Entgasung an Entschaimung vu Flëssegkeete mat Ultraschall

D’Entgasung an d’Entschaimung vu Flëssegkeete mat Ultraschall ass e ganz effikasse Prozess. D’Ultraschallbehandlung läscht kleng suspendéiert Gasblosen aus der Flëssegkeet a reduzéiert de Gehalt u opgeléistem Gas ënner den natierleche Gläichgewiichtsniveau.

D’Entgasung an d’Entschaimung vu Flëssegkeete si fir vill Zwecker néideg, zum Beispill fir déi follgend Prozesser:

• Prouwevirbereedung virun der Miessung vun der Partikelgréisst, fir Miessfeeler ze vermeiden
• Entgasung vun Ueleg a Schmiermëttele virum Pompelen, fir de Verschläiss vun de Pompelen duerch Kavitatioun ze reduzéieren
• Entgasung vu flëssege Liewensmëttelen, z. B. Jus, Zooss oder Wäin, fir de mikrobielle Wuesstem ze reduzéieren an d’Haltbarkeet ze verlängeren
• Entgasung vu Polymeren a Lacker virum Opdroen, Aushäerten oder der Vakuuminfusioun

Bei der Beschallung vu Flëssegkeete féieren d’Schallwellen, déi sech vun der ofstralender Uewerfläch an déi flësseg Medie verbreeden, zu ofwiesselnden Héichdrock- an Nidderdrockzyklen, deenen hir Widderhuelungsraten vun der Frequenz ofhänken. Wärend dem Nidderdrockzyklus kënnen d’Ultraschallwelle kleng Vakuumblosen oder Huelraim an der Flëssegkeet schafen. Déi grouss Zuel vu klenge Blose suergt fir eng grouss Gesamtuewerfläch vun de Blosen. D’Blose sinn och gutt an der Flëssegkeet verdeelt. Opgeléiste Gas wandert iwwer déi grouss Uewerfläch an dës Vakuumblosen eran a vergréissert d’Blosen.
D’akustesch Wellen ënnerstëtzen d’Beréierung an d’Zesummefléisse vun Nopeschblosen, wat zu engem beschleunegte Wuesstem vun de Blose féiert. D’Beschallungswellen hëllefen och, d’Blose vun de Behälteruewerflächen ofzerëselen, a forcéiere méi kleng Blosen, déi ënner der Flëssegkeetsuewerfläch leien, eropzeklammen an den ageschlossene Gas un d’Ëmwelt ofzeginn.

Maacht den Test

De Prozess vun der Entgasung an der Entschaimung vu Flëssegkeete léisst sech einfach siichtbar maachen. An engem Becherglas mat frësch ageschottem Krunnewaasser forcéiert d’Ultraschallbehandlung déi kleng suspendéiert Blosen, zesummenzefléissen a séier eropzeklammen. Dir kënnt dësen Effekt an der Bildsequenz hei ënne gesinn.

Entgasung vu Waasser mat Ultraschall (5 Sekonnen)

Ueleg, dee beweegt gouf, enthält eng grouss Zuel vu suspendéierte Blosen oder Schaum. Besonnesch bei Killmëttelen ass dat e Problem. Do fërderen d’Gasblosen de Verschläiss duerch Kavitatioun a Pompelen oder Düsen. D’Bildsequenz hei ënne weist den Entschaimungseffekt vum Ultraschall.

Entgasung mat Ultraschall: Ageschlosse Gasblose gi mam Ultraschallapparat UP400St aus Ueleg geläscht

D’Beschallung produzéiert kleng Vakuumblosen a klorem, ofgestanene Waasser. Dës Blose fëlle sech mat opgeléistem Gas, deen an d’Blosen erawandert. Doduerch wuessen d’Blosen a klammen erop. Den Entgasungseffekt ass an all duerchschainebärer Flëssegkeet gutt siichtbar.
Well den Ultraschall d’Eropklamme vu klenge suspendéierte Blosen op d’Flëssegkeetsuewerfläch verbessert, reduzéiert en och d’Kontaktzäit tëscht der Blos an der Flëssegkeet. Aus dësem Grond limitéiert en och, datt sech Gas aus der Blos nees an der Flëssegkeet opléist. Dat ass besonnesch interessant fir Flëssegkeete mat méi héijer Viskositéit, wéi Ueleger oder Harzer. Well d’Blosen op d’Flëssegkeetsuewerfläch klamme mussen, funktionéiert d’Entgasung mat Ultraschall besser, wann de Behälter flaach ass, sou datt d’Zäit bis un d’Uewerfläch méi kuerz ass.

Iwwer déi siichtbar Effekter eraus

D’Miessung vun den Entgasungseffekter duerch eng visuell Kontroll ass nëmme begrenzt genee. Miessunge vum Gasgehalt sinn eng méi genee Method, fir d’Effizienz vun der Entgasung mat Ultraschall ze bestëmmen.

Flëssegkeeten enthalen eng bestëmmte Quantitéit un opgeléistem Gas. D’Gaskonzentratioun hänkt vu Facteure wéi der Temperatur, dem Ëmgéigungsdrock oder der Beweegung vun der Flëssegkeet of. Ënner konstante Bedéngunge beweegt sech d’Gaskonzentratioun op e Gläichgewiicht zou. D’Entgasung mat Ultraschall verännert d’Bedéngungen, well d’Flëssegkeet Blosen mat niddregem Drock a Beweegung ausgesat gëtt. Dofir reduzéiert d’Ultraschallbehandlung d’Gaskonzentratioun an der Flëssegkeet ënner de Gläichgewiichtsniveau.
Wann d’Beschallung ophält an déi ursprénglech Bedéngungen erëm hiergestallt ginn, beweegt sech d’Gaskonzentratioun lues nees op den urspréngleche Gläichgewiichtsniveau zou, ausser wann d’Flëssegkeet kengem Gas ausgesat ass, z. B. an enger zouener Fläsch. Well de Gas sech zimlech lues nees an der Flëssegkeet opléist, ass et méiglech, no der Beschallung mat der gasaarmer Flëssegkeet ze schaffen. D’Grafik hei ënne veranschaulecht dësen Effekt.

Illustratioun vun der Entgasung vu Waasser mat Ultraschall

Entgasung virum Emulgéieren an Dispergéieren

D’Entgasung mat Ultraschall kann d’Qualitéit vun Dispersiounen an Emulsioune verbesseren.

De Problem

Emulsiounen an Dispersiounen enthalen dacks Tensiden, fir hir Stabilitéit ze erhéijen. D’Tensiden hemmen de Kontakt an d’Zesummefléissen oder d’Agglomeratioun vum dispergéierte Material an der flësseger Phas. Dofir bilden d’Tensiden eng Schicht ronderëm all Partikel. Déiselwecht Tenside kënnen och Gasblosen akapselen, déi an der flësseger Phas suspendéiert sinn. Esou stabiliséiert Blosen kënne sech als ganz robust erweisen. Stabiliséiert Blosen verbrauchen Tensid, reduzéieren d’Qualitéit vun der Emulsioun oder Dispersioun a kënnen onreegelméisseg Miesswäerter bei der Miessung vun der Partikelgréisst verursaachen.

D’Léisung: Entgasung mat Ultraschall

Fir de Problem vu stabiliséierte Gasblosen ze reduzéieren, solle Flëssegkeeten duerch Beschallung entgast ginn. Ier Dir déi dispers Phas, wéi Ueleg oder Polver, bäigitt, beschallt d’Flëssegkeet, bis d’Zuel vun de produzéierte Blosen ofhëlt. Wann Dir aner Materialien amëscht, vermeit et, beim Réieren nei Blosen oder e Wierbel ze produzéieren. Dat géif de Gasgehalt séier erhéijen.
 

Buerschlamm op Waasserbasis virun an no der Entgasung mat Ultraschall mam Ultraschallapparat UIP1000hd
Etüd a Bild vum Amani et al. 2016

Kuelendioxid erausdreiwen

Den Entgasungseffekt gëtt bei der Dichtheetsprüfung vun Dousen a Fläsche benotzt, déi kohlensäurehalteg Gedrénks wéi Cola, Limonad oder Béier enthalen. Klickt wgl. hei, fir méi Informatiounen iwwer d’Dichtheetsprüfung vu Fläschen ze kréien.

Entgasung mat Ultraschall a Kuerzform

D’Entgasung vu Flëssegkeete mat Ultraschall funktionéiert besser mat der follgender Konfiguratioun.

• Benotzt niddreg bis mëttel Ultraschallamplituden!
• Benotzt Sonotroden mat enger grousser Uewerfläch, z. B. radial ofstralend Sonotroden!
• Suergt wärend der Beschallung fir en niddregen Drock oder e Vakuum iwwer der Flëssegkeetsuewerfläch!
• Erhëtzt d’Flëssegkeet, fir hir Viskositéit ze reduzéieren!
• Benotzt e flaache Behälter fir d’Gasofscheedung wärend oder no der Beschallung!
• Vermeit turbulent Beweegungen, fir datt d’Gasblosen eropklamme kënnen!

D’Entgasung mat Ultraschall kann am Chargebetrib oder inline agesat ginn. Beim Inline-Betrib soll e Stigrouer fir d’Ofleedung vum Gas installéiert an eng Gaspompel agesat ginn.

Literatur / Referenzen

• Rognerud, Maren; Solemslie, Bjørn; Islam, Md Hujjatul; Pollet, Bruno (2020): How to Avoid Total Dissolved Gas Supersaturation in Water from Hydropower Plants by Employing Ultrasound. Journal of Physics: Conference Series 2020.
• Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2, 2016. 21-30.
• Haghayeghi R.; Kapranos P. (2014): The effect of processing parameters on ultrasonic degassing efficiency. Materials Letter Volume 116, 1 February 2014. 399-401.
• Servant G.; Caltagirone J.P.; Gérard A.; Laborde J.L.; Hita A. (2000): Numerical simulation of cavitation bubble dynamics induced by ultrasound waves in a high frequency reactor. Ultrasonics Sonochemistry Volume 7, Issue 4, October 2000. 217-227.