Високоефикасна деаерација течности помоћу ултразвука

Иако је дегазација или издвајање гасова често изузетно дуготрајан корак процеса, ултразвучна обрада може знатно убрзати спајање мехурића гаса и њихово издизање. Ултразвучно издвајање гасова може се применити у шаржним и проточним системима, а може се и комбиновати са конвенционалним техникама дегазације, као што су продувавање инертним гасовима, дегазатори са импелером, загревање или вакуум, ради повећања ефикасности и брзине уклањања гасова.

Уклањање гасова из течности

Термини деаерација, дегазација и издвајање гасова односе се на уклањање слободних и растворених гасова, нарочито реактивних гасова као што су кисеоник или CO2, из флуида. Уклањање кисеоника важно је за спречавање штетних промена крајњег производа и побољшање наредних корака обраде. Дегазација је неопходан корак обраде у многим применама и индустријама. У индустријској производњи дегазација је уобичајен корак процеса којим се обезбеђују стабилност и квалитет производа и доследно испуњавање стандарда за производе. Кисеоник је фактор који утиче на квалитет и стабилност производа на различитим нивоима.
Стога је деаерација устаљен корак процеса у индустрији хране и пића, хемијској, фармацеутској и козметичкој индустрији. И у лабораторијама узорци често захтевају дегазацију пре анализе (нпр. пре HPLC, испитивања, мерења честица итд.).
Поступци мешања у којима се користе, на пример, лопатичне мешалице са високим смицањем или мешалице са ротирајућим импелером често захтевају накнадну дегазацију производа, јер се овим техникама мешања обично уносе велике количине гасова у производ. Такве инклузије гаса и ваздуха обично негативно утичу на производ, јер могу изазвати ужеглост масти и уља и нарушити квалитет производа оксидацијом, променом боје и нежељеним променама мириса и укуса.  Пошто су дегазирани производи хемијски стабилнији и имају дужи рок трајања, дегазација је суштински корак обраде који захтева поуздану технику.
 

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

Ултразвучна дегазација и деаерација

Ултразвучна дегазација и деаерација представљају веома делотворну алтернативу традиционалним методама дегазације течности које обухватају кључање, снижавање притиска до вакуума или продувавање инертним гасовима. Ове традиционалне методе дегазације често имају недостатке као што су термичка деградација (услед загревања), обрада која захтева много времена и енергије и/или недовољно уклањање гасова. Ултразвучна дегазација заснива се на принципу деловања акустичне кавитације. Када се ултразвучни таласи велике снаге спрегну са течношћу, течност се сабија током циклуса високог притиска и шири током циклуса ниског притиска. Током циклуса ниског притиска настају сићушни вакуумски мехурићи (такозвани кавитациони мехурићи), који расту током више циклуса притиска. Током тих циклуса раста мехурића, гасови растворени у течности улазе у вакуумски мехурић, тако да се вакуумски мехурић претвара у растуће мехуриће гаса. Поред тога, микротурбуленције и млазеви течности изазивају интензивно мешање и пренос масе. Ови услови створени ултразвуком доводе до коалесценције мехурића гаса, односно спајања малих растворених мехурића гаса у веће мехуриће гаса, који се брзо издижу до површине течности, где је напуштају.
Промене температуре изазване ултразвучним вибрацијама и кавитацијом ограничене су на веома мале локалне области, а пораст температуре у целокупној запремини може се занемарити јер не утиче на квалитет производа.
 

Смањење количине раствореног кисеоника током времена при ултразвучној фреквенцији од 24 kHz уз коришћење ултразвучног уређаја UP400ST при амплитудама од 100 %, 80 %, 60 %, 40% и 20 %.
Студија: ©Rognerud et al., 2020.

 
У зависности од запремине, вискозности и гасних укључака у течности или суспензији, ултразвучна деаерација може се спроводити као шаржни или проточни процес. Ултразвучна сонда велике снаге ствара акустичку кавитацију у течности, чиме се течност ефикасно дегазира.
Ултразвучна дегазација може се применити и за побољшање већ постојећих система за дегазацију, као што су загревање, вакуум или продувавање гасом.
Ултразвучна дегазација и уклањање пене примењују се у индустријским размерама ради уклањања растворених гасова из воде, уља, хране и пића, хемијских раствора, хидрауличних течности, расхладних течности, бушаћих флуида, сирове нафте, емулзија, боја, мастила, лепкова, лакова, премаза, епоксидних смола, шампона, детерџената и многих других производа.
 

Ултразвучна дегазација помоћу система са проточном ћелијом. Овај експеримент је спроведен у прототипу малог рециркулационог система за воду запремине 0,8 галона, са протоком инертног гаса од 0,2 sfcm/min и интензитетом од 275 W/cm2. Ово показује скраћење времена уклањања кисеоника за око 70%.
Студија и слика: Rubio et al. 2016

Ултразвучна дегазација у проточном систему помоћу ултразвучног уређаја UIP1000hdT са проточном ћелијом.

Продувавање гасом побољшано ултразвуком

Продувавање течности инертним гасом (познато и као испирање инертним гасом) уобичајен је поступак за уклањање нежељених гасова, као што су кисеоник и угљен-диоксид, из течности. За продувавање се обично користе азот, аргон, хелијум и други инертни гасови. Пропуштањем мехурића гаса високе чистоће (обично инертног) кроз раствор могу се уклонити нежељени, обично реактивни растворени гасови, као што су кисеоник и угљен-диоксид. Процес продувавања заснива се на преносу масе и сам по себи је прилично спор поступак. Да би се интензивирало продувавање инертним гасовима, раствор течности и гаса често се снажно меша, а мехурићи гаса се пропуштају током дужег времена. Ултразвучна обрада је техника која интензивира дегазацију, побољшава пренос масе и тиме значајно побољшава продувавање гасом. Када се ултразвучни таласи велике снаге уводе у течности или суспензије, настају кавитациони мехурићи. Ови кавитациони мехурићи разбијају веће мехуриће гаса за испирање у мале мехуриће и равномерно их распршују, што доводи до брже и чистије дегазације. Интензивно мешање и турбуленција које ствара ултразвучна обрада подстичу пренос масе између гаса и течности, а тиме и брзо уклањање нежељених гасова.
Да би се поступак продувавања убрзао и учинио ефикаснијим, ултразвук високих перформанси користи се за сономеханичко побољшање преноса масе између гаса и течности. Сономеханички ефекти које ствара акустичка кавитација обухватају локалне разлике у притиску и температури, микротурбуленцију и мешање. Ове силе побољшавају дегазацију тако што доприносе повећању дифузионог преноса масе услед разбијања мехурића, дисперговања и последичног повећања међуфазне површине, што на крају доводи до брзог уклањања заробљених гасова из течности.
Да би се постигли жељени ефекти дегазације, потребна је ултразвучна обрада великом снагом. Када се течност продувава инертним гасом у двофазном току, пожељна је ректификована дифузија ради повећања преноса масе и брзине уклањања растворених гасова. Примена ректификоване дифузије може бити отежана јер мехурићи заробљеног и раствореног гаса при нижим интензитетима теже да избегну улазак у поље ултразвучне кавитације. Међутим, при повишеним интензитетима (већим од 300 W/cm² при приближно 20 kHz) мехурићи гаса више не избегавају кавитациону зону и разбијају се сономеханичким силама. (уп. Jagannathan et al. 2011)

Ултразвучни системи велике снаге за дегазацију

Hielscher Ultrasonics је произвођач ултразвучне опреме високих перформанси са дугогодишњим искуством, која се користи широм света у лабораторијама и индустријској производњи. Дегазација течности и суспензија је захтевна примена за коју су потребне ултразвучне сонде велике снаге које могу да пренесу задате амплитуде у течности ради уклањања заробљених мехурића гаса и ваздушних џепова. Сви ултразвучни уређаји Hielscher пројектовани су и произведени за рад 24/7 под пуним оптерећењем. Ултразвучни процесори су доступни у распону од компактних лабораторијских ултразвучних уређаја снаге 50 вати до снажних проточних ултразвучних система снаге 16.000 вати. Широк избор појачивача амплитуде, сонотрода и проточних ћелија омогућава индивидуално конфигурисање ултразвучног система за дегазацију у складу са течношћу, вискозношћу и гасним укључцима.
За деаерацију и издвајање гасова из течних метала потребне су прецизно подешене и одржаване амплитуде. Hielscher Ultrasonics производи ултразвучне сонде високих перформанси које су спецификоване за амплитуде и температуре у високој мери оптимизоване за процес. Ако ваша примена дегазације захтева неуобичајене спецификације, доступне су ултразвучне сонотроде израђене по мери. Робусност ултразвучне опреме Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.

Шаржни и проточни рад

Ултразвучне сонде Hielscher за дегазацију могу се користити за шаржну и континуалну проточну дегазацију и деаерацију. У зависности од запремине, вискозности и заробљених гасова, препоручићемо вам најпогоднију конфигурацију ултразвучног система за издвајање гасова.

Ултразвучне сонде за дегазацију било које запремине

Асортиман производа Hielscher Ultrasonics обухвата читав спектар ултразвучних процесора, од компактних лабораторијских ултразвучних уређаја, преко стоних и пилот-система, до потпуно индустријских ултразвучних процесора са капацитетом обраде камионских количина на сат. Комплетан асортиман производа омогућава нам да вам понудимо најпогоднију ултразвучну опрему за дегазацију за вашу течност, капацитет процеса и производне циљеве.

Прецизно подесиве амплитуде за оптималне резултате

Сви ултразвучни системи Hielscher за дегазацију омогућавају прецизно управљање и зато су поуздани радни уређаји. Амплитуда је један од кључних параметара процеса који утичу на ефикасност и делотворност сономеханички изазване дегазације. Сви процесори компаније Hielscher Ultrasonics омогућавају прецизно подешавање амплитуде. Сонотроде и појачивачи амплитуде су додаци који омогућавају мењање амплитуде у још ширем опсегу. Индустријски ултразвучни процесори Hielscher могу да остваре веома велике амплитуде и обезбеде потребан интензитет ултразвука за захтевне примене. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати током непрекидног рада 24/7.
Прецизно подешавање амплитуде и стално праћење параметара ултразвучног процеса помоћу паметног софтвера пружају вам могућност да прилагодите параметре ултразвучног процеса за најделотворнију ултразвучну дегазацију. Оптимална соникација за високо ефикасно уклањање гасова!
Робусност ултразвучне опреме Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима. То ултразвучну опрему Hielscher чини поузданим радним алатом који испуњава захтеве вашег процеса деаерације.

Највиши квалитет – пројектовано и произведено у Немачкој

Као предузеће у породичном власништву којим управља породица, Hielscher даје предност највишим стандардима квалитета за своје ултразвучне процесоре. Сви ултразвучни уређаји се пројектују, производе и темељно испитују у нашем седишту у Телтову, близу Берлина у Немачкој. Робусност и поузданост ултразвучне опреме Hielscher чине је поузданим радним уређајем у вашој производњи. Рад 24/7 под пуним оптерећењем и у захтевним окружењима природна је одлика уређаја Hielscher високих перформанси за дегазацију.