Ултразвучна дегазација течности и уклањање пене

Дегазација течности и уклањање пене помоћу ултразвука веома су ефикасни поступци. Ултразвучна обрада уклања мале суспендоване мехуриће гаса из течности и смањује садржај раствореног гаса испод природног равнотежног нивоа.

Дегазација течности и уклањање пене потребни су за многе намене, као што су следећи поступци:

• припрема узорака пре мерења величине честица ради избегавања грешака при мерењу
• дегазација уља и мазива пре пумпања ради смањења хабања пумпе услед кавитације
• дегазација течних прехрамбених производа, нпр. сока, соса или вина, ради смањења раста микроорганизама и продужења рока трајања
• дегазација полимера и лакова пре наношења, очвршћавања или вакуумске инфузије

При ултразвучној обради течности, звучни таласи који се простиру од површине која емитује таласе у течну средину стварају наизменичне циклусе високог и ниског притиска, чија брзина смењивања зависи од фреквенције. Током циклуса ниског притиска, ултразвучни таласи могу да створе мале вакуумске мехуриће или шупљине у течности. Велики број малих мехурића ствара велику укупну површину мехурића. Мехурићи су такође добро распоређени у течности. Растворени гас прелази у ове вакуумске мехуриће преко њихове велике површине и повећава њихову величину.
Акустички таласи подстичу додиривање и спајање суседних мехурића, што доводи до њиховог убрзаног раста. Ултразвучни таласи такође помажу да се мехурићи одвоје од површина посуде и приморавају мање мехуриће који се задржавају испод површине течности да се подигну кроз њу и ослободе заробљени гас у околину.

Испробајте

Процес дегазације течности и уклањања пене лако се може учинити видљивим. У лабораторијској стакленој чаши са свеже сипаном водом из чесме, ултразвучна обрада приморава мале суспендоване мехуриће да се споје и брзо подигну. Овај ефекат можете видети на приказу тока процеса у наставку.

Ултразвучна дегазација воде (5 секунди)

Уље које је мешано садржи велики број суспендованих мехурића или пену. То представља проблем нарочито код расхладних течности. У њима мехурићи гаса подстичу хабање пумпи или млазница изазвано кавитацијом. Приказ тока процеса у наставку показује ефекат ултразвучног уклањања пене.

Ултразвучна дегазација: заробљени мехурићи гаса уклањају се из уља помоћу ултразвучног уређаја UP400St

Ултразвучна обрада ствара мале вакуумске мехуриће у бистрој, одстајалој води. Ови мехурићи се пуне раствореним гасом који прелази у њих. Због тога мехурићи расту и подижу се. Ефекат дегазације јасно је видљив у свакој течности која пропушта светлост.
Пошто ултразвук поспешује подизање малих суспендованих мехурића ка површини течности, он такође скраћује време контакта између мехурића и течности. Из тог разлога ограничава и поновно растварање гаса из мехурића у течности. То је посебно значајно за течности веће вискозности, као што су уља или смоле. Пошто мехурићи морају да стигну до површине течности, ултразвучна дегазација делује боље ако је посуда плитка, тако да је време потребно за достизање површине краће.

Изван видљивих ефеката

Мерење ефеката дегазације визуелним прегледом има ограничену тачност. Мерење садржаја гаса представља тачнији начин процене ефикасности ултразвучне дегазације.

Флуиди садрже одређену количину раствореног гаса. Концентрација гаса зависи од фактора као што су температура, притисак околине или мешање течности. При сталним условима, концентрација гаса приближава се равнотежној вредности. Ултразвучна дегазација мења услове јер је течност изложена мехурићима ниског притиска и мешању. Стога ултразвучна обрада снижава концентрацију гаса у течности испод равнотежног нивоа.
Када се ултразвучна обрада заустави и поново успоставе почетни услови, концентрација гаса полако се поново приближава почетном равнотежном нивоу, осим ако течност није изложена никаквом гасу, нпр. у затвореној боци. Пошто је поновно растварање гаса у течности прилично споро, након ултразвучне обраде могуће је радити са течношћу са ниским садржајем гаса. Графикон у наставку илуструје овај ефекат.

Илустрација ултразвучне дегазације воде

Дегазација пре емулговања и дисперговања

Ултразвучна дегазација може побољшати квалитет дисперзија и емулзија.

Проблем

Емулзије и дисперзије често садрже површински активне материје ради повећања стабилности. Површински активне материје спречавају контакт и спајање или агломерацију диспергованог материјала у течној фази. У ту сврху оне формирају слој око сваке честице. Исте површински активне материје могу такође обавити мехуриће гаса суспендоване у течној фази. Тако стабилизовани мехурићи могу се показати као веома постојани. Стабилизовани мехурићи троше површински активну материју, смањују квалитет емулзије или дисперзије и могу изазвати нестабилна очитавања при мерењу величине честица.

Решење: ултразвучна дегазација

Да би се ублажио проблем стабилизованих мехурића гаса, течности треба дегазирати ултразвучном обрадом. Пре додавања дисперзне фазе, као што су уље или прах, обрађујте течност ултразвуком док се број насталих мехурића не смањи. При умешавању других материјала избегавајте стварање нових мехурића или вртлога током мешања. То би брзо повећало садржај гаса.
 

Исплака на бази воде пре и после ултразвучне дегазације помоћу ултразвучног уређаја UIP1000hd
Студија и слика: Amani и сар. 2016

Истискивање угљен-диоксида

Ефекат дегазације користи се при испитивању непропусности лименки и боца које садрже газирана пића, као што су кола, сода или пиво. Кликните овде за више информација о испитивању непропусности боца.

Укратко о ултразвучној дегазацији

Ултразвучна дегазација течности делује боље када се користи следећа поставка.

• Примените ниске до умерене амплитуде ултразвука!
• Користите сонотроде са великом површином, нпр. сонотроде које емитују радијално!
• Обезбедите низак притисак или вакуум изнад површине течности током ултразвучне обраде!
• Загрејте течност да бисте смањили њену вискозност!
• Користите плитку посуду за издвајање гаса током ултразвучне обраде или након ње!
• Избегавајте турбулентно мешање да бисте омогућили мехурићима гаса да се подигну!

Ултразвучна дегазација може се користити у шаржном режиму или у протоку. У случају рада у протоку, треба уградити вертикалну цев за одвођење гаса и применити пумпу за гас.

Литература / Референце

• Rognerud, Maren; Solemslie, Bjørn; Islam, Md Hujjatul; Pollet, Bruno (2020): How to Avoid Total Dissolved Gas Supersaturation in Water from Hydropower Plants by Employing Ultrasound. Journal of Physics: Conference Series 2020.
• Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2, 2016. 21-30.
• Haghayeghi R.; Kapranos P. (2014): The effect of processing parameters on ultrasonic degassing efficiency. Materials Letter Volume 116, 1 February 2014. 399-401.
• Servant G.; Caltagirone J.P.; Gérard A.; Laborde J.L.; Hita A. (2000): Numerical simulation of cavitation bubble dynamics induced by ultrasound waves in a high frequency reactor. Ultrasonics Sonochemistry Volume 7, Issue 4, October 2000. 217-227.