Siêu âm Degassing và Defoaming của chất lỏng
Degassing và defoaming của chất lỏng bằng cách sử dụng siêu âm là một quá trình rất hiệu quả. Ultrasonication 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.
Việc khử khí và khử khí chất lỏng là cần thiết cho nhiều mục đích, chẳng hạn như các quy trình sau:
- chuẩn bị mẫu trước khi đo kích thước hạt để tránh lỗi đo lường
- khử khí dầu và chất bôi trơn trước khi bơm để giảm hao mòn bơm do cavitation
- khử khí thực phẩm lỏng, ví dụ như nước trái cây, nước sốt hoặc rượu vang, để giảm sự phát triển của vi khuẩn và tăng thời hạn sử dụng
- khử khí polyme và vecni trước khi sử dụng, bảo dưỡng hoặc truyền chân không
Khi sonicating chất lỏng, sóng âm thanh lan truyền từ bề mặt bức xạ vào phương tiện truyền thông chất lỏng dẫn đến xen kẽ chu kỳ áp suất cao và áp suất thấp, với tốc độ 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 này thông qua diện tích bề mặt lớn và làm tăng kích thước của 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.
Siêu âm degassing dầu bằng cách sử dụng một bộ xử lý siêu âm Hielscher 200 Watts.
Đặt nó vào thử nghiệm
Quá trình khử khí và khử khí chất lỏng có thể dễ dàng nhìn thấy. Trong một cốc thủy tinh của nước máy mới đổ, ultrasonication sẽ buộc các bong bóng lơ lửng nhỏ để kết hợp và di chuyển lên nhanh chóng. Bạn có thể thấy hiệu ứng này trong ảnh tiến trình bên dưới.
siêu âm degassing của nước (5 giây)
Dầu kích động chứa một số lượng cao các bong bóng lơ lửng hoặc bọt. Đặc biệt trong chất làm mát, đây là một vấn đề. Ở đó, các bong bóng khí thúc đẩy cavitation gây ra hao mòn trong máy bơm hoặc vòi phun. Hình ảnh tiến trình dưới đây cho thấy hiệu quả khử khoánn siêu âm.
Siêu âm degassing: Entrapped khí bong bóng được loại bỏ từ dầu bằng cách sử dụng ultrasonicator UP400St
Sonication sẽ tạo ra bong bóng chân không nhỏ trong nước trong, cũ. Những bong bóng này lấp đầy bằng khí hòa tan, di chuyển vào bong bóng. Do đó các bong bóng phát triển và di chuyển lên. Hiệu ứng khử khí có thể nhìn thấy rõ trong bất kỳ chất lỏng mờ nào.
Khi siêu âm cải thiện sự gia tăng của bong bóng lơ lửng nhỏ lên bề mặt chất lỏng, nó làm giảm thời gian tiếp xúc giữa bong bóng và chất lỏng, quá. Vì lý do này, nó cũng hạn chế sự hòa tan khí từ bong bóng đến chất lỏng. Điều này đặc biệt quan tâm đến 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 thùng chứa nông để thời gian lên bề mặt ngắn hơn.
Ngoài các hiệu ứng có thể nhìn thấy
Việc đo các hiệu ứng khử khí bằng kiểm tra trực quan bị hạn chế về độ chính xác. Đo hàm lượng khí là một cách chính xác hơn để nói về hiệu quả khử khí siêu âm.
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 hoặc kích động chất lỏng. Trong điều kiện không đổi, nồng độ khí sẽ tiếp cận trạng thái 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 xuống dưới mức cân bằng.
Khi sonication dừng lại và các điều kiện ban đầu được thiết lập lại, 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 sự hòa tan lại của khí vào chất lỏng là khá chậm, nó có thể làm việc với chất lỏng khí thấp sau khi sonication. Biểu đồ dưới đây minh họa hiệu ứng này.
Minh họa Khử khí siêu âm
Degassing trước khi Emulsifying và Dispersing
Siêu âm degassing có thể cải thiện chất lượng phân tán và nhũ tương.
Vấn đề
Thông thường, nhũ tương và phân tán có chứa các chất hoạt động bề mặt để tăng sự ổn định của chúng. Các chất hoạt động bề mặt sẽ ức chế sự tiếp xúc và kết hợp hoặc kết tụ của vật liệu phân tán trong pha lỏng. Đối với điều này, các chất hoạt động 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 được treo trong pha lỏng. Bong bóng ổn định như vậy có thể chứng minh là rất mạnh mẽ. Bong bóng ổn định tiêu thụ chất hoạt động bề mặt, làm giảm chất lượng nhũ tương hoặc phân tán, và có thể tạo ra các chỉ số thất thường khi đo kích thước hạt.
Giải pháp
Để giảm vấn đề bong bóng khí ổn định, chất lỏng nên được degassed 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 được tạo ra giảm. Khi trộn trong các vật liệu khác, tránh tạo ra bong bóng mới hoặc xoáy trong khi khuấy. Điều này sẽ làm tăng hàm lượng 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. Vui lòng nhấp vào đây để biết thêm thông tin về thử nghiệm rò rỉ chai.
Siêu âm degassing trong giới thiệu tóm tắt
Siêu âm degassing của chất lỏng hoạt động tốt hơn khi sử dụng thiết lập sau.
- Áp dụng biên độ siêu âm thấp đến trung bình!
- Sử dụng sonotrodes với diện tích bề mặt lớn, ví dụ như phát ra sonotrodes một cách rạng rỡ!
- Cung cấp áp suất thấp hoặc chân không trên bề mặt chất lỏng trong khi sonicating!
- Làm nóng chất lỏng, để giảm độ nhớt của nó!
- Sử dụng một thùng chứa nông để tách khí trong hoặc sau khi sonication!
- Tránh kích động hỗn loạn để cho phép các bong bóng khí di chuyển lên!
Siêu âm degassing có thể được sử dụng trong chế độ hàng loạt hoặc nội tuyến. Trong trường hợp hoạt động nội tuyến, nên lắp đặt ống đứng để xả khí và nên áp dụng bơm khí.