Ултразвук в производството на хартия

Мощният ултразвук се превърна в универсална и енергийно ефективна технологична технология в съвременните фабрики за хартия. Чрез въвеждане на ултразвукови вълни с висок интензитет в течни или суспензионни системи фабриките могат да използват кавитационните ефекти - образуване и разпадане на микроскопични мехурчета. – за подобряване на смесването, преноса на маса, модифицирането на влакната и отстраняването на замърсителите. Тъй като както производството на първични влакна, така и обработката на рециклирана хартия са изправени пред нарастващ натиск за намаляване на потреблението на енергия, вода и химикали, ултразвуковата технология предлага убедителен набор от вградени, готови за модернизация решения.

Ултразвук в производството на хартия

В производството на хартия ултразвуковите системи се прилагат предимно за подобряване на качеството на материала, производителността на влакната и стабилността на процеса. Едно от важните приложения е дегазирането на суспензиите от целулоза. Задържането на въздух в суровината може да доведе до появата на водни знаци, ивици и дефекти на образуване, които пряко намаляват качеството на хартията. Ултразвуковата дегазация ефективно отстранява разтворените и увлечените газове от суспензиите на целулозата, като стабилизира мокрия край и помага за предотвратяване на визуални дефекти без допълнителни химикали.
Друго важно приложение е подобряването на фибрилацията на влакната. Мощният ултразвук стимулира външната и вътрешната фибрилация на пулпните влакна чрез генериране на интензивни локализирани сили на срязване посредством кавитация. Това може частично да замени или подобри конвенционалните етапи на избиване и рафиниране. В сравнение със самостоятелното механично рафиниране ултразвуковата обработка може да постигне сходно или подобрено развитие на влакната, като същевременно консумира по-малко енергия. Важно е да се отбележи, че здравината на влакната се запазва, а в някои случаи се подобрява, тъй като ултразвукът насърчава контролираното фибрилиране, а не прекомерното рязане на влакната. Ултразвуковата енергия може също така да подпомогне химичните реакции, свързани с модифицирането на влакната, като например окислителни или избелващи процеси, като подобри ефективността и равномерността на реакциите.

Ултразвукът може допълнително да подпомогне дезинтеграцията на целулозата по време на разграждането на дървесни стърготини в целулоза или по време на пресушаването на възстановена хартия. Кавитацията ускорява отделянето на влакната и разхлабва връзките между влакната, пълнителите, мастилата и покритията, като подобрява ефективността на развлакняването и намалява времето за обработка.

Соникация в мокрия край

При производството на хартия все повече се осъзнава, че подобренията в ефективността на мокрия край се дължат повече на ефективността на използване на химикалите, отколкото на по-високи дози добавки. В резултат на това ултразвуковата дисперсия набира все по-голямо внимание като усъвършенствана технологична процедура за контролирано активиране и хомогенизиране на добавките за мокър край преди добавянето на суровина. Високомощният ултразвук генерира кавитационно-индуцирани сили на срязване, които деагломерират частиците и подпомагат равномерното диспергиране на полимери, пълнители и емулсии в потоците на процеса. Тази подобрена дисперсия води до по-предсказуеми взаимодействия между химикалите и влакната, подобрено задържане и образуване на листове и повишена стабилност на процеса, като едновременно с това намалява общото търсене на химикали и потреблението на енергия. Благодарение на линейната си мащабируемост и наличието на промишлени соникаторни системи от Hielscher Ultrasonics, ултразвуковата дисперсия е преминала от лабораторни изследвания към пълномащабно прилагане като технически стабилна и икономически жизнеспособна стратегия за оптимизиране на мокрия край.

Прочетете повече за предимствата на ултразвуковата дисперсия в мокрия край на хартиените фабрики!

Ултразвук при рециклиране на хартия

В приложенията за рециклиране мощният ултразвук решава някои от най-наболелите предизвикателства при обработката на възстановени влакна. Едно от основните приложения е почистването на влакната и отстраняването на замърсителите. Ултразвуковата кавитация спомага за отделянето на замърсявания, масла, печатарски мастила, оцветители и остатъци от лак от повърхностите на влакната. При операциите по отстраняване на мастилото ултразвукът подобрява отделянето и диспергирането на частиците мастило, като подобрява ефективността на флотацията или измиването и позволява по-високи нива на яркост с намалено влагане на химикали.
Ултразвукът също допринася за намаляването на микробите в системите за бяла вода. Чрез механично разрушаване на микробните клетки и биофилми ултразвуковото третиране може да намали микробното натоварване, без да се разчита единствено на биоциди. Това спомага за по-чисти технологични водни цикли и може да намали миризмите, образуването на тиня и рисковете от бионараняване.
Друго важно приложение, свързано с рециклирането, е обезводняването. Ултразвуковата енергия може да подобри характеристиките на дрениране на суспензиите от влакна чрез модифициране на мрежите от влакна и намаляване на свързаната вода. Подобреното обезводняване може да повиши ефективността на пресата и телената мрежа, като намали нуждата от топлинна енергия в последващите етапи на сушене.
 

Енергия на сониране спрямо времето за източване (в минути) за приготвяне на нанохартия (съответстваща на CNF(1)LA проба).
100 J/ml ултразвукова енергия съответства на 100 секунди ултразвук и т.н.
(Проучване и изображение: ©Sethi et al., 2018)

Допълнителни приложения за процеси

Освен за третиране на влакна и вода, мощният ултразвук се използва за хомогенизиране и диспергиране на хартиени суспензии и добавки. Ултразвуковата хомогенизация осигурява равномерно разпределение на пълнителите, пигментите, полимерите и функционалните добавки, като подобрява химическата ефективност и консистенцията на продукта. Ултразвукът се прилага и в процесите на пръскане и нанасяне на покрития, където ултразвуковите дюзи генерират фини, равномерни капки за прецизно нанасяне на покрития, оразмерителни агенти или функционални слоеве върху повърхността на хартията.

Интеграция в линия и промишлено внедряване

Ключово предимство на ултразвуковата технология е, че повечето приложения могат да се прилагат в поточна линия, което позволява на фабриките да монтират ултразвукови реактори в съществуващи технологични цикли без значителни промени в дизайна. Проточните ултразвукови системи могат да се мащабират линейно и да се адаптират към специфични консистенции, дебити и цели на процеса.
При правилен подбор и интегриране на системата мощният ултразвук се превръща в гъвкав инструмент за интензифициране на процесите, а не в самостоятелна процедура. Доставчиците на оборудване като Hielscher Ultrasonics подкрепят мелниците при избора и конфигурирането на ултразвукови системи от индустриален клас, съобразени със специфичните предизвикателства при производството на хартия или рециклирането.

Подобряване на качеството на хартията и намаляване на разходите

Мощният ултразвук предлага широк спектър от приложения в хартиените фабрики - от подобряване на развитието и диспергирането на влакната до по-чисто рециклиране и по-стабилна работа на мокрия край. Способността му да подобрява физичните и химичните процеси, като същевременно намалява консумацията на енергия, вода и химикали, прави ултразвука все по-привлекателна технология както за нови инсталации, така и за модернизация. Тъй като устойчивостта и ефективността продължават да определят облика на хартиената промишленост, ултразвуковата обработка се позиционира като практично и мащабируемо решение за съвременното производство на хартия.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:

Проектиране, производство и консултиране – Качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати Hielscher са добре известни със своите най-високи стандарти за качество и дизайн. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Тежките условия и взискателните условия се справят лесно с ултразвуковите апарати на Hielscher.

Hielscher Ultrasonics е сертифицирана по ISO компания и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови уреди, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са съвместими с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.