Siêu âm Degassing và Defoaming của chất lỏng

Degassing và defoaming của chất lỏng là một ứng dụng thú vị của Thiết bị siêu âm. Trong trường hợp này, siêu âm loại bỏ các bong bóng khí lơ lửng nhỏ từ chất lỏng và làm giảm mức độ khí hòa tan dưới mức cân bằng tự nhiên.

Các degassing và defoaming của chất lỏng là cần thiết cho nhiều mục đích, chẳng hạn như:

chuẩn bị mẫu trước khi đo kích thước hạt để tránh lỗi đo lường
dầu và chất bôi trơn sự khử khí trước khi bơm để giảm mặc bơm do cavitation
degassing của thực phẩm lỏng, ví dụ như nước trái cây, nước sốt hoặc rượu, để giảm sự phát triển của vi khuẩn và tăng tuổi thọ
degassing của polyme và vecni trước khi ứng dụng và chữa

Khi sonicating chất lỏng, những con sóng âm thanh Lan truyền từ bề mặt tỏa vào chất lỏng dẫn đến phương tiện trong xen kẽ áp lực cao (nén) và áp suất thấp (rarefaction) chu kỳ, với mức giá tùy thuộc vào tần số. Trong chu kỳ áp suất thấp, sóng siêu âm có thể tạo ra bong bóng chân không nhỏ hoặc khoảng trống trong chất lỏng. Số lượng lớn các bong bóng nhỏ tạo ra một tổng diện tích bề mặt bong bóng cao. Các bong bóng cũng được phân phối tốt trong chất lỏng. Khí hòa tan di chuyển vào các bong bóng chân không (áp suất thấp) qua diện tích bề mặt lớn và làm tăng kích thước của các bong bóng.
Các sóng âm hỗ trợ chạm và kết hợp của bong bóng liền kề dẫn đến sự tăng trưởng nhanh chóng của các bong bóng. Sóng sonication cũng sẽ giúp lắc bong bóng khỏi bề mặt tàu và sẽ buộc các bong bóng nhỏ hơn nghỉ ngơi dưới bề mặt chất lỏng để tăng thông qua và giải phóng khí bị entrapped đến môi trường.

Đặt nó vào thử nghiệm

Quá trình degassing và defoaming của chất lỏng có thể được thực hiện dễ dàng. Trong một cốc thủy tinh của nước máy mới đổ, ultrasonication sẽ buộc các bong bóng nhỏ bị đình chỉ (cloudiness) để coalesce và di chuyển lên nhanh chóng. Bạn có thể thấy hiệu ứng này ở hình ảnh tiến độ bên dưới. Vui lòng nhấp vào hình ảnh dưới đây để phóng to hình ảnh.

(Nhấp để xem lớn hơn!) Siêu âm degassing của nước bằng cách sử dụng một bộ xử lý siêu âm UP200S (200 Watts)
siêu âm degassing của nước (5 giây)

Dầu khuấy có chứa một số lượng cao các bong bóng lơ lửng (bọt). Đặc biệt trong các chất làm mát, đây là một vấn đề, như các bong bóng thúc đẩy sự caviation gây mòn trong máy bơm và vòi phun. Hình ảnh tiến độ dưới đây cho thấy hiệu ứng siêu âm defoaming. Nhấp vào hình ảnh dưới đây để phóng to hình ảnh.

(Nhấp để xem lớn hơn!) Siêu âm degassing của dầu bằng cách sử dụng một bộ xử lý siêu âm UP200S (200 Watts)
siêu âm degassing của dầu (5 giây)

Ngay cả trong nước vẫn còn, ví dụ như sau 24 giờ, sonication sẽ tạo ra bong bóng nhỏ trong nước sạch. Những bong bóng lấp đầy với khí hòa tan, di cư vào các bong bóng. Do đó các bong bóng phát triển và di chuyển lên. Hiệu ứng degassing cũng có thể nhìn thấy trong bất kỳ chất lỏng mờ.
Khi siêu âm cải thiện sự gia tăng của bong bóng lơ lửng nhỏ vào bề mặt chất lỏng, nó làm giảm thời gian liên lạc giữa các bong bóng và chất lỏng, quá. Vì lý do này, nó giới hạn việc tái hòa tan khí từ bong bóng đến chất lỏng, quá. Điều này đặc biệt quan tâm đối với các chất lỏng có độ nhớt cao hơn, chẳng hạn như dầu hoặc nhựa. Kể từ khi các bong bóng phải di chuyển đến bề mặt chất lỏng, siêu âm degassing hoạt động tốt hơn, nếu container là cạn để thời gian để bề mặt ngắn hơn.

Ngoài các hiệu ứng có thể nhìn thấy

Trong khi xác định rõ ràng các hiệu ứng degassing được giới hạn về độ chính xác, đo đạc nội dung khí, ví dụ như bằng chụp x quang neutron, là một cách chính xác hơn để nói về hiệu quả siêu âm degassing.

Chất lỏng chứa một lượng khí hòa tan nhất định. Nồng độ khí phụ thuộc vào các yếu tố, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất môi trường xung quanh, kích động của chất lỏng. Trong điều kiện liên tục, nồng độ khí sẽ tiếp cận cân bằng. Siêu âm degassing sẽ thay đổi các điều kiện, bởi vì chất lỏng được tiếp xúc với bong bóng áp suất thấp và kích động. Do đó, ultrasonication sẽ làm giảm nồng độ khí trong chất lỏng bên dưới mức cân bằng trước đây.
Khi sonication dừng lại và các điều kiện ban đầu được tái lập, nồng độ khí sẽ từ từ tiếp cận mức cân bằng ban đầu một lần nữa, trừ khi chất lỏng không tiếp xúc với bất kỳ khí nào, ví dụ như trong một chai kín. Bởi vì việc tái hòa tan khí vào chất lỏng là khá chậm, nó có thể làm việc với chất lỏng thấp khí sau khi sonication. Đồ thị dưới đây minh họa hiệu ứng này. (Bấm vào để phóng to.)

Degassing trước khi Emulsifying và Dispersing

Siêu âm degassing có thể đóng góp đáng kể vào chất lượng phân tán và nhũ tương.

Vấn đề

nhũ tương và phân tán thường chứa các chất hoạt tính bề mặt để tăng độ ổn định. Các chất hoạt động bề mặt sẽ ức chế sự chạm và kết dính hoặc kết tụ của vật liệu phân tán trong pha lỏng. Đối với điều này, các chất hoạt tính bề mặt sẽ tạo thành một lớp xung quanh mỗi hạt. Các chất hoạt động bề mặt tương tự cũng có thể đóng gói các bong bóng khí bị đình chỉ trong pha lỏng. Bong bóng ổn định như vậy có thể chứng minh là rất mạnh mẽ. Nó tiêu thụ bề mặt, làm giảm chất lượng của nhũ tương hoặc phân tán, và nó có thể tạo ra các bài đọc thất thường khi đo kích thước hạt.

Giải pháp

Để giảm bớt vấn đề bong bóng khí ổn định, chất lỏng có thể chỉ đơn giản là degzed bởi sonication. Trước khi thêm giai đoạn phân tán, chẳng hạn như dầu hoặc bột, sonicate chất lỏng cho đến khi số lượng bong bóng tạo ra giảm. Khi trộn các vật liệu khác trong, tránh tạo ra bong bóng mới hoặc xoáy trong khi khuấy. Điều này làm tăng nội dung khí nhanh chóng.

Buộc carbon dioxide ra

Hiệu quả của degassing đang được sử dụng trong các thử nghiệm rò rỉ của lon và chai có chứa đồ uống có ga, chẳng hạn như Cola, soda hoặc bia. Xin bấm vào đây để có thêm thông tin.

Siêu âm degassing trong giới thiệu tóm tắt

Các siêu âm degassing của chất lỏng hoạt động tốt hơn nếu bạn:

áp dụng biên độ thấp đến trung bình
sử dụng sonotrodes với diện tích bề mặt lớn hơn
cung cấp áp suất thấp hoặc chân không trên bề mặt chất lỏng
làm nóng chất lỏng
kết hợp một container nông
tránh kích động hỗn loạn

Siêu âm degassing có thể được sử dụng trong chế độ hàng loạt hoặc dòng chảy. Trong trường hợp của một hoạt động dòng chảy, một ống đứng cho việc xả khí nên được cài đặt và một máy bơm khí nên được áp dụng.