Високоефективна деаерація рідин за допомогою ультразвуку

У той час як дегазація або дегазація часто є надзвичайно трудомістким етапом процесу, ультразвук може прискорити злиття бульбашок газу та їх значне підняття. Ультразвукове дегазування може використовуватися в пакетних і вбудованих установках, а також може поєднуватися з традиційними методами дегазації, такими як барботування інертними газами, дегазація робочим колесом, нагрівання або вакуум з метою підвищення ефективності та швидкості видалення газу.

Видалення газу з рідин

Терміни деаерація, дегазація та дегазація стосуються видалення вільних і розчинених газів, особливо реактивних газів, таких як кисень або CO2, з рідини. Відмова від кисню важлива для запобігання шкідливим змінам кінцевого продукту та покращення подальшої обробки. Дегазація є необхідним етапом обробки для багатьох застосувань і галузей промисловості. У промисловому виробництві дегазація є загальним етапом процесу для забезпечення стабільності продукції, якості та безперервних стандартів продукції. Кисень є фактором, який впливає на якість і стабільність продукту на різних рівнях.
Таким чином, деаерація є усталеним етапом процесу в харчуванні & напоїв, хімічної, фармацевтичної та косметичної промисловості. Але також у лабораторіях зразки вимагають частої дегазації перед аналізом (наприклад, перед ВЕРХ, аналізами, вимірюваннями частинок тощо).
Часто процеси змішування з використанням, наприклад, змішувачів з високим зсувом або роторним робочим колесом часто роблять необхідним подальшу дегазацію продукту, оскільки ці методи змішування зазвичай вводять в продукт велику кількість газів. Такі газові та повітряні включення зазвичай негативно впливають на продукт, оскільки можуть зробити жири та олії прогірклими, зіпсувати продукти шляхом окислення, знебарвлення та небажаної зміни запаху та смаку. Оскільки дегазовані продукти хімічно більш стабільні і мають більш тривалий термін зберігання, дегазація є важливим етапом обробки, що вимагає надійної техніки.
 

Ультразвукова дегазація: з нафти видаляють уловлені бульбашки газу за допомогою ультразвукового апарату UP400St

Ультразвукова дегазація та деаерація

Ультразвукова дегазація та деаерація є дуже потужною альтернативою традиційним методам дегазації рідин, які включають кип'ятіння, зниження тиску до вакууму або барботування інертними газами. Ці традиційні методи дегазації часто мають недоліки, такі як термічна деградація (через нагрівання), трудомістка та енерговитратна обробка та/або недостатнє видалення газу. Ультразвукова дегазація заснована на принципі роботи акустичної кавітації. Коли ультразвукові хвилі високої потужності з'єднуються з рідиною, рідина стискається і розширюється під час циклів високого та низького тиску відповідно. Під час циклів низького тиску утворюються дрібні вакуумні бульбашки (так звані кавітаційні бульбашки), які ростуть протягом декількох циклів тиску. Під час цих циклів росту бульбашок розчинені гази в рідині потрапляють у вакуумну бульбашку, завдяки чому вакуумна бульбашка перетворюється на зростаючі бульбашки газу. Крім того, мікротурбулентності і струмені рідини викликають інтенсивне збудження і масообмін. Ці ультразвукові умови викликають злиття газових бульбашок, що є об'єднанням дрібних розчинених бульбашок газу в більші газові бульбашки, які швидко піднімаються на поверхню рідини, де і виходять з рідини.
Перепади температури, викликані ультразвуковою вібрацією і кавітацією, приурочені до дуже невеликих локальних просторів, а підвищенням температури в загальному обсязі можна знехтувати, так як воно не впливає на якість продукції.
 

Зменшення розчиненого кисню з часом для ультразвукової частоти 24 кГц за допомогою ультразвукового UP400ST при амплітудах 100 %, 80 %, 60 %, 40 % і 20 %.
Дослідження: ©Rognerud et al., 2020.

 
Залежно від обсягу, в'язкості та газових включень рідини або суспензії, ультразвукова деаерація може бути виконана періодичним або потоковим процесом. Потужний ультразвуковий зонд випромінює акустичну кавітацію в рідину, завдяки чому рідина ефективно дегазується.
Ультразвукова дегазація також може бути реалізована для вдосконалення вже існуючих систем дегазації, таких як опалення, вакуум або барботування.
Ультразвукова дегазація і піногасіння використовується в промислових масштабах для видалення розчинених газів з води, масел, харчових продуктів і напоїв, хімічних розчинів, гідравлічних рідин, охолоджуючих рідин, бурових розчинів, сирої нафти, емульсій, фарб, чорнила, клеїв, лаків, покриттів, епоксидних смол, шампунів, миючих засобів і багатьох інших продуктів.
 

Ультразвукова дегазація за допомогою установки проточної комірки. Цей експеримент був прототипом невеликого водяного контуру з об'ємом 0,8 галона, потоком інертного газу 0,2 смсм/хв та інтенсивністю 275 Вт/см2. Це свідчить про скорочення часу виведення кисню приблизно на 70%.
Дослідження та зображення: Rubio та ін., 2016

Ультразвукова дегазація в вбудованій установці за допомогою ультразвукового апарату UIP1000HDT з проточною камерою.

Барботування з ультразвуковим посиленням

Барботування рідин інертним газом (також відоме як очищення інертним газом) є поширеним лікуванням для видалення з рідини небажаних газів, таких як кисень і вуглекислий газ. Для барботування зазвичай використовують азот, аргон, гелій та інші інертні гази. Барботування розчину з газом високої чистоти (зазвичай інертним) може витягнути небажані, зазвичай реактивні розчинені гази, такі як кисень і вуглекислий газ. Процес барботування ґрунтується на масообміні і сам по собі є досить повільною процедурою. Для інтенсифікації барботування інертними газами рідко-газовий розчин часто енергійно перемішують і довго пузирчать. Ультразвук – це метод дегазації, що підсилює дегазацію, який значно покращує масообмін і тим самим барботування. При з'єднанні ультразвукових хвиль високої потужності з рідинами або суспензіями утворюються кавітаційні бульбашки. Ці кавітаційні бульбашки розбивають більші бульбашки продувного газу на дрібні бульбашки і рівномірно розсіюють бульбашки, що призводить до більш швидкого і чистого ефекту дегазації. Інтенсивне збудження і турбулентності, створювані ультразвуком, сприяють газорідинному масообміну і тим самим швидкому видаленню небажаних газів.
Для того, щоб прискорити і зробити процедуру барботування більш ефективною, використовується високопродуктивний ультразвук, який сономеханічно покращує показники масообміну між газом і рідиною. Сономеханічні ефекти, що виникають при акустичній кавітації, включають місцеві перепади тиску і температури, мікротурбулентності і перемішування. Ці сили покращують ефективність дегазації, сприяючи збільшенню дифузійного масообміну за рахунок розпаду бульбашок, диспергування і подальшого збільшення міжфазної площі, що в кінцевому рахунку призводить до швидкого видалення захоплених газів з рідини.
Для досягнення бажаного ефекту дегазації потрібне ультразвукове випромінювання високої потужності. При порятунку рідини з інертним газом у двофазному потоці бажана випрямлена дифузія для збільшення масопереносу та швидкості видалення розчинених газів. Застосування ректифікованої дифузії може бути складним, оскільки захоплені та розчинені бульбашки газу, як правило, уникають потрапляння в поле ультразвукової кавітації з меншою інтенсивністю. Однак при підвищених інтенсивностях (вище 300 Вт/см² на частоті приблизно 20 кГц) бульбашки газу вже не уникають зони кавітації і розбиваються під дією сономеханічних сил. (пор. Джаганнатан та ін., 2011)

Потужні ультразвукові системи дегазації

Hielscher Ultrasonics є багаторічним виробником високопродуктивного ультразвукового обладнання, яке використовується в усьому світі в лабораторіях і промисловому виробництві. Дегазація рідин і суспензій є вимогливим застосуванням, яке вимагає високопотужних ультразвукових зондів, які можуть з'єднувати встановлені амплітуди з рідинами для видалення захоплених газових бульбашок і повітряних кишень. Всі ультразвукові апарати Hielscher розроблені і виготовлені для роботи в режимі 24/7 при повному навантаженні. Ультразвукові процесори доступні від компактних лабораторних ультразвукових систем потужністю 50 Вт до потужних вбудованих ультразвукових систем потужністю 16 000 Вт. Широке розмаїття бустерних рупок, сонотродів і проточних комірок дозволяє здійснювати індивідуальну установку ультразвукової системи дегазації відповідно до рідинних, в'язких і газових включень.
Для деаерації і дегазації рідких металів потрібні точно задані і витримані амплітуди. Hielscher Ultrasonics виробляє високопродуктивні ультразвукові зонди, які призначені для дуже оптимізованих для процесу амплітуд і температур. Якщо ваша програма дегазації вимагає незвичайних специфікацій, доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.

Пакетні та вбудовані

Ультразвукові зонди Hielscher для дегазації можуть використовуватися для періодичної та безперервної вбудованої дегазації та деаерації. Залежно від обсягу, в'язкості та захоплених газів, ми порекомендуємо вам найбільш підходящу установку ультразвукового витіснення.

Ультразвукові зонди для дегазації будь-якого обсягу

Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics охоплює повний спектр ультразвукових процесорів, від компактних лабораторних ультразвукових пристроїв для настільних і пілотних систем до повністю промислових ультразвукових процесорів з продуктивністю обробки вантажівок на годину. Повний асортимент продукції дозволяє нам запропонувати Вам найбільш підходяще обладнання для ультразвукової дегазації для Ваших рідинних, технологічних потужностей і виробничих цілей.

Точно контрольовані амплітуди для оптимальних результатів

Всі ультразвукові дегазаційні системи Hielscher точно керовані і тим самим надійні робочі конячки. Амплітуда є одним з найважливіших параметрів процесу, що впливають на ефективність і результативність сономеханічно індукованої дегазації. Всі ультразвуки Hielscher’ Процесори дозволяють точно налаштовувати амплітуду. Сонотроди і бустерні ріжки - це аксесуари, що дозволяють змінювати амплітуду в ще більш широкому діапазоні. Промислові ультразвукові процесори Hielscher можуть забезпечувати дуже високі амплітуди та забезпечувати необхідну ультразвукову інтенсивність для вимогливих застосувань. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7.
Точні налаштування амплітуди та постійний моніторинг параметрів ультразвукового процесу за допомогою інтелектуального програмного забезпечення дають вам можливість регулювати параметри ультразвукового процесу для найбільш ефективної ультразвукової дегазації. Оптимальне ультразвукове дослідження для високоефективного видалення газів!
Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах. Це робить ультразвукове обладнання Hielscher надійним робочим інструментом, який відповідає вашим вимогам до процесу деаерації.

Найвища якість – Розроблено та виготовлено в Німеччині

Як сімейний бізнес, Hielscher надає пріоритет найвищим стандартам якості для своїх ультразвукових процесорів. Всі ультразвукові апарати розроблені, виготовлені та ретельно протестовані в нашій штаб-квартирі в Тельтові поблизу Берліна, Німеччина. Міцність і надійність ультразвукового обладнання Hielscher роблять його робочою конячкою на вашому виробництві. Робота 24/7 при повному навантаженні та в складних умовах є природною характеристикою високопродуктивних дегазаторів Hielscher.