Ļoti efektīva šķidrumu deaerācija ar ultraskaņu

Lai gan degazēšana bieži vien ir ārkārtīgi laikietilpīgs procesa posms, apstrāde ar ultraskaņu var ievērojami paātrināt gāzes burbuļu saplūšanu un pacelšanos. Degazēšanu ar ultraskaņu var izmantot periodiskas darbības un plūsmas sistēmās, un to var arī kombinēt ar tradicionālām degazēšanas metodēm, piemēram, inerto gāzu caurpūšanu, degazatoriem ar lāpstiņriteni, karsēšanu vai vakuumu, lai palielinātu gāzu izvadīšanas efektivitāti un ātrumu.

Gāzu izvadīšana no šķidrumiem

Termini deaerācija un degazēšana apzīmē brīvo un izšķīdušo gāzu, īpaši reaģētspējīgu gāzu, piemēram, skābekļa vai CO2, izvadīšanu no šķidruma. Skābekļa izvadīšana ir svarīga, lai novērstu nevēlamas galaprodukta izmaiņas un uzlabotu turpmāko apstrādi. Degazēšana ir nepieciešams apstrādes posms daudzos lietojumos un nozarēs. Rūpnieciskajā ražošanā degazēšana ir izplatīts procesa posms, kas nodrošina produkta stabilitāti, kvalitāti un nemainīgu atbilstību produkta standartiem. Skābeklis ir faktors, kas dažādos līmeņos ietekmē produkta kvalitāti un stabilitāti.
Tāpēc deaerācija ir nostiprinājies procesa posms pārtikas un dzērienu, ķīmiskajā, farmācijas un kosmētikas rūpniecībā. Arī laboratorijās paraugi pirms analīzes bieži ir jādegazē, piemēram, pirms HPLC, testiem, daļiņu mērījumiem u. c.
Maisīšanas procesos, kuros izmanto, piemēram, lāpstiņu maisītājus ar augstu bīdes intensitāti vai rotējošus lāpstiņriteņa maisītājus, bieži ir nepieciešama turpmāka produkta degazēšana, jo šīs maisīšanas metodes parasti ievada produktā lielu daudzumu gāzu. Šādi gāzu un gaisa ieslēgumi parasti negatīvi ietekmē produktu, jo tie var izraisīt tauku un eļļu sasmakšanu, produktu bojāšanos oksidēšanās dēļ, krāsas maiņu un nevēlamas smaržas un garšas izmaiņas.  Tā kā degazēti produkti ir ķīmiski stabilāki un tiem ir ilgāks glabāšanas laiks, degazēšana ir būtisks apstrādes posms, kam nepieciešama uzticama metode.
 

Degazēšana ar ultraskaņu: eļļā ieslēgtie gāzes burbuļi tiek izvadīti, izmantojot ultraskaņas ierīci UP400St

Degazēšana un deaerācija ar ultraskaņu

Degazēšana un deaerācija ar ultraskaņu ir ļoti iedarbīga alternatīva tradicionālajām šķidrumu degazēšanas metodēm, kas ietver vārīšanu, spiediena pazemināšanu līdz vakuumam vai inerto gāzu caurpūšanu. Šīm tradicionālajām degazēšanas metodēm bieži ir tādi trūkumi kā termiskā noārdīšanās (karsēšanas dēļ), laikietilpīga un energoietilpīga apstrāde un/vai nepietiekama gāzu izvadīšana. Degazēšana ar ultraskaņu balstās uz akustiskās kavitācijas darbības principu. Ievadot šķidrumā lieljaudas ultraskaņas viļņus, šķidrums attiecīgi tiek saspiests augsta spiediena ciklos un izplešas zema spiediena ciklos. Zema spiediena ciklos veidojas sīki vakuuma burbuļi (tā sauktie kavitācijas burbuļi), kas aug vairāku spiediena ciklu laikā. Šo burbuļu augšanas ciklu laikā šķidrumā izšķīdušās gāzes nonāk vakuuma burbuļos, tāpēc vakuuma burbuļi pārvēršas augošos gāzes burbuļos. Turklāt mikroturbulence un šķidruma strūklas izraisa intensīvu sajaukšanos un masas pārnesi. Šie ultraskaņas radītie apstākļi izraisa gāzes burbuļu saplūšanu, proti, mazu izšķīdušas gāzes burbuļu apvienošanos lielākos gāzes burbuļos, kas ātri paceļas līdz šķidruma virsmai un tur izkļūst no šķidruma.
Ultraskaņas vibrāciju un kavitācijas izraisītās temperatūras izmaiņas ir ierobežotas ļoti nelielās lokālās zonās, un temperatūras paaugstināšanos kopējā tilpumā var neņemt vērā, jo tā neietekmē produkta kvalitāti.
 

Izšķīdušā skābekļa daudzuma samazināšanās laika gaitā pie ultraskaņas frekvences 24 kHz, izmantojot ultraskaņas ierīci UP400ST ar amplitūdām 100 %, 80 %, 60 %, 40% un 20 %.
Pētījums: ©Rognerud et al., 2020.

 
Atkarībā no šķidruma vai suspensijas tilpuma, viskozitātes un gāzes ieslēgumiem ultraskaņas deaerāciju var veikt periodiskā režīmā vai nepārtrauktā plūsmā. Lieljaudas ultraskaņas zonde šķidrumā rada akustisko kavitāciju, nodrošinot efektīvu šķidruma degazāciju.
Ultraskaņas degazāciju var izmantot arī, lai uzlabotu jau esošās degazācijas sistēmas, kurās izmanto karsēšanu, vakuumu vai caurpūšanu ar gāzi.
Ultraskaņas degazāciju un putu likvidēšanu rūpnieciskā mērogā izmanto, lai atdalītu izšķīdušās gāzes no ūdens, eļļām, pārtikas produktiem un dzērieniem, ķīmiskiem šķīdumiem, hidrauliskajiem šķidrumiem, dzesēšanas šķidrumiem, urbšanas šķidrumiem, jēlnaftas, emulsijām, krāsām, tintēm, līmēm, lakām, pārklājumiem, epoksīdsveķiem, šampūniem, mazgāšanas līdzekļiem un daudziem citiem produktiem.
 

Ultraskaņas degazācija, izmantojot iekārtu ar plūsmas šūnu. Šajā eksperimentā tika izmantots neliela mēroga ūdens cirkulācijas kontūra prototips ar tilpumu 0,8 galoni, inertās gāzes plūsmas ātrumu 0,2 sfcm/min un intensitāti 275 W/cm2. Tas parāda skābekļa atdalīšanas laika samazinājumu par aptuveni 70%.
Pētījums un attēls: Rubio et al. 2016

Ultraskaņas degazācija nepārtrauktas plūsmas sistēmā, izmantojot ultraskaņas apstrādes ierīci UIP1000hdT ar plūsmas šūnu.

Ar ultraskaņu pastiprināta caurpūšana ar gāzi

Šķidrumu caurpūšana ar inertu gāzi (pazīstama arī kā skalošana ar inertu gāzi) ir izplatīta apstrādes metode nevēlamu gāzu, piemēram, skābekļa un oglekļa dioksīda, atdalīšanai no šķidruma. Caurpūšanai parasti izmanto slāpekli, argonu, hēliju un citas inertās gāzes. Laižot caur šķīdumu augstas tīrības pakāpes gāzes (parasti inertas) burbuļus, var atdalīt nevēlamas, parasti reaģētspējīgas izšķīdušās gāzes, piemēram, skābekli un oglekļa dioksīdu. Caurpūšanas process balstās uz masas pārnesi un pats par sevi ir diezgan lēns. Lai pastiprinātu caurpūšanu ar inertām gāzēm, šķidruma un gāzes šķīdumu bieži intensīvi maisa un ilgstoši laiž caur to gāzes burbuļus. Apstrāde ar ultraskaņu ir degazāciju pastiprinoša metode, kas uzlabo masas pārnesi un tādējādi būtiski uzlabo caurpūšanu ar gāzi. Ievadot lieljaudas ultraskaņas viļņus šķidrumos vai suspensijās, rodas kavitācijas burbuļi. Šie kavitācijas burbuļi sadala lielākus caurpūšanas gāzes burbuļus mazākos burbuļos un vienmērīgi tos izkliedē, nodrošinot ātrāku un tīrāku degazāciju. Ultraskaņas radītā intensīvā maisīšana un turbulence veicina masas pārnesi starp gāzi un šķidrumu un tādējādi arī ātru nevēlamo gāzu atdalīšanu.
Lai paātrinātu caurpūšanas procesu un padarītu to efektīvāku, izmanto augstas veiktspējas ultraskaņu, kas sonomehāniski uzlabo masas pārnesi starp gāzi un šķidrumu. Akustiskās kavitācijas radītā sonomehāniskā iedarbība ietver lokālas spiediena un temperatūras atšķirības, mikroturbulenci un maisīšanu. Šie spēki uzlabo degazācijas efektivitāti, veicinot difūzijas izraisītās masas pārneses palielināšanos, ko nodrošina burbuļu sadalīšanās, izkliedēšana un sekojoša fāžu saskares virsmas laukuma palielināšanās, kas galu galā nodrošina ātru ieslēgto gāzu atdalīšanu no šķidruma.
Lai sasniegtu vēlamo gāzu atdalīšanas rezultātu, ir nepieciešama apstrāde ar lieljaudas ultraskaņu. Ja šķidrumu caurpūš ar inertu gāzi divfāžu plūsmā, masas pārneses un izšķīdušo gāzu atdalīšanas ātruma palielināšanai ir vēlama rektificētā difūzija. Rektificētās difūzijas izmantošana var būt sarežģīta, jo ieslēgtie un izšķīdušie gāzes burbuļi pie zemākas intensitātes mēdz izvairīties no iekļūšanas ultraskaņas kavitācijas laukā. Tomēr pie paaugstinātas intensitātes (vairāk nekā 300 W/cm² pie aptuveni 20 kHz) gāzes burbuļi vairs neizvairās no kavitācijas zonas, un sonomehāniskie spēki tos sadala. (sal. Jagannathan et al. 2011)

Lieljaudas ultraskaņas degazācijas sistēmas

Hielscher Ultrasonics ir ražotājs ar ilggadēju pieredzi augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtu ražošanā, kuras visā pasaulē izmanto laboratorijās un rūpnieciskajā ražošanā. Šķidrumu un suspensiju degazācija ir prasīgs lietojums, kam nepieciešamas lieljaudas ultraskaņas zondes, kas spēj ievadīt šķidrumos svārstības ar noteiktām amplitūdām, lai izvadītu ieslēgtos gāzes burbuļus un gaisa kabatas. Visas Hielscher ultraskaņas ierīces ir projektētas un ražotas darbam 24/7 ar pilnu slodzi. Ultraskaņas procesori ir pieejami diapazonā no kompaktiem 50 vatu laboratorijas ultraskaņas aparātiem līdz jaudīgām 16 000 vatu ultraskaņas sistēmām darbam plūsmā. Plašs amplitūdas pastiprinātāju, sonotrodu un plūsmas šūnu klāsts ļauj individuāli konfigurēt ultraskaņas degazācijas sistēmu atbilstoši šķidrumam, viskozitātei un gāzu ieslēgumiem.
Šķidru metālu deaerācijai un gāzu izvadīšanai nepieciešamas precīzi iestatītas un uzturētas amplitūdas. Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas zondes, kuru specifikācijas paredz procesam īpaši optimizētas amplitūdas un temperatūras. Ja jūsu degazācijas lietojumam nepieciešamas neparastas specifikācijas, ir pieejamas individuāli pielāgotas ultraskaņas sonotrodes. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj strādāt 24/7 ar lielu slodzi un prasīgos vides apstākļos.

Periodiska apstrāde un apstrāde plūsmā

Hielscher ultraskaņas zondes degazācijai var izmantot periodiskai degazācijai un deaerācijai, kā arī nepārtrauktai degazācijai un deaerācijai plūsmā. Atkarībā no tilpuma, viskozitātes un ieslēgtajām gāzēm mēs ieteiksim jums vispiemērotāko ultraskaņas degazācijas konfigurāciju.

Ultraskaņas zondes jebkura tilpuma degazācijai

Hielscher Ultrasonics produktu klāsts aptver visu ultraskaņas procesoru spektru – no kompaktiem laboratorijas ultraskaņas aparātiem, galda un pilotiekārtām līdz pilnībā rūpnieciskiem ultraskaņas procesoriem, kas stundā spēj apstrādāt kravas automašīnu kravu apjomus. Pilnais produktu klāsts ļauj mums piedāvāt jums vispiemērotāko ultraskaņas degazācijas iekārtu atbilstoši jūsu šķidrumam, procesa ražībai un ražošanas mērķiem.

Precīzi regulējamas amplitūdas optimāliem rezultātiem

Visas Hielscher ultraskaņas degazācijas sistēmas ir precīzi vadāmas un tādējādi uzticamas darba iekārtas. Amplitūda ir viens no izšķirošajiem procesa parametriem, kas ietekmē sonomehāniski izraisītas degazācijas efektivitāti un rezultativitāti. Visi Hielscher Ultrasonics procesori ļauj precīzi iestatīt amplitūdu. Sonotrodes un amplitūdas pastiprinātāji ir piederumi, kas ļauj mainīt amplitūdu vēl plašākā diapazonā. Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti lielas amplitūdas un prasīgiem lietojumiem nepieciešamo ultraskaņas intensitāti. Darbu ar amplitūdām līdz 200µm var viegli uzturēt nepārtraukti 24/7 režīmā.
Precīzi amplitūdas iestatījumi un pastāvīga ultraskaņas procesa parametru uzraudzība ar viedas programmatūras palīdzību ļauj jums pielāgot ultraskaņas procesa parametrus visefektīvākajai ultraskaņas degazācijai. Optimāla apstrāde ar ultraskaņu ļoti efektīvai gāzu izvadīšanai!
Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj strādāt 24/7 ar lielu slodzi un prasīgos vides apstākļos. Tas padara Hielscher ultraskaņas iekārtas par uzticamu darba rīku, kas atbilst jūsu deaerācijas procesa prasībām.

Visaugstākā kvalitāte – projektēts un ražots Vācijā

Kā ģimenes īpašumā esošs un ģimenes vadīts uzņēmums Hielscher saviem ultraskaņas procesoriem piešķir prioritāti visaugstākajiem kvalitātes standartiem. Visi ultraskaņas aparāti tiek projektēti, ražoti un rūpīgi pārbaudīti mūsu galvenajā mītnē Teltovā netālu no Berlīnes, Vācijā. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība un uzticamība padara tās par uzticamām darba iekārtām jūsu ražošanā. Darbība 24/7 ar pilnu slodzi un prasīgos vides apstākļos ir Hielscher augstas veiktspējas degazatoru pašsaprotama īpašība.