Ultrasonik Yöntemle Sıvılardan Yüksek Verimlilikle Hava Giderme

Gaz giderme veya gaz çıkışı çoğu zaman son derece zaman alıcı bir işlem adımı olsa da ultrasonikasyon, gaz kabarcıklarının birleşmesini ve yükselmesini önemli ölçüde hızlandırabilir. Ultrasonik gaz giderme, kesikli ve hat içi düzenlerde uygulanabilir; ayrıca gaz giderme verimliliğini ve hızını artırmak için inert gazlarla kabarcıklandırma, çarklı gaz gidericiler, ısıtma veya vakum gibi geleneksel gaz giderme teknikleriyle birleştirilebilir.

Sıvılardan Gaz Giderme

Hava giderme, gaz giderme ve gaz çıkışı terimleri, serbest ve çözünmüş gazların, özellikle oksijen veya CO2 gibi reaktif gazların bir akışkandan uzaklaştırılmasını ifade eder. Oksijenin giderilmesi, nihai üründe zararlı değişiklikleri önlemek ve sonraki işlem aşamalarını iyileştirmek açısından önemlidir. Gaz giderme, birçok uygulama ve sektör için gerekli bir işlem adımıdır. Endüstriyel üretimde gaz giderme, ürün kararlılığını, kalitesini ve ürün standartlarının sürekliliğini sağlamak için yaygın olarak uygulanan bir işlem adımıdır. Oksijen, ürün kalitesini ve kararlılığını çeşitli düzeylerde etkileyen bir faktördür.
Bu nedenle hava giderme, gıda ve içecek, kimya, ilaç ve kozmetik sektörlerinde yerleşik bir işlem adımıdır. Ancak laboratuvarlarda da numuneler çoğu zaman analizden önce gaz giderme gerektirir (örneğin HPLC, tayinler, parçacık ölçümleri vb. öncesinde).
Örneğin yüksek kesmeli bıçaklı veya döner çarklı karıştırıcıların kullanıldığı karıştırma işlemleri, bu teknikler ürüne genellikle yüksek miktarda gaz kattığından, çoğu zaman ürünün daha sonra gazının giderilmesini gerektirir. Bu tür gaz ve hava kapanımları, katı ve sıvı yağları acılaştırabildikleri ve oksidasyon, renk değişimi ve koku ile tatta istenmeyen değişiklikler yoluyla ürünleri bozabildikleri için genellikle ürün üzerinde olumsuz etkilere sahiptir.  Gazı giderilmiş ürünler kimyasal olarak daha kararlı olduğundan ve daha uzun raf ömrüne sahip olduğundan, gaz giderme, güvenilir bir teknik gerektiren temel bir işlem adımıdır.
 

Ultrasonik gaz giderme: Yağ içinde hapsolmuş gaz kabarcıkları UP400St sonikatörü kullanılarak giderilir

Ultrasonik Gaz ve Hava Giderme

Ultrasonik gaz ve hava giderme, sıvılardan gaz giderilmesinde kullanılan kaynatma, basıncı vakum düzeyine düşürme veya inert gazlarla kabarcıklandırma gibi geleneksel yöntemlere oldukça güçlü bir alternatiftir. Bu geleneksel gaz giderme yöntemleri çoğu zaman termal bozunma (ısıtma nedeniyle), zaman ve enerji tüketen işlemler ve/veya yetersiz gaz giderme gibi dezavantajlar taşır. Ultrasonik gaz giderme, akustik kavitasyonun çalışma prensibine dayanır. Yüksek güçlü ultrason dalgaları bir sıvıya aktarıldığında sıvı, sırasıyla yüksek basınç ve düşük basınç döngüleri sırasında sıkıştırılır ve genleşir. Düşük basınç döngüleri sırasında, birkaç basınç döngüsü boyunca büyüyen çok küçük vakum kabarcıkları (kavitasyon kabarcıkları olarak adlandırılır) oluşur. Bu kabarcık büyüme döngüleri sırasında sıvıdaki çözünmüş gazlar vakum kabarcığına girer ve böylece vakum kabarcığı büyüyen gaz kabarcıklarına dönüşür. Ayrıca mikro türbülanslar ve sıvı jetleri yoğun çalkalanmaya ve kütle transferine neden olur. Ultrasonik olarak oluşturulan bu koşullar, küçük çözünmüş gaz kabarcıklarının daha büyük gaz kabarcıkları hâlinde birleşmesi anlamına gelen gaz kabarcığı birleşmesine neden olur; bu büyük kabarcıklar hızla sıvının yüzeyine yükselerek sıvıdan ayrılır.
Ultrasonik titreşim ve kavitasyonun neden olduğu sıcaklık değişimleri çok küçük yerel bölgelerle sınırlıdır ve toplam hacimdeki sıcaklık artışı, ürün kalitesini etkilemediğinden ihmal edilebilir.
 

UP400ST sonikatörü kullanılarak %100, %80, %60, %40 ve %20 genliklerde, 24 kHz ultrasonik frekansta çözünmüş oksijenin zamanla azalması.
Çalışma: ©Rognerud et al., 2020.

 
Sıvının veya bulamacın hacmine, viskozitesine ve gaz kapanımlarına bağlı olarak ultrasonik hava giderme, kesikli veya hat içi bir işlem olarak uygulanabilir. Yüksek güçlü bir ultrasonik prob, sıvıya akustik kavitasyon yayar ve böylece sıvının gazı verimli biçimde giderilir.
Ultrasonik gaz giderme, ısıtma, vakum veya kabarcıklandırma gibi mevcut gaz giderme sistemlerini iyileştirmek için de uygulanabilir.
Ultrasonik gaz giderme ve köpük giderme; su, yağlar, gıda ve içecekler, kimyasal çözeltiler, hidrolik akışkanlar, soğutucu akışkanlar, sondaj akışkanları, ham petrol, emülsiyonlar, boyalar, mürekkepler, yapıştırıcılar, vernikler, kaplamalar, epoksiler, şampuanlar, deterjanlar ve daha birçok üründen çözünmüş gazları uzaklaştırmak için endüstriyel ölçekte uygulanır.
 

Bir akış hücresi düzeneği kullanılarak ultrasonik gaz giderme. Bu deney, 0,8 galon hacme, 0,2 sfcm/min inert gaz debisine ve 275 W/cm2 şiddete sahip, prototip niteliğinde küçük ölçekli bir su devresiydi. Bu, oksijen giderme süresinde yaklaşık %70 azalma olduğunu göstermektedir.
Çalışma ve görsel: Rubio et al. 2016

Akış hücreli UIP1000hdT sonikatörüyle hat içi bir düzende ultrasonik gaz giderme.

Ultrasonik Olarak İyileştirilmiş Kabarcıklandırma

Sıvıların inert gazla kabarcıklandırılması (inert gazla süpürme olarak da bilinir), oksijen ve karbondioksit gibi istenmeyen gazları sıvıdan uzaklaştırmak için yaygın olarak uygulanan bir işlemdir. Kabarcıklandırma uygulamalarında genellikle azot, argon, helyum ve diğer inert gazlar kullanılır. Bir çözeltinin yüksek saflıkta (genellikle inert) bir gazla kabarcıklandırılması, oksijen ve karbondioksit gibi istenmeyen, genellikle reaktif çözünmüş gazları uzaklaştırabilir. Kabarcıklandırma işlemi kütle transferine dayanır ve tek başına oldukça yavaş bir işlemdir. İnert gazlarla kabarcıklandırmayı yoğunlaştırmak için sıvı–gaz çözeltisi çoğu zaman kuvvetle çalkalanır ve uzun süre kabarcıklandırılır. Ultrasonikasyon, kütle transferini ve dolayısıyla kabarcıklandırmayı önemli ölçüde iyileştiren, gaz gidermeyi yoğunlaştırıcı bir tekniktir. Yüksek güçlü ultrason dalgaları sıvılara veya bulamaçlara aktarıldığında kavitasyon kabarcıkları oluşur. Bu kavitasyon kabarcıkları, büyük süpürme gazı kabarcıklarını küçük kabarcıklara parçalar ve kabarcıkları homojen biçimde dağıtır; bu da daha hızlı ve daha temiz gaz giderme etkileriyle sonuçlanır. Ultrasonikasyonun oluşturduğu yoğun çalkalanma ve türbülanslar, gaz–sıvı kütle transferini ve dolayısıyla istenmeyen gazların hızla uzaklaştırılmasını destekler.
Kabarcıklandırma işlemini hızlandırmak ve daha verimli hâle getirmek için gaz ile sıvı arasındaki kütle transferi performansını sonomekanik olarak iyileştirmek üzere yüksek performanslı ultrasonik teknoloji kullanılır. Akustik kavitasyonun oluşturduğu sonomekanik etkiler arasında yerel basınç ve sıcaklık farkları, mikro türbülanslar ve çalkalanma bulunur. Bu kuvvetler, kabarcıkların parçalanması, dağılması ve ardından ara yüzey alanının artması sonucunda difüzyonla kütle transferinin artmasına katkıda bulunarak gaz giderme performansını iyileştirir; bu da sonunda hapsolmuş gazların sıvıdan hızla uzaklaştırılmasını sağlar.
İstenen gaz çıkışı etkilerini elde etmek için yüksek güçlü ultrasonikasyon gereklidir. Bir sıvı, iki fazlı bir akışta inert gazla kabarcıklandırıldığında, çözünmüş gazların kütle transferini ve giderilme hızını artırmak için doğrultulmuş difüzyon istenir. Doğrultulmuş difüzyonun uygulanması zor olabilir; çünkü hapsolmuş ve çözünmüş gaz kabarcıkları, düşük şiddetlerde ultrasonik kavitasyon alanına girmekten kaçınma eğilimindedir. Ancak yüksek şiddetlerde (300 W/cm² değerinden yüksek, yaklaşık 20 kHz frekansta) gaz kabarcıkları artık kavitasyon bölgesinden kaçınmaz ve sonomekanik kuvvetlerle parçalanır. (bkz. Jagannathan et al. 2011)

Yüksek Güçlü Ultrasonik Gaz Giderme Sistemleri

Hielscher Ultrasonics, dünya çapında laboratuvarlarda ve endüstriyel üretimde kullanılan yüksek performanslı ultrasonik ekipmanların üretiminde uzun yıllara dayanan deneyime sahip bir üreticidir. Sıvılardan ve bulamaçlardan gaz giderme, hapsolmuş gaz kabarcıklarını ve hava ceplerini uzaklaştırmak için belirlenmiş genliklerdeki salınımları sıvılara aktarabilen yüksek güçlü ultrasonik problar gerektiren zorlu bir uygulamadır. Tüm Hielscher ultrasonik cihazları, tam yük altında 24/7 çalıştırılmak üzere tasarlanır ve üretilir. Ultrasonik işlemciler, kompakt 50 wattlık laboratuvar sonikatörlerinden 16.000 wattlık güçlü hat içi ultrasonik sistemlere kadar farklı seçeneklerle sunulur. Çok çeşitli genlik artırıcı hornlar, sonotrotlar ve akış hücreleri, sıvıya, viskoziteye ve gaz kapanımlarına uygun özel bir ultrasonik gaz giderme sisteminin kurulmasına olanak tanır.
Sıvı metallerden hava giderme ve gaz çıkışı için hassas biçimde ayarlanan ve korunan genlikler gereklidir. Hielscher Ultrasonics, süreç için yüksek düzeyde optimize edilmiş genlik ve sıcaklıklara göre özellikleri belirlenen yüksek performanslı ultrasonik problar üretir. Gaz giderme uygulamanız alışılmadık özellikler gerektiriyorsa özelleştirilmiş ultrasonik sonotrotlar mevcuttur. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır çalışma koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır.

Kesikli ve Hat İçi İşlemler

Gaz giderme için Hielscher ultrasonik probları, kesikli ve sürekli hat içi gaz ve hava giderme işlemlerinde kullanılabilir. Hacme, viskoziteye ve hapsolmuş gazlara bağlı olarak size en uygun ultrasonik gaz giderme düzeneğini önereceğiz.

Her Hacimde Gaz Giderme İçin Ultrasonik Problar

Hielscher Ultrasonics ürün yelpazesi, kompakt laboratuvar sonikatörlerinden tezgâh üstü ve pilot sistemlere, saatte kamyonlar dolusu malzemeyi işleme kapasitesine sahip tamamen endüstriyel ultrasonik işlemcilere kadar ultrasonik işlemcilerin tüm çeşitlerini kapsar. Eksiksiz ürün yelpazesi, sıvınıza, işlem kapasitenize ve üretim hedeflerinize en uygun ultrasonik gaz giderme ekipmanını sunmamıza olanak tanır.

Optimum Sonuçlar İçin Hassas Biçimde Kontrol Edilebilen Genlikler

Tüm Hielscher ultrasonik gaz giderme sistemleri hassas biçimde kontrol edilebilir ve bu nedenle güvenilir, dayanıklı çalışma araçlarıdır. Genlik, sonomekanik olarak gerçekleştirilen gaz gidermenin verimliliğini ve etkinliğini etkileyen kritik işlem parametrelerinden biridir. Tüm Hielscher Ultrasonics işlemcileri, genliğin hassas biçimde ayarlanmasına olanak tanır. Sonotrotlar ve genlik artırıcı hornlar, genliğin daha da geniş bir aralıkta değiştirilmesini sağlayan aksesuarlardır. Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemcileri çok yüksek genlikler sağlayabilir ve zorlu uygulamalar için gereken ultrasonik şiddeti sunar. 200µm değerine kadar genliklerle 24/7 çalışmada kolayca sürekli işlem yapılabilir.
Hassas genlik ayarları ve ultrasonik işlem parametrelerinin akıllı yazılım aracılığıyla sürekli izlenmesi, en etkili ultrasonik gaz giderme için ultrasonik işlem parametrelerini ayarlamanıza olanak tanır. Yüksek verimlilikle gaz giderme için optimum sonikasyon!
Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır çalışma koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır. Bu, Hielscher ultrasonik ekipmanlarını hava giderme işleminizin gereksinimlerini karşılayan güvenilir bir çalışma aracı hâline getirir.

En Yüksek Kalite – Almanya’da Tasarlanır ve Üretilir

Bir aile şirketi olarak aile tarafından yönetilen Hielscher, ultrasonik işlemcileri için en yüksek kalite standartlarına öncelik verir. Tüm sonikatörler, Almanya’da Berlin yakınlarındaki Teltow’da bulunan merkezimizde tasarlanır, üretilir ve kapsamlı biçimde test edilir. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı ve güvenilirliği, onları üretiminizde dayanıklı bir çalışma aracı hâline getirir. Tam yük altında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışma, Hielscher yüksek performanslı gaz gidericilerinin doğal bir özelliğidir.