Desaeração altamente eficiente de líquidos usando ultrassom

Embora a desgaseificação ou desgaseificação seja muitas vezes uma etapa do processo extremamente demorada, a ultrassonografia pode acelerar a coalescência das bolhas de gás e seu aumento significativamente. A desgaseificação ultrassônica pode ser usada em configurações de lote e em linha e também pode ser combinada com técnicas convencionais de desgaseificação, como aspersão com gases inertes, desgaseificadores de impulsor, aquecimento ou vácuo, a fim de aumentar a eficiência e a velocidade de remoção de gás.

Remoção de gás de líquidos

Os termos desaeração, desgaseificação e desgaseificação referem-se à remoção de gases livres e dissolvidos, particularmente gases reativos como oxigênio ou CO2, de um fluido. A eliminação do oxigênio é importante para evitar alterações prejudiciais no produto final e melhorar o processamento a jusante. A desgaseificação é uma etapa de processamento necessária para muitas aplicações e indústrias. Na fabricação industrial, a desgaseificação é uma etapa comum do processo para garantir a estabilidade do produto, a qualidade e os padrões contínuos do produto. O oxigênio é um fator que influencia a qualidade e a estabilidade do produto em vários níveis.
Portanto, a desaeração é uma etapa do processo estabelecida no alimento & indústria de bebidas, química, farmacêutica e cosmética. Mas também em laboratórios, as amostras requerem frequentemente desgaseificação antes da análise (por exemplo, antes da HPLC, ensaios, medições de partículas, etc.).
Muitas vezes, os processos de mistura usando, por exemplo, misturadores de lâmina de alto cisalhamento ou impulsor rotativo, muitas vezes tornam necessária a desgaseificação subsequente do produto, uma vez que essas técnicas de mistura geralmente introduzem grandes quantidades de gases no produto. Essas inclusões de gás e ar geralmente têm efeitos negativos no produto, pois podem tornar as gorduras e óleos rançosos, deteriorar os produtos por oxidação, descoloração e alterações indesejadas do olfato e do paladar. Como os produtos desgaseificados são quimicamente mais estáveis e têm uma vida útil mais longa, a desgaseificação é uma etapa essencial do processamento que requer uma técnica confiável.
 

Desgaseificação ultrassônica: Bolhas de gás aprisionadas são removidas do óleo usando o ultrassônico UP400St

Desgaseificação e desaeração ultrassônica

A desgaseificação e desaeração ultrassônica é uma alternativa altamente potente aos métodos tradicionais de desgaseificação de líquidos que incluem fervura, redução da pressão ao vácuo ou aspersão com gases inertes. Esses métodos tradicionais de desgaseificação geralmente apresentam desvantagens, como degradação térmica (devido ao aquecimento), processamento demorado e que consome energia e/ou remoção insuficiente de gás. A desgaseificação ultrassônica é baseada no princípio de funcionamento da cavitação acústica. Quando as ondas de ultrassom de alta potência são acopladas a um líquido, o líquido é comprimido e expandido durante os ciclos de alta e baixa pressão, respectivamente. Durante os ciclos de baixa pressão, são criadas minúsculas bolhas de vácuo (as chamadas bolhas de cavitação), que crescem ao longo de vários ciclos de pressão. Durante esses ciclos de crescimento de bolhas, os gases dissolvidos no líquido entram na bolha de vácuo, de modo que a bolha de vácuo se transforma em bolhas de gás em crescimento. Além disso, microturbulências e jatos de líquido causam intensa agitação e transferência de massa. Essas condições geradas por ultrassom causam coalescência de bolhas de gás, que é a unificação de pequenas bolhas de gás dissolvidas em bolhas de gás maiores, que sobem rapidamente à superfície do líquido, onde deixam o líquido.
As mudanças de temperatura causadas por vibração ultrassônica e cavitação são confinadas a espaços locais muito pequenos e o aumento de temperatura no volume total pode ser negligenciado, pois não interfere na qualidade do produto.
 

Diminuição do oxigénio dissolvido com o tempo para a frequência ultrassónica de 24 kHz utilizando o sonicador UP400ST a amplitudes de 100 %, 80 %, 60 %, 40 % e 20 %.
Estudo: ©Rognerud et al., 2020.

 
Dependendo do volume, viscosidade e inclusões de gás do líquido ou pasta, a desaeração ultrassônica pode ser executada como processo em lote ou em linha. Uma sonda ultrassônica de alta potência emite cavitação acústica no líquido, para que o líquido seja desgaseificado com eficiência.
A desgaseificação ultrassônica também pode ser implementada para melhorar os sistemas de desgaseificação já existentes, como aquecimento, vácuo ou aspersão.
A desgaseificação ultrassônica e a antiespumação são usadas em escala industrial para remover gases dissolvidos de água, óleos, alimentos e bebidas, soluções químicas, fluidos hidráulicos, refrigerantes, fluidos de perfuração, petróleo bruto, emulsões, tintas, tintas, adesivos, vernizes, revestimentos, epóxis, xampus, detergentes e muitos outros produtos.
 

Desgaseificação ultrassônica usando uma configuração de célula de fluxo. Este experimento foi um protótipo de circuito de água em pequena escala com um volume de 0,8 galão, fluxo de gás inerte de 0,2 sfcm / min e intensidade de 275 W / cm2. Isso mostra uma redução no tempo de remoção de oxigênio em cerca de 70%.
Estudo e imagem: Rubio et al. 2016

Desgaseificação ultrassônica em uma configuração em linha usando o ultrassônico UIP1000hdT com célula de fluxo.

Aspersão Ultrassonicamente Aprimorada

A aspersão de líquidos com gás inerte (também conhecida como purga de gás inerte) é um tratamento comum para remover gases indesejados, como oxigênio e dióxido de carbono do líquido. Para aplicações de aspersão, nitrogênio, argônio, hélio e outros gases inertes são comumente usados. Borbulhar uma solução com um gás de alta pureza (normalmente inerte) pode retirar gases dissolvidos indesejados e normalmente reativos, como oxigênio e dióxido de carbono. O processo de aspersão depende da transferência de massa e é em si um procedimento bastante lento. Para intensificar a aspersão com gases inertes, a solução de gás líquido é freqüentemente agitada vigorosamente e borbulhada por um longo tempo. A ultrassonografia é uma técnica de intensificação da desgaseificação, que melhora significativamente a transferência de massa e, portanto, a aspersão. Quando ondas de ultrassom de alta potência são acopladas a líquidos ou pastas, bolhas de cavitação são geradas. Essas bolhas de cavitação quebram bolhas de gás de purga maiores em pequenas bolhas e dispersam as bolhas uniformemente, o que resulta em efeitos de desgaseificação mais rápidos e limpos. A intensa agitação e turbulências criadas pelo ultrassom promovem a transferência de massa gás-líquido e, portanto, a rápida remoção de gases indesejados.
A fim de acelerar e tornar o procedimento de aspersão mais eficiente, o ultrassom de alto desempenho é usado para melhorar sonomecanicamente o desempenho de transferência de massa entre gás e líquido. Os efeitos sonomecânicos gerados pela cavitação acústica incluem diferenciais locais de pressão e temperatura, microturbulências e agitação. Essas forças melhoram o desempenho da desgaseificação, contribuindo para um aumento na transferência de massa difusiva devido à quebra de bolhas, dispersão e subsequente aumento da área interfacial, o que finalmente resulta em uma rápida remoção dos gases aprisionados do líquido.
Para obter os efeitos de desgaseificação desejados, é necessária ultrassonografia de alta potência. Quando um líquido é poupado com um gás inerte em um fluxo bifásico, a difusão retificada é desejada para aumentar a taxa de transferência e remoção de massa de gases dissolvidos. A aplicação de difusão retificada pode ser difícil porque as bolhas de gás aprisionadas e dissolvidas tendem a evitar entrar no campo de cavitação ultrassônica em intensidades mais baixas. No entanto, em intensidades elevadas (superiores a 300 W/cm² a aprox. 20 kHz) as bolhas de gás não evitam mais a zona de cavitação e são quebradas por forças sonomecânicas. (cf. Jagannathan et al. 2011)

Sistemas de desgaseificação ultrassônica de alta potência

A Hielscher Ultrasonics é um fabricante de experiências de longo prazo de equipamentos ultrassônicos de alto desempenho que é usado em todo o mundo em laboratórios e produção industrial. A desgaseificação de líquidos e lamas é uma aplicação exigente que requer sondas ultrassônicas de alta potência que podem acoplar amplitudes estabelecidas em líquidos para remover bolhas de gás e bolsas de ar aprisionadas. Todos os dispositivos ultrassônicos Hielscher são projetados e fabricados para serem operados 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total. Os processadores ultrassônicos estão disponíveis desde ultrassônicos de laboratório compactos de 50 watts até poderosos sistemas ultrassônicos em linha de 16.000 watts. Uma grande variedade de buzinas de reforço, sonotrodos e células de fluxo permitem a configuração individual de um sistema de desgaseificação ultrassônica em correspondência com as inclusões de líquido, viscosidade e gás.
Para a desaeração e desgaseificação de metais líquidos, são necessárias amplitudes precisamente definidas e mantidas. A Hielscher Ultrasonics fabrica sondas ultrassônicas de alto desempenho que são especificadas para amplitudes e temperaturas muito otimizadas para o processo. Se sua aplicação de desgaseificação exigir especificações incomuns, sonotrodos ultrassônicos personalizados estão disponíveis. A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes.

lote e em linha

As sondas ultrassônicas Hielscher para desgaseificação podem ser usadas para desgaseificação e desaeração em linha contínua e em lote. Dependendo do volume, viscosidade e gases aprisionados, recomendamos a configuração de desgaseificação ultrassônica mais adequada.

Sondas ultrassônicas para desgaseificação de qualquer volume

A linha de produtos Hielscher Ultrasonics abrange todo o espectro de processadores ultrassônicos, desde ultrassônicos compactos de laboratório, passando por sistemas piloto e de bancada, até processadores ultrassônicos totalmente industriais com capacidade para processar cargas de caminhão por hora. A gama completa de produtos nos permite oferecer o equipamento de desgaseificação ultrassônica mais adequado para seus objetivos de líquido, capacidade de processo e produção.

Amplitudes controláveis com precisão para resultados ideais

Todos os sistemas de desgaseificação ultrassônica Hielscher são controlados com precisão e, portanto, cavalos de trabalho confiáveis. A amplitude é um dos parâmetros cruciais do processo que influenciam a eficiência e a eficácia da desgaseificação induzida sonomecanicamente. Todos os ultrassônicos Hielscher’ Os processadores permitem o ajuste preciso da amplitude. Sonotrodos e buzinas de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude em uma faixa ainda mais ampla. Os processadores ultrassônicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito altas e fornecer a intensidade ultrassônica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana.
Configurações precisas de amplitude e o monitoramento permanente dos parâmetros do processo ultrassônico por meio de software inteligente oferecem a possibilidade de ajustar os parâmetros do processo ultrassônico para uma desgaseificação ultrassônica mais eficaz. Sonicação ideal para remoção de gás altamente eficiente!
A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes. Isso torna o equipamento ultrassônico da Hielscher uma ferramenta de trabalho confiável que atende aos requisitos do seu processo de desaeração.

A mais alta qualidade – Projetado e fabricado na Alemanha

Como uma empresa familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultrassônicos são projetados, fabricados e exaustivamente testados em nossa sede em Teltow, perto de Berlim, Alemanha. A robustez e a confiabilidade do equipamento ultrassônico da Hielscher o tornam um cavalo de batalha em sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma característica natural dos desgaseificadores de alto desempenho da Hielscher.