Visoko učinkovito odzračevanje tekočin z uporabo ultrazvoka

Medtem ko je razplinjevanje ali razplinjevanje pogosto zelo dolgotrajen procesni korak, lahko ultrazvočna razplinitev pospeši koalescenco plinskih mehurčkov in njihovo znatno vzpon. Ultrazvočno razplinjevanje se lahko uporablja v serijskih in linijskih nastavitvah in se lahko kombinira tudi s konvencionalnimi tehnikami razplinjevanja, kot so brizganje z inertnimi plini, razplinjevalniki rotorja, ogrevanje ali vakuum, da se poveča učinkovitost in hitrost odstranjevanja plina.

Odstranjevanje plina iz tekočin

Izrazi odzračevanje, razplinjevanje in razplinjevanje se nanašajo na odstranjevanje prostih in raztopljenih plinov, zlasti reaktivnih plinov, kot sta kisik ali CO2, iz tekočine. Odstranjevanje kisika je pomembno za preprečevanje škodljivih sprememb končnega izdelka in izboljšanje nadaljnje obdelave. Razplinjevanje je nujen korak obdelave za številne aplikacije in industrije. V industrijski proizvodnji je razplinjevanje običajen procesni korak za zagotavljanje stabilnosti izdelka, kakovosti in stalnih standardov izdelkov. Kisik je dejavnik, ki vpliva na kakovost in stabilnost izdelka na različnih ravneh.
Zato je odzračevanje uveljavljen procesni korak v hrani & industrija pijač, kemična, farmacevtska in kozmetična industrija. Toda tudi v laboratorijih je treba vzorce pred analizo pogosto razpliniti (npr. pred HPLC, testi, meritvami delcev itd.).
Pogosto postopki mešanja, ki uporabljajo npr. visoko strižne lopatice ali rotacijske rotorske mešalnike, pogosto zahtevajo naknadno razplinjevanje izdelka, saj te tehnike mešanja običajno vnašajo velike količine plinov v izdelek. Takšni vključki plina in zraka imajo običajno negativne učinke na izdelek, saj lahko povzročijo žarke maščobe in olja, poslabšajo izdelke z oksidacijo, razbarvanjem in neželenimi spremembami vonja in okusa. Ker so razplinjeni proizvodi kemično bolj stabilni in imajo daljši rok uporabnosti, je razplinjevanje bistven korak predelave, ki zahteva zanesljivo tehniko.
 

Ultrazvočno razplinjevanje: Ujeti plinski mehurčki se odstranijo iz nafte z uporabo ultrazvočnega UP400St

Ultrazvočno razplinjevanje in razzračevanje

Ultrazvočno razplinjevanje in odzračevanje je zelo močna alternativa tradicionalnim metodam razplinjevanja tekočin, ki vključujejo vrenje, zmanjšanje tlaka v vakuumu ali razprševanje z inertnimi plini. Te tradicionalne metode razplinjevanja imajo pogosto slabosti, kot so toplotna razgradnja (zaradi segrevanja), časovno in energetsko zamudna obdelava in/ali nezadostno odstranjevanje plina. Ultrazvočno razplinjevanje temelji na principu delovanja akustične kavitacije. Ko se ultrazvočni valovi visoke moči povežejo v tekočino, se tekočina stisne in razširi med visokotlačnimi in nizkotlačnimi cikli. Med nizkotlačnimi cikli nastajajo drobni vakuumski mehurčki (tako imenovani kavitacijski mehurčki), ki rastejo v več tlačnih ciklih. Med temi cikli rasti mehurčkov raztopljeni plini v tekočini vstopijo v vakuumski mehurček, tako da se vakuumski mehurček spremeni v rastoče plinske mehurčke. Poleg tega mikroturbulence in tekočinski curki povzročajo intenzivno vznemirjenje in prenos mase. Ti ultrazvočno ustvarjeni pogoji povzročajo koalescenco plinskih mehurčkov, kar je združitev majhnih raztopljenih plinskih mehurčkov z večjimi plinskimi mehurčki, ki se hitro dvignejo na površino tekočine, kjer zapustijo tekočino.
Temperaturne spremembe, ki jih povzročajo ultrazvočne vibracije in kavitacija, so omejene na zelo majhne lokalne prostore, dvig temperature v celotnem volumnu pa je mogoče zanemariti, saj ne vpliva na kakovost izdelka.
 

Zmanjšanje raztopljenega kisika s časom za ultrazvočno frekvenco 24 kHz z uporabo ultrazvočnega UP400ST pri amplitudah 100 %, 80 %, 60 %, 40 % in 20 %.Študija: ©Rognerud et al., 2020.

 
Glede na prostornino, viskoznost in plinske vključke tekočine ali gnojevke se lahko ultrazvočno prezračevanje izvaja kot šaržni ali inline postopek. Ultrazvočna sonda visoke moči oddaja akustično kavitacijo v tekočino, tako da se tekočina učinkovito razplini.
Ultrazvočno razplinjevanje se lahko izvede tudi za izboljšanje že obstoječih sistemov za razplinjevanje, kot so ogrevanje, vakuum ali razplinjevanje.
Ultrazvočno razplinjevanje in penjenje se uporablja v industrijskem obsegu za odstranjevanje raztopljenih plinov iz vode, olj, hrane in pijače, kemičnih raztopin, hidravličnih tekočin, hladilnih tekočin, vrtalnih tekočin, surove nafte, emulzij, barv, črnil, lepil, lakov, premazov, epoksidov, šamponov, detergentov in mnogih drugih izdelkov.
 

Ultrazvočno razplinjevanje z uporabo nastavitve pretočne celice. Ta poskus je bil prototip majhne vodne zanke s prostornino 0,8 galona, pretokom inertnega plina 0,2 sfcm? min in intenzivnostjo 275 W? cm2. To kaže na zmanjšanje časa odstranjevanja kisika za približno 70%.Študija in slika: Rubio et al. 2016

Ultrazvočno razplinjevanje v linijski nastavitvi z uporabo ultrazvočnega UIP1000hdT s pretočno celico.

Ultrazvočno izboljšano brizganje

Brizganje tekočin z inertnim plinom (znano tudi kot čiščenje inertnega plina) je običajna obdelava za odstranjevanje neželenih plinov, kot sta kisik in ogljikov dioksid iz tekočine. Za brizganje se običajno uporabljajo dušik, argon, helij in drugi inertni plini. Mehurčki raztopine z visoko čistim (običajno inertnim) plinom lahko izvlečejo nezaželene, običajno reaktivne raztopljene pline, kot sta kisik in ogljikov dioksid. Postopek brizganja temelji na prenosu mase in je sam po sebi precej počasen postopek. Da bi okrepili brizganje z inertnimi plini, se raztopina tekočega plina pogosto močno meša in mehurčka dolgo časa. Ultrasonication je tehnika za povečanje razplinjevanja, ki bistveno izboljša prenos mase in s tem razprševanje. Ko se ultrazvočni valovi visoke moči povežejo v tekočine ali gnojevke, nastanejo kavitacijski mehurčki. Ti kavitacijski mehurčki razbijejo večje mehurčke čistilnega plina v majhne mehurčke in enakomerno razpršijo mehurčke, kar ima za posledico hitrejše in čistejše učinke razplinjevanja. Intenzivno vznemirjanje in turbulence, ki jih ustvarja ultrazvočna obdelava, spodbujajo prenos mase plin-tekočina in s tem hitro odstranjevanje neželenih plinov.
Da bi pospešili in naredili postopek brizganja učinkovitejši, se uporablja visoko zmogljiv ultrazvok za sonomahansko izboljšanje zmogljivosti prenosa mase med plinom in tekočino. Sonomehanski učinki, ki jih povzroča akustična kavitacija, vključujejo lokalne razlike v tlaku in temperaturi, mikroturbulence in vznemirjenost. Te sile izboljšajo učinkovitost razplinjevanja tako, da prispevajo k povečanju prenosa difuzne mase zaradi razpada mehurčkov, disperzije in posledičnega povečanja medfazne površine, kar končno povzroči hitro odstranitev ujetih plinov iz tekočine.
Da bi dosegli želene učinke razplinjevanja, je potrebna ultrazvočna obdelava z visoko močjo. Ko je tekočina prihranjena z inertnim plinom v dvofaznem toku, je zaželena rektificirana difuzija, da se poveča hitrost prenosa mase in odstranjevanja raztopljenih plinov. Uporaba rektificirane difuzije je lahko težavna, ker se ujeti in raztopljeni plinski mehurčki izogibajo vstopu v ultrazvočno kavitacijsko polje pri nižjih intenzivnostih. Vendar pa pri povišanih intenzivnostih (višjih od 300 W/cm² pri približno 20 kHz) se plinski mehurčki ne izogibajo več kavitacijskemu območju in se razbijejo s sonomehanskimi silami. (prim. Jagannathan et al. 2011)

Ultrazvočni sistemi za razplinjevanje visoke moči

Hielscher Ultrasonics je dolgoletni proizvajalec visoko zmogljive ultrazvočne opreme, ki se uporablja po vsem svetu v laboratorijih in industrijski proizvodnji. Razplinjevanje tekočin in gnojevk je zahtevna aplikacija, ki zahteva ultrazvočne sonde visoke moči, ki lahko združijo uveljavljene amplitude v tekočine, da odstranijo ujete plinske mehurčke in zračne žepe. Vse Hielscher ultrazvočne naprave so zasnovane in izdelane za delovanje 24 ur na dan, 7 dni v tednu pod polno obremenitvijo. Ultrazvočni procesorji so na voljo od kompaktnih 50-vatnih laboratorijskih ultrazvočnih sistemov do 16.000 vatov močnih ultrazvočnih sistemov. Široka paleta pospeševalnih rogov, sonotrod in pretočnih celic omogoča individualno nastavitev ultrazvočnega sistema za razplinjevanje v skladu s tekočino, viskoznostjo in plinskimi vključki.
For the deaeration and outgassing of liquid metals, precisely set and maintained amplitudes are required. Hielscher Ultrasonics manufactures high-performance ultrasonic probes that are specified for very process-optimized amplitudes and temperatures. If your degassing application requires unusual specifications, customized ultrasonic sonotrodes are available. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.

Paketno in v vrstici

Hielscher ultrazvočne sonde za razplinjevanje se lahko uporabljajo za šaržno in neprekinjeno razplinjevanje in odzračevanje. Glede na prostornino, viskoznost in ujete pline vam bomo priporočili najprimernejšo nastavitev ultrazvočnega razplinjevanja.

Ultrazvočne sonde za razplinjevanje katerega koli volumna

Paleta izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih naprav preko namiznih in pilotnih sistemov do popolnoma industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave tovornjakov na uro. Celotna paleta izdelkov nam omogoča, da vam ponudimo najprimernejšo ultrazvočno opremo za razplinjevanje za vašo tekočino, procesno zmogljivost in proizvodne cilje.

Natančno nadzorovane amplitude za optimalne rezultate

Vsi Hielscher ultrazvočni sistemi za razplinjevanje so natančno nadzorovani in s tem zanesljivi delovni konji. Amplituda je eden ključnih procesnih parametrov, ki vplivajo na učinkovitost in uspešnost sonomahansko inducirane razplinjenosti. Vsi Hielscher ultrazvočni’ processors allow for the precise setting of the amplitude. Sonotrodes and booster horns are accessories that allow to modify the amplitude in an even wider range. Hielscher’s industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes and deliver the required ultrasonic intensity for demanding applications. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation.
Natančne nastavitve amplitude in stalno spremljanje ultrazvočnih procesnih parametrov s pametno programsko opremo vam omogočajo, da prilagodite ultrazvočne procesne parametre za najučinkovitejše ultrazvočno razplinjevanje. Optimalna ultrazvočna razbijanje za visoko učinkovito odstranjevanje plina!
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments. This makes Hielscher’s ultrasonic equipment a reliable work tool that fulfils your deaeration process requirements.

Najvišja kakovost – Zasnovano in izdelano v Nemčiji

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance degassers.