อัลตราโซนิก Degassing และ Defoaming ของของเหลว

การขจัดแก๊สและการขจัดฟองของของเหลวโดยใช้อัลตราโซนิกเป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพมาก อัลตราโซนิกจะขจัดฟองอากาศก๊าซแขวนลอยขนาดเล็กออกจากของเหลวและลดระดับของก๊าซที่ละลายน้ําให้ต่ํากว่าระดับสมดุลตามธรรมชาติ

การขจัดแก๊สและการขจัดฟองของของเหลวเป็นสิ่งจําเป็นสําหรับวัตถุประสงค์หลายประการเช่นกระบวนการต่อไปนี้:

• การเตรียมตัวอย่างก่อนการวัดขนาดอนุภาคเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการวัด
• การขจัดแก๊สน้ํามันและน้ํามันหล่อลื่นก่อนสูบเพื่อลดการสึกหรอของปั๊มเนื่องจากโพรงอากาศ
• การขจัดแก๊สของอาหารเหลว เช่น น้ําผลไม้ ซอส หรือไวน์ เพื่อลดการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และเพิ่มอายุการเก็บรักษา
• การขจัดแก๊สของโพลีเมอร์และสารเคลือบเงาก่อนการใช้งานการบ่มหรือการแช่สูญญากาศ

เมื่อโซนิคของเหลวคลื่นเสียงที่แพร่กระจายจากพื้นผิวที่แผ่รังสีไปยังสื่อของเหลวส่งผลให้เกิดรอบความดันสูงและความดันต่ําสลับกันโดยมีอัตราขึ้นอยู่กับความถี่ ในระหว่างรอบความดันต่ําคลื่นอัลตราโซนิกสามารถสร้างฟองอากาศสูญญากาศขนาดเล็กหรือช่องว่างในของเหลว ฟองอากาศขนาดเล็กจํานวนมากสร้างพื้นที่ผิวฟองรวมสูง ฟองอากาศยังกระจายอยู่ในของเหลวได้ดี ก๊าซที่ละลายน้ําจะเคลื่อนตัวเข้าสู่ฟองอากาศสุญญากาศเหล่านี้ผ่านพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และเพิ่มขนาดของฟองอากาศ
คลื่นเสียงสนับสนุนการสัมผัสและการรวมตัวกันของฟองอากาศที่อยู่ติดกันซึ่งนําไปสู่การเติบโตของฟองอากาศอย่างรวดเร็ว คลื่น sonication จะช่วยเขย่าฟองอากาศออกจากพื้นผิวของภาชนะและจะบังคับให้ฟองอากาศขนาดเล็กที่อยู่ใต้พื้นผิวของเหลวลอยขึ้นและปล่อยก๊าซที่ติดอยู่สู่สิ่งแวดล้อม

นําไปทดสอบ

กระบวนการขจัดแก๊สและการขจัดฟองของของเหลวสามารถมองเห็นได้ง่าย ในบีกเกอร์แก้วของน้ําประปาที่เทสดใหม่อัลตราโซนิกจะบังคับให้ฟองอากาศแขวนลอยขนาดเล็กรวมตัวกันและเคลื่อนขึ้นอย่างรวดเร็ว คุณสามารถดูเอฟเฟกต์นี้ได้ในภาพความคืบหน้าด้านล่าง

อัลตราโซนิก Degassing ของน้ํา (5 วินาที)

น้ํามันที่กวนมีฟองอากาศหรือโฟมแขวนลอยจํานวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสารหล่อเย็นนี่เป็นปัญหา ฟองอากาศจะส่งเสริมการสึกหรอที่เกิดจากโพรงอากาศในปั๊มหรือหัวฉีด ภาพความคืบหน้าด้านล่างแสดงผลการขจัดฟองด้วยอัลตราโซนิก

การขจัดแก๊สอัลตราโซนิก: ฟองก๊าซที่ติดอยู่จะถูกลบออกจากน้ํามันโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก UP400St

Sonication จะสร้างฟองอากาศสูญญากาศขนาดเล็กในน้ําใสและเหม็นอับ ฟองอากาศเหล่านี้เต็มไปด้วยก๊าซที่ละลายน้ําซึ่งเคลื่อนตัวเข้าสู่ฟองอากาศ ดังนั้นฟองอากาศจึงเติบโตและเคลื่อนขึ้น ผลการขจัดแก๊สสามารถมองเห็นได้ชัดเจนในของเหลวโปร่งแสง
เนื่องจากอัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มการเพิ่มขึ้นของฟองอากาศแขวนลอยขนาดเล็กลงสู่พื้นผิวของเหลวจึงช่วยลดเวลาสัมผัสระหว่างฟองอากาศกับของเหลวด้วย ด้วยเหตุนี้จึงจํากัดการละลายของก๊าซจากฟองอากาศไปยังของเหลวด้วย สิ่งนี้เป็นที่สนใจเป็นพิเศษสําหรับของเหลวที่มีความหนืดสูงกว่า เช่น น้ํามันหรือเรซิน เนื่องจากฟองอากาศต้องเคลื่อนไปยังพื้นผิวของเหลวการขจัดแก๊สอัลตราโซนิกจึงทํางานได้ดีกว่าหากภาชนะตื้นเพื่อให้เวลาสู่พื้นผิวสั้นลง

นอกเหนือจากผลกระทบที่มองเห็นได้

การวัดผลการขจัดแก๊สโดยการตรวจสอบด้วยสายตามีความแม่นยําจํากัด การวัดปริมาณก๊าซเป็นวิธีที่แม่นยํากว่าในการบอกประสิทธิภาพการขจัดแก๊สด้วยอัลตราโซนิก

ของเหลวมีก๊าซที่ละลายน้ําจํานวนหนึ่ง ความเข้มข้นของก๊าซขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความดันแวดล้อม หรือการกวนของของเหลว ภายใต้สภาวะคงที่ความเข้มข้นของก๊าซจะเข้าใกล้สมดุล การขจัดแก๊สด้วยอัลตราโซนิกจะเปลี่ยนเงื่อนไขเนื่องจากของเหลวสัมผัสกับฟองอากาศแรงดันต่ําและการปั่นป่วน ดังนั้นอัลตราโซนิกจะลดความเข้มข้นของก๊าซในของเหลวให้ต่ํากว่าระดับสมดุล
เมื่อ sonication หยุดลงและเงื่อนไขเริ่มต้นถูกสร้างขึ้นใหม่ความเข้มข้นของก๊าซจะค่อยๆเข้าใกล้ระดับสมดุลเริ่มต้นอีกครั้งเว้นแต่ของเหลวจะไม่สัมผัสกับก๊าซใด ๆ เช่นในขวดปิด เนื่องจากการละลายก๊าซกลับเข้าไปในของเหลวค่อนข้างช้าจึงเป็นไปได้ที่จะทํางานกับของเหลวที่มีก๊าซต่ําหลังจากการ sonication กราฟด้านล่างแสดงให้เห็นถึงผลกระทบนี้

ภาพประกอบของ Ultrasonic Degassing ของน้ํา

การไล่แก๊สก่อนอิมัลชันและการกระจายตัว

การขจัดแก๊สอัลตราโซนิกสามารถปรับปรุงคุณภาพของการกระจายตัวและอิมัลชัน

ปัญหา

บ่อยครั้งที่อิมัลชันและการกระจายตัวมีสารลดแรงตึงผิวเพื่อเพิ่มความเสถียร สารลดแรงตึงผิวจะยับยั้งการสัมผัสและการรวมตัวกันหรือการจับตัวเป็นก้อนของวัสดุที่กระจายตัวในเฟสของเหลว ด้วยเหตุนี้สารลดแรงตึงผิวจะสร้างชั้นรอบอนุภาคแต่ละชิ้น สารลดแรงตึงผิวชนิดเดียวกันยังสามารถห่อหุ้มฟองก๊าซที่แขวนลอยอยู่ในเฟสของเหลวได้ ฟองอากาศที่เสถียรดังกล่าวสามารถพิสูจน์ได้ว่าแข็งแกร่งมาก ฟองอากาศที่เสถียรจะใช้สารลดแรงตึงผิว ลดคุณภาพของอิมัลชันหรือการกระจายตัว และสามารถสร้างการอ่านค่าที่ผิดปกติเมื่อวัดขนาดอนุภาค

วิธีแก้ปัญหา: การขจัดแก๊สอัลตราโซนิก

เพื่อลดปัญหาฟองอากาศที่เสถียรของเหลวควรถูกขจัดแก๊สโดยการ sonication ก่อนที่จะเพิ่มเฟสกระจายเช่นน้ํามันหรือผงให้ sonicate ของเหลวจนกว่าจํานวนฟองอากาศที่สร้างขึ้นจะลดลง เมื่อผสมในวัสดุอื่น ๆ ให้หลีกเลี่ยงการสร้างฟองอากาศใหม่หรือกระแสน้ําวนขณะกวน สิ่งนี้จะเพิ่มปริมาณก๊าซอย่างรวดเร็ว
 

น้ำเจาะที่ใช้ก่อนและหลังการกำจัดก๊าซด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ด้วยเครื่องโซนิเคเตอร์ UIP1000hd
การศึกษาและภาพโดย Amani et al. 2016

บังคับให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออก

ผลของการขจัดแก๊สถูกนํามาใช้ในการทดสอบการรั่วไหลของกระป๋องและขวดที่มีเครื่องดื่มอัดลม เช่น โคล่า โซดา หรือเบียร์ โปรดคลิกที่นี่เพื่อรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทดสอบการรั่วไหลของขวด

อัลตราโซนิก Degassing โดยสังเขป

การขจัดแก๊สอัลตราโซนิกของของเหลวจะทํางานได้ดีขึ้นเมื่อใช้การตั้งค่าต่อไปนี้

• ใช้แอมพลิจูดอัลตราโซนิกต่ําถึงปานกลาง!
• ใช้ sonotrodes ที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ เช่น sonotrodes ที่เปล่งแสงในแนวรัศมี!
• ให้แรงดันต่ําหรือสุญญากาศเหนือพื้นผิวของเหลวขณะทําคลื่นเสียง!
• อุ่นของเหลวเพื่อลดความหนืด!
• ใช้ภาชนะตื้นสําหรับการแยกก๊าซระหว่างหรือหลังการ sonication!
• หลีกเลี่ยงการปั่นป่วนเพื่อให้ฟองก๊าซเคลื่อนขึ้น!

การขจัดแก๊สอัลตราโซนิกสามารถใช้ในโหมดแบทช์หรืออินไลน์ ในกรณีของการทํางานแบบอินไลน์ควรติดตั้งท่อขาตั้งสําหรับการปล่อยก๊าซและควรใช้ปั๊มแก๊ส

วรรณกรรม / อ้างอิง