머니를 제거할 수 있습니다. 모든 Hielscher 초음파 장치는 전체 부하에서 24/7 작동하도록 설계 및 제조되었습니다. 초음파 프로세서는 소형 50 와트 실험실 초음파에서 16,000 와트의 강력한 인라인 초음파 시스템까지 사용할 수 있습니다. 다양한 부스터 혼, 소노트로드 및 플로우 셀은 액체, 점도 및 가스 개재물에 대응하여 초음파 탈기 시스템을 개별적으로 설정할 수 있습니다.
액체 금속의 탈기 및 가스 방출을 위해서는 정밀하게 설정하고 유지하는 진폭이 필요합니다. Hielscher 초음파는 매우 공정하게 최적화 된 진폭과 온도에 맞게 지정된 고성능 초음파 프로브를 제조합니다. 탈기 응용 분야에 특이한 사양이 필요한 경우 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 가능하게합니다.

배치 및 인라인

탈기를위한 Hielscher 초음파 프로브는 배치 및 연속 인라인 탈기 및 탈기에 사용할 수 있습니다. 부피, 점도 및 포획 가스에 따라 가장 적합한 초음파 가스 방출 설정을 추천해 드립니다.

모든 부피의 탈기를 위한 초음파 프로브

Hielscher 초음파 제품 범위는 벤치 탑 및 파일럿 시스템을 통한 소형 실험실 초음파기에서 시간당 트럭 적재량을 처리 할 수있는 완전 산업용 초음파 프로세서에 이르기까지 초음파 프로세서의 전체 스펙트럼을 다룹니다. 전체 제품 범위를 통해 액체, 공정 용량 및 생산 목표에 가장 적합한 초음파 탈기 장비를 제공할 수 있습니다.

최적의 결과를 위해 정밀하게 제어 가능한 진폭

모든 Hielscher 초음파 탈기 시스템은 정밀하게 제어 가능하므로 신뢰할 수있는 작업마입니다. 진폭은 sonomechanically induced degasification의 효율성과 효과에 영향을 미치는 중요한 공정 파라미터 중 하나입니다. 모든 Hielscher 초음파’ 프로세서를 사용하면 진폭을 정확하게 설정할 수 있습니다. Sonotrodes 및 부스터 혼은 훨씬 더 넓은 범위에서 진폭을 수정할 수 있는 액세서리입니다. Hielscher의 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공하고 까다로운 응용 분야에 필요한 초음파 강도를 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다.
정확한 진폭 설정과 스마트 소프트웨어를 통한 초음파 공정 파라미터의 지속적인 모니터링은 가장 효과적인 초음파 탈기를 위해 초음파 공정 파라미터를 조정할 수 있는 가능성을 제공합니다. 고효율 가스 제거를 위한 최적의 초음파 처리!
Hielscher의 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 가능하게합니다. 따라서 Hielscher의 초음파 장비는 탈기 공정 요구 사항을 충족하는 신뢰할 수있는 작업 도구입니다.

최고 품질 – 독일에서 설계 및 제조

가족 소유 및 가족 운영 기업인 Hielscher는 초음파 프로세서에 대한 최고 품질 표준을 우선시합니다. 모든 초음파기는 독일 베를린 근처의 Teltow에있는 본사에서 설계, 제조 및 철저한 테스트를 거쳤습니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고 함과 신뢰성은 생산에서 일꾼이됩니다. 최대 부하 및 까다로운 환경에서 24/7 작동은 Hielscher의 고성능 탈기 장치의 자연스러운 특성입니다.