Wysokowydajne odgazowywanie cieczy przy użyciu ultradźwięków

Podczas gdy odgazowanie lub odgazowanie jest często niezwykle czasochłonnym etapem procesu, ultradźwięki mogą przyspieszyć koalescencję pęcherzyków gazu i ich znaczny wzrost. Odgazowanie ultradźwiękowe może być stosowane w instalacjach wsadowych i liniowych, a także może być łączone z konwencjonalnymi technikami odgazowania, takimi jak iskrzenie gazami obojętnymi, odgazowanie wirnikowe, ogrzewanie lub podciśnienie 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 CO₂z płynu. Eliminacja tlenu jest ważna, aby zapobiec szkodliwym zmianom produktu końcowego i usprawnić przetwarzanie końcowe. Odgazowanie jest niezbędnym etapem przetwarzania w wielu zastosowaniach i gałęziach przemysłu. W produkcji przemysłowej odgazowanie jest powszechnym etapem procesu zapewniającym stabilność produktu, jego jakość i stałe standardy. Tlen jest czynnikiem, który wpływa na jakość i stabilność produktu na różnych poziomach.
Dlatego odgazowanie jest ustalonym etapem procesu w żywności. & przemysł napojów, chemiczny, farmaceutyczny i kosmetyczny. Ale również w laboratoriach próbki wymagają często odgazowania przed analizą (np. przed HPLC, testami, pomiarami cząstek itp.).
Często procesy mieszania z użyciem np. mieszadeł z łopatkami o wysokim stopniu rozdrobnienia lub mieszadeł z wirnikami obrotowymi powodują konieczność późniejszego odgazowania produktu, ponieważ te techniki mieszania często wprowadzają do produktu duże ilości gazów. Takie wtrącenia gazów i powietrza mają zwykle negatywny wpływ na produkt, ponieważ mogą powodować zjełczenie tłuszczów i olejów, pogorszenie jakości produktów poprzez utlenianie, odbarwienie i niepożądane zmiany zapachu i smaku. Ponieważ produkty odgazowane są bardziej stabilne chemicznie i mają dłuższy okres przydatności do spożycia, odgazowanie jest niezbędnym etapem przetwarzania wymagającym niezawodnej techniki.

Odgazowywanie ultradźwiękowe: Uwięzione pęcherzyki gazu są usuwane z oleju za pomocą urządzenia ultradźwiękowego. UP400St

Degazyfikacja ultradźwiękowa i odgazowanie

Ultradźwiękowe odgazowanie i odpowietrzanie jest bardzo silną alternatywą dla tradycyjnych metod odgazowania cieczy, które obejmują gotowanie, redukcję ciśnienia do próżni lub iskrzenie gazami obojętnymi. Te tradycyjne metody odgazowania mają często wady, takie jak degradacja termiczna (z powodu ogrzewania), czasochłonne i energochłonne przetwarzanie i/lub niewystarczające odprowadzanie gazów. Odgazowanie ultradźwiękowe opiera się na roboczej zasadzie kawitacji akustycznej. W przypadku sprzężenia fal ultradźwiękowych o dużej mocy z cieczą, ciecz jest sprężana 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 w cieczy gazy dostają się do pęcherzyka próżniowego, tak że pęcherzyk próżniowy zamienia się w rosnące pęcherzyki gazowe. Ponadto, mikroturbulencje i dysze cieczy powodują intensywne wzburzenie i przenoszenie masy. Te generowane ultradźwiękami warunki powodują koalescencję pęcherzyków gazowych, która polega na łączeniu się małych rozpuszczonych pęcherzyków gazowych w większe pęcherzyki gazowe, które szybko unoszą się na powierzchnię cieczy, gdzie opuszczają ją.
Zmiany temperatury powodowane przez drgania ultradźwiękowe i kawitację są ograniczone do bardzo małych przestrzeni lokalnych, a wzrost temperatury w całkowitej objętości może być pominięty, ponieważ nie wpływa to na jakość produktu.
W zależności od objętości, lepkości i wtrąceń gazowych cieczy lub zawiesiny, odgazowanie ultradźwiękowe może być prowadzone jako proces wsadowy lub inline. Sonda ultradźwiękowa o dużej mocy emituje kawitację akustyczną do cieczy, dzięki czemu ciecz jest skutecznie odgazowywana.
Odgazowywanie ultradźwiękowe może być również stosowane w celu ulepszenia już istniejących systemów odgazowywania, takich jak ogrzewanie, próżnia lub sparging.
Odgazowywanie ultradźwiękowe i odtłuszczanie 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, tuszy, klejów, lakierów, powłok, epoksydów, szamponów, detergentów i wielu innych produktów.

Odgazowywanie ultradźwiękowe przy użyciu komory 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%.
Studium i obraz: Rubio i in. 2016

Odgazowywanie ultradźwiękowe w układzie inline za pomocą ultradźwiękowca UIP1000hdT z komórką przepływową.

Wzmocnione ultradźwiękowo Sparging

Ciecze iskrzące z gazem obojętnym (zwane również oczyszczaniem z gazu obojętnego) to powszechna metoda usuwania z cieczy niepożądanych gazów, takich jak tlen i dwutlenek węgla. W przypadku gazów iskrzących powszechnie używa się azotu, argonu, helu i innych gazów obojętnych. Pęcherzykanie roztworu gazem o wysokiej czystości (zazwyczaj obojętnym) może usunąć z cieczy niepożądane, zazwyczaj reaktywne, rozpuszczone gazy, takie jak tlen i dwutlenek węgla. Proces rozpylania polega na masowym przenoszeniu i sam w sobie jest dość powolnym procesem. Aby zintensyfikować proces iskrzenia za pomocą gazów obojętnych, roztwór ciekłego gazu jest często energicznie mieszany i pęcherzykowo przez długi czas. Ultrasonizacja jest techniką intensywnie odgazowującą, która usprawnia przenoszenie masy, a tym samym znaczne jej sparging. Gdy fale ultradźwiękowe o dużej mocy łączą się z cieczami lub zawiesinami, powstają pęcherzyki kawitacyjne. Pęcherzyki kawitacyjne rozbijają większe pęcherzyki gazu oczyszczającego na małe pęcherzyki i równomiernie je rozpraszają, co powoduje szybsze i czystsze efekty odgazowania. Intensywne mieszanie i turbulencje wywołane przez ultradźwięki sprzyjają przenoszeniu masy gazowo-cieczowej, a tym samym szybkiemu usuwaniu niepożądanych gazów.
W celu przyśpieszenia i zwiększenia efektywności procedury spargingowej, ultradźwięki o wysokiej wydajności służą do sonomechanicznej poprawy wydajności transferu masy pomiędzy gazem a cieczą. Efekty sonomechaniczne generowane przez kawitację akustyczną obejmują lokalne różnice ciśnień i temperatur, mikroturbulencje i pobudzenia. Siły te poprawiają wydajność odgazowania, przyczyniając się do zwiększenia dyfuzyjnego przenoszenia masy w wyniku pęknięcia pęcherzyków, dyspersji i późniejszego zwiększenia powierzchni międzyfazowej, co w efekcie końcowym prowadzi do szybkiego usuwania uwięzionych gazów z cieczy.
Aby osiągnąć pożądane efekty odgazowania, konieczne jest zastosowanie ultrasonografii dużej mocy. Gdy ciecz jest oszczędzana za pomocą gazu obojętnego w dwufazowym przepływie, pożądana jest rektyfikowana dyfuzja w celu zwiększenia transferu masy i szybkości usuwania rozpuszczonych gazów. Zastosowanie rektyfikowanej dyfuzji może być trudne, ponieważ uwięzione i rozpuszczone pęcherzyki gazu mają tendencję do unikania wchodzenia w pole kawitacji ultradźwiękowej przy mniejszym natężeniu. Jednak przy podwyższonym natężeniu (powyżej 300 W/cm² przy ok. 20 kHz) pęcherzyki gazu nie omijają już strefy kawitacji i są rozbijane przez siły sonomechaniczne. (por. Jagannathan i in. 2011)

Ultradźwiękowe odgazowywanie stopionych stopów aluminium

Generowanie kawitacji w ciekłych metalach jest bardzo wymagającą aplikacją i istnieje tylko kilka technik umożliwiających wytworzenie wystarczającej i niezawodnej kawitacji w stopach metali. Jednak szybkość i intensywność kawitacji są kluczowymi czynnikami kształtującymi wyniki odgazowania. Skuteczne odgazowanie wymaga niezawodnej kawitacji w celu uzyskania maksymalnego stopnia udoskonalenia strukturalnego stopionego metalu. Intensywna kawitacja za pomocą ultradźwięków o wysokiej wydajności może poprawić odgazowanie o 30 do 60%.
Ultradźwiękowe odgazowywacze typu sonda są uważane za jedną z najbardziej niezawodnych metod odgazowania, które zostały naukowo udowodnione na małą i dużą skalę. Generowanie intensywnej kawitacji akustycznej zależy od różnych czynników, takich jak parametry procesu ultradźwiękowego, skład metalu, napięcie powierzchniowe, temperatura topnienia, lepkość, a także objętość i poziom rozpuszczania wtrąceń gazowych w stopionym metalu. Parametry procesu ultradźwiękowego mogą być precyzyjnie dostosowane do składu stopionego metalu i czynników wpływających, tak aby uzyskać odpowiednie natężenie kawitacji. Dokładne dostosowanie parametrów procesu ultradźwiękowego jest podstawą zalet ultradźwiękowego odgazowania stopionego metalu. Do głównych zalet odgazowywania ultradźwiękowego należy zaliczyć wysoką szybkość odgazowywania oraz zmniejszony wpływ procesu na środowisko naturalne. Ponieważ w wyniku odgazowania ultradźwiękowego powstaje niewiele odpadów, odgazowanie ultradźwiękowe stopów metali jest techniką zieloną, przyjazną dla środowiska.
Odgazowywanie topi się aluminium: Odgazowywanie ultradźwiękowe jest sprawdzoną metodą zwiększania gęstości stopów aluminium i zmniejszania zawartości wodoru w stopach aluminium. W porównaniu do alternatywnych metod odgazowywania, takich jak odgazowanie za pomocą wirnika obrotowego, odgazowanie ultradźwiękowe wyróżnia się szybkością i wydajnością. Badania wykazały, że system odgazowywania za pomocą sondy ultradźwiękowej jest około 3 razy szybszy od usuwania gazów za pomocą wirnika.
Ponieważ odgazowanie ultradźwiękowe nie wymaga konwencjonalnego mieszania metalu, ochronny tlenek glinu na powierzchni stopu nie jest zakłócony. Utrzymanie warstwy tlenku glinu w stanie nienaruszonym zapobiega wprowadzeniu tlenku glinu do wytopu, dzięki czemu zachowuje on swoje właściwości ochronne przed zanieczyszczeniami atmosferycznymi. Ultradźwiękowe odgazowanie poprawia uszlachetnianie ziarna i strukturę stopów aluminium. Dzięki temu, oprócz wspomaganego ultradźwiękowo usuwania wtrąceń gazów niemetalicznych z ciekłego aluminium, obróbka ultradźwiękowa topienia metali jest doskonałą techniką do produkcji wysokiej jakości odlewów metalowych.
Odgazowanie stopów metali, takich jak stopy aluminium, wymaga wysokowydajnych urządzeń ultradźwiękowych o dużej mocy. Sonda ultradźwiękowa musi być przeznaczona do pracy w wysokich temperaturach i przy wysokich lepkościach. Sonda ultradźwiękowa musi być w stanie dostarczać i utrzymywać stałą amplitudę w długim okresie czasu. Firma Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w projektowaniu, produkcji i dystrybucji urządzeń ultradźwiękowych dużej mocy do wymagających zastosowań, takich jak odgazowywanie stopów metali. Dostarczając wysokowydajne ultrasonografy o dowolnej skali oraz sondy ultradźwiękowe opracowane specjalnie do obróbki ciekłych metali, firma Hielscher Ultrasonics jest Państwa partnerem w niezawodnych i wydajnych zastosowaniach związanych z topieniem metali.

Ultradźwiękowe systemy odgazowywania o dużej mocy (High-Power Ultrasonic Degassing Systems)

Firma Hielscher Ultrasonics jest producentem z wieloletnim doświadczeniem w produkcji wysokowydajnych urządzeń ultradźwiękowych, które są stosowane na całym świecie w laboratoriach i produkcji przemysłowej. Odgazowanie cieczy i zawiesin jest wymagającą aplikacją, która wymaga zastosowania sond ultradźwiękowych o dużej mocy, które mogą łączyć ustalone amplitudy w ciecze w celu usunięcia uwięzionych pęcherzyków gazu i kieszeni powietrznych. Wszystkie urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher są projektowane i produkowane z myślą o pracy w trybie 24/7 przy pełnym obciążeniu. Procesory ultradźwiękowe są dostępne w wersjach od kompaktowych laboratoryjnych ultrasonografów o mocy 50 W do ultrasonografów o mocy 16.000 W pracujących w linii produkcyjnej. Szeroka gama rogów wspomagających, sonotrod i komórek przepływowych pozwala na indywidualne ustawienie systemu odgazowywania ultradźwiękowego w zależności od cieczy, lepkości i wtrąceń gazów.
Do odgazowywania i odgazowywania ciekłych metali wymagane są precyzyjnie ustawione i utrzymywane amplitudy. Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne sondy ultradźwiękowe, które są przeznaczone do stosowania w bardzo zoptymalizowanych pod kątem procesu amplitudach i temperaturach. Jeśli zastosowanie odgazowania wymaga nietypowych specyfikacji, dostępne są sondy ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.

Batch i Inline

Sondy ultradźwiękowe Hielscher do odgazowywania mogą być stosowane do okresowego i ciągłego odgazowywania i odgazowywania w linii produkcyjnej. W zależności od objętości, lepkości i uwięzionych gazów, polecamy najbardziej odpowiedni zestaw do odgazowywania ultradźwiękowego.

Sondy ultradźwiękowe do odgazowywania dowolnej objętości

Asortyment produktów Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, począwszy od kompaktowych laboratoryjnych ultrasonografów, poprzez systemy stacjonarne i pilotażowe, aż po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności umożliwiającej przetwarzanie ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować Państwu najbardziej odpowiednie urządzenia do odgazowywania ultradźwiękowego dla Państwa cieczy, wydajności procesu i celów produkcyjnych.

Precyzyjnie regulowane amplitudy dla uzyskania optymalnych wyników

Wszystkie systemy odgazowywania ultradźwiękowego firmy Hielscher są precyzyjnie sterowane, a tym samym niezawodne konie robocze. Amplituda jest jednym z kluczowych parametrów procesu, który ma wpływ na efektywność i skuteczność odgazowania wywołanego sonomechanicznie. All Hielscher Ultrasonics’ Procesory pozwalają na precyzyjne ustawienie amplitudy. Sonotrody i klaksony wzmacniające są akcesoriami pozwalającymi na modyfikację amplitudy w jeszcze szerszym zakresie. Przemysłowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher mogą dostarczać bardzo duże amplitudy i zapewnić wymaganą intensywność ultradźwiękową dla wymagających zastosowań. Amplitudy do 200µm można z łatwością pracować w trybie ciągłym w trybie 24/7.
Precyzyjne ustawienia amplitudy i stałe monitorowanie parametrów procesu ultradźwiękowego za pomocą inteligentnego oprogramowania dają możliwość dostosowania parametrów procesu ultradźwiękowego do najbardziej efektywnego odgazowania ultradźwiękowego. Optymalna sonikacja dla bardzo skutecznego usuwania gazów!
Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 w trudnych warunkach pracy i w wymagającym otoczeniu. Dzięki temu urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher są niezawodnym narzędziem pracy, które spełnia wymagania procesu odgazowywania.

Najwyższa jakość – Zaprojektowane i wyprodukowane w Niemczech

Jako firma rodzinna i prowadzona przez rodzinę, Hielscher stawia na najwyższą jakość 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 czyni z nich konia roboczego w Państwa produkcji. Praca 24/7 przy pełnym obciążeniu i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą wysokowydajnych odgazowywaczy firmy Hielscher.