Odgazowanie

Odgazowanie , znane również jako odgazowanie , to usuwanie rozpuszczonych gazów z cieczy , zwłaszcza z wody lub roztworów wodnych. Istnieje wiele metod usuwania gazów z cieczy.

Gazy są usuwane z różnych powodów. Chemicy usuwają gazy z rozpuszczalników , gdy związki, nad którymi pracują, są prawdopodobnie wrażliwe na powietrze lub tlen ( technika bez powietrza ) lub gdy tworzenie się pęcherzyków na granicy faz ciało stałe-ciecz staje się problemem. Tworzenie się pęcherzyków gazu, gdy ciecz jest zamrożona, może być również niepożądane, co wymaga wcześniejszego odgazowania.

Redukcja ciśnienia

Rozpuszczalność gazu jest zgodna z prawem Henry'ego , to znaczy ilość rozpuszczonego gazu w cieczy jest proporcjonalna do jej ciśnienia cząstkowego . Dlatego umieszczenie roztworu pod zmniejszonym ciśnieniem powoduje, że rozpuszczony gaz jest mniej rozpuszczalny. Sonikacja i mieszanie pod zmniejszonym ciśnieniem może zwykle zwiększyć wydajność. Ta technika jest często określana jako odgazowanie próżniowe . Specjalistyczne komory próżniowe, zwane odgazowywaczami próżniowymi , służą do odgazowywania materiałów poprzez redukcję ciśnienia.

Regulacja termiczna

Ogólnie rzecz biorąc, rozpuszczalnik wodny rozpuszcza mniej gazu w wyższej temperaturze i odwrotnie w przypadku rozpuszczalników organicznych (pod warunkiem, że substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik nie reagują). W konsekwencji ogrzewanie roztworu wodnego może spowodować wydalenie rozpuszczonego gazu, podczas gdy chłodzenie roztworu organicznego ma ten sam skutek. Ultradźwięki i mieszanie podczas regulacji termicznej są również skuteczne. Ta metoda nie wymaga specjalnego sprzętu i jest łatwa do przeprowadzenia. Jednak w niektórych przypadkach rozpuszczalnik i substancja rozpuszczona rozkładają się, reagują ze sobą lub odparowują w wysokiej temperaturze, a szybkość usuwania jest mniej powtarzalna .

Odgazowanie membranowe

Membrany separujące gaz-ciecz umożliwiają przepływ gazu, ale nie cieczy. Przepływający roztwór wewnątrz membrany rozdzielającej gaz-ciecz i ewakuacja na zewnątrz powoduje wydostawanie się rozpuszczonego gazu przez membranę . Ta metoda ma tę zaletę, że zapobiega ponownemu rozpuszczeniu gazu, dlatego jest stosowana do produkcji bardzo czystych rozpuszczalników. Nowe zastosowania dotyczą systemów druku atramentowego, w których gaz w atramencie tworzy pęcherzyki, które pogarszają jakość druku, dlatego przed głowicą drukującą umieszcza się jednostkę odgazowującą, która usuwa gaz i zapobiega gromadzeniu się pęcherzyków, zapewniając dobre natryskiwanie i jakość druku.

Powyższe trzy metody służą do usuwania wszystkich rozpuszczonych gazów. Poniżej znajdują się metody bardziej selektywnego usuwania.

Odgazowanie ultradźwiękowe

Ultradźwiękowe procesory cieczy są powszechnie stosowaną metodą usuwania rozpuszczonych gazów i/lub porwanych pęcherzyków gazu z różnych cieczy. Zaletą tej metody jest to, że odgazowanie ultradźwiękowe można przeprowadzić w trybie ciągłego przepływu, co czyni ją odpowiednią do produkcji na skalę komercyjną.

Bełkotanie gazem obojętnym

Bąbelkowanie roztworu gazem o wysokiej czystości (zwykle obojętnym) może usunąć niepożądane (zwykle reaktywne) rozpuszczone gazy, takie jak tlen i dwutlenek węgla . Powszechnie stosuje się azot , argon , hel i inne gazy obojętne . Aby zmaksymalizować ten proces zwany barbotażem , roztwór jest energicznie mieszany i przepuszczany przez długi czas. Ponieważ hel słabo rozpuszcza się w większości cieczy, jest szczególnie przydatny do zmniejszenia ryzyka powstawania pęcherzyków w systemach wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC).

Dodatek reduktora

czasami skuteczne jest dodanie reduktorów . Na przykład, zwłaszcza w dziedzinie elektrochemii , siarczyn amonu jest często stosowany jako środek redukujący, ponieważ reaguje z tlenem, tworząc jony siarczanowe . Chociaż metoda ta może być stosowana tylko do tlenu i wiąże się z ryzykiem redukcji substancji rozpuszczonej, rozpuszczony tlen jest prawie całkowicie eliminowany. Rodnik ketylowy z sodu i benzofenonu można również stosować do usuwania zarówno tlenu, jak i wody z obojętnych rozpuszczalników, takich jak węglowodory i etery; odgazowany rozpuszczalnik można oddzielić przez destylację . Ta ostatnia metoda jest szczególnie przydatna, ponieważ wysokie stężenie rodników ketylowych generuje ciemnoniebieski kolor, co wskazuje na całkowite odgazowanie rozpuszczalnika.

Cykl zamrażania, pompowania i rozmrażania

W tej technice na skalę laboratoryjną płyn, który ma być odgazowany, umieszcza się w kolbie Schlenka i szybko zamraża, zwykle ciekłym azotem . Następnie stosuje się próżnię, być może do uzyskania próżni 1 mm Hg (dla celów ilustracyjnych). Kolbę oddziela się od źródła próżni, a zamrożony rozpuszczalnik pozostawia się do rozmrożenia. Często po stopieniu pojawiają się bąbelki. Proces ten jest zwykle powtarzany w sumie w trzech cyklach. Stopień odgazowania wyraża się równaniem (1/760) ³ dla przypadku, gdy ciśnienie początkowe wynosi 760 mm Hg, próżnia wynosi 1 mm Hg, a całkowita liczba cykli wynosi trzy.

Wino odgazowujące

Drożdże wykorzystują cukier do produkcji alkoholu i dwutlenku węgla. W produkcji wina dwutlenek węgla jest niepożądanym produktem ubocznym większości win. Jeśli wino jest butelkowane szybko po fermentacji , ważne jest odgazowanie wina przed butelkowaniem.

Winiarnie mogą pominąć proces odgazowywania, jeśli dojrzewają swoje wina przed butelkowaniem. Przechowywanie wina w stalowych lub dębowych beczkach przez miesiące, a czasem lata, pozwala uwolnić gazy z wina i ulotnić się w powietrze przez śluzy powietrzne.

Odgazowywanie oleju

Najbardziej wydajną metodą odgazowania oleju przemysłowego jest obróbka próżniowa , która usuwa powietrze i wodę rozpuszczoną w oleju. Można to osiągnąć poprzez:

rozpylanie oleju w dużych komorach próżniowych;
rozprowadzanie oleju cienką warstwą na specjalnych powierzchniach (pierścienie spiralne, pierścienie Raschiga itp.) w komorach próżniowych.

W warunkach próżni osiągana jest równowaga między zawartością wilgoci i powietrza (gazów rozpuszczonych) w fazie ciekłej i gazowej. Równowaga zależy od temperatury i ciśnienia resztkowego. Im niższe ciśnienie, tym szybciej i wydajniej usuwana jest woda i gaz.

Niezamierzone odgazowanie

Niezamierzone odgazowanie może mieć różne przyczyny, takie jak przypadkowe uwolnienie metanu ( CH ₄ ) z dna morskiego podczas działalności człowieka, takiej jak podwodne badania prowadzone przez przemysł energetyczny . Naturalne procesy, takie jak ruch płyt tektonicznych, również mogą przyczyniać się do uwalniania metanu z dna oceanu. W obu przypadkach ilość CH ₄ może znacząco przyczynić się do zmiany klimatu .

Zobacz też

Przewodność Degasa
Woda odgazowana
Erupcja limniczna
Odgazowywanie (obejmuje emisje geologiczne i wulkaniczne)
Gaz wulkaniczny