Hielscher ultralydteknologi

Ultralydgassing og skumdannelse av væsker

Avgassing og skumdannelse av væsker er en interessant søknad av Ultralydsenheter. I dette tilfellet fjerner ultralydet små suspenderte gassbobler fra væsken og reduserer nivået av oppløst gass under det naturlige likevektsnivået.

Avgassing og skumdannelse av væsker er nødvendig for mange formål, for eksempel:

  • prøve forberedelse før partikkelstørrelsesmåling for å unngå målefeil
  • olje og smøremiddel avgassing før pumping for å redusere pumpe slitasje på grunn av kavitasjon
  • avgassing av flytende matvarer, for eksempel juice, saus eller vin, til redusere mikrobiell vekst og øke holdbarheten
  • avgassing av polymerer og lakker før påføring og herding

Ved lydbehandling av lyd, resulterer lydbølgene som forplanter seg fra strålingsflaten til væskemediene i alternerende høytrykks (kompresjons) og lavtrykkssykluser, med frekvenser avhengig av frekvensen. Under lavtrykkssyklusen kan ultralydbølgene skape små vakuumbobler eller hulrom i væsken. Det store antallet små bobler genererer et høyt total bobleflateareal. Boblene er også godt fordelt i væsken. Oppløst gass migrerer inn i disse vakuumboblene (lavtrykk) via det store overflatearealet og øker størrelsen på boblene.
De akustiske bølgene støtter berøring og koalescens av tilstøtende bobler som fører til en akselerert vekst av boblene. Sonication-bølgene vil også bidra til å riste bobler av fartøyets overflater og vil tvinge mindre bobler som hviler under væskeflaten å stige gjennom og slippe inn innfanget gass til omgivelsene.

Sett det på prøve

Prosessen med avgassing og skumdannelse av væsker kan lett synliggjøres. I en glassbikke med ferskvannskranke vil ultralyding tvinge de små suspenderte boblene (skyighet) til å koalesere og å bevege seg raskt opp. Du kan se denne effekten på fremdriftsbildet nedenfor. Vennligst klikk på bildet nedenfor til forstørr bildene.

(Klikk for større bilde!) Ultralyd avgassing av vann ved hjelp av en ultralydprosessor UP200S (200 watt)
ultralyd avgassing av vann (5 sekunder)

Ristet olje inneholder et høyt antall suspenderte bobler (skum). Spesielt i kjølemidler er dette et problem, da boblene fremmer slitasjeindusert slitasje i pumper og dyser. Fremdriftsbilledet nedenfor viser ultralydsskumningseffekten. Klikk på bildet nedenfor til forstørr bildene.

(Klikk for større bilde!) Ultralyd avgassing av olje ved hjelp av en ultralydprosessor UP200S (200 watt)
ultralyd avgassing av olje (5 sekunder)

Selv i stille vann, for eksempel etter 24 timer, vil sonikering generere små bobler i klart vann. Disse boblene fylles med oppløst gass, som migrerer inn i boblene. Følgelig vokser boblene og beveger seg opp. Avgassingseffekten er godt synlig i hvilken som helst gjennomskinnelig væske.
Som ultralydet forbedrer oppgangen av små suspenderte bobler til væskeoverflaten, reduseres også kontakttiden mellom boblen og væsken. Av denne grunn begrenser det også gjenoppløsningen av gass fra boblen til væsken. Dette er av særlig interesse for væsker med høyere viskositet, så som olje eller harpiks. Siden boblene må flytte til væskeoverflaten, fungerer ultralydavgassingen bedre hvis beholderen er grunne slik at tiden til overflaten er kortere.

Utover de synlige effektene

Selv om den synlige bestemmelsen av avgassingseffektene er begrenset i nøyaktighet, er gassinnholdsmålinger, for eksempel ved nøytronradiografi, en mer nøyaktig måte å fortelle om ultralydgasseringseffektivitet.

Væsker inneholder en viss mengde oppløst gass. Konsentrasjonen av gass avhenger av faktorer, slik som temperatur, omgivelsestrykk, omrøring av væsken. Under konstante forhold vil gasskonsentrasjonen nærme seg en likevekt. Ultralydavgassing vil forandre forholdene, fordi væsken er utsatt for lavtrykksbobler og agitasjon. Derfor vil ultralyding redusere gasskonsentrasjonen i væsken under det tidligere likevektsnivået.
Når sonikering stopper og de opprinnelige forholdene gjenopprettes, vil gasskonsentrasjonen sakte nærme det første likevektsnivået igjen, med mindre væsken ikke blir utsatt for noen gass, f.eks. I en lukket flaske. Fordi gjenoppløsningen av gass i væsken er ganske treg, er det mulig å arbeide med lavgassvæsken etter sonikering. Grafen nedenfor illustrerer denne effekten. (Klikk for å forstørre.)

(Klikk for større bilde!) Illustrasjon av Ultrasonic Degassing

Avgassing før emulgering og dispersjon

Ultralyd avgassing kan bidra betydelig til kvaliteten på dispersjoner og emulsjoner.

Problemet

emulsjoner og dispersjoner inneholder ofte overflateaktive stoffer for å øke stabiliteten. De overflateaktive midler vil hemme berøring og sammenblanding eller agglomerering av det dispergerte materialet i væskefasen. For dette vil overflateaktive stoffene danne et lag rundt hver partikkel. De samme overflateaktive midler kan også inkapslere gassbobler som ble suspendert i væskefasen. Slike stabiliserte bobler kan vise seg å være svært robuste. Det forbruker overflateaktivt middel, reduserer kvaliteten på emulsjonen eller dispersjonen, og det kan generere uregelmessige målinger når partikkelstørrelsen måles.

Løsningen

For å redusere problemet med stabiliserte gassbobler, kan væsker enkelt avgasses ved sonikering. Før du legger til dispergeringsfasen, som olje eller pulver, sonikere væsken til antall genererte bobler reduserer. Når du blander annet materiale inn, unngå å generere nye bobler eller en virvel under omrøring. Dette vil øke gassinnholdet raskt.

Tvinge karbondioksid ut

Effekten av avgassing blir brukt i lekkasjetesting av bokser og flasker som inneholder karbonatiserte drikker, slik som cola, brus eller øl. Vennligst klikk her for å få mer informasjon.

Ultrasonic Degassing i korthet

Ultralyd avgassing av væsker fungerer bedre hvis du:

  • Bruk lav til moderat amplituder
  • bruk sonotroder med større overflateareal
  • gi lavt trykk eller vakuum over væskeoverflaten
  • Varm væsken
  • innlemme en grunne beholder
  • unngå turbulent agitasjon

Ultralydavgassing kan brukes i batch- eller flytmodus. I tilfelle av en strømningsoperasjon skal et stativ for utslipp av gassen installeres og en gasspumpe skal påføres.

Be om mer informasjon!

Vi anbefaler at du bruker følgende enheter for avgassing og skumring av volumene som er angitt nedenfor. Bruk skjemaet nedenfor for å beskrive dine flytende avgassingskrav. Sjekk elementene av interesse, og vi vil gjerne sende deg et forslag til denne enheten.









Vær oppmerksom på at Personvernregler.


Avgassing av olje ved bruk av UP200S med sonotrode S40

Avgassing av vann ved bruk av UP200S med sonotrode S40

Avgassing av olje ved bruk av UP200S med sonotrode S40