Wysoce wydajne odpowietrzanie cieczy za pomocą ultradźwięków

Podczas gdy odgazowanie lub odgazowanie jest często niezwykle czasochłonnym etapem procesu, ultradźwięki mogą znacznie przyspieszyć koalescencję pęcherzyków gazu i ich wzrost. Odgazowanie ultradźwiękowe może być stosowane w konfiguracjach wsadowych i liniowych, a także może być łączone z konwencjonalnymi technikami odgazowywania, takimi jak rozpylanie gazów obojętnych, odgazowywacze wirnikowe, ogrzewanie lub próżnia w celu zwiększenia wydajności i szybkości usuwania gazu.

Usuwanie gazu z cieczy

Terminy odgazowanie, odgazowanie i odgazowanie odnoszą się do usuwania wolnych i rozpuszczonych gazów, w szczególności gazów reaktywnych, takich jak tlen lub CO2, z cieczy. Eliminacja tlenu jest ważna, aby zapobiec szkodliwym zmianom produktu końcowego i usprawnić dalsze przetwarzanie. Odgazowanie jest niezbędnym etapem przetwarzania w wielu zastosowaniach i branżach. W produkcji przemysłowej odgazowanie jest powszechnym etapem procesu zapewniającym stabilność, jakość i ciągłość standardów produktu. Tlen jest czynnikiem, który wpływa na jakość i stabilność produktu na różnych poziomach.
W związku z tym odgazowywanie jest stałym etapem procesu w przemyśle spożywczym. & przemysł napojowy, chemiczny, farmaceutyczny i kosmetyczny. Ale także w laboratoriach próbki często wymagają odgazowania przed analizą (np. przed HPLC, testami, pomiarami cząstek itp.).
Często procesy mieszania wykorzystujące np. mieszadła łopatkowe o wysokim ścinaniu lub mieszadła z wirnikiem obrotowym często powodują konieczność późniejszego odgazowania produktu, ponieważ te techniki mieszania zwykle wprowadzają duże ilości gazów do produktu. Takie wtrącenia gazu i powietrza mają zazwyczaj negatywny wpływ na produkt, ponieważ mogą powodować jełczenie tłuszczów i olejów, pogarszać jakość produktów poprzez utlenianie, odbarwianie i niepożądane zmiany zapachu i smaku. Ponieważ odgazowane produkty są bardziej stabilne chemicznie i mają dłuższy okres przydatności do spożycia, odgazowanie jest niezbędnym etapem przetwarzania wymagającym niezawodnej techniki.
 

Odgazowanie ultradźwiękowe: Uwięzione pęcherzyki gazu są usuwane z oleju przy użyciu ultrasonografu UP400St

Ultradźwiękowe odgazowanie i napowietrzanie

Ultradźwiękowe odgazowanie i odpowietrzanie jest bardzo skuteczną alternatywą dla tradycyjnych metod odgazowywania cieczy, które obejmują gotowanie, redukcję ciśnienia do próżni lub rozpylanie gazów obojętnych. Te tradycyjne metody odgazowywania często mają wady, takie jak degradacja termiczna (z powodu ogrzewania), czasochłonne i energochłonne przetwarzanie i/lub niewystarczające usuwanie gazu. Odgazowywanie ultradźwiękowe opiera się na zasadzie działania kawitacji akustycznej. Gdy fale ultradźwiękowe o dużej mocy są sprzężone z cieczą, ciecz jest ściskana i rozprężana odpowiednio podczas cykli wysokiego i niskiego ciśnienia. Podczas cykli niskociśnieniowych powstają drobne pęcherzyki próżniowe (tzw. pęcherzyki kawitacyjne), które rosną przez kilka cykli ciśnieniowych. Podczas tych cykli wzrostu pęcherzyków, rozpuszczone gazy w cieczy dostają się do pęcherzyków próżniowych, dzięki czemu pęcherzyki próżniowe przekształcają się w rosnące pęcherzyki gazu. Ponadto mikroturbulencje i strumienie cieczy powodują intensywne mieszanie i przenoszenie masy. Te ultradźwiękowo generowane warunki powodują koalescencję pęcherzyków gazu, czyli zjednoczenie małych rozpuszczonych pęcherzyków gazu w większe pęcherzyki gazu, które szybko unoszą się na powierzchnię cieczy, gdzie opuszczają ciecz.
Zmiany temperatury spowodowane wibracjami ultradźwiękowymi i kawitacją są ograniczone do bardzo małych przestrzeni lokalnych, a wzrost temperatury w całej objętości można pominąć, ponieważ nie wpływa to na jakość produktu.
 

Spadek rozpuszczonego tlenu w czasie dla częstotliwości ultradźwiękowej 24 kHz przy użyciu sonikatora UP400ST przy amplitudach 100%, 80%, 60%, 40% i 20%.Badanie: ©Rognerud et al., 2020.

 
W zależności od objętości, lepkości i wtrąceń gazowych cieczy lub zawiesiny, odgazowanie ultradźwiękowe może być prowadzone jako proces wsadowy lub liniowy. Sonda ultradźwiękowa o dużej mocy emituje kawitację akustyczną do cieczy, dzięki czemu ciecz jest skutecznie odgazowywana.
Odgazowanie ultradźwiękowe można również wdrożyć w celu ulepszenia już istniejących systemów odgazowywania, takich jak ogrzewanie, próżnia lub rozpylanie.
Ultradźwiękowe odgazowywanie i odpienianie jest stosowane na skalę przemysłową do usuwania rozpuszczonych gazów z wody, olejów, żywności i napojów, roztworów chemicznych, płynów hydraulicznych, chłodziw, płynów wiertniczych, ropy naftowej, emulsji, farb, atramentów, klejów, lakierów, powłok, epoksydów, szamponów, detergentów i wielu innych produktów.
 

Odgazowanie ultradźwiękowe przy użyciu konfiguracji celi przepływowej. Eksperyment ten był prototypem małej pętli wodnej o objętości 0,8 galona, przepływie gazu obojętnego 0,2 sfcm/min i intensywności 275 W/cm2. Pokazuje to skrócenie czasu usuwania tlenu o około 70%.Badanie i zdjęcie: Rubio et al. 2016

Odgazowanie ultradźwiękowe w układzie liniowym przy użyciu ultrasonografu UIP1000hdT z komorą przepływową.

Spryskiwanie wzmocnione ultradźwiękami

Przedmuchiwanie cieczy gazem obojętnym (znane również jako oczyszczanie gazem obojętnym) jest powszechnie stosowaną metodą usuwania z cieczy niepożądanych gazów, takich jak tlen i dwutlenek węgla. Do rozpylania powszechnie stosuje się azot, argon, hel i inne gazy obojętne. Przedmuchiwanie roztworu gazem o wysokiej czystości (zazwyczaj obojętnym) może usunąć niepożądane, zazwyczaj reaktywne rozpuszczone gazy, takie jak tlen i dwutlenek węgla. Proces rozpylania opiera się na przenoszeniu masy i sam w sobie jest dość powolną procedurą. Aby zintensyfikować rozpylanie gazami obojętnymi, roztwór ciecz-gaz jest często energicznie mieszany i poddawany działaniu bąbelków przez długi czas. Ultradźwięki są techniką intensyfikującą odgazowanie, która poprawia przenoszenie masy, a tym samym znacznie przyspiesza rozpylanie. Gdy fale ultradźwiękowe o dużej mocy są sprzężone z cieczami lub zawiesinami, generowane są pęcherzyki kawitacyjne. Te pęcherzyki kawitacyjne rozbijają większe pęcherzyki gazu oczyszczającego na małe pęcherzyki i równomiernie rozpraszają pęcherzyki, co skutkuje szybszymi i czystszymi efektami odgazowania. Intensywne mieszanie i turbulencje wytwarzane przez ultradźwięki sprzyjają przenoszeniu masy gaz-ciecz, a tym samym szybkiemu usuwaniu niepożądanych gazów.
W celu przyspieszenia i zwiększenia wydajności procedury rozpylania, ultradźwięki o wysokiej wydajności są wykorzystywane do sonomechanicznej poprawy wydajności przenoszenia masy między gazem a cieczą. Efekty sonomechaniczne generowane przez kawitację akustyczną obejmują lokalne różnice ciśnienia i temperatury, mikroturbulencje i mieszanie. Siły te poprawiają wydajność odgazowywania, przyczyniając się do zwiększenia dyfuzyjnego przenoszenia masy z powodu pękania pęcherzyków, dyspersji i późniejszego zwiększenia powierzchni międzyfazowej, co ostatecznie skutkuje szybkim usuwaniem uwięzionych gazów z cieczy.
Aby osiągnąć pożądane efekty odgazowania, wymagana jest ultradźwięki o dużej mocy. Gdy ciecz jest oszczędzana gazem obojętnym w przepływie dwufazowym, pożądana jest dyfuzja rektyfikowana w celu zwiększenia transferu masy i szybkości usuwania rozpuszczonych gazów. Zastosowanie dyfuzji rektyfikowanej może być trudne, ponieważ uwięzione i rozpuszczone pęcherzyki gazu mają tendencję do unikania wchodzenia w pole kawitacji ultradźwiękowej przy niższych intensywnościach. Jednak przy podwyższonej intensywności (wyższej niż 300 W/cm² przy ok. 20 kHz) pęcherzyki gazu nie unikają już strefy kawitacji i są rozbijane przez siły sonomechaniczne. (por. Jagannathan et al. 2011)

Ultradźwiękowe systemy odgazowujące dużej mocy

Hielscher Ultrasonics jest długoletnim producentem wysokowydajnego sprzętu ultradźwiękowego, który jest używany na całym świecie w laboratoriach i produkcji przemysłowej. Odgazowanie cieczy i zawiesin jest wymagającym zastosowaniem, które wymaga sond ultradźwiękowych o dużej mocy, które mogą łączyć ustalone amplitudy w cieczach w celu usunięcia uwięzionych pęcherzyków gazu i kieszeni powietrznych. Wszystkie urządzenia ultradźwiękowe Hielscher są zaprojektowane i wyprodukowane do pracy przez 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu pod pełnym obciążeniem. Procesory ultradźwiękowe są dostępne od kompaktowych ultrasonografów laboratoryjnych o mocy 50 watów do potężnych systemów ultradźwiękowych o mocy 16 000 watów. Szeroka gama rogów wspomagających, sonotrod i komórek przepływowych pozwala na indywidualną konfigurację ultradźwiękowego systemu odgazowywania w zależności od cieczy, lepkości i wtrąceń gazowych.
Do odgazowywania i odgazowywania ciekłych metali wymagane są precyzyjnie ustawione i utrzymane amplitudy. Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne sondy ultradźwiękowe, które są przeznaczone do bardzo zoptymalizowanych amplitud i temperatur procesu. Jeśli Twoja aplikacja do odgazowywania wymaga nietypowych specyfikacji, dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach.

wsadowe i inline

Sondy ultradźwiękowe Hielscher do odgazowywania mogą być stosowane do odgazowywania i odgazowywania w trybie wsadowym i ciągłym. W zależności od objętości, lepkości i uwięzionych gazów, zalecamy najbardziej odpowiednią ultradźwiękową konfigurację odgazowywania.

Sondy ultradźwiękowe do odgazowywania dowolnej objętości

Asortyment produktów Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, od kompaktowych ultrasonografów laboratoryjnych, przez systemy stacjonarne i pilotażowe, po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności przetwarzania ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować najbardziej odpowiedni ultradźwiękowy sprzęt do odgazowywania cieczy, wydajności procesu i celów produkcyjnych.

Precyzyjnie kontrolowane amplitudy dla optymalnych wyników

Wszystkie ultradźwiękowe systemy odgazowywania firmy Hielscher są precyzyjnie kontrolowane, a tym samym niezawodne. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu, które wpływają na wydajność i skuteczność odgazowania indukowanego sonomechanicznie. Wszystkie ultradźwięki Hielscher’ Procesory pozwalają na precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i tuby wzmacniające to akcesoria, które pozwalają na modyfikację amplitudy w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy i zapewniać wymaganą intensywność ultradźwięków dla wymagających zastosowań. Amplitudy do 200 μm mogą być z łatwością uruchamiane w sposób ciągły w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania dają możliwość dostosowania parametrów procesu ultradźwiękowego w celu najbardziej efektywnego odgazowania ultradźwiękowego. Optymalna sonikacja dla wysoce wydajnego usuwania gazu!
Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających środowiskach. To sprawia, że urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher są niezawodnym narzędziem pracy, które spełnia wymagania procesu odgazowywania.

Najwyższa jakość – Zaprojektowany i wyprodukowany w Niemczech

Jako firma rodzinna, Hielscher stawia na pierwszym miejscu najwyższe standardy jakości swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultradźwięki są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Solidność i niezawodność urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher sprawiają, że są one koniem pociągowym w Twojej produkcji. Praca 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu przy pełnym obciążeniu i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą wysokowydajnych odgazowywaczy firmy Hielscher.