Co to jest odgazowywanie ultradźwiękowe i odpienianie cieczy?

Odgazowanie i odpienianie ultradźwiękowe to skuteczna metoda usuwania rozpuszczonych gazów i/lub porywania pęcherzyków z różnych cieczy. W tym woda, wosk do świec, stopiony stop aluminium, żywice epoksydowe, oleje silikonowe, kleje, roztwory farb, napoje, polimery, tusze, farby, oleje transformatorowe, produkty emulsyjne i zawiesinowe, oleje silnikowe i inne. W przeciwieństwie do odgazowywania próżniowego, które jest przetwarzane partiami, odgazowywanie ultradźwiękowe można przeprowadzić w trybie przepływu ciągłego.

Kiedy ciecz jest poddawana obróbce ultradźwiękowej, fale dźwiękowe rozchodzące się z powierzchni promieniującej do ciekłego ośrodka powodują naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia z szybkością zależną od częstotliwości. Podczas cyklu niskiego ciśnienia ultradźwięki tworzą małe pęcherzyki próżniowe lub puste przestrzenie w cieczy. Duża liczba małych pęcherzyków tworzy dużą całkowitą powierzchnię pęcherzyków. Pęcherzyki są również dobrze rozmieszczone w płynie. Rozpuszczony gaz migruje do tych pęcherzyków próżniowych przez większą powierzchnię i zwiększa rozmiar pęcherzyków. Fale dźwiękowe wspomagają kontakt i koalescencję sąsiednich pęcherzyków, co powoduje przyspieszony wzrost pęcherzyków. Fale ultradźwiękowe pomagają również wstrząśnąć pęcherzykami na powierzchni pojemnika i zmusić mniejsze pęcherzyki znajdujące się pod powierzchnią cieczy do uniesienia się i uwolnienia uwięzionego gazu do otoczenia.

Sprzęt ultradźwiękowy może skutecznie odgazować i odpieniać ciecz. W tym przypadku fale ultradźwiękowe usuwają z cieczy małe zawieszone pęcherzyki i obniżają poziom rozpuszczonego gazu poniżej naturalnego poziomu równowagi.

Odgazowanie i odpienianie cieczy ma wiele zastosowań, m.in.:

Pomiar wielkości cząstek przed przygotowaniem próbki w celu uniknięcia błędów pomiarowych.

Odgazowanie oleju i oleju smarowego przed pompowaniem zmniejsza zużycie pompy na skutek kawitacji.

Odgazowanie płynnej żywności, takiej jak sok, sos sojowy lub wino, w celu ograniczenia rozwoju drobnoustrojów i wydłużenia okresu przydatności do spożycia.

Podczas ultradźwiękowej obróbki cieczy fale dźwiękowe rozchodzące się od powierzchni promieniującej do ciekłego ośrodka wytwarzają naprzemienne cykle wysokiego ciśnienia (kompresja) i niskiego ciśnienia (rozrzedzanie), których prędkość zależy od częstotliwości. Podczas cyklu niskociśnieniowego ultradźwięki o dużej intensywności tworzą małe pęcherzyki próżniowe lub puste przestrzenie w cieczy. Duża liczba małych pęcherzyków jest równomiernie rozmieszczonych w cieczy, co skutkuje większą powierzchnią pęcherzyków. Rozpuszczony gaz migruje do tych pęcherzyków próżniowych (niskiego ciśnienia) przez większą powierzchnię i zwiększa rozmiar pęcherzyków.

Fale dźwiękowe wspomagają kontakt i łączenie sąsiadujących pęcherzyków, przyspieszając w ten sposób wzrost pęcherzyków. Fale dźwiękowe pomogą również w oddzieleniu pęcherzyków od powierzchni pojemnika i zmuszą mniejsze pęcherzyki znajdujące się pod powierzchnią cieczy do uniesienia się i uwolnienia uwięzionego gazu do otoczenia.

Proces odgazowania i odpieniania cieczy jest łatwo widoczny. W szklanej zlewce nowo dodanej do wody z kranu obróbka ultradźwiękowa zmusi małe zawieszone pęcherzyki do połączenia się i szybkiego przemieszczania się w górę. Efekt ten można zobaczyć na obrazie postępu poniżej.

Ropa naftowa zawiera dużo zawieszonych pęcherzyków. Stanowi to problem szczególnie w przypadku płynów chłodzących, ponieważ pęcherzyki sprzyjają kawitacji w pompie i dyszy, co prowadzi do zużycia. Poniższy wykres postępu przedstawia efekt odpieniania ultradźwiękowego.

Nawet po pozostawieniu wody na 24 godziny, obróbka ultradźwiękowa spowoduje utworzenie pęcherzyków w czystej wodzie. Gaz migruje do pęcherzyków, które są wypełnione rozpuszczonym gazem. W rezultacie bąbelki rosną i przesuwają się w górę. W każdej półprzezroczystej cieczy efekt odgazowania jest oczywisty.

Ponieważ ultradźwięki poprawiają unoszenie się małych zawieszonych pęcherzyków na powierzchnię cieczy, skracają również czas kontaktu między pęcherzykami a cieczą. Dlatego ogranicza również ponowne rozpuszczanie gazów z pęcherzyków do cieczy. Jest to szczególnie istotne w przypadku cieczy o dużej lepkości, takich jak oleje lub żywice. Ponieważ pęcherzyki muszą wydostać się na powierzchnię cieczy, odgazowanie ultradźwiękowe jest lepsze, jeśli pojemnik jest płytki, więc czas dotarcia na powierzchnię jest krótszy.

Czynniki wpływające na gaz

Płyn zawiera pewną ilość rozpuszczonego gazu. Stężenie gazu zależy od czynników takich jak temperatura, ciśnienie otoczenia, mieszanie cieczy itp. Odgazowywanie ultradźwiękowe zmieni warunki, gdy ciecz zostanie wystawiona na działanie pęcherzyków pod niskim ciśnieniem i mieszanie. Dlatego fala ultradźwiękowa zmniejszy stężenie gazu w cieczy poniżej pierwotnego poziomu równowagi.

Po zatrzymaniu obróbki ultradźwiękowej i przywróceniu warunków początkowych stężenie gazu ponownie powoli zbliży się do początkowego poziomu równowagi, chyba że ciecz nie zostanie wystawiona na działanie żadnego gazu, na przykład w zamkniętej butelce. Ze względu na wolniejsze tempo ponownego rozpuszczania gazów w cieczach, po obróbce ultradźwiękowej można stosować ciecze o niskiej zawartości gazu.

Odgazowanie przed emulgacją i dyspersją

Odgazowanie ultradźwiękowe może znacznie poprawić jakość dyspersji i emulsji

Istniejący problem

Emulsje i dyspersje zwykle zawierają środki powierzchniowo czynne w celu zwiększenia stabilności. Środek powierzchniowo czynny będzie hamował kontakt i koalescencję lub kondensację rozproszonego materiału w fazie ciekłej. Aby to zrobić, środek powierzchniowo czynny utworzy kambium wokół każdej cząsteczki. Środki powierzchniowo czynne mogą również otaczać pęcherzyki zawieszone w fazie ciekłej. Ta stabilna bańka może okazać się bardzo wytrzymała. Może zużywać środki powierzchniowo czynne, zmniejszać masę emulsji lub dyspersji i powodować błędne odczyty podczas pomiaru wielkości cząstek.

Rozwiązanie

Aby zmniejszyć problem stabilności pęcherzyków, ciecz można po prostu odgazować za pomocą obróbki ultradźwiękowej. Przed dodaniem fazy rozproszonej, takiej jak olej lub proszek, ciecz jest poddawana obróbce ultradźwiękowej, aż do zmniejszenia liczby wytwarzanych pęcherzyków. Podczas mieszania innych materiałów należy unikać tworzenia nowych pęcherzyków lub wirów podczas mieszania, co spowoduje szybki wzrost zawartości gazu.

Detekcja dwutlenku węgla

Efekt odgazowania wykorzystuje się do badania szczelności puszek i butelek zawierających napoje gazowane takie jak cola, woda gazowana czy piwo.

Ultradźwiękowy, odpieniający, ekonomiczny system kontroli odpieniania, chroniący środowisko

Sprzęt ultradźwiękowy można wykorzystać do kontrolowania piany na wiele różnych sposobów. Urządzenie może służyć do tłumienia piany po zastosowaniu płynu spieniającego, a także może służyć do rozbijania już powstałej piany.

Technologia ta doskonale nadaje się do stosowania w produktach farmaceutycznych, napojach i chemikaliach i oferuje doskonałe możliwości oszczędności kosztów poprzez:

Zwiększ prędkość linii rozlewniczych i konserwowych.

Zmniejsz szkody spowodowane rozlaniem napojów.

Zmniejsz liczbę złomów z powodu niewystarczającej ilości materiału w zbiornikach i butelkach.

Jest bezpieczny biologicznie ze względu na mniejszą ilość wycieków i konieczność czyszczenia.

Schłodzenie do 5 stopni Celsjusza przed napełnieniem i podniesienie temperatury z powrotem do 10 stopni Celsjusza po wysłaniu linii rozlewniczej z linii produkcyjnej oszczędza koszty.