Ultraljudsavgasning och skumning av vätskor
Avgasning och defoaming av vätskor med ultraljud är en mycket effektiv process. Ultraljud tar bort små suspenderade gasbubblor från vätskan och minskar nivån av upplöst gas under den naturliga jämvikt nivån.
Avgasning och avslning av vätskor krävs för många ändamål, till exempel följande processer:
- provberedning före partikelstorleksmätning för att undvika mätfel
- avgasning av olja och smörjmedel innan pumpning för att minska pumpens slitage på grund av kavitation
- avgasning av flytande livsmedel, t.ex. juice, sås eller vin, för att minska mikrobiell tillväxt och öka hållbarheten
- avgasning av polymerer och lacker före applicering, härdning eller vakuuminfusion
Vid ultraljudsbehandling av vätskor resulterar ljudvågorna som sprider sig från den utstrålande ytan till det flytande mediet i alternerande högtrycks- och lågtryckscykler, med hastigheter beroende på frekvensen. Under lågtryckscykeln kan ultraljudsvågorna skapa små vakuumbubblor eller hålrum i vätskan. Det stora antalet små bubblor genererar en hög total bubbelyta. Bubblorna är också väl fördelade i vätskan. Upplöst gas migrerar in i dessa vakuumbubblor via den stora ytan och ökar bubblorna.
De akustiska vågorna stöder beröring och sammanslagning av intilliggande bubblor som leder till en accelererad tillväxt av bubblorna. Ultraljudsbehandling vågor kommer också att bidra till att skaka bubblor utanför fartyget ytor och kommer att tvinga mindre bubblor som vilar under den flytande ytan för att stiga igenom och frigöra anhållna gas till miljön.
Ultraljud avgasning av olja med en Hielscher 200 Watts ultraljud processor.
Sätt den på prov
Processen med avgasning och avfoaming av vätskor kan göras synlig lätt. I en glasbägare av nygjutet kranvatten kommer ultraljud att tvinga de små upphängda bubblorna att förenas och röra sig snabbt. Du kan se den här effekten i förloppsbilden nedan.
ultraljud avgasning av vatten (5 sekunder)
Agiterad olja innehåller ett stort antal upphängda bubblor eller skum. Särskilt i kylmedel är detta ett problem. Där främjar gasbubblorna kavitation inducerat slitage i pumpar eller munstycken. Förloppsbilden nedan visar ultraljud defoaming effekt.
Ultraljud avgasning: Entrapped gasbubblor avlägsnas från olja med ultraljudspumpen UP400St
Ultraljudsbehandling kommer att generera små vakuumbubblor i klart, inaktuellt vatten. Dessa bubblor fylls med upplöst gas, som migrerar in i bubblorna. Följaktligen växer bubblorna och rör sig uppåt. Avgasningseffekten är väl synlig i någon genomskinlig vätska.
Eftersom ultraljudet förbättrar resningen av små upphängda bubblor till vätskeytan minskar kontakttiden mellan bubblan och vätskan också. Av denna anledning begränsar det upplösningen av gas från bubblan till vätskan också. Detta är av särskilt intresse för vätskor med högre viskositet, såsom oljor eller hartser. Eftersom bubblorna måste flytta till den flytande ytan fungerar ultraljudsavgasningen bättre, om behållaren är grund så att tiden till ytan är kortare.
Bortom de synliga effekterna
Mätningen av avgasningseffekterna genom visuell inspektion är begränsad i noggrannhet. Gasinnehåll mätningar är ett mer exakt sätt att berätta om ultraljud avgasning effektivitet.
Vätskor innehåller en viss mängd upplöst gas. Gaskoncentrationen beror på faktorer som temperatur, omgivningstryck eller omrörning av vätskan. Under konstanta förhållanden kommer gaskoncentrationen att närma sig en jämvikt. Ultraljud avgasning kommer att förändra villkoren, eftersom vätskan utsätts för lågtryck bubblor och agitation. Ultraljudsbehandling kommer därför att sänka gaskoncentrationen i vätskan till under jämviktsnivån.
När ultraljudsbehandlingen upphör och de ursprungliga förhållandena återetablerats, kommer gaskoncentrationen långsamt att närma sig den ursprungliga jämviktsnivån igen, såvida inte vätskan inte utsätts för någon gas, t.ex. i en sluten flaska. Eftersom upplösningen av gas i vätskan är ganska långsam, är det möjligt att arbeta med låggasvätskan efter ultraljudsbehandling. Diagrammet nedan illustrerar denna effekt.
Illustration av ultraljud avgasning
Avgasning innan emulgering och dispergering
Ultraljud avgasning kan förbättra kvaliteten på dispersioner och emulsioner.
Problemet
Ofta innehåller emulsioner och dispersioner tensider för att öka deras stabilitet. Tensider kommer att hämma kontakt och sammanförande eller tätbebyggelse av det spridda materialet i vätskefasen. För detta kommer tensider att bilda ett lager runt varje partikel. Samma tensider kan också kapsla in gasbubblor som är upphängda i vätskefasen. Sådana stabiliserade bubblor kan visa sig vara mycket robusta. Stabiliserade bubblor förbrukar tensid, minskar emulsionens eller dispersionens kvalitet och kan generera oberäkneliga avläsningar vid mätning av partikelstorleken.
Lösningen
För att minska problemet med stabiliserade gasbubblor bör vätskor avgasas genom ultraljudsbehandling. Innan du tillsätter spridningsfasen, såsom olja eller pulver, ultraljudsförse diger vätskan tills antalet genererade bubblor minskar. Vid blandning i andra material, undvik att generera nya bubblor eller en virvel under omrörning. Detta skulle öka gashalten snabbt.
Tvinga ut koldioxid
Effekten av avgasning används i läckageprovning av burkar och flaskor som innehåller kolsyrade drycker, såsom Cola, läsk eller öl. Klicka här för att få mer information om flaskläckagetestning.
Ultraljud avgasning i korthet
Ultraljud avgasning av vätskor fungerar bättre när du använder följande inställning.
- Applicera låg på måttlig ultraljud amplituder!
- Använd sonotrodes med en stor yta, t.ex. radiellt avgivande ekolod!
- Ge ett lågt tryck eller vakuum ovanför vätskeytan vissna ljudderande!
- Värm vätskan för att minska dess viskositet!
- Använd en grund behållare för gasseparation under eller efter ultraljudsbehandlingen!
- Undvik turbulent agitation för att låta gasbubblorna röra sig upp!
Ultraljud avgasning kan användas i batch läge eller infogad. Vid inline-drift bör ett stativrör för utsläpp av gasen installeras och en gaspump anbringas.