Ultrasoon ontgassen en Ontschuiming van vloeistoffen
Ontgassen en ontschuimen van vloeistoffen met behulp van ultrasoon is een zeer effectief proces. Door middel van ultrasoon worden kleine gasbellen in suspensie uit de vloeistof verwijderd en wordt het niveau van opgelost gas verlaagd tot onder het natuurlijke evenwichtsniveau.
Het ontgassen en ontschuimen van vloeistoffen is nodig voor vele doeleinden, zoals bij de volgende processen:
- monstervoorbereiding vóór de deeltjesgroottemeting om meetfouten te voorkomen
- ontgassing van olie en smeermiddelen vóór het pompen om slijtage van de pomp door cavitatie te beperken
- ontgassing van vloeibare levensmiddelen, bv. sap, saus of wijn, om de groei van micro-organismen te beperken en de houdbaarheid te verlengen
- ontgassing van polymeren en vernissen vóór aanbrenging, uitharding of vacuüminfusie
Bij het soniceren van vloeistoffen resulteren de geluidsgolven die zich vanaf het stralende oppervlak in de vloeibare media voortplanten in afwisselend hoge-druk- en lagedrukcycli, met snelheden die afhankelijk zijn van de frequentie. Tijdens de lagedrukcyclus kunnen de ultrasone golven kleine vacuümbelletjes of holten in de vloeistof doen ontstaan. Het grote aantal kleine belletjes genereert een groot totaal bubbeloppervlak. De bellen zijn ook goed verdeeld in de vloeistof. Opgelost gas migreert in deze vacuümbellen via het grote oppervlak en vergroot de grootte van de bellen.
De akoestische golven ondersteunen aanraken en coalescentie van aangrenzende bellen leidt tot een versnelde groei van de bellen. Het ultrasoonapparaat golven zal ook helpen om bellen uit vatoppervlakken schudden en kleinere bellen rusten onder het vloeistofoppervlak te dwingen om door stijgen en laat de ingesloten gas naar de omgeving.
Ultrasone ontgassing van olie met een Hielscher 200 Watt ultrasone processor.
Probeer het eens
Het proces van ontgassen en ontschuimen van vloeistoffen kan gemakkelijk zichtbaar worden gemaakt. In een glazen bekerglas met vers ingeschonken leidingwater zal ultrasoonbehandeling de kleine zwevende belletjes dwingen samen te smelten en zich snel omhoog te bewegen. U kunt dit effect zien in het onderstaande voortgangsbeeld.
ultrasone ontgassen van water (5 seconden)
Roerige olie bevat een groot aantal zwevende belletjes of schuim. Met name in koelvloeistoffen is dit een probleem. Daar bevorderen de gasbellen de door cavitatie veroorzaakte slijtage in pompen of sproeiers. Het onderstaande voortgangsbeeld toont het ultrasone ontschuimingseffect.
Ultrasone ontgassing: Ingesloten gasbellen worden uit olie verwijderd met behulp van de ultrasoonmachine UP400St
Sonificatie genereert kleine vacuümbelletjes in helder, muf water. Deze belletjes vullen zich met opgelost gas, dat in de belletjes migreert. Daardoor groeien de bellen en bewegen ze omhoog. Het ontgassingseffect is goed zichtbaar in elke doorschijnende vloeistof.
Aangezien het ultrageluid het opstijgen van kleine zwevende bellen naar het vloeistofoppervlak verbetert, vermindert het ook de contacttijd tussen de bel en de vloeistof. Daarom wordt ook het terugvloeien van gas uit de luchtbel naar de vloeistof beperkt. Dit is vooral van belang voor vloeistoffen met een hogere viscositeit, zoals oliën of harsen. Aangezien de bellen naar het vloeistofoppervlak moeten bewegen, werkt de ultrasone ontgassing beter als de container ondiep is, zodat de tijd tot het oppervlak korter is.
Voorbij de zichtbare effecten
De meting van de ontgassingseffecten door visuele inspectie is beperkt in nauwkeurigheid. Metingen van het gasgehalte zijn een nauwkeuriger manier om iets te zeggen over de efficiëntie van ultrasone ontgassing.
Vloeistoffen bevatten een bepaalde hoeveelheid opgelost gas. De gasconcentratie is afhankelijk van factoren zoals temperatuur, omgevingsdruk of agitatie van de vloeistof. Onder constante omstandigheden zal de gasconcentratie een evenwicht benaderen. Ultrasone ontgassing zal de omstandigheden veranderen, omdat de vloeistof wordt blootgesteld aan lage drukbellen en agitatie. Door ultrasoon te ontgassen zal de gasconcentratie in de vloeistof dalen tot onder het evenwichtsniveau.
Wanneer de sonicatie stopt en de initiële omstandigheden zijn hersteld, zal de gasconcentratie langzaam weer het initiële evenwichtsniveau benaderen, tenzij de vloeistof aan geen enkel gas is blootgesteld, bijvoorbeeld in een gesloten fles. Omdat het weer oplossen van het gas in de vloeistof vrij langzaam gaat, is het mogelijk om na de sonicatie met de gasarme vloeistof te werken. De onderstaande grafiek illustreert dit effect.
Illustratie van ultrasone ontgassing
Ontgassen vóór Emulgeren en dispergeer
Ultrasone ontgassing kan de kwaliteit van dispersies en emulsies verbeteren.
Het probleem
Vaak bevatten emulsies en dispersies oppervlakte-actieve stoffen om hun stabiliteit te vergroten. De oppervlakte-actieve stoffen verhinderen het contact en de coalescentie of agglomeratie van het gedispergeerde materiaal in de vloeistoffase. Daartoe vormen de oppervlakte-actieve stoffen een laag rond elk deeltje. Dezelfde oppervlakte-actieve stoffen kunnen ook gasbellen inkapselen die in de vloeistoffase zijn gesuspendeerd. Dergelijke gestabiliseerde bellen kunnen zeer robuust blijken te zijn. Gestabiliseerde bellen verbruiken oppervlakteactieve stof, verminderen de kwaliteit van de emulsie of dispersie, en kunnen bij het meten van de deeltjesgrootte tot onregelmatige aflezingen leiden.
De oplossing
Om het probleem van gestabiliseerde gasbellen te verminderen, moeten vloeistoffen worden ontgast door middel van sonicatie. Voordat de dispergeerfase, zoals olie of poeder, wordt toegevoegd, moet de vloeistof worden gesoneerd totdat het aantal gegenereerde bellen afneemt. Wanneer andere materialen worden bijgemengd, moet worden vermeden dat tijdens het roeren nieuwe bellen ontstaan of een werveling ontstaat. Hierdoor zou het gasgehalte snel toenemen.
Dwingen Carbon Dioxide Out
Het effect van ontgassing wordt gebruikt in de lek-testen van blikjes en flessen die koolzuurhoudende dranken zoals cola, frisdrank of bier. Klik hier voor meer informatie over het testen van flessen op lekken.
Ultrasone ontgassen in het kort
Het ultrasoon ontgassen van vloeistoffen werkt beter wanneer de volgende opstelling wordt gebruikt.
- Pas lage tot gematigde ultrasone amplitudes toe!
- Gebruik sonotroden met een groot oppervlak, b.v. radiaal uitstralende sonotroden!
- Zorg voor een lage druk of vacuüm boven het vloeistofoppervlak tijdens het sonificeren!
- Verwarm de vloeistof, om de viscositeit te verminderen!
- Gebruik een ondiepe bak voor de gasscheiding tijdens of na de sonicatie!
- Vermijd turbulent roeren, zodat de gasbellen zich naar boven kunnen bewegen!
Ultrasone ontgassing kan in batch mode of inline worden toegepast. In geval van een inline-operatie moet een standpijp voor de afvoer van het gas worden geïnstalleerd en moet een gaspomp worden toegepast.