Što je ultrazvučno otplinjavanje?

Ultrazvučno otplinjavanje u osnovi koristi "učinak kavitacije" koji nastaje kada se ultrazvučni valovi šire kroz tekućinu za skidanje, nakupljanje i izbacivanje plinova iz tekućine. Njegov temeljni proces može se podijeliti u tri ključne faze:

 

Prva faza je stvaranje kavitacijskih mjehurića. Kada ultrazvučni valovi (obično između 20kHz i 1MHz) djeluju na tekućinu, molekule tekućine snažno vibriraju pod periodičnim promjenama tlaka zvučnih valova. U fazi negativnog tlaka zvučnih valova, sićušne pore unutar tekućine (kao što su nakupine otopljenih molekula plina ili praznine na površini sitnih nečistoća) brzo se šire, stvarajući brojne sićušne mjehuriće ili "kavitacijske mjehuriće". U fazi pozitivnog tlaka, ti kavitacijski mjehurići se brzo sabijaju.

 

Druga faza je rast i spajanje mjehurića. Pod kontinuiranim djelovanjem ultrazvučnih valova, kavitacijski mjehurići kontinuirano apsorbiraju otopljene plinove iz okolne tekućine. Istovremeno, susjedni mali mjehurići sudaraju se i spajaju pod djelovanjem zvučnih valova, postupno stvarajući veće mjehuriće. Tijekom ovog procesa, plin otopljen u tekućini kontinuirano prelazi iz tekuće faze u plinovitu fazu, ostvarujući transformaciju iz "otopljenog plina" u "slobodni plin".

 

Treća faza je podizanje i izbacivanje mjehurića. Kako se volumen mjehurića povećava, njegov uzgon postupno premašuje viskozni otpor tekućine, uzrokujući da se mjehurić brzo podigne na površinu tekućine, na kraju pucajući i oslobađajući svoj unutarnji plin, čime se dovršava proces otplinjavanja. Nadalje, ultrazvučne vibracije mogu ubrzati konvekciju tekućine, dodatno potičući migraciju mjehurića i agregaciju, te poboljšavajući učinkovitost otplinjavanja.

Glavna područja primjene ultrazvučne tehnologije otplinjavanja

 

1. Elektronička i poluvodička industrija

U proizvodnji poluvodičkih čipova i proizvodnji LCD panela, sićušni mjehurići zraka u ključnim kemikalijama kao što su fotorezist, otopina za jetkanje i razvijač mogu uzrokovati nedostatke u fotolitografskim uzorcima i neravnomjerno jetkanje, ozbiljno utječući na prinos proizvoda. Ultrazvučno otplinjavanje može brzo ukloniti otopljene plinove i mjehuriće zraka iz ovih kemikalija na sobnoj temperaturi, osiguravajući preciznost procesa fotolitografije i jetkanja. Nadalje, u čišćenju elektroničkih komponenti, ultrazvučno otplinjavanje poboljšava prodiranje otopina za čišćenje, sprječavajući da se mjehurići zraka zalijepe za površine komponenti i utječu na učinkovitost čišćenja.

2. Kemijska industrija i industrija materijala

 

U proizvodnji premaza, boja i ljepila, prisutnost mjehurića zraka može dovesti do nedostataka kao što su rupice, krateri i nedovoljan sjaj nakon premazivanja. Ultrazvučno otplinjavanje može brzo ukloniti unutarnje mjehuriće zraka nakon pripreme premaza, poboljšavajući izravnavanje i učinkovitost nanošenja premaza. U sintezi polimernih materijala, otopljeni plinovi u monomerima ili polimerizacijskim sustavima mogu uzrokovati pore unutar polimera, utječući na mehanička svojstva materijala; ultrazvučno otplinjavanje učinkovito izbjegava ovaj problem. Nadalje, u proizvodnji i uporabi ulja za podmazivanje i hidrauličkog ulja, ultrazvučno otplinjavanje može ukloniti zrak iz ulja, sprječavajući oksidaciju i propadanje, te smanjujući trošenje opreme i kvarove.

3. Industrija hrane i pića

U proizvodnji voćnih sokova, piva, gaziranih pića (faza otplinjavanja) i mliječnih proizvoda, otopljeni plinovi mogu uzrokovati oksidaciju i kvarenje proizvoda, što rezultira lošim okusom ili prelijevanjem pjene tijekom punjenja. Ultrazvučno otplinjavanje može brzo ukloniti kisik, ugljični dioksid i druge plinove iz tekućina na sobnoj temperaturi, produžujući rok trajanja proizvoda i poboljšavajući stabilnost okusa. Na primjer, u procesu koncentriranja voćnog soka, otplinjavanje može spriječiti promjenu boje koncentrata i promjenu okusa zbog oksidacije; u fazi pred-filtracije proizvodnje piva, otplinjavanje može poboljšati učinkovitost filtracije i osigurati bistrinu piva.

4. Biofarmaceutska i kozmetička industrija

Materijali kao što su biološki agensi (npr. cjepiva, antitijela, enzimski pripravci), ekstrakti tradicionalne kineske medicine i kozmetika (npr. kreme za lice, serumi) uglavnom su osjetljivi-na toplinu i lako oksidiraju, što otežava prilagodbu tradicionalnim metodama otplinjavanja. Ultrazvučno otplinjavanje može učinkovito ukloniti plin pri niskim-temperaturama,-bez kemikalija, sprječavajući denaturaciju materijala i osiguravajući biološku aktivnost i učinkovitost proizvoda. Na primjer, u proizvodnji cjepiva, degaziranje sprječava da mjehurići zraka utječu na točnost i stabilnost raspršivanja cjepiva; u proizvodnji kozmetike, otplinjavanjem se izbjegava stvaranje pjene tijekom uporabe proizvoda, poboljšavajući korisničko iskustvo.

5. Laboratorij i istraživačka polja

U kemijskim i biološkim eksperimentima, otopljeni plinovi u reakcijskom sustavu mogu ometati reakcijski proces i utjecati na točnost eksperimentalnih rezultata. Ultrazvučno otplinjavanje, kao brza i nježna metoda otplinjavanja, široko se koristi u prethodnoj obradi eksperimentalnih otopina, kao što su otplinjavanje uzoraka kromatografske analize i otplinjavanje elektrolita u elektrokemijskim eksperimentima, osiguravajući pouzdanost eksperimentalnih podataka.