Siêu âm khử khí và khử bọt chất lỏng
Khử khí và khử bọt chất lỏng bằng siêu âm là một quá trình rất hiệu quả. Siêu âm loại bỏ các bọt khí lơ lửng nhỏ khỏi chất lỏng và giảm mức khí hòa tan dưới mức cân bằng tự nhiên.
Việc khử khí và khử bọt 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 sai số đo
- khử khí dầu và chất bôi trơn trước khi bơm để giảm mài mòn máy bơm do xâm thực
- Khử khí thực phẩm lỏng, ví dụ như nước trái cây, nước sốt hoặc rượu vang, để giảm sự phát triển của vi sinh vật và tăng thời hạn sử dụng
- khử khí polyme và vecni trước khi thi công, đóng rắn hoặc truyền chân không
Khi siêu âm chất lỏng, sóng âm thanh lan truyền từ bề mặt bức xạ vào môi trường lỏng dẫn đến chu kỳ áp suất cao và áp suất thấp xen kẽ, với tốc độ phụ thuộc vào tần số. Trong chu trình áp suất thấp, sóng siêu âm có thể tạo ra các bong bóng chân không nhỏ hoặc khoảng trống trong chất lỏng. Số lượng lớn các bong bóng nhỏ tạo ra tổng diện tích bề mặt bong bóng cao. Các bong bóng cũng được phân bố 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.
Sóng âm hỗ trợ sự chạm vào và kết hợp của các bong bóng liền kề dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các bong bóng. Các sóng siêu âm cũng sẽ giúp rung chuyển bong bóng khỏi bề mặt tàu và sẽ buộc các bong bóng nhỏ hơn nằm bên dưới bề mặt chất lỏng nổi lên và giải phóng khí bị mắc kẹt ra môi trường.
Khử khí siêu âm dầu bằng bộ xử lý siêu âm Hielscher 200 Watts.
Đưa nó vào thử nghiệm
Quá trình khử khí và khử bọt chất lỏng có thể được nhìn thấy dễ dàng. Trong cốc thủy tinh chứa nước máy mới rót, siêu âm sẽ buộc các bong bóng lơ lửng nhỏ kết hợp lại và di chuyển lên nhanh chóng. Bạn có thể thấy hiệu ứng này trong hình ảnh tiến trình bên dưới.
Siêu âm khử khí nước (5 giây)
Dầu khuấy chứa một số lượng lớn bong bóng hoặc bọt lơ lửng. Đặc biệt trong chất làm mát, đây là một vấn đề. Ở đó, các bọt khí thúc đẩy sự mài mòn do xâm thực trong máy bơm hoặc vòi phun. Hình ảnh tiến trình dưới đây cho thấy hiệu ứng khử bọt siêu âm.
Khử khí siêu âm: Các bong bóng khí bị mắc kẹt được loại bỏ khỏi dầu bằng máy siêu âm UP400St
Sonication sẽ tạo ra các bong bóng chân không nhỏ trong nước trong, ôi. Những bong bóng này chứa đầy 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 các bong bóng lơ lửng nhỏ lên bề mặt chất lỏng, nó cũng làm giảm thời gian tiếp xúc giữa bong bóng và chất lỏng. Vì lý do này, nó cũng hạn chế sự hòa tan lại của khí từ bong bóng sang chất lỏng. Điều này đặc biệt được quan tâm đối với chất lỏng có độ nhớt cao hơn, chẳng hạn như dầu hoặc nhựa. Vì các bong bóng phải di chuyển lên bề mặt chất lỏng, quá trình khử khí siêu âm hoạt động tốt hơn, nếu thùng chứa nông để thời gian lên bề mặt ngắn hơn.
Vượt ra ngoài những hiệu ứng có thể nhìn thấy
Việc đo lường hiệu quả 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 biết 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 sự khuấy động của chất lỏng. Trong điều kiện không đổi, nồng độ khí sẽ tiến gần đến trạng thái cân bằng. Khử khí siêu âm sẽ thay đổi điều kiện, vì chất lỏng tiếp xúc với bong bóng áp suất thấp và khuấy động. Do đó, siêu âm sẽ làm giảm nồng độ khí trong chất lỏng xuống dưới mức cân bằng.
Khi quá trình siêu âm 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 quá trình hòa tan lại của khí vào chất lỏng khá chậm, có thể làm việc với chất lỏng có khí thấp sau khi siêu âm. Biểu đồ dưới đây minh họa hiệu ứng này.
Minh họa khử khí bằng sóng siêu âm của nước
Khử khí trước khi nhũ hóa và phân tán
Khử khí siêu âm có thể cải thiện chất lượng của chất phân tán và nhũ tương.
Vấn đề
Thông thường, nhũ tương và chất phân tán có chứa chất hoạt động bề mặt để tăng độ ổn định của chúng. Các chất hoạt động bề mặt sẽ ức chế sự tiếp xúc và kết tụ 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 bọt khí lơ lửng trong pha lỏng. Những bong bóng ổn định như vậy có thể chứng minh là rất mạnh. Bong bóng ổn định tiêu thụ chất hoạt động bề mặt, làm giảm chất lượng của nhũ tương hoặc phân tán và có thể tạo ra các kết quả đọc thất thường khi đo kích thước hạt.
Giải pháp: Khử khí siêu âm
Để giảm vấn đề bọt khí ổn định, chất lỏng nên được khử khí bằng cách siêu âm. Trước khi thêm pha phân tán, chẳng hạn như dầu hoặc bột, hãy siêu âm chất lỏng cho đến khi số lượng bong bóng được tạo ra giảm. Khi trộn các vật liệu khác, tránh tạo bọt mới hoặc xoáy trong khi khuấy. Điều này sẽ làm tăng hàm lượng khí nhanh chóng.
Buộc carbon dioxide ra ngoài
Tác dụng khử khí đang được sử dụng trong thử nghiệm rò rỉ lon và chai chứa đồ uống có ga, chẳng hạn như cola, soda hoặc bia. Vui lòng nhấp vào đây để biết thêm thông tin về kiểm tra rò rỉ chai.
Siêu âm khử khí tóm tắt
Quá trình khử khí siêu âm chất lỏng hoạt động tốt hơn khi sử dụng thiết lập sau.
- Áp dụng biên độ siêu âm từ thấp đến trung bình!
- Sử dụng sonotrodes có diện tích bề mặt lớn, ví dụ như sonotrodes phát ra xuyên tâm!
- Cung cấp áp suất thấp hoặc chân không trên bề mặt chất lỏng trong khi siêu âm!
- Làm nóng chất lỏng để giảm độ nhớt của nó!
- Sử dụng một thùng chứa nông để tách khí trong hoặc sau khi siêu âm!
- Tránh khuấy động hỗn loạn để cho phép bọt khí di chuyển lên!
Khử khí siêu âm có thể được sử dụng ở chế độ hàng loạt hoặc nội tuyến. Trong trường hợp hoạt động nội tuyến, nên lắp đặt một đường ống đứng để xả khí và phải áp dụng một máy bơm khí.