Khử khí chất lỏng hiệu quả cao bằng siêu âm

Trong khi khử khí hoặc thoát khí thường là một bước quá trình cực kỳ tốn thời gian, siêu âm có thể đẩy nhanh sự kết hợp của bong bóng khí và sự gia tăng đáng kể của chúng. Siêu âm outgassing có thể được sử dụng trong thiết lập hàng loạt và nội tuyến và cũng có thể được kết hợp với các kỹ thuật khử khí thông thường như sparging với khí trơ, khử khí cánh quạt, sưởi ấm hoặc chân không để nâng cao hiệu quả và tốc độ loại bỏ khí.

Loại bỏ khí khỏi chất lỏng

Các thuật ngữ khử khí, khử khí và thoát khí đề cập đến việc loại bỏ các khí tự do và hòa tan, đặc biệt là các khí phản ứng như oxy hoặc CO2, khỏi chất lỏng. Loại bỏ oxy là rất quan trọng để ngăn chặn những thay đổi bất lợi của sản phẩm cuối cùng và cải thiện quá trình xử lý hạ nguồn. Khử khí là một bước xử lý cần thiết cho nhiều ứng dụng và ngành công nghiệp. Trong sản xuất công nghiệp, khử khí là một bước quy trình phổ biến để đảm bảo sự ổn định của sản phẩm, chất lượng và tiêu chuẩn sản phẩm liên tục. Oxy là một yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng và sự ổn định của sản phẩm ở nhiều cấp độ khác nhau.
Do đó, khử khí là một bước quy trình được thiết lập trong thực phẩm & công nghiệp đồ uống, hóa chất, dược phẩm và mỹ phẩm. Nhưng cũng trong phòng thí nghiệm, các mẫu yêu cầu khử khí thường xuyên trước khi phân tích (ví dụ: trước HPLC, xét nghiệm, đo hạt, v.v.).
Thông thường các quy trình trộn sử dụng ví dụ: máy trộn lưỡi cắt cao hoặc máy trộn cánh quạt quay thường làm cho việc khử khí tiếp theo của sản phẩm là cần thiết, vì các kỹ thuật trộn này thường đưa một lượng lớn khí vào sản phẩm. Các vùi khí và không khí như vậy thường có tác động tiêu cực đến sản phẩm, vì chúng có thể làm cho chất béo và dầu bị ôi, làm hỏng sản phẩm do quá trình oxy hóa, đổi màu và thay đổi mùi và vị không mong muốn. Vì các sản phẩm khử khí ổn định hơn về mặt hóa học và có thời hạn sử dụng lâu hơn, khử khí là một bước xử lý thiết yếu đòi hỏi một kỹ thuật đáng tin cậy.
 

Khử khí siêu âm: Bong bóng khí bị mắc kẹt được loại bỏ khỏi dầu sử dụng ultrasonicator UP400St

Siêu âm khử khí và khử khí

Khử khí siêu âm và khử khí là một giải pháp thay thế rất mạnh cho các phương pháp khử khí truyền thống của chất lỏng bao gồm đun sôi, giảm áp suất chân không hoặc sparging với khí trơ. Các phương pháp khử khí truyền thống này thường đi kèm với những nhược điểm như suy thoái nhiệt (do sưởi ấm), xử lý tốn thời gian và năng lượng và / hoặc loại bỏ khí không đủ. Khử khí siêu âm dựa trên nguyên tắc làm việc của cavitation âm thanh. Khi sóng siêu âm công suất cao được ghép thành chất lỏng, chất lỏng được nén và giãn nở trong các chu kỳ áp suất cao và áp suất thấp, tương ứng. Trong chu kỳ áp suất thấp, bong bóng chân không phút (được gọi là bong bóng xâm thực) được tạo ra, phát triển qua nhiều chu kỳ áp suất. Trong các chu kỳ tăng trưởng bong bóng đó, các khí hòa tan trong chất lỏng đi vào bong bóng chân không, do đó bong bóng chân không biến thành bong bóng khí đang phát triển. Hơn nữa, nhiễu loạn vi mô và máy bay phản lực chất lỏng gây ra sự khuấy động dữ dội và truyền khối lượng. Những điều kiện siêu âm được tạo ra gây ra sự kết hợp bong bóng khí, đó là sự thống nhất của bong bóng khí hòa tan nhỏ thành bong bóng khí lớn hơn, nhanh chóng nổi lên bề mặt của chất lỏng, nơi chúng rời khỏi chất lỏng.
Sự thay đổi nhiệt độ gây ra bởi rung động siêu âm và xâm thực được giới hạn trong không gian cục bộ rất nhỏ và sự gia tăng nhiệt độ trong tổng khối lượng có thể bị bỏ qua vì nó không can thiệp vào chất lượng sản phẩm.
 

Giảm oxy hòa tan với thời gian cho tần số siêu âm 24 kHz bằng cách sử dụng UP400ST sonicator ở biên độ 100%, 80%, 60%, 40% và 20%.
Nghiên cứu: ©Rognerud và cộng sự, 2020.

 
Tùy thuộc vào khối lượng, độ nhớt và vùi khí của chất lỏng hoặc bùn, khử khí siêu âm có thể được chạy như quá trình hàng loạt hoặc nội tuyến. Một đầu dò siêu âm công suất cao phát ra cavitation âm thanh vào chất lỏng, để chất lỏng được khử khí hiệu quả.
Khử khí siêu âm cũng có thể được thực hiện để cải thiện các hệ thống khử khí đã có sẵn như sưởi ấm, chân không hoặc sparging.
Siêu âm khử khí và khử bọt được sử dụng ở quy mô công nghiệp để loại bỏ khí hòa tan từ nước, dầu, thực phẩm và đồ uống, dung dịch hóa học, chất lỏng thủy lực, chất làm mát, chất lỏng khoan, dầu thô, nhũ tương, sơn, mực, chất kết dính, vecni, lớp phủ, epoxies, dầu gội, chất tẩy rửa và nhiều sản phẩm khác.
 

Khử khí siêu âm bằng cách sử dụng thiết lập tế bào dòng chảy. Thí nghiệm này là một nguyên mẫu vòng nước quy mô nhỏ với thể tích 0,8 gallon, lưu lượng khí trơ 0,2 sfcm / phút và cường độ 275 W / cm2. Điều này cho thấy thời gian loại bỏ oxy giảm khoảng 70%.
Nghiên cứu và hình ảnh: Rubio et al. 2016

Khử khí siêu âm trong một thiết lập nội tuyến bằng cách sử dụng ultrasonicator UIP1000hdt với tế bào dòng chảy.

Ultrasonically tăng cường Sparging

Chất lỏng sparging với khí trơ (còn được gọi là thanh lọc khí trơ) là một phương pháp điều trị phổ biến để loại bỏ các khí không mong muốn như oxy và carbon dioxide khỏi chất lỏng. Đối với các ứng dụng sparg, nitơ, argon, heli và các khí trơ khác thường được sử dụng. Sủi bọt dung dịch có độ tinh khiết cao (thường là khí trơ) có thể rút ra các khí hòa tan không mong muốn, điển hình là phản ứng như oxy và carbon dioxide. Quá trình sparging dựa vào chuyển khối lượng và bản thân nó là một thủ tục khá chậm. Tôi ra lệnh tăng cường sparging với khí trơ, dung dịch khí lỏng thường bị khuấy trộn mạnh và sủi bọt trong một thời gian dài. Ultrasonication là một kỹ thuật tăng cường khử khí, giúp cải thiện chuyển khối lượng và do đó sparging đáng kể. Khi sóng siêu âm công suất cao được kết hợp thành chất lỏng hoặc bùn, bong bóng xâm thực được tạo ra. Những bong bóng xâm thực này phá vỡ các bong bóng khí thanh lọc lớn hơn thành các bong bóng nhỏ và phân tán các bong bóng đồng đều, dẫn đến hiệu ứng khử khí nhanh hơn và sạch hơn. Sự khuấy động dữ dội và nhiễu loạn được tạo ra bởi ultrasonication thúc đẩy chuyển khối lượng khí-lỏng và do đó loại bỏ nhanh chóng các khí không mong muốn.
Để tăng tốc và làm cho các thủ tục sparging hiệu quả hơn, siêu âm hiệu suất cao được sử dụng để sonomechanical cải thiện hiệu suất chuyển khối lượng giữa khí và lỏng. Các hiệu ứng sonomechanical được tạo ra bởi xâm thực âm thanh bao gồm chênh lệch áp suất và nhiệt độ cục bộ, vi nhiễu loạn và khuấy trộn. Các lực này cải thiện hiệu suất khử khí bằng cách góp phần làm tăng sự truyền khối lượng khuếch tán do vỡ bong bóng, phân tán và tăng diện tích giao thoa sau đó, cuối cùng dẫn đến việc loại bỏ nhanh các khí bị kẹt khỏi chất lỏng.
Để đạt được hiệu ứng thoát khí mong muốn, ultrasonication công suất cao là bắt buộc. Khi một chất lỏng được tránh bằng khí trơ trong dòng chảy hai pha, sự khuếch tán được chỉnh lưu là mong muốn để tăng tốc độ truyền khối lượng và loại bỏ khí hòa tan. Áp dụng khuếch tán chỉnh lưu có thể khó khăn vì bong bóng khí bị mắc kẹt và hòa tan có xu hướng tránh xâm nhập vào trường xâm thực siêu âm ở cường độ thấp hơn. Tuy nhiên, ở cường độ cao (cao hơn 300 W/cm² ở khoảng 20 kHz) bong bóng khí không còn tránh được vùng xâm thực và bị phá vỡ bởi các lực sonomechanical . (xem Jagannathan et al. 2011)

Hệ thống khử khí siêu âm công suất cao

Hielscher Ultrasonics là nhà sản xuất kinh nghiệm lâu dài của thiết bị siêu âm hiệu suất cao được sử dụng trên toàn thế giới trong các phòng thí nghiệm và sản xuất công nghiệp. Việc khử khí của chất lỏng và bùn là một ứng dụng đòi hỏi đòi hỏi đầu dò siêu âm công suất cao có thể kết hợp biên độ được thiết lập thành chất lỏng để loại bỏ bong bóng khí và túi khí bị mắc kẹt. Tất cả các thiết bị siêu âm Hielscher được thiết kế và sản xuất để hoạt động 24/7 dưới tải đầy đủ. Bộ vi xử lý siêu âm có sẵn từ ultrasonicators phòng thí nghiệm 50 watt nhỏ gọn đến hệ thống siêu âm nội tuyến mạnh mẽ 16.000watt. Một loạt các sừng tăng cường, sonotrodes và tế bào dòng chảy cho phép thiết lập cá nhân của một hệ thống khử khí siêu âm tương ứng với chất lỏng, độ nhớt và vùi khí.
Để khử khí và thoát khí của kim loại lỏng, cần có biên độ được thiết lập và duy trì chính xác. Hielscher Ultrasonics sản xuất đầu dò siêu âm hiệu suất cao được chỉ định cho biên độ và nhiệt độ rất tối ưu hóa quá trình. Nếu ứng dụng khử khí của bạn yêu cầu thông số kỹ thuật bất thường, sonotrodes siêu âm tùy chỉnh có sẵn. Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.

Hàng loạt và nội tuyến

Đầu dò siêu âm Hielscher để khử khí có thể được sử dụng để khử khí và khử khí nội tuyến hàng loạt và liên tục. Tùy thuộc vào khối lượng, độ nhớt và khí bị mắc kẹt, chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn thiết lập thoát khí siêu âm phù hợp nhất.

Đầu dò siêu âm để khử khí bất kỳ khối lượng nào

Phạm vi sản phẩm Hielscher Ultrasonics bao gồm toàn bộ phổ của bộ vi xử lý siêu âm từ ultrasonicators phòng thí nghiệm nhỏ gọn trên băng ghế dự bị và hệ thống thí điểm để bộ vi xử lý siêu âm hoàn toàn công nghiệp với khả năng xử lý tải trọng xe tải mỗi giờ. Phạm vi sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp cho bạn thiết bị khử khí siêu âm phù hợp nhất cho chất lỏng, công suất xử lý và mục tiêu sản xuất của bạn.

Biên độ có thể kiểm soát chính xác cho kết quả tối ưu

Tất cả các hệ thống khử khí siêu âm Hielscher đều có thể kiểm soát chính xác và do đó ngựa làm việc đáng tin cậy. Biên độ là một trong những thông số quá trình quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả và hiệu quả của quá trình khử khí do sonomechanical gây ra. Tất cả Hielscher Ultrasonics’ Bộ xử lý cho phép cài đặt chính xác biên độ. Sonotrodes và sừng tăng cường là những phụ kiện cho phép sửa đổi biên độ trong phạm vi rộng hơn nữa. Bộ vi xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher có thể cung cấp biên độ rất cao và cung cấp cường độ siêu âm cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Biên độ lên đến 200μm có thể dễ dàng chạy liên tục trong hoạt động 24/7.
Cài đặt biên độ chính xác và giám sát vĩnh viễn các thông số quá trình siêu âm thông qua phần mềm thông minh cung cấp cho bạn khả năng điều chỉnh các thông số quá trình siêu âm để khử khí siêu âm hiệu quả nhất. Sonication tối ưu để loại bỏ khí hiệu quả cao!
Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Điều này làm cho thiết bị siêu âm của Hielscher trở thành một công cụ làm việc đáng tin cậy đáp ứng các yêu cầu quá trình khử khí của bạn.

Chất lượng cao nhất – Được thiết kế và sản xuất tại Đức

Là một doanh nghiệp gia đình và do gia đình điều hành, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho bộ vi xử lý siêu âm của mình. Tất cả các ultrasonicators được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi ở Teltow gần Berlin, Đức. Mạnh mẽ và độ tin cậy của thiết bị siêu âm của Hielscher làm cho nó trở thành một con ngựa làm việc trong sản xuất của bạn. Hoạt động 24/7 dưới tải đầy đủ và trong môi trường đòi hỏi khắt khe là một đặc tính tự nhiên của máy khử khí hiệu suất cao của Hielscher.