Co je ultrazvukové odplyňování a tekuté odpěňování?

Ultrazvukové odplynění a odpěnění je účinná metoda pro odstranění rozpuštěných plynů nebo strhávání bublin z různých kapalin. Včetně vody, vosku na svíčky, taveniny hliníkové slitiny, epoxidových pryskyřic, silikonových olejů, lepidel, roztoků barev, nápojů, polymerů, inkoustů, barev, transformátorových olejů, emulzních a suspenzních produktů, motorových olejů a dalších. Na rozdíl od vakuového odplyňování, které se zpracovává v dávkách, lze ultrazvukové odplyňování provádět v režimu kontinuálního průtoku.

Když je kapalina ošetřena ultrazvukem, zvukové vlny šířící se od vyzařujícího povrchu do kapalného média mají za následek střídavé cykly vysokého a nízkého tlaku rychlostí, která závisí na frekvenci. Během nízkotlakého cyklu vytváří ultrazvuk malé vakuové bubliny nebo dutiny v kapalině. Velký počet malých bublin vytváří vysokou celkovou plochu povrchu bublin. Bubliny jsou také dobře distribuovány v kapalině. Rozpuštěný plyn migruje do těchto vakuových bublin přes větší povrch a zvětšuje velikost bublin. Zvukové vlny podporují kontakt a koalescenci sousedních bublin, což má za následek zrychlený růst bublin. Ultrazvukové vlny také napomáhají rozechvění bublin na povrchu nádoby a nutí menší bublinky umístěné pod hladinou kapaliny stoupat a uvolňovat zachycený plyn do okolí.

Ultrazvukové zařízení může účinně odplyňovat a odpěňovat kapalinu. V tomto případě ultrazvukové vlny odstraňují malé suspendované bublinky z kapaliny a snižují hladinu rozpuštěného plynu pod přirozenou rovnovážnou úroveň.

Odplyňování a odpěňování kapalin má mnoho využití, např.

Měření velikosti částic před přípravou vzorku, aby se předešlo chybám měření.

Odplynění oleje a mazacího oleje před čerpáním snižuje opotřebení čerpadla v důsledku kavitace.

Odplynění tekutých potravin, jako je džus, sójová omáčka nebo víno, ke snížení mikrobiálního růstu a prodloužení trvanlivosti.

Při ultrazvukovém zpracování kapaliny vytvářejí zvukové vlny šířící se od vyzařujícího povrchu do kapalného média střídavé cykly vysokého tlaku (komprese) a nízkého tlaku (ředění), jejichž rychlost závisí na frekvenci. Během nízkotlakého cyklu vytváří ultrazvuk s vysokou intenzitou malé vakuové bubliny nebo dutiny v kapalině. Velké množství malých bublinek je rovnoměrně rozloženo v kapalině, což má za následek větší plochu povrchu bublin. Rozpuštěný plyn migruje do těchto vakuových (nízkotlakých) bublin přes větší povrch a zvětšuje velikost bublin.

Zvukové vlny podporují kontakt a splynutí sousedních bublin, čímž urychlují růst bublin. Zvukové vlny také pomohou oddělit bubliny od povrchu nádoby a přinutí menší bubliny, které leží pod hladinou kapaliny, aby stoupaly a uvolňovaly zachycený plyn do okolí.

Proces odplyňování a odpěňování kapaliny je dobře vidět. Ve skleněné kádince nově přidané do vody z vodovodu přinutí ultrazvukové ošetření malé suspendované bublinky, aby se spojily a rychle se pohybovaly nahoru. Tento efekt můžete vidět na obrázku postupu níže.

Surová ropa obsahuje mnoho suspendovaných bublin. Zejména u chladicích kapalin je to problém, protože bubliny podporují kavitaci uvnitř čerpadla a trysky, což vede k opotřebení. Níže uvedená tabulka průběhu ukazuje účinek ultrazvukového odpěňování.

I po ponechání vody 24 hodin bude ultrazvukové ošetření vytvářet bublinky v čisté vodě. Plyn migruje do bublin, které jsou naplněny rozpuštěným plynem. V důsledku toho bubliny rostou a pohybují se nahoru. V každé průsvitné kapalině je odplyňovací efekt zřejmý.

Protože ultrazvuk zlepšuje vzestup malých suspendovaných bublinek k povrchu kapaliny, snižuje také dobu kontaktu mezi bublinami a kapalinou. Proto také omezuje opětovné rozpouštění plynů z bublin do kapalin. To je zvláště důležité pro vysoce viskózní kapaliny, jako jsou oleje nebo pryskyřice. Vzhledem k tomu, že se bubliny musí pohybovat k povrchu kapaliny, je ultrazvukové odplynění lepší, pokud je nádoba mělká, takže doba k povrchu je kratší.

Faktory ovlivňující plyn

Kapalina obsahuje určité množství rozpuštěného plynu. Koncentrace plynu závisí na faktorech, jako je teplota, okolní tlak, míchání kapaliny atd. Ultrazvukové odplyňování změní podmínky, protože kapalina je vystavena nízkotlakým bublinám a míchání. Ultrazvuková vlna proto sníží koncentraci plynu v kapalině pod původní rovnovážnou úroveň.

Když je ultrazvukové ošetření zastaveno a jsou obnoveny počáteční podmínky, koncentrace plynu se opět pomalu přiblíží počáteční rovnovážné úrovni, pokud kapalina není vystavena žádnému plynu, jako například v uzavřené láhvi. Vzhledem k nižší rychlosti opětovného rozpouštění plynů v kapalinách lze po úpravě ultrazvukem použít kapaliny s nízkým obsahem plynu.

Odplynění před emulgací a disperzí

Ultrazvukové odplynění může výrazně zlepšit kvalitu disperzí a emulzí

Stávající problém

Emulze a disperze obvykle obsahují povrchově aktivní látky pro zvýšení stability. Povrchově aktivní látka bude inhibovat kontakt a koalescenci nebo kondenzaci dispergovaného materiálu v kapalné fázi. K tomu vytvoří povrchově aktivní látka kambium kolem každé částice. Povrchově aktivní látky mohou také obalovat bubliny suspendované v kapalné fázi. Tato stabilní bublina se může ukázat jako velmi robustní. Může spotřebovávat povrchově aktivní látky, snižovat hmotnost emulzí nebo disperzí a produkovat nepravidelné údaje při měření velikosti částic.

Řešení

Aby se snížil problém stability bublin, může být kapalina jednoduše odplyněna pomocí ultrazvuku. Před přidáním dispergované fáze, jako je olej nebo prášek, se kapalina zpracovává ultrazvukem, dokud se nesníží počet produkovaných bublin. Při míchání jiných materiálů se vyhněte vytváření nových bublin nebo vírů při míchání, které by rychle zvýšily obsah plynu.

Detekce oxidu uhličitého

Efekt odplynění se využívá pro testování těsnosti plechovek a lahví obsahujících sycené nápoje, jako je cola, soda nebo pivo.

Ultrazvukový odpěňovací systém pro ochranu životního prostředí nízkonákladový kontrolní systém odpěňování

Ultrazvukové zařízení lze použít pro kontrolu pěny mnoha různými způsoby. Zařízení může být použito k potlačení pěny při aplikaci pěnící kapaliny a může být také použito k rozbití existující pěny, která se již vytvořila.

Tato technologie je vhodná pro použití ve farmacii, nápojích, chemikáliích a nabízí skvělé možnosti úspory nákladů díky:

Zvyšte rychlost linky pro stáčecí a konzervárenské linky.

Snižte škody způsobené rozlitými nápoji.

Snižte množství zmetkovitosti kvůli nedostatečnému materiálu nádrží a lahví.

Je biologicky bezpečný díky menším únikům a údržbě při čištění.

Chlazení na 5 stupňů Celsia před plněním a zvýšení teploty zpět na 10 stupňů Celsia po odeslání stáčecí linky z výrobní linky šetří náklady.