Innovatieve technologieën voor nanobellen productie

Nanobellen maken

Bij het maken van een luchtbel plaats je een gas in de vloeistof, een luchtbel is een familie van een druppel die een vloeistof in een gas is. Een ander lid van de bubbel- en druppelfamilie is een deeltje dat een vaste stof in een gas of in vloeistof is. Het is belangrijk om deze drie termen van elkaar te onderscheiden voor de definitie van Bubbels. Er zijn een paar methoden om bubbels te maken namelijk: hydrodynamisch, akoestisch, optisch en via partikel cavitatie. De meest kosteneffectieve methode en meest efficiënte methode om nanobubbels te maken is hydrodynamisch. Hydrodynamica is een tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met beweging op vloeistoffen en de krachten die werken op vaste lichamen die zijn ondergedompeld in vloeistoffen en in beweging zijn ten opzichte van hen. Om het eenvoudig te zeggen om een ​​bubbel te maken, heb je een bewegende vloeistof nodig, voeg je een gas toe en breng je een kracht op het gas en de vloeistof en de bubbels worden gecreëerd. In het dagelijks leven wanneer je een blikje bier of een fles cola opent, door de verandering in druk (de kracht) worden de bubbels gecreëerd, dit is waarneembaar met het oog en door het geluid.

1982 was de eerste keer dat een artikel over nanobubbels werd gepubliceerd en tot voor kort werd het bestaan ​​van nanobubbels betwist door sommige wetenschappers, de recente hype in nanobubbeltechnologie of nanobubbeltechnologie wordt veroorzaakt door twee factoren: ten eerste is er nu apparatuur op de markt beschikbaar die de nanobubbelgrootte en -dichtheid kan meten en nu zijn de meeste wetenschappers het erover eens dat er nano-bubbels bestaan. Ten tweede was het grote voordeel van de meetapparatuur dat nanobubbelproducenten hun nanobubbelgeneratoren nu verder kunnen ontwikkelen en optimaliseren en verder toepassingen kunnen ontwikkelen.

In principe zijn er twee soorten technologieën voor het genereren van nanobellen, ten eerste zijn er soorten nanobellengeneratoren voor gas-watercirculatie. Ten tweede is er een gas-water onder druk zetten-decompressie, ook vaak aangeduid als onder druk staande oplossing van het type nanobellengenerator. De meeste units zijn gebaseerd op het een of het ander, of een combinatie van beide.

We kunnen de volgende productiemethoden van fijne bubbels onderscheiden, de eerste 3 methoden worden in meer detail beschreven:

1. Onder druk staande oplossing
2. Rotatie
3. Statische menger
4. Ultrasoon (Supersonische trillingen)
5. Nozzle (Ejector)
6. Oscillator
7. Venturi
8. Gecondenseerde dampconcentratie met direct contact

Onder druk staande oplosmethode

Deze methode voor het maken van nanobubbels is gebaseerd op de principes van Henry's Law, die de concentratie van een gas relateert aan de partiële druk. Dit betekent dat meer gas kan worden opgelost in een oplossing bij een hogere druk. Het principe van de nanobubbelgenerator is als volgt: Via een venturi-systeem worden de vloeistof en het gas met elkaar gemengd, in de volgende stap in de mengbak wordt het gas via druk in het water gesmolten. In de laatste stap via een mondstuk worden het water en het gas afgevoerd. Als gevolg van de drastische drukval van de oververzadigde oplossing van vloeibaar gas, wordt het gas verdreven als fijne bubbels en nanobubbels in de vloeistof. Het figuur illustreert het proces.

1. Vloeistof wordt onder druk in de unit gepompt.
2. Door de maat van de leiding te verkleinen, wordt de snelheid van de inkomende vloeistofstroom verhoogd, waardoor het grootste deel van de pompdruk wordt omgezet in dynamische druk, waardoor de statische druk en de lucht die door onderdruk wordt aangezogen, worden verminderd.
3. Nadat het vloeibare en aangezogen gas verzadigd zijn met bellen, wordt de vloeistof/gasstroom door een bredere pijp gestuurd om de snelheid van de stroom te verminderen, waar dynamische druk terug wordt omgezet in statische druk en het proces van oplossen van gas onder druk plaatsvindt.
4. Nadat het gas volledig in de vloeistof is opgelost, wordt de vloeistof/het gas met atmosferische druk in één keer uitgeworpen, waardoor de vloeistof oververzadigd raakt en enorme ultrafijne nanobellen vrijkomen.

Rotatie stroom

Rotatiestroom wordt ook vaak Swirl-methode of Spiral Flow genoemd. Deze fijne bubbelgenerator produceert bubbels volgens het Bernoulli-principe. In de vloeistofdynamica stelt het Bernoulli's principe dat een toename in de snelheid van een vloeistof gelijktijdig optreedt met een afname van de druk of een afname van de potentiële energie van de vloeistof. Het principe is vernoemd naar Daniel Bernoulli, die het in 1738 publiceerde in zijn boek "Hydrodynamica". Eeuwen later werden op basis van dit principe fijn bubbelgeneratoren gemaakt. Het eerste product op basis van deze technologie is de Ranque-Hilsch Vortex Tube in 1933. 50 jaar later gevolgd door de wervelende straalvlam. Halverwege de jaren negentig werden de eerste microbubbels met wervelend type uitgevonden in Japan.

Het principe van de fijne bellengenerator is als volgt: water wordt vanaf de bovenzijde in een cilindervormige tank gedaan en moet in een spiraal naar beneden stromen. Vanaf de middelste bodem van de cilinder wordt het gas aangezogen. Het roterende water wordt aan de bovenkant van de cilinder afgeschoren en produceert fijne bellen.

Statische menger

De statische mixer vindt zijn oorsprong in het mengen van twee vloeistoffen, het eerste patent voor een statische mixer werd ingediend in 1965. In plaats van het mengen van twee vloeistoffen is er ook de mogelijkheid om een vloeistof en een gas te mengen. Deze technologie is gebaseerd op het principe van het creëren van een vortex en het zeer effectief in de vortex brengen van een gas. Door de turbulente stroming zal gas de vortex breken en door de botsingen tussen water en gas ontstaan de nanobellen. De voordelen van de statische mixers zijn dat ze een relatief eenvoudig ontwerp hebben en dat ze grote hoeveelheden water tegelijk kunnen behandelen met relatief weinig energie in vergelijking met veel van de andere bovengenoemde nanobellengeneratoren. Ten slotte zijn ze niet gevoelig voor verstopping. De acniti Turbiti-technologie is een combinatie van de turbulente statische mixer en de Ejector Nozzle.

Uitwerpmondstuk

In het generatortype van het nanobellengenerator met uitwerpmondstuk zijn vloeistofstroomkanalen in de cilindrische generator ontworpen om te krimpen en stapsgewijs te vergroten. Het gas wordt op het meest verlaagde drukpunt onder negatieve druk aangevoerd en door cavitatie teruggebracht tot een aantal nanobellen. In dit apparaat is de waterstroom zeer turbulent en wordt het gas door cavitatie gereduceerd tot nanobellen. Uitwerpmondstukken zijn nauw verwant aan hydrodynamische cavitatiegeneratoren, bij deze methode wordt cavitatie gegenereerd door de vloeistofstroom door een eenvoudige geometrie onder gecontroleerde omstandigheden. In deze nanobellengenerator wanneer de druk onder de dampdruk van de vloeistof daalt, flitst de vloeistof en ontstaan er een aantal holtes. De holtes storten in als de druk zich herstelt. De ineenstorting van de cavitatiebellen veroorzaakt enkele fysisch-chemische effecten, zoals schokgolven, afschuifkrachten en chemische reacties. Bij deze processen ontstaan soms vrije radicalen.

Hamerrotatie

Het hamerrotatieconcept is een uniek concept in vergelijking met alle andere technieken voor het genereren van nanobellen, aangezien het geen pomp gebruikt om nanobellen te genereren. In plaats daarvan gebruikt het een motor met hamers die op de as zijn gemonteerd. De motor draait met een snelheid van 3400 omwentelingen per minuut in een buis. De buis wordt van bovenaf gevuld met water en de gasinjectie vindt ook van bovenaf plaats. De hamers op de schacht lossen het gas op en verpletteren het gas tot nanobelletjes aan de onderkant van de unit worden de nanobellen in het water verspreid. Het hamerrotatieconcept is de meest energievriendelijke manier om nanobellen te genereren, aangezien het geen grote hoeveelheden water verplaatst en geen hoge druk nodig heeft, maar al zijn energie gebruikt om het gas te verpletteren. De reeks nanobellengeneratoren met hamerrotatie wordt de microStar-nanobellengenerator genoemd. Dit apparaat is geschikt voor ozongas en voor gebruik in zeewateromgeving.