Zeer efficiënte ontluchting van vloeistoffen met behulp van ultrasone trillingen

Terwijl ontgassen of uitgassen vaak een uiterst tijdrovende processtap is, kan ultrasoonbehandeling de coalescentie van gasbellen en hun opstijging aanzienlijk versnellen. Ultrasone ontgassing kan worden gebruikt in batch- en inlineopstellingen en kan ook worden gecombineerd met conventionele ontgassingstechnieken zoals begassing met inerte gassen, waaierontgassers, verwarming of vacuüm om de efficiëntie en snelheid van gasverwijdering te verbeteren.

Gas verwijderen uit vloeistoffen

De termen ontgassing, ontluchting en uitgassing verwijzen naar het verwijderen van vrije en opgeloste gassen, vooral reactieve gassen zoals zuurstof of CO2, uit een vloeistof. Het verwijderen van zuurstof is belangrijk om nadelige veranderingen in het eindproduct te voorkomen en de verwerking stroomafwaarts te verbeteren. Ontgassen is een noodzakelijke processtap voor veel toepassingen en industrieën. In de industriële productie is ontgassen een veel voorkomende processtap om productstabiliteit, kwaliteit en continue productnormen te garanderen. Zuurstof is een factor die de productkwaliteit en -stabiliteit op verschillende niveaus beïnvloedt.
Daarom is ontgassing een bekende processtap in de voedingsmiddelenindustrie. & dranken-, chemische, farmaceutische en cosmetische industrie. Maar ook in laboratoria moeten monsters vaak ontgast worden voor analyse (bijv. voor HPLC, assays, deeltjesmetingen etc.).
Vaak is het bij mengprocessen met bijvoorbeeld high-shear schoepenmengers of roterende waaiermengers nodig om het product vervolgens te ontgassen, omdat bij deze mengtechnieken vaak grote hoeveelheden gassen in het product terechtkomen. Dergelijke gas- en luchtinsluitingen hebben meestal negatieve effecten op het product, omdat ze vetten en oliën ranzig kunnen maken, producten kunnen aantasten door oxidatie, verkleuring en ongewenste geur- en smaakveranderingen. Omdat ontgaste producten chemisch stabieler zijn en langer houdbaar, is ontgassing een essentiële processtap waarvoor een betrouwbare techniek nodig is.
 

Ultrasoon ontgassen: Ingesloten gasbellen worden verwijderd uit olie gebruik van de ultrasoon UP400St

Ultrasone ontgassing en ontluchting

Ultrasone ontgassing en ontluchting is een zeer krachtig alternatief voor traditionele ontgassingsmethoden van vloeistoffen, zoals koken, drukverlaging tot vacuüm of begassing met inerte gassen. Deze traditionele ontgassingsmethoden hebben vaak nadelen zoals thermische degradatie (door verhitting), tijd- en energieverslindende verwerking en/of onvoldoende gasverwijdering. Ultrasoon ontgassen is gebaseerd op het werkingsprincipe van akoestische cavitatie. Wanneer ultrageluidsgolven met een hoog vermogen worden gekoppeld aan een vloeistof, wordt de vloeistof samengedrukt en geëxpandeerd tijdens respectievelijk hoge- en lagedrukcycli. Tijdens lagedrukcycli ontstaan minuscule vacuümbelletjes (zogenaamde cavitatiebelletjes) die gedurende meerdere drukcycli groeien. Tijdens die cycli van bellengroei dringen de opgeloste gassen in de vloeistof de vacuümbubbel binnen, zodat de vacuümbubbel verandert in groeiende gasbellen. Bovendien zorgen microturbulenties en vloeistofstralen voor intense agitatie en massaoverdracht. Deze ultrasoon gegenereerde omstandigheden veroorzaken gasbelcoalescentie, wat de vereniging is van kleine opgeloste gasbellen tot grotere gasbellen, die snel naar het oppervlak van de vloeistof stijgen, waar ze de vloeistof verlaten.
De temperatuurveranderingen die worden veroorzaakt door ultrasone trillingen en cavitatie blijven beperkt tot zeer kleine lokale ruimtes en de temperatuurstijging in het totale volume kan worden verwaarloosd, omdat deze niet van invloed is op de productkwaliteit.
 

Afname van opgelost zuurstof met de tijd voor een ultrasone frequentie van 24 kHz met de sonicator UP400ST bij amplitudes van 100%, 80%, 60%, 40% en 20%.
Studie: ©Rognerud et al., 2020.

 
Afhankelijk van het volume, de viscositeit en de gasinsluitingen van de vloeistof of slurry kan ultrasone ontgassing worden uitgevoerd als batch- of inline-proces. Een krachtige ultrasone sonde zendt akoestische cavitatie uit in de vloeistof, zodat de vloeistof efficiënt wordt ontgast.
Ultrasone ontgassing kan ook worden geïmplementeerd om reeds bestaande ontgassingssystemen zoals verwarmen, vacuüm of sparging te verbeteren.
Ultrasoon ontgassen en schuimen wordt op industriële schaal gebruikt om opgeloste gassen te verwijderen uit water, oliën, voedingsmiddelen en dranken, chemische oplossingen, hydraulische vloeistoffen, koelvloeistoffen, boorvloeistoffen, ruwe olie, emulsies, verf, inkt, kleefstoffen, vernis, coatings, epoxies, shampoos, detergenten en vele andere producten.
 

Ultrasoon ontgassen met behulp van een flowcelopstelling. Dit experiment was een prototype van een kleinschalige waterlus met een volume van 0,8 gallon, een inert gasstroom van 0,2 sfcm/min en een intensiteit van 275 W/cm2. Hieruit blijkt een vermindering van de zuurstofverwijderingstijd met ongeveer 70%.
Studie en foto: Rubio et al. 2016

Ultrasoon ontgassen in een inline opstelling met behulp van de ultrasoonator UIP1000hdT met doorstroomcel.

Ultrasoon verbeterd besproeien

Het spoelen van vloeistoffen met inert gas (ook bekend als purgen met inert gas) is een veelgebruikte behandeling om ongewenste gassen zoals zuurstof en kooldioxide uit de vloeistof te verwijderen. Voor sparging worden vaak stikstof, argon, helium en andere inerte gassen gebruikt. Door een oplossing te laten borrelen met een hoogzuiver (meestal inert) gas kunnen ongewenste, meestal reactieve opgeloste gassen zoals zuurstof en kooldioxide worden verwijderd. Het spargingsproces berust op massaoverdracht en is zelf een vrij langzame procedure. Om het spoelen met inerte gassen te intensiveren, wordt de vloeistof-gasoplossing vaak krachtig geroerd en gedurende lange tijd gebubbeld. Ultrasoon geluid is een ontgassings-intensiveringstechniek die de massaoverdracht en daarmee het spoelen aanzienlijk verbetert. Wanneer ultrageluidsgolven met een hoog vermogen worden gekoppeld aan vloeistoffen of slurries, worden cavitatiebellen gegenereerd. Deze cavitatiebellen breken grotere purgeergasbellen op in kleine belletjes en verspreiden de belletjes gelijkmatig, wat resulteert in snellere en schonere ontgassingseffecten. De intense agitatie en turbulentie die door ultrasoonbehandeling worden gecreëerd, bevorderen de gas-vloeistof massaoverdracht en daarmee de snelle verwijdering van ongewenste gassen.
Om de spargingprocedure te versnellen en efficiënter te maken, wordt hoogwaardige ultrasoontechniek gebruikt om de massatransfer tussen gas en vloeistof sonomechanisch te verbeteren. De sonomechanische effecten die worden gegenereerd door akoestische cavitatie omvatten lokale druk- en temperatuurverschillen, microturbulenties en agitatie. Deze krachten verbeteren de ontgassingsprestaties door bij te dragen aan een toename van de diffusieve massaoverdracht als gevolg van het breken van bellen, dispersie en de daaropvolgende toename van het grensvlak, wat uiteindelijk resulteert in een snelle verwijdering van ingesloten gassen uit de vloeistof.
Om de gewenste uitgassingseffecten te bereiken, is ultrasoonbehandeling met een hoog vermogen vereist. Wanneer een vloeistof wordt gespoeld met een inert gas in een tweefasenstroom, is gerectificeerde diffusie gewenst om de massaoverdracht en de verwijderingssnelheid van opgeloste gassen te verhogen. Het toepassen van gerectificeerde diffusie kan moeilijk zijn omdat ingesloten en opgeloste gasbellen de neiging hebben om niet het ultrasone cavitatieveld binnen te gaan bij lagere intensiteiten. Bij hogere intensiteiten (hoger dan 300 W/cm² bij ongeveer 20 kHz) vermijden de gasbellen de cavitatiezone niet langer en worden ze opgebroken door sonomechanische krachten. (Zie Jagannathan et al. 2011)

Ultrasone ontgassingssystemen met hoog vermogen

Hielscher Ultrasonics is een ervaren fabrikant van hoogwaardige ultrasone apparatuur die wereldwijd wordt gebruikt in laboratoria en industriële productie. De ontgassing van vloeistoffen en slurries is een veeleisende toepassing die ultrasone sondes met een hoog vermogen vereist die vastgestelde amplitudes in vloeistoffen kunnen paren om ingesloten gasbellen en luchtzakken te verwijderen. Alle Hielscher ultrasone apparaten zijn ontworpen en vervaardigd om 24/7 onder volledige belasting te werken. Ultrasone processors zijn verkrijgbaar van compacte 50 watt laboratorium ultrasone apparaten tot 16.000 watt krachtige inline ultrasone systemen. Een grote verscheidenheid aan boosterhoorns, sonotroden en flowcellen maakt het mogelijk om een ultrasoon ontgassingssysteem individueel in te stellen in overeenstemming met de vloeistof, viscositeit en gasinsluitingen.
Voor het ontluchten en uitgassen van vloeibare metalen zijn nauwkeurig ingestelde en gehandhaafde amplitudes vereist. Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone sondes die gespecificeerd zijn voor zeer procesgeoptimaliseerde amplitudes en temperaturen. Als uw ontgassingstoepassing ongebruikelijke specificaties vereist, zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. De robuustheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur maakt een 24/7 werking mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.

Batch en inline

Hielscher ultrasone sondes voor ontgassing kunnen worden gebruikt voor batchgewijze en continue inline ontgassing en ontluchting. Afhankelijk van het volume, de viscositeit en de ingesloten gassen zullen wij u de meest geschikte ultrasone ontgassingsopstelling aanbevelen.

Ultrasone sondes voor ontgassen van elk volume

Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige spectrum van ultrasone processoren, van compacte laboratorium-ultrasone apparaten via bench-top en pilot-systemen tot volledig industriële ultrasone processoren met de capaciteit om vrachtwagenladingen per uur te verwerken. Dankzij het volledige productassortiment kunnen wij u de meest geschikte ultrasone ontgassingsapparatuur bieden voor uw vloeistof, procescapaciteit en productiedoelen.

Nauwkeurig regelbare amplitudes voor optimale resultaten

Alle Hielscher ultrasone ontgassingssystemen zijn nauwkeurig regelbaar en daardoor betrouwbare werkpaarden. De amplitude is een van de cruciale procesparameters die de efficiëntie en effectiviteit van sonomechanisch geïnduceerde ontgassing beïnvloeden. Alle Hielscher ultrasoonontgassingssystemen’ Met processors kan de amplitude nauwkeurig worden ingesteld. Sonotrodes en boosterhoorns zijn accessoires waarmee de amplitude in een nog breder bereik kan worden aangepast. De industriële ultrasoonprocessoren van Hielscher kunnen zeer hoge amplitudes leveren en de vereiste ultrasone intensiteit leveren voor veeleisende toepassingen. Amplituden tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf.
Dankzij de nauwkeurige amplitude-instellingen en de permanente bewaking van de ultrasone procesparameters via slimme software kunt u de ultrasone procesparameters aanpassen voor de meest effectieve ultrasone ontgassing. Optimale sonicatie voor zeer efficiënte gasverwijdering!
Dankzij de robuustheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur kan deze 24/7 worden gebruikt bij zware belasting en in veeleisende omgevingen. Dit maakt de ultrasoonapparatuur van Hielscher tot een betrouwbaar werkinstrument dat voldoet aan de eisen van uw ontluchtingsproces.

Hoogste kwaliteit – Ontworpen en geproduceerd in Duitsland

Als familiebedrijf geeft Hielscher de hoogste kwaliteitsnormen voor zijn ultrasoonprocessoren. Alle ultrasoonapparaten worden ontworpen, geproduceerd en grondig getest in ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. De robuustheid en betrouwbaarheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur maken het tot een werkpaard in uw productie. 24/7 werking onder volle belasting en in veeleisende omgevingen is een natuurlijke eigenschap van Hielscher's hoogwaardige ontgassers.