Dezaerarea extrem de eficientă a lichidelor folosind ultrasunete

În timp ce degazarea sau degazarea este adesea un pas de proces extrem de consumator de timp, ultrasonication poate accelera coalescența bulelor de gaz și creșterea lor semnificativ. Degazarea cu ultrasunete poate fi utilizată în configurații în lot și în linie și poate fi, de asemenea, combinată cu tehnici convenționale de degazare, ar fi spargerea cu gaze inerte, degazoare cu rotor, încălzire sau vid pentru a spori eficiența și viteza de îndepărtare a gazelor.

Eliminarea gazului din lichide

Termenii de dezaerare, degazare și degazare se referă la eliminarea gazelor libere și dizolvate, în special a gazelor reactive, cum ar fi oxigenul sau CO2, dintr-un fluid. Eliminarea oxigenului este importantă pentru a preveni schimbările dăunătoare ale produsului final și pentru a îmbunătăți procesarea în aval. Degazarea este o etapă de procesare necesară pentru multe aplicații și industrii. În producția industrială, degazarea este o etapă comună a procesului pentru a asigura stabilitatea produsului, calitatea și standardele continue ale produsului. Oxigenul este un factor care influențează calitatea și stabilitatea produsului la diferite niveluri.
Prin urmare, dezaerarea este o etapă stabilită a procesului în alimente & industria băuturilor, chimică, farmaceutică și cosmetică. Dar și în laboratoare, probele necesită adesea degazare înainte de analiză (de exemplu, înainte de HPLC, teste, măsurători ale particulelor etc.).
Adesea, procesele de amestecare care folosesc, de exemplu, lamele cu forfecare înaltă sau mixerele cu rotor rotativ fac adesea necesară degazarea ulterioară a produsului, deoarece aceste tehnici de amestecare introduc în mod obișnuit cantități mari de gaze în produs. Astfel de incluziuni de gaze și aer au, de obicei, efecte negative asupra produsului, deoarece pot face grăsimile și uleiurile râncede, pot deteriora produsele prin oxidare, decolorare și modificări nedorite ale mirosului și gustului. Deoarece produsele degazate sunt mai stabile din punct de vedere chimic și au o durată de depozitare mai lungă, degazificarea este o etapă esențială de prelucrare care necesită o tehnică fiabilă.
 

Degazare cu ultrasunete: bulele de gaz prinse sunt îndepărtate din petrol folosind ultrasonicatorul UP400St

Degazificare cu ultrasunete și dezaerare

Degazificarea cu ultrasunete și dezaerarea este o alternativă extrem de puternică la metodele tradiționale de degazare a lichidelor care includ fierberea, reducerea presiunii la vid sau spargerea cu gaze inerte. Aceste metode tradiționale de degazare vin adesea cu dezavantaje, cum ar fi degradarea termică (datorită încălzirii), procesarea consumatoare de timp și energie și / sau eliminarea insuficientă a gazelor. Degazarea cu ultrasunete se bazează pe principiul de lucru al cavitației acustice. Când undele cu ultrasunete de mare putere sunt cuplate într-un lichid, lichidul este comprimat și extins în timpul ciclurilor de înaltă presiune și, respectiv, joasă presiune. În timpul ciclurilor de joasă presiune, se creează bule de vid minuscule (așa-numitele bule de cavitație), care cresc pe parcursul mai multor cicluri de presiune. În timpul acestor cicluri de creștere a bulelor, gazele dizolvate în lichid intră în bula de vid, astfel încât bula de vid se transformă în bule de gaz în creștere. În plus, micro-turbulențele și jeturile lichide provoacă agitație intensă și transfer de masă. Aceste condiții generate ultrasonically provoacă coalescență cu bule de gaz, care este unificarea bulelor mici de gaz dizolvate la bule de gaz mai mari, care se ridică rapid la suprafața lichidului, unde părăsesc lichidul.
Schimbările de temperatură cauzate de vibrațiile cu ultrasunete și cavitație sunt limitate la spații locale foarte mici, iar creșterea temperaturii în volumul total poate fi neglijată, deoarece nu interferează cu calitatea produsului.
 

Scăderea oxigenului dizolvat cu timpul pentru frecvența ultrasonică de 24 kHz folosind sonicator UP400ST la amplitudini de 100 %, 80 %, 60 %, 40% și 20 %.
Studiu: ©Rognerud și colab., 2020.

 
În funcție de volumul, vâscozitatea și incluziunile de gaz ale lichidului sau suspensiei, dezaerarea cu ultrasunete poate fi rulată ca proces lot sau inline. O sondă ultrasonică de mare putere emite cavitație acustică în lichid, astfel încât lichidul să fie degazat eficient.
Degazificarea cu ultrasunete poate fi, de asemenea, pusă în aplicare pentru a îmbunătăți sistemele de degazare deja existente, ar fi încălzirea, vidul sau spargerea.
Degazarea cu ultrasunete și despumarea este utilizată la scară industrială pentru a îndepărta gazele dizolvate din apă, uleiuri, alimente și băuturi, soluții chimice, fluide hidraulice, lichide de răcire, fluide de foraj, țiței, emulsii, vopsele, cerneluri, adezivi, lacuri, acoperiri, epoxizi, șampoane, detergenți și multe alte produse.
 

Degazare cu ultrasunete utilizând o configurare a celulelor de flux. Acest experiment a fost un prototip de buclă de apă la scară mică, cu un volum de 0,8 galoane, un debit de gaz inert de 0,2 sfcm / min și o intensitate de 275 W / cm2. Aceasta arată o reducere a timpului de eliminare a oxigenului cu aproximativ 70%.
Studiu și imagine: Rubio et al. 2016

Degazare cu ultrasunete într-o configurație inline folosind ultrasonicator UIP1000hdT cu celulă de flux.

Ultrasonically îmbunătățit spargere

Spargerea lichidelor cu gaz inert (cunoscută și sub denumirea de purjare cu gaz inert) este un tratament comun pentru îndepărtarea gazelor nedorite, cum ar fi oxigenul și dioxidul de carbon din lichid. Pentru aplicațiile de spargere, azotul, argonul, heliul și alte gaze inerte sunt utilizate în mod obișnuit. Barbotarea unei soluții cu un gaz de înaltă puritate (de obicei inert) poate scoate gazele dizolvate nedorite, de obicei reactive, cum ar fi oxigenul și dioxidul de carbon. Procesul de spargere se bazează pe transferul de masă și este în sine o procedură destul de lentă. Am ordin să intensific spargerea cu gaze inerte, soluția de gaz lichid este adesea agitată viguros și barbotată mult timp. Ultrasonication este o tehnică de intensificare a degazificării, care îmbunătățește transferul de masă și, prin urmare, spargerea în mod semnificativ. Atunci când undele cu ultrasunete de mare putere sunt cuplate în lichide sau suspensii, se generează bule de cavitație. Aceste bule de cavitație sparg bulele de gaz de purjare mai mari în bule mici și dispersează bulele uniform, ceea ce duce la efecte de degazare mai rapide și mai curate. Agitația intensă și turbulențele create de ultrasonication promovează transferul de masă gaz-lichid și, prin urmare, îndepărtarea rapidă a gazelor nedorite.
Pentru a accelera și pentru a face procedura de spargere mai eficientă, ultrasunetele de înaltă performanță sunt utilizate pentru a îmbunătăți sonomecanic performanța transferului de masă între gaz și lichid. Efectele sonomecanice generate de cavitația acustică includ diferențe locale de presiune și temperatură, microturbulențe și agitație. Aceste forțe îmbunătățesc performanța de degazare, contribuind la o creștere a transferului difuziv de masă datorită spargerii bulelor, dispersiei și creșterii ulterioare a zonei interfaciale, ceea ce duce în cele din urmă la o îndepărtare rapidă a gazelor prinse din lichid.
Pentru a obține efectele de degazare dorite, este necesară ultrasonication de mare putere. Când un lichid este cruțat cu un gaz inert într-un flux bifazat, se dorește difuzia rectificată pentru a crește transferul de masă și viteza de eliminare a gazelor dizolvate. Aplicarea difuziei rectificate poate fi dificilă, deoarece bulele de gaz prinse și dizolvate tind să evite intrarea în câmpul de cavitație cu ultrasunete la intensități mai mici. Cu toate acestea, la intensități ridicate (mai mari de 300 W/cm² la aproximativ 20 kHz) bulele de gaz nu mai evită zona de cavitație și sunt sparte de forțele sonomecanice. (cf. Jagannathan et al. 2011)

Sisteme de degazare cu ultrasunete de mare putere

Hielscher Ultrasonics este producător de experiențe pe termen lung de echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță, care este utilizat la nivel mondial în laboratoare și producție industrială. Degazificarea lichidelor și a suspensiilor este o aplicație solicitantă care necesită sonde cu ultrasunete de mare putere, care pot cupla amplitudinile stabilite în lichide pentru a îndepărta bulele de gaz prinse și buzunarele de aer. Toate dispozitivele cu ultrasunete Hielscher sunt proiectate și fabricate pentru a fi operate pentru 24/7 sub sarcină maximă. Procesoarele cu ultrasunete sunt disponibile de la ultrasonicators compacte de laborator de 50 wați la 16.000 wați sisteme puternice cu ultrasunete inline. O mare varietate de coarne de rapel, sonotrodes și celule de flux permit configurarea individuală a unui sistem de degazare cu ultrasunete în corespondență cu incluziunile lichide, vâscozitate și gaze.
Pentru dezaerarea și degazarea metalelor lichide, sunt necesare amplitudini precis fixate și menținute. Hielscher Ultrasonics produce sonde cu ultrasunete de înaltă performanță, care sunt specificate pentru amplitudini și temperaturi foarte optimizate pentru proces. În cazul în care aplicația de degazare necesită specificații neobișnuite, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante.

lot și în linie

Hielscher sonde cu ultrasunete pentru degazificare pot fi utilizate pentru lot și continuu inline degazificare și dezaerare. În funcție de volum, vâscozitate și gaze prinse, vă vom recomanda cea mai potrivită configurație de degazare cu ultrasunete.

Sonde ultrasonice pentru degazarea oricărui volum

Hielscher Ultrasonics gama de produse acoperă întregul spectru de procesoare cu ultrasunete de la ultrasonicators de laborator compact peste banc-top și sisteme pilot la procesoare cu ultrasunete complet industriale, cu capacitatea de a procesa camioane pe oră. Gama completă de produse ne permite să vă oferim cele mai potrivite echipamente de degazare cu ultrasunete pentru lichid, capacitatea de proces și obiectivele de producție.

Amplitudini controlabile cu precizie pentru rezultate optime

Toate sistemele de degazare cu ultrasunete Hielscher sunt controlabile cu precizie și, prin urmare, cai de lucru fiabile. Amplitudinea este unul dintre parametrii cruciali ai procesului care influențează eficiența și eficacitatea degazificării induse sonomecanic. Toate Hielscher Ultrasonics’ Procesoarele permit setarea precisă a amplitudinii. Sonotrodes și coarnele de rapel sunt accesorii care permit modificarea amplitudinii într-o gamă și mai largă. Hielscher procesoare industriale cu ultrasunete pot livra amplitudini foarte mari și să furnizeze intensitatea ultrasonică necesară pentru aplicații solicitante. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7.
Setările precise de amplitudine și monitorizarea permanentă a parametrilor procesului cu ultrasunete prin intermediul software-ului inteligent vă oferă posibilitatea de a regla parametrii procesului cu ultrasunete pentru cea mai eficientă degazificare cu ultrasunete. Sonicare optimă pentru îndepărtarea gazelor extrem de eficientă!
Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante. Acest lucru face ca echipamentul cu ultrasunete Hielscher un instrument de lucru fiabil care îndeplinește cerințele procesului de dezaerare.

Cea mai înaltă calitate – Proiectat și fabricat în Germania

Ca o afacere de familie și de familie, Hielscher acordă prioritate celor mai înalte standarde de calitate pentru procesoarele sale cu ultrasunete. Toate ultrasonicators sunt proiectate, fabricate și testate temeinic în sediul nostru din Teltow lângă Berlin, Germania. Robustețea și fiabilitatea echipamentului cu ultrasunete Hielscher face un cal de lucru în producția dumneavoastră. Funcționarea 24/7 sub sarcină maximă și în medii solicitante este o caracteristică naturală a degazoarelor Hielscher de înaltă performanță.