Ултразвук в производството на хартия

Мощният ултразвук се утвърди като универсална и енергийно ефективна технологична обработка в съвременните хартиени фабрики. Чрез въвеждане на ултразвукови вълни с висока интензивност в течни или суспензионни системи фабриките могат да използват кавитационните ефекти – образуването и колапса на микроскопични мехурчета – за подобряване на смесването, масопреноса, модифицирането на влакната и отстраняването на замърсители. Тъй като както производството на първични влакна, така и преработката на рециклирана хартия са под нарастващ натиск да намалят потреблението на енергия, вода и химикали, ултразвуковата технология предлага привлекателен набор от решения за обработка в поточната линия, готови за интегриране в съществуващо оборудване.

Ултразвук в производството на хартия

В производството на хартия ултразвуковите системи се използват предимно за подобряване на качеството на хартиената маса, свойствата на влакната и стабилността на процесите. Едно важно приложение е дегазирането на суспензиите от целулозна маса. Увлеченият въздух в хартиената маса може да причини водни петна, ивици и дефекти при формирането на листа, които пряко понижават качеството на хартията. Ултразвуковото дегазиране ефективно отстранява разтворените и увлечените газове от суспензиите от целулозна маса, като стабилизира мократа част и спомага за предотвратяването на видими дефекти без допълнителни химикали.
Друго основно приложение е подобряването на фибрилирането на влакната. Мощният ултразвук насърчава външното и вътрешното фибрилиране на целулозните влакна, като чрез кавитация генерира интензивни локализирани сили на срязване. Това може частично да замени или да подобри конвенционалните етапи на биене и рафиниране. В сравнение само с механичното рафиниране ултразвуковата обработка може да постигне сходна или по-добра степен на разработване на влакната при по-ниско потребление на енергия. Съществено е, че здравината на влакната се запазва, а в някои случаи се подобрява, защото ултразвукът насърчава контролирано фибрилиране вместо прекомерно нарязване на влакната. Ултразвуковата енергия може също да подпомага химичните реакции, свързани с модифицирането на влакната, като окислителни процеси или процеси на избелване, подобрявайки ефективността и равномерното протичане на реакциите.

Ултразвукът може допълнително да подпомага разпадането на целулозната маса както при превръщането на дървесния чипс в целулозна маса, така и при повторното разпускане на събраната за рециклиране хартия. Кавитацията ускорява разделянето на влакната и отслабва връзките между влакната, пълнителите, мастилата и покритията, като подобрява ефективността на получаването на целулозна маса и съкращава времето за обработка.

Ултразвукова обработка в мократа част

В производството на хартия все по-ясно се осъзнава, че подобренията в работата на мократа част се дължат повече на ефективното използване на химикалите, отколкото на по-високите дози добавки. В резултат на това ултразвуковото диспергиране привлича внимание като усъвършенствана технологична обработка за контролирано активиране и хомогенизиране на добавките за мократа част преди въвеждането им в хартиената маса. Ултразвукът с висока мощност генерира предизвикани от кавитацията сили на срязване, които деагломерират частиците и насърчават равномерното диспергиране на полимери, пълнители и емулсии в технологичните потоци в поточната линия. Това подобрено диспергиране води до по-предвидими взаимодействия между химикалите и влакната, по-добро задържане на компонентите и формиране на листа и повишена стабилност на процесите, като същевременно намалява общата потребност от химикали и потреблението на енергия. Благодарение на линейната си мащабируемост и наличието на промишлени системи за ултразвукова обработка от Hielscher Ultrasonics, ултразвуковото диспергиране премина от лабораторни изследвания към внедряване в пълен промишлен мащаб като технически надеждна и икономически жизнеспособна стратегия за оптимизиране на мократа част.

Прочетете повече за предимствата на ултразвуковото диспергиране в мократа част на хартиените фабрики!

Ултразвук при рециклирането на хартия

В приложенията за рециклиране мощният ултразвук помага за справяне с някои от най-устойчивите предизвикателства при преработката на възстановени влакна. Едно ключово приложение е почистването на влакната и отстраняването на замърсители. Ултразвуковата кавитация подпомага отделянето на замърсявания, масла, печатарски мастила, оцветители и остатъци от лак от повърхностите на влакната. При операциите за отстраняване на печатарско мастило ултразвукът подобрява отделянето и диспергирането на мастилените частици, като повишава ефективността на флотацията или промиването и позволява постигането на по-висока белота при намалено използване на химикали.
Ултразвукът допринася също за намаляване на микроорганизмите в системите за оборотна вода от хартиеното производство. Чрез механично разрушаване на микробните клетки и биофилмите ултразвуковата обработка може да намали микробното натоварване, без да разчита единствено на биоциди. Това подпомага поддържането на по-чисти циркулационни системи за технологична вода и може да намали миризмите, образуването на слуз и рисковете от биологично обрастване.
Друго важно приложение, свързано с рециклирането, е обезводняването. Ултразвуковата енергия може да подобри отводнителните характеристики на влакнестите суспензии чрез модифициране на влакнестите мрежи и намаляване на свързаната вода. Подобреното обезводняване може да повиши ефективността на пресовата и ситовата част, като намали потребността от топлинна енергия в последващите етапи на сушене.
 

Енергия на ултразвуковата обработка спрямо времето за отводняване (в минути) при приготвяне на нанохартия (съответстващо на пробата CNF(1)LA).
100 J/ml енергия на ултразвуковата обработка съответстват на 100 секунди ултразвукова обработка и т.н.
(Изследване и изображение: ©Sethi et al., 2018)

Допълнителни технологични приложения

Освен за обработка на влакна и вода, мощният ултразвук се използва за хомогенизиране и диспергиране на суспензии от хартиена маса и добавки. Ултразвуковата хомогенизация осигурява равномерно разпределение на пълнители, пигменти, полимери и функционални добавки, като подобрява ефективността на използването на химикалите и постоянството на свойствата на продукта. Ултразвукът се прилага също в процесите на разпръскване и нанасяне на покрития, при които ултразвуковите дюзи генерират фини, еднородни капчици за прецизно нанасяне на покрития, проклейващи агенти или функционални слоеве върху хартиените повърхности.

Интегриране в поточната линия и промишлено внедряване

Ключово предимство на ултразвуковата технология е, че повечето приложения могат да се внедрят в поточната линия, което позволява на фабриките да интегрират ултразвукови реактори в съществуващите технологични циркулационни системи без съществено препроектиране. Проточните ултразвукови системи могат да се мащабират линейно и да се адаптират към конкретни концентрации на масата, дебити и технологични цели.
При правилен избор и интегриране на системата мощният ултразвук се превръща в гъвкав инструмент за интензифициране на процесите, а не в самостоятелна обработка. Доставчици на оборудване като Hielscher Ultrasonics подпомагат фабриките при избора и конфигурирането на промишлени ултразвукови системи, съобразени с конкретните предизвикателства при производството или рециклирането на хартия.

Подобрете качеството на хартията и намалете разходите

От подобряването на разработването и диспергирането на влакната до осигуряването на по-чисто рециклиране и по-стабилна работа на мократа част, мощният ултразвук предлага широк спектър от приложения в хартиените фабрики. Способността му да подобрява физичните и химичните процеси, като същевременно намалява потреблението на енергия, вода и химикали, прави ултразвука все по-привлекателна технология както за нови инсталации, така и за модернизиране на съществуващи. Тъй като устойчивостта и ефективността продължават да определят развитието на хартиената промишленост, ултразвуковата обработка се утвърждава като практично и мащабируемо решение за съвременното производство на хартия.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите уреди за ултразвукова обработка:

Проектиране, производство и консултиране – качество, произведено в Германия

Уредите за ултразвукова обработка на Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите уреди за ултразвукова обработка в промишлени съоръжения. Уредите за ултразвукова обработка на Hielscher лесно се справят с тежки условия и взискателни работни среди.

Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителните уреди за ултразвукова обработка, които се отличават с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, уредите за ултразвукова обработка на Hielscher съответстват на изискванията за CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.