Ultradźwiękowy odgazowanie i pianotłumiące płynów
Odgazowanie i odpienianie cieczy przy użyciu ultradźwięków jest bardzo skutecznym procesem. Ultradźwięki usuwają z cieczy małe zawieszone pęcherzyki gazu i obniżają poziom rozpuszczonego gazu poniżej naturalnego poziomu równowagi.
Odgazowanie i odpienianie cieczy jest wymagane do wielu celów, takich jak następujące procesy:
- przygotowanie próbki przed pomiarem wielkości cząstek w celu uniknięcia błędów pomiarowych
- odgazowanie oleju i smaru przed pompowaniem w celu zmniejszenia zużycia pompy spowodowanego kawitacją
- odgazowanie płynnych produktów spożywczych, np. soków, sosów lub wina, w celu ograniczenia rozwoju mikroorganizmów i wydłużenia okresu trwałości
- odgazowywanie polimerów i lakierów przed aplikacją, utwardzaniem lub infuzją próżniową
Podczas sonikacji cieczy fale dźwiękowe, które rozchodzą się od powierzchni promieniującej w głąb cieczy, powodują naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia, których częstotliwość zależy od częstotliwości. Podczas cyklu niskociśnieniowego fale ultradźwiękowe mogą tworzyć małe pęcherzyki próżniowe lub puste przestrzenie w cieczy. Duża liczba małych pęcherzyków generuje dużą całkowitą powierzchnię pęcherzyków. Pęcherzyki są również dobrze rozmieszczone w cieczy. Rozpuszczony gaz migruje do tych pęcherzyków próżniowych poprzez dużą powierzchnię i zwiększa rozmiar pęcherzyków.
Fale akustyczne wspierać dotyku i koalescencji pęcherzyków sąsiednich prowadzących do przyspieszenia wzrostu pęcherzyków. Fale sonikacyjne pomoże wstrząsnąć Bubbles od powierzchni naczynia i zmusi mniejsze pęcherzyki spoczywają poniżej powierzchni cieczy wzrośnie przez i zwolnić uwięziony gaz z otoczenia.
Ultradźwiękowe odgazowanie oleju przy użyciu procesora ultradźwiękowego Hielscher 200 Watts.
Umieścić go na próbę
Proces odgazowywania i odpieniania cieczy można łatwo zaobserwować. W szklanej zlewce ze świeżo nalaną wodą z kranu, ultradźwięki zmuszą małe zawieszone pęcherzyki do koalescencji i szybkiego przemieszczania się w górę. Możesz zobaczyć ten efekt na poniższym obrazie postępu.
ultradźwiękowy odgazowania wody (5 sekund)
Olej mieszany zawiera dużą ilość zawieszonych pęcherzyków lub piany. Stanowi to problem szczególnie w chłodziwach. Pęcherzyki gazu sprzyjają tam zużyciu kawitacyjnemu w pompach lub dyszach. Poniższy obraz postępu pokazuje ultradźwiękowy efekt odpieniający.
Ultradźwiękowe odgazowanie: Uwięzione pęcherzyki gazu są usuwane z oleju za pomocą ultradźwiękowego urządzenia UP400St.
Sonikacja wytwarza małe pęcherzyki próżniowe w czystej, stęchłej wodzie. Pęcherzyki te wypełniają się rozpuszczonym gazem, który migruje do pęcherzyków. W konsekwencji pęcherzyki rosną i unoszą się do góry. Efekt odgazowania jest dobrze widoczny w każdej półprzezroczystej cieczy.
Ponieważ ultradźwięki ułatwiają unoszenie się małych, zawieszonych pęcherzyków na powierzchnię cieczy, skracają również czas kontaktu między pęcherzykiem a cieczą. Z tego powodu ogranicza to również ponowne rozpuszczenie gazu z pęcherzyka do cieczy. Ma to szczególne znaczenie w przypadku cieczy o wyższej lepkości, takich jak oleje lub żywice. Ponieważ pęcherzyki muszą przemieścić się do powierzchni cieczy, odgazowanie ultradźwiękowe działa lepiej, jeśli zbiornik jest płytki, tak że czas do powierzchni jest krótszy.
Oprócz widocznych efektów
Pomiar efektów odgazowania poprzez kontrolę wzrokową ma ograniczoną dokładność. Pomiary zawartości gazu są dokładniejszym sposobem na określenie skuteczności odgazowania ultradźwiękowego.
Płyny zawierają pewną ilość rozpuszczonego gazu. Stężenie gazu zależy od takich czynników, jak temperatura, ciśnienie otoczenia lub mieszanie cieczy. W stałych warunkach, stężenie gazu zbliża się do stanu równowagi. Ultradźwiękowe odgazowanie zmieni te warunki, ponieważ ciecz jest narażona na działanie pęcherzyków pod niskim ciśnieniem i mieszanie. Dlatego ultradźwięki obniżą stężenie gazu w cieczy poniżej poziomu równowagi.
Po zakończeniu sonikacji i przywróceniu warunków początkowych, stężenie gazu będzie powoli zbliżać się do początkowego poziomu równowagi, chyba że ciecz nie jest wystawiona na działanie gazu, np. w zamkniętej butelce. Ponieważ ponowne rozpuszczenie gazu w cieczy jest dość powolne, możliwa jest praca z cieczą o niskiej zawartości gazu po sonikacji. Poniższy wykres ilustruje ten efekt.
Ilustracja odgazowywania ultradźwiękowego
Odgazowanie przed emulgujące i dyspergujące
Odgazowanie ultradźwiękowe może poprawić jakość dyspersji i emulsji.
Problem
Często emulsje i dyspersje zawierają środki powierzchniowo czynne w celu zwiększenia ich stabilności. Środki powierzchniowo czynne będą hamować kontakt i koalescencję lub aglomerację rozproszonego materiału w fazie ciekłej. W tym celu, środki powierzchniowo czynne będą tworzyć warstwę wokół każdej cząstki. Te same środki powierzchniowo czynne mogą również zamknąć pęcherzyki gazu, które są zawieszone w fazie ciekłej. Takie ustabilizowane pęcherzyki mogą okazać się bardzo wytrzymałe. Stabilizowane pęcherzyki zużywają środek powierzchniowo czynny, obniżają jakość emulsji lub dyspersji i mogą generować nieregularne odczyty podczas pomiaru wielkości cząstek.
Rozwiązanie
W celu zmniejszenia problemu ustabilizowanych pęcherzyków gazu, ciecze należy odgazować poprzez sonikację. Przed dodaniem fazy dyspersyjnej, takiej jak olej lub proszek, ciecz należy poddać sonikacji do momentu zmniejszenia liczby powstających pęcherzyków. Przy mieszaniu innych materiałów należy unikać tworzenia nowych pęcherzyków lub wiru podczas mieszania. Spowodowałoby to szybki wzrost zawartości gazu.
Zmuszając Dwutlenek węgla Out
Efektem odgazowywania jest wykorzystywana w szczelny testów puszek i butelek zawierających napojów gazowanych, takich jak cola sody lub piwa. Proszę kliknąć tutaj, aby uzyskać więcej informacji na temat testowania szczelności butelek.
Ultradźwiękowy odgazowanie w skrócie
Ultradźwiękowe odgazowywanie cieczy działa lepiej przy zastosowaniu następującej konfiguracji.
- Stosować niskie do umiarkowanych amplitud ultradźwięków!
- Stosować sonotrody o dużej powierzchni, np. sonotrody emitujące promieniście!
- Podczas sonikacji należy zapewnić niskie ciśnienie lub próżnię nad powierzchnią cieczy!
- Podgrzać ciecz, aby zmniejszyć jej lepkość!
- Do oddzielania gazów podczas lub po sonikacji należy użyć płytkiego pojemnika!
- Unikać mieszania burzliwego, aby pęcherzyki gazu mogły się przemieszczać w górę!
Odgazowanie ultradźwiękowe może być stosowane w trybie wsadowym lub inline. W przypadku pracy w trybie inline należy zainstalować rurę stojakową do odprowadzania gazu oraz zastosować pompę gazową.