การไล่ก๊าซในวิศวกรรมกระบวนการ

การไล่ก๊าซ (Degassing) คือการกำจัดฟองก๊าซ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอากาศ ออกจากของเหลว เช่น จากเจล การไล่ก๊าซยังจำเป็นสำหรับการดึงก๊าซที่ละลายอยู่ออกจากวัตถุดิบเหลวด้วย มิฉะนั้นก๊าซเหล่านี้จะถูกปล่อยออกมาภายหลังในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปและก่อให้เกิดฟอง

ทำไมอากาศในผลิตภัณฑ์จึงเป็นปัญหา

กระบวนการผสมมักทำให้ต้องไล่ก๊าซในขั้นตอนถัดไป เนื่องจากในการแปรรูปสารตั้งแต่ของเหลวจนถึงสารที่มีความหนืดสูง มักเกิดอากาศและก๊าซปะปนอยู่ ซึ่งอาจ:

• ทำให้ไขมันและน้ำมันเหม็นหืน
• ทำให้เกิดออกซิเดชันและการเปลี่ยนสี
• เปลี่ยนกลิ่นและรสชาติ
• ทำให้พื้นผิวที่เคลือบมีรูพรุนและเป็นรู

ในทางกลับกัน ผลิตภัณฑ์ที่ไล่อากาศแล้วมีความเสถียรทางเคมีมากขึ้นและเก็บรักษาได้นานขึ้น ในภาคอุตสาหกรรม การไล่ก๊าซออกจากน้ำมีความสำคัญในทุกกรณีที่ต้องการปริมาณออกซิเจนต่ำที่สุด เช่น ในอุตสาหกรรมเคมี ยา และเครื่องดื่ม ตัวอย่างในชีวิตประจำวันคือการเปิดขวดน้ำแร่อัดก๊าซ

ก๊าซถูกปล่อยออกมาได้อย่างไร

ของเหลวจะปล่อยก๊าซออกมามากที่สุดเมื่อได้รับความร้อนและความดันลดลงพร้อมกัน ปรากฏการณ์นี้ขึ้นอยู่กับความสามารถในการละลายของก๊าซ ซึ่งตาม กฎของเฮนรี (Henry's Law) จะลดลงเมื่อความดันย่อยลดลงและอุณหภูมิสูงขึ้น ก๊าซยังสามารถถูกปล่อยออกมาได้เองตามธรรมชาติ เช่น การปล่อยก๊าซออกจากวัสดุโฟม

การใช้งาน

การไล่ก๊าซมีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ไวต่อออกซิเจน และในกรณีที่ฟองทำให้คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ด้อยลง ทั้งสองกรณีนี้เกิดขึ้นกับเครื่องสำอาง: ออกซิเจนทำให้อายุการเก็บรักษาสั้นลง และฟองก๊าซเร่งการรวมตัว (Coalescence) ของเฟสที่กระจายตัว ตัวอย่างอื่น ๆ ได้แก่:

• สารสำหรับแบตเตอรี่: ออกซิเจนจะทำให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปใช้งานไม่ได้
• น้ำมันและสารหล่อลื่น: การไล่ก๊าซก่อนสูบช่วยลดการสึกหรอจากการเกิดโพรงอากาศ (Cavitation)
• สีและสารเคลือบ: ไล่ก๊าซก่อนการบ่มแข็งหรือก่อนใช้งาน
• เครื่องดื่มและซอส: การไล่ก๊าซช่วยยับยั้งจุลินทรีย์ที่ใช้ออกซิเจนและยืดอายุการเก็บรักษา
• แชมพู: สารลดแรงตึงผิวในตัวแชมพูทำให้เกิดฟอง หากไม่ไล่ก๊าซจะไม่สามารถบรรจุได้

สิ่งสำคัญในการไล่ก๊าซ

สุญญากาศทำให้ฟองอากาศขยายตัวอย่างตั้งใจ เพื่อให้ลอยขึ้นมาในผลิตภัณฑ์ ทั้งนี้ การกวน มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับประสิทธิภาพของกระบวนการ

• ถังต้องมีขนาดใหญ่พอสำหรับมวลผลิตภัณฑ์ที่ขยายตัวเป็นฟอง โดยไม่ให้ฟองสัมผัสฝาถังหรือเข้าไปในปั๊มสุญญากาศ
• เครื่องกวนต้องไม่ย่อยฟองอากาศให้เล็กลง
• แต่ต้องผสมได้ทั่วถึง เพื่อให้ฟองขึ้นสู่ผิวหน้าได้เร็วขึ้นและแตกตัวที่นั่น
• หากไม่มีเครื่องกวน ทุกอย่างจะขึ้นอยู่กับความเร็วในการลอยตัวของฟองและจะใช้เวลานานมาก

ปัญหาจะยากขึ้นเมื่อสารลดแรงตึงผิวทำให้ฟองก๊าซเสถียร สารช่วยเหล่านี้มีหน้าที่ทำให้อิมัลชันหรือสารกระจายตัวเสถียร แต่ก็ห่อหุ้มฟองไว้ด้วยและทำให้ฟองแข็งแรงมาก ทางแก้คือเครื่องกวนแบบพาไหลประสิทธิภาพสูง: พื้นผิววงแหวนขนาดใหญ่จะพาผลิตภัณฑ์ขึ้นสู่ผิวหน้าและช่วยให้ฟองแตกตัวแม้อยู่ในชั้นโฟม ช่วยลดเวลาการไล่ก๊าซลงได้อย่างมาก กระบวนการที่ตรงข้ามกันคือ การเติมก๊าซ

กระบวนการอื่น ๆ

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการไล่ก๊าซ

ทำไมผลิตภัณฑ์จึงต้องผ่านการไล่ก๊าซ?

อากาศและก๊าซที่ปะปนอยู่อาจทำให้เกิดออกซิเดชัน ไขมันและน้ำมันเหม็นหืน การเปลี่ยนสี ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงของกลิ่นและรสชาติ ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการไล่ก๊าซแล้วมีความเสถียรทางเคมีมากขึ้นและเก็บรักษาได้นานขึ้น

การไล่ก๊าซภายใต้สุญญากาศทำงานอย่างไร?

ภายใต้สุญญากาศ ฟองอากาศจะขยายตัวและลอยขึ้นได้เร็วขึ้น ถังต้องมีขนาดใหญ่พอสำหรับมวลผลิตภัณฑ์ที่ขยายตัว และเครื่องกวนช่วยผสมให้ทั่วถึงโดยไม่ย่อยฟองให้เล็กลง

ทำไมการไล่ก๊าซในแชมพูและเจลอาบน้ำจึงทำได้ยาก?

สารลดแรงตึงผิวทำให้ฟองก๊าซเสถียรและมีแนวโน้มทำให้เกิดฟอง เครื่องกวนแบบพาไหลประสิทธิภาพสูงที่มีพื้นผิววงแหวนขนาดใหญ่จะพาผลิตภัณฑ์ขึ้นสู่ผิวหน้าและช่วยลดเวลาการไล่ก๊าซได้อย่างมาก

การไล่ก๊าซอาศัยผลทางฟิสิกส์ใดบ้าง?

ความสามารถในการละลายของก๊าซจะลดลงเมื่อความดันย่อยลดลงและอุณหภูมิสูงขึ้น (กฎของเฮนรี) ดังนั้นโดยทั่วไปจึงใช้การลดความดัน และอาจใช้การให้ความร้อนร่วมด้วย