گاز زدایی و کف زدایی مایعات با استفاده از التراسونیک یک فرآیند بسیار موثر است. اولتراسونیک حباب‌های کوچک گاز معلق، از مایع را حذف می‌کند و سطح گاز‌های حل شده را به پایین‌تر از سطح تعادل طبیعی کاهش می‌دهد.
هدف از گاز زدایی و کف زدایی مایعات:
- آماده‌سازی نمونه‌ها قبل از اندازه‌گیری اندازه ذرات برای جلوگیری از خطاهای اندازه‌گیری
- گاز زدایی گاز از روغن و گریس قبل از پمپاز برای کاهش خوردگی پمپ ناشی از کاویتاسیون
- گاز زدایی از غذاهای مایع، مانند آبمیوه یا سس، برای کاهش رشد میکروبی و افزایش عمر مفید
- گاز زدایی از پلیمرها و لاک‌ها قبل از استفاده، پخت یا تزریق خلاء
هنگام اعمال التراسونیک مایعات، امواج صوتی که از سطح پراب به محیط مایع منتشر می‌شوند، منجر به دوره‌های فشار بالا و پایین می‌شوند که نرخ آنها به فرکانس بستگی دارد. در طول دوره فشار کم، امواج التراسونیک می‌توانند حباب‌های خلاء یا حفره‌های کوچکی در مایع ایجاد کنند. تعداد زیادی از حباب‌های کوچک باعث ایجاد یک مجموع مساحت حباب بالا می‌شود. حباب‌ها همچنین به خوبی در مایع توزیع می‌شوند. گاز حل شده از طریق مساحت سطح بزرگ وارد این حباب‌های خلاء می‌شود و اندازه حباب‌ها را افزایش می‌دهد.
امواج صوتی تماس و تجمع حباب‌های مجاور را که منجر به رشد شتابان حباب‌ها می‌شود، را ممکن می سازند. امواج صوتی همچنین به کنترل حرکت حباب‌ها از سطوح ظرف کمک می‌کنند و حباب‌های کوچکتری که در زیر سطح مایع ساکنند را مجبور می‌کنند به بالا حرکت کنند و گاز خود را در محیط آزاد سازند.
تست عملی گاز زدایی
عملیات گاز زدایی و کف زدایی مایعات می‌تواند به راحتی قابل مشاهده باشد. در یک ظرف شیشه‌ای از آب شیرین که به تازگی ریخته‌شده، اولتراسونیک کردن باعث تجمع حباب‌های کوچک معلق و حرکت سریع آنها به بالا می‌شود. شما می‌توانید این اثر را در تصویر پیشرفت زیر ببینید.
روغن هم‌زده شده حاوی تعداد زیادی حباب یا کف است. به ویژه در مواد خنک‌کننده، این مشکل وجود دارد. اینجا حباب‌های گازی باعث کاویتاسیون و افزایش خوردگی در پمپ‌ها یا نازل‌ها می گردند. تصویر پیشرفت زیر، اثر کف زدایی التراسونیک را نشان می‌دهد.
دی گس التراسونیک: حباب‌های گیرافتاده گاز از روغن با استفاده از التراسونیک هموژنایزر حذف می‌شود.
سونیکیشن حباب‌های خلاء کوچکی در آب شفاف و مانده ایجاد می‌کند. این حباب‌ها با گاز حل شده که وارد حباب‌ها می‌شود، پر می‌شوند. بنابراین حباب‌ها رشد می‌کنند و بالا می‌روند. اثر گاز زدایی در هر مایع شفاف قابل روئیت است. چون التراسونیک باعث می‌شود که حباب‌های کوچک معلق به سمت سطح مایع بالا بروند، زمان تماس بین حباب و مایع را نیز کاهش می‌دهد. پس، این اثر باعث محدود شدن انحلال مجدد گاز از حباب به مایع نیز می‌شود. این موضوع برای مایعات با ویسکوزیته بالا مانند روغن یا رزین بسیار جالب است. از آنجا که حباب‌ها باید به سطح مایع حرکت کنند، گاز زدایی التراسونیک اگر عمق ظرف کم باشد تا زمان رسیدن به سطح کوتاه‌تر باشد، بهتر کار می‌کند،.
فراتر از آثار ظاهری دی گس
اندازه گیری اثرات خروج گاز با بررسی ظاهری دقت محدودی دارد. اندازه گیری محتوای گاز روش دقیق‌تری برای بررسی کارآیی گاز زدایی التراسونیک است.
مایعات حاوی مقداری معینی از گاز حل شده هستند. غلظت گاز وابسته به عواملی مانند دما، فشار محیط یا همزدن مایع است. تحت شرایط ثابت، غلظت گاز به تعادل خواهد رسید. گاز زدایی التراسونیک شرایط را تغییر دهد، زیرا مایع در معرض حباب‌های فشار پایین و همزدگی قرار می‌گیرد. بنابراین، التراسونیک غلظت گاز در مایع را به کمتر از سطح تعادل کاهش خواهد داد.
هنگامی که سونیکیشن متوقف شود و شرایط اولیه دوباره ایجاد شود، غلظت گاز به تدریج دوباره به سمت سطح تعادل اولیه نزدیک خواهد شد، مگر اینکه مایع با هیچ گازی ارتباط نداشته باشد، به عنوان مثال در یک بطری بسته. از آنجایی که حل شدن مجدد گاز در مایع به کندی پیش می‌رود، استفاده از مایع گاز زدایی شده پس از سونیکیشن امکان‌پذیر است. نمودار زیر این اثر را نشان می‌دهد.
نمودار گاز زدایی التراسونیک آب
گاز زدایی التراسونیک پیش از دیسپرس و امولسیون سازی
گاز زدایی التراسونیک می‌تواند کیفیت دیسپرس‌ها و امولسیون‌ها را بهبود بخشد.
مشکل
معمولاً، امولسیون‌ها و دیسپرس‌ها شامل سورفاکتانت هستند تا پایداری آنها را افزایش دهند. سورفاکتانت‌ها تماس و انعقاد یا کلوخه شدن مواد دیسپرس شده در فاز مایع را مهار می‌کنند. برای این کار، سورفاکتانت دور هر ذره یک لایه یکنواخت ایجاد می‌کنند. همان سورفاکتانت‌ها می‌توانند حباب‌های گازی را که در فاز مایع معلق هستند، محاصره کنند. حباب‌های تثبیت شده می‌توانند بسیار پایدار باشند. حباب‌های تثبیت شده مصرف مواد سورفاکتانت را افزایش خواهند داد، کیفیت امولسیون یا پخش را کاهش خواهند داد و ممکن است خوانش سرگردان کننده‌ای را در هنگام اندازه گیری اندازه ذرات بوجود آورند.
راه حل: دی گس (گاز زدایی) التراسونیک
برای کاهش مشکل حباب‌های گازی تثبیت شده، مایعات باید توسط سونیکیشن گاز زدایی شوند. پیش از اضافه کردن فاز دیسپرس کننده، مانند روغن یا پودر، مایع را تا زمانی که تعداد حباب تولید شده کاهش یابد، التراسونیک کنید. هنگام مخلوط کردن سایر مواد، از ایجاد حباب جدید یا گردابی در هنگام هم زدن را اجتناب کنید. این کار باعث افزایش غلظت گاز خواهد شد.
بیرون راندن دی اکسید کربن با التراسونیک
از فرآیند گاز زدایی در تست نشتی قوطی و بطری های حاوی نوشیدنی های گازدار همچون کولا، سودا و آب جو استفاده می شود.
خلاصه‌ی گاز زدایی التراسونیک
- اعمال دامنه التراسونیک کم با متوسط
- استفاده از سونوترودها با مساحت سطح بزرگ، مانند سونوترودهای شعاعی
- ایجاد فشار پایین یا خلاء بالای سطح مایع در حال سونیکیشن
- گرم کردن مایع برای کاهش ویسکوزیته آن
- استفاده از ظرف کم عمق برای جدایش گاز در حال یا بعد از سونیکیشن
- جلوگیری از همزدن توربولانسی برای تسهیل حرکت حباب های گاز به بالا
- دی گس التراسونیک می تواند در حالت دسته ای یا در خط استفاده شود. در صورت عملیات در خط، یک لوله ایستاده برای دفع گاز باید نصب شود و از یک پمپ گاز باید استفاده شود.
