Высокоэффективная деаэрация жидкостей с помощью ультразвука

В то время как дегазация или дегазация часто является чрезвычайно трудоемким процессом, ультразвуковое исследование может значительно ускорить коалесценцию пузырьков газа и их подъем. Ультразвуковая дегазация может использоваться в периодических и поточных установках, а также может сочетаться с традиционными методами дегазации, такими как барботирование инертными газами, дегазаторы с рабочим колесом, нагрев или вакуум для повышения эффективности и скорости удаления газа.

Удаление газа из жидкостей

Термины «деаэрация», «дегазация» и «дегазация» относятся к удалению свободных и растворенных газов, особенно реакционноспособных газов, таких как кислород или CO2, из жидкости. Отказ от кислорода важен для предотвращения вредных изменений конечного продукта и улучшения последующей обработки. Дегазация является необходимым этапом обработки для многих областей применения и отраслей промышленности. В промышленном производстве дегазация является распространенным этапом процесса для обеспечения стабильности продукта, качества и постоянных стандартов продукта. Кислород является фактором, который влияет на качество и стабильность продукта на различных уровнях.
Таким образом, деаэрация является установленным этапом технологического процесса в пищевых продуктах & Производство напитков, химическая, фармацевтическая и косметическая промышленность. Но и в лабораториях образцы часто требуют дегазации перед анализом (например, перед ВЭЖХ, анализами, измерениями частиц и т. д.).
Часто процессы смешивания с использованием, например, лопастей с большими сдвиговыми усилиями или мешалок с вращающимся рабочим колесом, часто требуют последующей дегазации продукта, поскольку эти методы смешивания обычно приводят к попаданию большого количества газов в продукт. Такие газовые и воздушные включения обычно оказывают негативное воздействие на продукт, так как они могут сделать жиры и масла прогорклыми, испортить продукты из-за окисления, обесцвечивания и нежелательных изменений запаха и вкуса. Поскольку дегазированные продукты химически более стабильны и имеют более длительный срок хранения, дегазация является важным этапом обработки, требующим надежного метода.
 

Ультразвуковая дегазация: из масла удаляются захваченные пузырьки газа с помощью ультразвукового аппарата UP400St

Ультразвуковая дегазация и деаэрация

Ультразвуковая дегазация и деаэрация являются высокоэффективной альтернативой традиционным методам дегазации жидкостей, которые включают кипячение, снижение давления до вакуума или промывку инертными газами. Эти традиционные методы дегазации часто имеют недостатки, такие как термическая деградация (из-за нагрева), трудоемкая и энергозатратная обработка и/или недостаточное удаление газа. Ультразвуковая дегазация основана на принципе работы акустической кавитации. Когда мощные ультразвуковые волны соединяются с жидкостью, жидкость сжимается и расширяется во время циклов высокого и низкого давления соответственно. Во время циклов низкого давления образуются мельчайшие вакуумные пузырьки (так называемые кавитационные пузырьки), которые растут в течение нескольких циклов давления. Во время этих циклов роста пузырьков растворенные в жидкости газы попадают в вакуумный пузырь, так что вакуумный пузырь превращается в растущие газовые пузырьки. Кроме того, микротурбулентность и струи жидкости вызывают интенсивное перемешивание и массоперенос. Эти условия, создаваемые ультразвуком, вызывают коалесценцию газовых пузырьков, которая представляет собой объединение маленьких растворенных газовых пузырьков в более крупные газовые пузырьки, которые быстро поднимаются на поверхность жидкости, откуда они покидают жидкость.
Изменения температуры, вызванные ультразвуковой вибрацией и кавитацией, ограничены очень маленькими локальными пространствами, и повышением температуры в общем объеме можно пренебречь, так как это не влияет на качество продукта.
 

Уменьшение растворенного кислорода со временем для ультразвуковой частоты 24 кГц с помощью ультразвуковой UP400ST с амплитудами 100 %, 80 %, 60 %, 40% и 20 %.
Исследование: ©Rognerud et al., 2020.

 
В зависимости от объема, вязкости и газовых включений жидкости или суспензии, ультразвуковая деаэрация может выполняться периодическим или поточным процессом. Мощный ультразвуковой зонд излучает акустическую кавитацию в жидкость, что обеспечивает эффективную дегазацию жидкости.
Ультразвуковая дегазация также может быть реализована для улучшения уже существующих систем дегазации, таких как нагреватель, вакуум или разбрызгивание.
Ультразвуковая дегазация и пеногаситель используются в промышленных масштабах для удаления растворенных газов из воды, масел, продуктов питания и напитков, химических растворов, гидравлических жидкостей, охлаждающих жидкостей, буровых растворов, сырой нефти, эмульсий, красок, чернил, клеев, лаков, покрытий, эпоксидных смол, шампуней, моющих средств и многих других продуктов.
 

Ультразвуковая дегазация с использованием проточной ячейки. Этот эксперимент представлял собой прототип мелкомасштабного водяного контура объемом 0,8 галлона, потоком инертного газа 0,2 куб. см/мин и интенсивностью 275 Вт/см2. Это свидетельствует о сокращении времени выведения кислорода примерно на 70%.
Исследование и фото: Rubio et al. 2016

Ультразвуковая дегазация в поточной установке с использованием ультразвукового аппарата УИП1000HDT с проточной ячейкой.

Ультразвуковое обогащение

Продувка жидкостей инертным газом (также известная как продувка инертным газом) является обычной процедурой для удаления нежелательных газов, таких как кислород и углекислый газ, из жидкости. Для промывки обычно используются азот, аргон, гелий и другие инертные газы. Барботирование раствора высокочистым (обычно инертным) газом может привести к удалению нежелательных, обычно реакционноспособных растворенных газов, таких как кислород и углекислый газ. Процесс барботирования основан на массопереносе и сам по себе является довольно медленным процессом. Приказываю усилить промывку инертными газами, жидкостно-газовый раствор часто усиленно перемешивается и долго пузырится. Ультразвуковая обработка является методом интенсификации дегазации, который значительно улучшает массоперенос и, следовательно, разбрызгивание. Когда мощные ультразвуковые волны соединяются с жидкостями или суспензиями, образуются кавитационные пузырьки. Эти кавитационные пузырьки разбивают более крупные пузырьки продувочного газа на мелкие пузырьки и равномерно диспергируют пузырьки, что приводит к более быстрым и чистым эффектам дегазации. Интенсивное перемешивание и турбулентность, создаваемые ультразвуком, способствуют газожидкостному массопереносу и, таким образом, быстрому удалению нежелательных газов.
Чтобы ускорить и сделать процедуру бармирования более эффективной, высокопроизводительный ультразвук используется для сономеханического улучшения производительности массопереноса между газом и жидкостью. К сономеханическим эффектам, создаваемым акустической кавитацией, относятся локальные перепады давления и температуры, микротурбулентность и перемешивание. Эти силы улучшают производительность дегазации, способствуя увеличению диффузионного массопереноса из-за разрушения пузырьков, диспергирования и последующего увеличения межфазной площади, что в конечном итоге приводит к быстрому удалению захваченных газов из жидкости.
Для достижения желаемых эффектов дегазации требуется ультразвук высокой мощности. Когда жидкость не пропускается инертным газом в двухфазном потоке, желательна ректифицированная диффузия для увеличения массопереноса и скорости удаления растворенных газов. Применение ректифицированной диффузии может быть затруднено, потому что захваченные и растворенные пузырьки газа, как правило, избегают попадания в ультразвуковое кавитационное поле при более низких интенсивностях. Однако при повышенной интенсивности (выше 300 Вт/см)² на частоте около 20 кГц) пузырьки газа больше не выходят за пределы зоны кавитации и разрушаются под действием сономеханических сил. (ср. Jagannathan et al. 2011)

Мощные системы ультразвуковой дегазации

Hielscher Ultrasonics – это многолетний опыт производителя высокопроизводительного ультразвукового оборудования, которое используется во всем мире в лабораториях и промышленном производстве. Дегазация жидкостей и шламов является сложной задачей, для которой требуются мощные ультразвуковые зонды, которые могут связывать заданные амплитуды с жидкостями для удаления захваченных пузырьков газа и воздушных карманов. Все ультразвуковые аппараты Hielscher спроектированы и изготовлены для работы в режиме 24/7 при полной нагрузке. Ультразвуковые процессоры доступны от компактных лабораторных ультразвуковиков мощностью 50 Вт до мощных встраиваемых ультразвуковых систем мощностью 16 000 Вт. Широкий выбор бустерных рупоров, сонотродов и проточных ячеек позволяет индивидуально настроить систему ультразвуковой дегазации в соответствии с жидкостью, вязкостью и газовыми включениями.
Для деаэрации и дегазации жидких металлов требуются точно установленные и поддерживаемые амплитуды. Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые преобразователи, которые рассчитаны на очень оптимизированные для технологического процесса амплитуды и температуры. Если для вашей области дегазации требуются необычные технические характеристики, доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.

Пакетный и поточный

Ультразвуковые зонды Hielscher для дегазации могут использоваться для периодической и непрерывной поточной дегазации и деаэрации. В зависимости от объема, вязкости и захваченных газов мы порекомендуем вам наиболее подходящую установку ультразвуковой дегазации.

Ультразвуковые зонды для дегазации любого объема

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр ультразвуковых процессоров от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов до настольных и пилотных систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров с производительностью обработки грузовых автомобилей в час. Полный ассортимент продукции позволяет нам предложить вам наиболее подходящее оборудование для ультразвуковой дегазации для вашей жидкости, технологической мощности и производственных целей.

Точно контролируемые амплитуды для достижения оптимальных результатов

Все системы ультразвуковой дегазации Hielscher являются точно управляемыми и, следовательно, надежными рабочими лошадками. Амплитуда является одним из важнейших технологических параметров, влияющих на эффективность и результативность сономеханической дегазации. Все ультразвуковые аппараты Hielscher’ Процессоры позволяют точно настраивать амплитуду. Сонотроды и бустерные рупоры – это аксессуары, которые позволяют изменять амплитуду в еще более широком диапазоне. Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать очень высокую амплитуду и необходимую интенсивность ультразвука для требовательных приложений. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7.
Точная настройка амплитуды и постоянный мониторинг параметров ультразвукового процесса с помощью интеллектуального программного обеспечения дают возможность регулировать параметры ультразвукового процесса для наиболее эффективной ультразвуковой дегазации. Оптимальная ультразвук для высокоэффективного удаления газов!
Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях. Это делает ультразвуковое оборудование Hielscher надежным рабочим инструментом, отвечающим вашим требованиям к процессу деаэрации.

Высочайшее качество – Разработано и произведено в Германии

Будучи семейным предприятием, Hielscher отдает приоритет высочайшим стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты спроектированы, изготовлены и тщательно протестированы в нашем головном офисе в Тельтове недалеко от Берлина, Германия. Прочность и надежность ультразвукового оборудования Hielscher делают его рабочей лошадкой на вашем производстве. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях является естественной характеристикой высокопроизводительных дегазаторов Hielscher.