Дегазация — и ультразвуковая обработка жидкостей. Жидкости являются прекрасной средой для распространения в них высокочастотных механических колебаний, называемых, для простоты, ультразвуковыми. Если жидкость неоднородна, то есть: содержит в себе растворённый газ, или является смесью нескольких жидкостей (эмульсия), или является взвесью твёрдых частиц (суспензия), или содержит растворённые соли, то обработка такой жидкости интенсивным ультразвуком приводит к очень интересным физическим эффектам. Растворённые в жидкости газы начинают из неё выделяться – это называется дегазация. Эмульсии или разделяются на компоненты (коагулирование) или, наоборот, перемешиваются до неразделимого состояния. Твёрдые частицы в суспензиях или быстро оседают или, наоборот, приобретают особую плавучесть. Растворённые в жидкости соли переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок. Если жидкость контактирует с пористым веществом, то под действием ультразвука она начинает активно проникать в поры этого вещества – это называется капиллярный эффект. И все эти эффекты применяются в технологических процессах.
Популярность ультразвукового оборудования для обработки жидкостей вызвана тем, что ультразвуковое оборудование не требует расходных материалов, не имеет вращающихся частей и уплотнений и имеет практически неограниченный ресурс. Если, конечно, применяет магнитострикционные излучатели ультразвука, как наше акустическое «Акустик-Т4Д-40», а не пьезокерамические.
Ультразвуковая дегазация — – это уменьшение содержания газа в жидкости, (находящегося в ней как в растворённом состоянии, так и в виде пузырьков) под воздействием колебаний ультразвукового диапазона. Различают два режима дегазации – кавитационный и докавитационный, и, для реализации каждого из них, применяется свой тип ультразвуковых устройств. Ультразвуковые устройства, создающие кавитацию, работают эффективно, но, во-первых, потребляют киловатты электроэнергии, а, во-вторых, используют пьезокерамические излучатели ультразвука, которые требуют частой замены, так как имеют ограниченный ресурс.
Для предкавитационной ультразвуковой дегазации нами разработано и внедрено в промышленность устройство «Акустик-Т4Д-40» с неохлаждаемыми ультразвуковыми преобразователями из нержавеющей стали. Устройство для ультразвуковой дегазации «Акустик-Т4Д-40» незначительно уступает «кавитационным» устройствам по времени обработки жидкости, но, за счёт применения магнитострикционных излучателей ультразвука, имеет практически неограниченный ресурс и потребляет всего 700 Вт электроэнергии. Описать области применения предкавитационных акустических устройств «Акустик-Т4Д-40» для дегазации и различные способы подачи ультразвука в жидкость в короткой статье не представляется возможным. Это удаление метана из сточных вод, дегазация воды для пищевой промышленности и многое другое.
Ультразвуковая обработка эмульсий (ультразвуковое перемешивание). При воздействие ультразвука на эмульсию (жидкость-жидкость) могут иметь место два противоположных физических эффекта: 1. Эмульгирование – уменьшение размеров частиц жидкостей и их глубокое, неразделимое перемешивание. 2. Коагуляция – слияние однородных частиц жидкостей с дальнейшим их полным расслоением. Эмульгирование осуществляется как в кавитационном режиме, так и в предкавитационном, и широко применяется в пищевой промышленности. На наш взгляд, предкавитационый режим предпочтителен (см.раздел «ультразвуковая дегазация»). С УЗ коагуляцией дело оказалось более сложным. Ультразвук малой интенсивности не даёт нужного эффекта, поэтому экспериментаторы идут по пути повышения интенсивности озвучивания, вплоть до кавитации. Но интенсивный ультразвук, особенно кавитация, запускает процесс в противоположную сторону. И вместо двух жидкостей получается одна, и уже неразделимая. У нас есть успешный опыт ультразвукового коагулирования, но тут много тонкостей, которые лежат за пределами данной статьи.
Ультразвуковой капиллярный эффект. Если жидкость контактирует с пористым веществом, то под действием ультразвука она начинает активно проникать в поры этого вещества. Эффект используется при засолке рыбы, окрашивании тканей, промывке фильер и многое другое.
Есть большое разнообразие технологических задач, в которых ультразвуковая обработка жидкости с помощью акустических устройств «Акустик-Т4Д-40» будет наилучшим решением. Также нашим предприятием производятся устройства во взрывобезопасном исполнении по ТР ТС 012/2011 и устройства с с рабочей температурой преобразователя +400°С. Звоните, пишите – мы поможем подобрать оптимальный по критерию эффективность/затраты вариант ультразвуковой дегазации с помощью акустических устройств «Акустик-Т4Д-40».
Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.
Под ультразвуковой дегазацией понимается процесс уменьшения содержания газа в жидкости, находящейся в ней как в растворенном состоянии, так и в виде пузырьков, под воздействием акустических колебаний ультразвукового диапазона.
Основные характеристики процесса дегазации: скорость изменения концентрации С газа в жидкости и квазиравновесная концентрация газа , т.е. постоянная концентрация, которая устанавливается в жидкости при наличии ультразвукового поля через некоторый промежуток времени. Изменение концентрации газа в жидкости в акустическом поле за время облучения определяется выражением:
Различают два режима ультразвуковой дегазации: докавитационный и при наличии кавитации (кавитационный).
В условиях кавитации скорость изменения концентрации также пропорциональна интенсивности звука, но растет с увеличением последней быстрее (нелинейно выпуклостью вниз), чем в докавитационном режиме, т.е. кавитация способствует ускорению выделения газа из жидкости. Величина сохраняет при этом значение, соответствующее докавитационным условиям. Лишь при очень высоких уровнях интенсивность звука может реализовать такой режим колебаний кавитационных пузырьков, при котором дальнейший рост интенсивности вызывает уменьшение скорости дегазации.
Время инициации (log t o от 0 до 1);
Время существования (log t c от 1 до 6);
Время деградации (log t d от 0 до 1);
Время оптимального проявления (log t k от 1 до 5).
Технические реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Лабораторная ультразвуковая ванна заполняется жидкостью, предварительно насыщенной газом под давлением (хорошо пойдет обычная холодная вода из-под крана, насыщенная хлором). При включении ультразвука наблюдается активное выделение пузырьков газа, заканчивающееся в течение двух-трех минут это и есть ультразвуковая дегазация.
Эффект ультразвуковой дегазации используется в промышленной практике при производстве металлов, стекла, смол, вискозы, масел и т.д. Наибольшая эффективность дегазации в этих средах наблюдается в ультразвуковых полях высокой интенсивности с активным протеканием акустической кавитации.
Для ультразвуковой дегазации применяют мощные магнитострикционные преобразователи с частотой 10-20 кГц.
1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.
2. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.- М.: Наука, 1982.
В сегодняшней статье мы затронем очень интересное явление, которое носит название «дегазация». Разберемся зачем нужна дегазация. Вы, наверное, замечали, как в процессе работы ультразвуковой мойки в жидкости появляются пузырьки воздуха. Они берутся там не просто так. Перед прочтением статьи давайте вспомним курс школьной химии и физики. В воде могут растворяться газы. Более того, они там есть всегда и это называется нормальной концентрацией газов в жидкости. Благодаря этому явлению рыбы могут дышать в воде, поскольку в ней растворен кислород. Не стоит думать, что дистиллированная вода решит вопрос с растворенными газами. Они там тоже есть, просто их концентрация значительно ниже чем в водопроводной. Наличие газов в жидкости это хорошо или плохо? Давайте разберемся!
Что такое дегазация
Наличие газов в жидкости носит двоякий характер. Положительный эффект достигается только тогда, когда нам необходимо данное насыщение. А полезно ли оно для очистки ультразвуком? Как оказалось – нет. Ниже мы рассмотрим почему именно он вреден, а сейчас поговорим о том, как от него избавиться.
Для данной проблемы есть решение – дегазация жидкостей. Процесс дегазации позволяет удалить излишки газов из жидкости. По факту можно выделить два основных метода дегазации:
Зачем нужна дегазация
Зачем нужна дегазация? Причины по которым дегазация по умолчанию является крайне желательным процессом множество, но среди них есть самая главная – повышение эффективности очистки ультразвуком. Давайте вспомним, как происходит наш процесс.
При запуске ультразвуковых генераторов появляется эффект кавитации. Происходит стабильный процесс образования-схлопывания областей с воздушными пузырьками, который вызывает гидроудары на поверхности предмета. Стоит отметить, что поверхность предмета имеет свою геометрию, а еще на ней есть загрязнения, которые имеют свою форму (впадины, трещины и т.д.). Все неровности поверхности приводят к появлению интерференции и дифракции волн. При наличии растворенных газов в жидкости происходит их выделение под действием ультразвука. В месте образования воздушного пузыря мы можем получить эффект «стоячей волны».
Данный эффект негативно сказывается на всем процессе очистки, понижая его КПД. Пузырьки газа не схлопываются, а остаются на месте. При этом, ультразвук уже не может выполнить свою работу качественно. Размеры подобных областей могут отличаться на несколько порядков. При микроскопических размерах они будут не заметны глазом, а поверхность после цикла очистки будет выглядеть плохо очищенной. Граничные размеры таких областей составляют около 5мм что уже хорошо заметно глазом. После цикла это будет выглядеть как неочищенное пятно. Согласитесь, выглядит неочень и совсем не радует! На помощь приходит ультразвуковая дегазация.
Случаи, в которых дегазация «спасет жизнь»:
Ультразвуковая дегазация (как вид)
Как мы написали выше, ультразвуковая дегазация способна помочь в повышении общего КПД процесса очистки.
Различают два режима ультразвуковой дегазации:
В докавитационной дегазации скорость изменения концентрации газов пропорциональна интенсивности звука. Использование прямых зависимостей не дает максимального эффекта. В условиях кавитации скорость изменения концентрации также пропорциональна интенсивности звука, однако рост интенсивности процесса связан на прямую с ростом самой кавитации. Другими словами, кавитация значительно ускоряет процесс дегазации.
В зависимости от вида загрязнения общий КПД процесса очистки за счет дегазации может быть повышен до +130% от обычной работы. Мы разработали УЗ мойки TUS-JP, которые способны выполнять ультразвуковую дегазацию с применением пульсирующей очистки специально в помощь нашим клиентам. В данный момент их еще нет в свободном доступе для заказа на сайте, однако они доступны по предзаказу. Вы можете связаться с нашими менеджерами для уточнения деталей.
Надеемся, мы дали развернутый ответ на вопрос «Зачем нужна дегазация». Если у Вас есть вопросы – можете задать их в комментарии к данной статье.
Ультразвуковое дегазирование нефти Дегазирование и удаление пены из жидкости – одно из наиболее интересных применений ультразвуковых устройств. В этом случае ультразвук удаляет маленькие взвешенные пузырьки газа из жидкости и уменьшает количество растворенного газа ниже уровня естественного равновесия.
Дегазирование и удаление пены требуется для многих задач, таких, как:
При ультразвуковой обработке жидкости звуковые волны распространяются от излучающей поверхности в жидкую среду, вызывая альтернативное образование циклов высокого давления (компрессия) и низкого давления (разряжение) со скоростью, зависящей от частоты. Во время цикла низкого давления высокоинтенсивные ультразвуковые волны создают пузырьки вакуума небольшого объема или пустоты в жидкости. Большое количество маленьких пузырьков приводит к большой общей площади пузырьков. Пузырьки равномерно распределены в жидкости. Растворенный газ мигрирует в эти вакуумные пузырьки (низкое давление) через большую площадь поверхности и увеличивает размер самих пузырьков. Акустические волны поддерживают соприкосновение и объединение соседних пузырьков, что ведет к ускоренному росту пузырьков. Ультразвуковые волны также стряхивают пузырьки с поверхности емкости и способствуют росту небольших пузырьков, находящихся ниже уровня жидкости, вынуждая их подниматься наверх и выпускать находящийся внутри газ во внешнюю среду.
Проверьте его работу сами
Процесс дегазирования и удаление пены из жидкости можно легко сделать видимым. В стеклянной пробирке находится недавно вылитая из крана вода. Ее ультразвуковая обработка будет вынуждать маленькие взвешенные пузырьки (мутность) соединяться и быстро подниматься вверх. Этот эффект можно наблюдать на картинке внизу. Для увеличения изображения кликните по нему.
Ультразвуковое дегазирование воды (5 секунд)
Масло после встряхивания содержит большое количество взвешенных пузырьков (пены). В частности, для хладагентов это составляет большую проблему, так как пузырьки вызывают кавитационный износ насосов и насадок. Рисунок внизу показывает эффект удаления пены с помощью ультразвука. Для увеличения изображения кликните по нему.
Ультразвуковое дегазирование нефти (5 секунд)
Даже в неподвижной чистой воде, например, после выдержки в 24 часа, ультразвук будет генерировать небольшие пузырьки. Эти пузырьки заполнены растворенным газом, который мигрирует внутрь них. Пузырьки последовательно растут и поднимаются вверх. Эффект дегазирования хорошо виден в любой прозрачной жидкости. По мере того, как ультразвук ускоряет рост маленьких взвешенных пузырьков и их подъем к поверхности жидкости, он также уменьшает время контакта между пузырьками и жидкостью. По этой причине он ограничивает растворение газа из пузырьков в жидкости. Это особенно интересно для жидкостей с высокой вязкостью, таких, как масло или смола. Так как пузырьки должны двигаться к поверхности жидкости, ультразвуковое дегазирование действует лучше, если контейнер имеет малую глубину, и время подъема к поверхности соответственно короче.
Выше видимых эффектов
В то время как визуальное определение эффектов дегазирования ограничено по точности, измерения состава газа, например, методом нейтронной радиографии, позволяет дать более точную информацию о эффективности ультразвукового дегазирования.
Различные среды содержат определенное количество растворенного газа. Концентрация газа зависит от таких факторов, как температура, атмосферное давление, перемешивание жидкости. При постоянных условиях концентрация газа приближается к равновесию. Ультразвуковое дегазирование изменяет условия, так как жидкость подвергается воздействию пузырьков низкого давления и перемешиванию. Поэтому ультразвуковая обработка будет уменьшать концентрацию газа в жидкости ниже прежнего уровня равновесия. Когда обработка будет прекращена, и жидкость вернется к прежним условиям, концентрация газа начнет медленно возвращаться к прежнему равновесному уровню, если только жидкость не обработана каким-либо газом, например, в закрытой бутыли. Поскольку процесс повторного растворения достаточно медленный, возможно работать с жидкостью с низким содержанием газа после ультразвуковой обработки. График ниже иллюстрирует этот эффект (кликните для увеличения).
Дегазирование перед эмульгированием и диспергированием
Ультразвуковое дегазирование может внести существенный вклад в качество дисперсий и эмульсий.
Проблема
Эмульсии и дисперсии часто содержат поверхностно-активные вещества для увеличения стабильности. ПАВ подавляют соприкосновения и слипание или агломерацию дисперсной фазы в жидкой среде. Для этого ПАВ образует слой вокруг каждой частицы. Такие же ПАВ могут также заключать в капсулу газовые пузырьки, которые находились в жидкости в взвешенном состоянии. Эти стабилизированные пузырьки могут оказаться очень устойчивыми. Они связываю ПАВ, уменьшают качество эмульсии или дисперсии, и могут вызывать нестабильные результаты при измерении размера частиц.
Решение
Для уменьшения проблемы, связанной со стабилизацией газовых пузырьков, жидкости могут быть дегазированы путем ультразвуковой обработки. Перед добавлением дисперсной фазы, такой, как масло или порошок, жидкость обрабатывают ультразвуком до уменьшения количества сгенерированных пузырьков. При перемешивании других материалов избегайте образования новых пузырьков или завихрений. Это может быстро увеличить содержание газа.
Форсируя выход углекислого газа
Эффект дегазирования используется в тестировании утечек канистр и бутылей с содержащими углекислый газ напитками, такими, как кола, содовая или пиво. Кликните для получения дополнительной информации.
Ультразвуковое дегазирование вкратце
Ультразвуковое дегазирование жидкости работает лучше, если:
Ультразвуковое дегазирование может быть использовано для порционной обработки или для работы с непрерывным потоком. В случае работы с потоком следует установить трубопровод для увода высвобождаемого газа и насос для откачки.
Дегазация нефти с использованием UP200S с волноводом S40
Дегазация воды с использованием UP200S с волноводом S40
и квазиравновесная концентрация газа 
, т.е. постоянная концентрация, которая устанавливается в жидкости при наличии ультразвукового поля через некоторый промежуток времени. Изменение концентрации газа в жидкости в акустическом поле за время облучения определяется выражением:
сохраняет при этом значение, соответствующее докавитационным условиям. Лишь при очень высоких уровнях интенсивность звука может реализовать такой режим колебаний кавитационных пузырьков, при котором дальнейший рост интенсивности вызывает уменьшение скорости дегазации.
1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.
p0300.jpg "Что такое дегазация в ультразвуковой ванне. Смотреть фото Что такое дегазация в ультразвуковой ванне. Смотреть картинку Что такое дегазация в ультразвуковой ванне. Картинка про Что такое дегазация в ультразвуковой ванне. Фото Что такое дегазация в ультразвуковой ванне")
p0300.jpg "Что такое дегазация в ультразвуковой ванне. Смотреть фото Что такое дегазация в ультразвуковой ванне. Смотреть картинку Что такое дегазация в ультразвуковой ванне. Картинка про Что такое дегазация в ультразвуковой ванне. Фото Что такое дегазация в ультразвуковой ванне")
