Desaeração altamente eficiente de líquidos usando ultrassônicos

Embora a desgaseização ou o desgaseamento seja muitas vezes um passo de processo extremamente demorado, a ultrassonização pode acelerar a coalescência das bolhas de gás e seu aumento significativamente. O outgassing ultrassônico pode ser usado em configurações em lote e inline e também pode ser combinado com técnicas convencionais de desgassing, como escoriação com gases inertes, degassers impeller, aquecimento ou vácuo, a fim de aumentar a eficiência e a velocidade de remoção do gás.

Remoção de gás de líquidos

Os termos dessaeração, desgaseamento e gases de efeito estufa 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. O desgassing é uma etapa de processamento necessária para muitas aplicações e indústrias. Na fabricação industrial, a desgassagem 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 estabilidade do produto em vários níveis.
Portanto, a deaeração é uma etapa de processo estabelecida na alimentação & indústria de bebidas, químicos, farmacêuticos e cosméticos. Mas também em laboratórios, as amostras requerem muitas vezes desgaseamento antes da análise (por exemplo, antes do HPLC, ensaios, medidas de partículas etc.).
Muitas vezes, a mistura de processos usando, por exemplo, lâmina de alta tesoura ou misturadores de propulsores rotativos muitas vezes tornam necessário a desgaseamento subsequente do produto, uma vez que essas técnicas de mistura geralmente introduzem altas quantidades de gases no produto. Tais inclusões de gás e ar geralmente têm efeitos negativos sobre o produto, pois podem fazer gorduras e óleos rançosos, deteriorar produtos por oxidação, descoloração e alterações indesejadas de olfato e paladar. Como os produtos desgasesados são quimicamente mais estáveis e têm uma vida útil mais longa, a desgasificação é uma etapa essencial de processamento que requer uma técnica confiável.
 

Este vídeo demonstra a desgaseamento eficiente do óleo viscoso (40cP). A ultrassônica remove pequenas bolhas de gás suspensas do líquido e reduz o nível de gás dissolvido abaixo do nível de equilíbrio natural.

Ultrassônico Inline Degassing & Desfoaming de Petróleo (40cP)

Miniatura do vídeo

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Reator de fluxo ultra-sônico para a desgaseificação contínua em linha e desaeração de líquidos, como fluidos de resfriamento, óleos hidráulicos, etc. O ultrassom intensifica e acelera a remoção de gases indesejados e ar dos fluidos de forma eficaz.

Desaeração assistida por ultrassom de fluidos em um reator de fluxo ultrassônico. O ultrassom intensifica e acelera a remoção de gases indesejados e ar dos fluidos de forma eficaz.

A desgaseza ultrassônica é uma técnica eficiente para a remoção rápida e eficaz de gases de líquidos como óleos, água, solventes etc.

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

 

Degasificação ultrassônica e Desaeração

A desgasificação e desgaseração ultrassônicas é uma alternativa altamente potente aos métodos tradicionais de desgaseificação de líquidos que incluem ebulição, redução da pressão ao vácuo ou esparging com gases inertes. Esses métodos tradicionais de desgassing muitas vezes vêm com desvantagens como degradação térmica (devido ao aquecimento), processamento de consumo de tempo e energia e/ou remoção insuficiente de gás. A desgaseamento ultrassônica baseia-se no princípio de trabalho da cavitação acústica. Quando ondas de ultrassom de alta potência são acopladas a um líquido, o líquido é comprimido e expandido durante ciclos de alta pressão e baixa pressão, respectivamente. Durante ciclos de baixa pressão, são criadas bolhas de vácuo minúsculas (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 transforme em bolhas de gás em crescimento. Além disso, micro-turbulências e jatos líquidos causam intensa agitação e transferência de massa. Essas condições ultrasonicamente geradas causam coalescência de bolhas de gás, que é a unificação de pequenas bolhas de gás dissolvido para bolhas de gás maiores, que rapidamente sobem à superfície do líquido, onde lá deixam o líquido.
As mudanças de temperatura causadas pela vibração ultrassônica e pela cavitação estão restritas a espaços locais muito pequenos e o aumento da temperatura no volume total pode ser negligenciado, pois não interfere na qualidade do produto.
 

A desgaseificação ultra-sônica em uma frequência de 24kHz mostrou-se mais eficiente do que a sonicação em frequências mais altas. (Cf. Rognerud et al. 2020)

Diminuição do oxigênio dissolvido com tempo para frequência ultra-sônica de 24 kHz usando o UP400ST do sonicador em amplitudes de 100 %, 80 %, 60 %, 40 % e 20 %.
Estudo: ©Rognerud et al., 2020.

 
Dependendo do volume, viscosidade e inclusões de gás do líquido ou chorume, a deserção ultrassônica pode ser executada como lote ou processo inline. Uma sonda ultrassônica de alta potência emite cavitação acústica no líquido, de modo que o líquido seja eficientemente desgaseado.
A desgaseificação ultrassônica também pode ser implementada para melhorar sistemas de desgaseificação já existentes, como aquecimento, vácuo ou sparging.
A desgaseza ultrassônica e a desfoaming 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, shampoos, detergentes e muitos outros produtos.
 

A desgaseza ultrassônica remove gases dissolvidos rapidamente dos líquidos.

Desgaseamento ultrassônico usando uma configuração de célula de fluxo. Este experimento foi um protótipo de alça de água em pequena escala com um volume de 0,8 galões, fluxo de gás inerte de 0,2 sfcm/min, e intensidade de 275 W/cm2. Isso mostra uma redução do tempo de remoção de oxigênio em cerca de 70%.
Estudo e imagem: Rubio et al. 2016

 

A desgasificação ultrassônica e a desaeração são adequadas para:

  • Lote e Inline
  • Baixas e Altas Viscosidades
  • Volumes pequenos e grandes
  • Temperaturas frias e quentes
  • Instalações versáteis
  • Operação 24/7 sob carga completa
Configuração de desgaseamento ultrassônico em fluxo contínuo

Desgaseamento ultrassônico em uma configuração inline usando o ultrassonicador UIP1000hdT com célula de fluxo.

O gráfico de fluxo mostra a configuração de um sistema de desaeração inline ultrassônico

Configuração de desgaseamento ultrassônico para remoção contínua de gás inline

Sparging ultrasonicamente aprimorado

A fusão de líquidos com gás inerte (também conhecido como purificação de gás inerte) é um tratamento comum para remover gases indesejados, como oxigênio e dióxido de carbono do líquido. Para aplicações de sparging, nitrogênio, argônio, hélio e outros gases inertes são comumente usados. Borbulhar uma solução com um gás de alta pureza (tipicamente inerte) pode extrair gases indesejáveis, tipicamente reativos, como oxigênio e dióxido de carbono. O processo de sparging depende da transferência em massa e é em si um procedimento bastante lento. Ordeno intensificar a mistura com gases inertes, a solução de gás líquido é muitas vezes agitada vigorosamente e borbulhada por um longo tempo. A ultrassônica é uma técnica de intensificação da desgaseificação, que melhora a transferência de massa e, assim, a ressarificação significativamente. Quando ondas de ultrassom de alta potência são acoplado em líquidos ou chorume, 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 desgaseamento mais rápidos e limpos. A intensa agitação e turbulências criadas pela ultrassônica promove a transferência de massa gás-líquido e, assim, a rápida remoção de gases indesejados.
A fim de acelerar e tornar o procedimento de sparging mais eficiente, ultrassônicos de alto desempenho são usados 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 de desgaseza contribuindo para o aumento da transferência de massa difusa devido ao rompimento da bolha, dispersão e ao subsequente aumento da área interfacial, que finalmente resultam em uma rápida remoção de gases aprisionados do líquido.
Para alcançar os efeitos de supergassagem desejados, é necessária ultrassônica de alta potência. Quando um líquido é poupado com um gás inerte em um fluxo de duas fases, deseja-se difusão retificada para aumentar a taxa de transferência de massa e remoção de gases dissolvidos. A aplicação da difusão retificada pode ser difícil porque bolhas de gás presas e dissolvidas tendem a evitar entrar no campo de cavitação ultrassônica em intensidades mais baixas. No entanto, em intensidades elevadas (acima de 300 W/cm2 a aproximadamente 20 kHz) bolhas de gás não evitam mais a zona de cavitação e são quebradas por forças sonomecânicas. (cf. Jagannathan et al. 2011)

A desgaseamento de líquidos é uma poderosa aplicação de dispositivos ultrassônicos Hielscher. O vídeo mostra o Hielscher UP200S durante a desgasificação da água.

Degassagem de água usando a UP200S com sonotrode S40

Miniatura do vídeo

Desgaseamento ultrassônico de lama de perfuração realizada com o ultrassônico tipo sonda UIP1000hd

Lama de perfuração à base de água antes e depois de desgaseamento ultrassônico com UIP1000hd
Estudo e imagem por Amani et al. 2016

 

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Sistemas de desgaseamento ultrassônico de alta potência

Hielscher Ultrasonics é fabricante de experiências de longo prazo de equipamentos ultra-sônicos 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 bolsões 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 ultra-sônicos estão disponíveis desde ultrasonicators de laboratório compactos de 50 watts até sistemas ultrassônicos em linha potentes de 16.000 watts. Uma grande variedade de chifres de reforço, sonotrodos e células de fluxo permitem a configuração individual de um sistema de desgaseificação ultrassônico em correspondência com as inclusões de líquido, viscosidade e gás.
Para a deaeração e a desgaseamento de metais líquidos, são necessárias amplitudes precisamente definidas e mantidas. Hielscher Ultrasonics fabrica sondas ultrassônicas de alto desempenho que são especificadas para amplitudes e temperaturas muito otimizadas para processos. Se o aplicativo de desgaseamento exigir especificações incomuns, sonotrodes ultrassônicos personalizados estão disponíveis. A robustez dos equipamentos ultrassônicos da Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e em ambientes exigentes.

Lote e Inline

Sondas ultrassônicas hielscher para desgasificação podem ser usadas para desgasificação e desgasação inline contínua. Dependendo do volume, viscosidade e gases presos, recomendaremos a configuração de outgassing ultrassônica mais adequada.

A degaseamento de líquidos é uma aplicação poderosa de dispositivos ultrassônicos Hielscher. O vídeo mostra o Hielscher UP200S durante a degaseificação do petróleo.

Desgaseza ultrassônica e desfoaming de petróleo

Miniatura do vídeo

Sondas ultrassônicas para desgasear qualquer volume

A linha de produtos Hielscher Ultrasonics cobre todo o espectro de processadores ultrassônicos, desde ultrassonicadores compactos de laboratório sobre sistemas de bancada e piloto até processadores ultrassônicos totalmente industriais com a capacidade de processar cargas de caminhões por hora. Toda a gama de produtos nos permite oferecer o equipamento de desgassagem ultrassônico mais adequado para suas metas de liquidez, capacidade de processo e produção.

Amplitudes controláveis precisas para resultados ótimos

Os ultrassonicadores hielscher podem ser controlados remotamente através do controle do navegador. Os parâmetros de sonicação podem ser monitorados e ajustados precisamente aos requisitos do processo.Todos os sistemas de desgassagem ultrassônica hielscher são precisamente controláveis e, portanto, cavalos de trabalho confiáveis. A amplitude é um dos parâmetros de processo cruciais que influenciam a eficiência e a eficácia da desgaseificação sonoramente induzida. Todos os Ultrassônicos Hielscher’ os processadores permitem a configuração precisa da amplitude. Sonotrodes e chifres de reforço são acessórios que permitem modificar a amplitude em uma gama ainda maior. Os processadores ultrassônicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito altas e fornecer a intensidade ultrassônica necessária para aplicações exigentes. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7.
Configurações de amplitude precisas e o monitoramento permanente dos parâmetros de processo ultrassônico via software inteligente dão-lhe a possibilidade de ajustar os parâmetros de processo ultrassônico para a degasificação ultrassônica mais eficaz. Sonicação ideal para remoção de gás altamente eficiente!
A robustez dos equipamentos ultrassônicos da Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e em ambientes exigentes. Isso faz do equipamento ultrassônico da Hielscher uma ferramenta de trabalho confiável que preenche os requisitos do processo de deaeração.

Alta Qualidade – Projetado e fabricado na Alemanha

Como um negócio familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultrassonicadores são projetados, fabricados e completamente testados em nossa sede em Teltow, perto de Berlim, Alemanha. Robustez e confiabilidade do equipamento ultrassônico de Hielscher fazem dele um cavalo de trabalho em sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes exigentes, é uma característica natural dos degassores de alta performance da Hielscher.

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Desgaseificação e antiespumação de líquidos é uma aplicação interessante de dispositivos ultra-sônicos. Neste caso, o ultrassom remove o CO2 dissolvido da cerveja. Usando o equipamento ultra-sônico Hielscher você pode desgasear ou depurar líquidos em béqueres, tanques ou em linha (reatores de células de fluxo).

Espuma rápida usando ultrassom

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Literatura / Referências

Ultrassônicos de alto desempenho! A gama de produtos da Hielscher abrange todo o espectro desde o ultrassônico de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos industriais completos.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.


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