Ultrazvuk u proizvodnji papira

Električni ultrazvuk se pojavio kao svestrana i energetski efikasna procesna tehnologija u modernim fabrikama papira. Uvođenjem visokointenzivnih ultrazvučnih talasa u tečne ili kašne sisteme, mlinovi mogu iskoristiti efekte kavitacije – mikroskopsko formiranje mjehurića i kolaps – radi poboljšanja miješanja, prijenosa mase, modifikacije vlakana i uklanjanja kontaminanata. Kako se i proizvodnja sirovih vlakana i obrada recikliranog papira suočavaju sa sve većim pritiskom da smanje potrošnju energije, vode i hemikalija, ultrazvučna tehnologija nudi uvjerljiv set rješenja spremnih za naknadnu ugradnju u liniji.

Ultrazvuk u proizvodnji papira

U proizvodnji papira, ultrazvučni sistemi se prvenstveno primjenjuju radi poboljšanja kvaliteta zaliha, performansi vlakana i stabilnosti procesa. Jedna važna primjena je degasiranje suspenzije pulpe. Uvučeni zrak u materijal može uzrokovati vodene žigove, pruge i deformacijske nedostatke koji direktno smanjuju kvalitet papira. Ultrazvučno degasiranje efikasno uklanja rastvorene i zarobljene plinove iz kaša pulpe, stabilizujući mokri kraj i pomažući u sprječavanju vizuelnih oštećenja bez dodatnih hemikalija.
Još jedna važna primjena je poboljšanje fibrilacije vlakana. Električni ultrazvuk podstiče vanjsku i unutrašnju fibrilaciju vlakana pulpe generišući intenzivne lokalizirane sile smicanja kroz kavitaciju. Ovo može djelimično zamijeniti ili unaprijediti konvencionalne faze mućenja i rafiniranja. U poređenju sa samim mehaničkim rafiniranjem, ultrazvučni tretman može postići sličan ili poboljšan razvoj vlakana uz manju potrošnju energije. Važno je da se čvrstoća vlakana održava, a u nekim slučajevima i poboljšava, jer ultrazvuk podstiče kontrolisanu fibrilaciju, a ne pretjerano rezanje vlakana. Ultrazvučna energija također može pomoći hemijskim reakcijama povezanim sa modifikacijom vlakana, kao što su oksidativni ili procesi izbjeljivanja, poboljšavajući efikasnost i ujednačenost reakcija.

Ultrazvuk može dodatno podržati raspadanje pulpe, bilo tokom razgradnje drvenih sječki u pulpu ili tokom ponovnog pulpiranja izvađenog papira. Kavitacija ubrzava razdvajanje vlakana i olabavljuje vezivanje između vlakana, punila, tinte i premaza, poboljšavajući efikasnost pulpe i smanjujući vrijeme obrade.

Sonikacija u mokrom kraju

Operacije proizvodnje papira sve više prepoznaju da su poboljšanja u performansama mokrog kraja više vođena efikasnošću upotrebe hemikalija nego višim dozama aditiva. Kao rezultat toga, ultrazvučna disperzija dobija na značaju kao napredna procesna tehnologija za kontrolisanu aktivaciju i homogenizaciju aditiva na mokrom kraju prije dodavanja zaliha. Visokosnažni ultrazvuk generiše sile smicanja izazvane kavitacijom koje deaglomeriraju čestice i podstiču ravnomjernu disperziju polimera, punila i emulzija u inline tokovima procesa. Ova pojačana disperzija dovodi do predvidljivijih interakcija hemikalija i vlakana, poboljšanog zadržavanja i formiranja ploča, te povećane stabilnosti procesa, dok istovremeno smanjuje ukupnu potražnju za hemikalijama i potrošnju energije. Zahvaljujući svojoj linearnoj skalabilnosti i dostupnosti industrijskih sonicator sistema od Hielscher Ultrasonics, ultrazvučna disperzija je napredovala od laboratorijskih studija do pune implementacije kao tehnički robusna i ekonomski isplativa strategija mokre optimizacije.

Pročitajte više o prednostima ultrazvučne disperzije na mokrom kraju papirnih mlinova!

Ultrazvuk u reciklaži papira

U primjenama recikliranja, energetski ultrazvuk rješava neke od najupornijih izazova u obradi recikliranih vlakana. Jedna od ključnih upotreba je čišćenje vlakana i uklanjanje zagađivača. Ultrazvučna kavitacija pomaže u odvajanju prljavštine, ulja, štamparskih boja, boja i ostataka laka sa površina vlakana. U operacijama uklanjanja tinte, ultrazvuk poboljšava odvajanje i disperziju čestica tinte, poboljšavajući efikasnost plutanja ili pranja i omogućavajući viši nivo svjetline uz smanjen unos hemikalija.
Ultrazvuk također doprinosi smanjenju mikroba u sistemima za brzake vode. Mehaničkim narušavanjem mikrobnih ćelija i biofilmova, ultrazvučni tretman može smanjiti mikrobna opterećenja bez oslanjanja isključivo na biocide. Ovo podržava čišće procesne vodene krugove i može smanjiti rizik od nemirnog mirisa, stvaranja sluzi i biološkog zagađenja.
Još jedna važna primjena vezana za reciklažu je odvodnjavanje. Ultrazvučna energija može poboljšati karakteristike drenaže vlaknastih suspenzija modifikujući mreže vlakana i smanjujući zadržavanje vode. Poboljšano isušivanje može povećati efikasnost prešanja i žice, smanjujući potrošnju termalne energije u narednim fazama sušenja.
 

Energija ultrazvuka u odnosu na vrijeme dreniranja (u minutama) za pripremu nanopapira (odgovara CNF(1)LA uzorku).
100 J/ml energije sonikacije odgovara 100 sekundi ultrazvuka, itd.
(Studija i slika: ©Sethi et al., 2018.)

Dodatne aplikacije procesa

Osim tretmana vlakana i vode, električni ultrazvuk se koristi za homogenizaciju i disperziju papirnih suspenzija i aditiva. Ultrazvučna homogenizacija osigurava ravnomjernu raspodjelu punila, pigmenata, polimera i funkcionalnih dodataka, poboljšavajući hemijsku efikasnost i konzistentnost proizvoda. Ultrazvuk se također primjenjuje u procesima prskanja i premazivanja, gdje ultrazvučne mlaznice generišu fine, ujednačene kapljice za precizno nanošenje premaza, sredstava za dimenzioniranje ili funkcionalnih slojeva na papirne površine.

Integracija u liniji i industrijska implementacija

Ključna prednost ultrazvučne tehnologije je što se većina primjena može implementirati u liniji, što omogućava mlinovima da naknadno ugrađuju ultrazvučne reaktore u postojeće procesne petlje bez velikih promjena dizajna. Ultrazvučni sistemi sa protokom mogu se skalirati linearno i prilagođavati specifičnim konzistentnostima, protocima i ciljevima procesa.
Uz pravilan odabir i integraciju sistema, električni ultrazvuk postaje fleksibilan alat za intenziviranje procesa, a ne samostalni tretman. Dobavljači opreme poput Hielscher Ultrasonics podržavaju tvornice u odabiru i konfiguraciji industrijskih ultrazvučnih sistema prilagođenih specifičnim izazovima u proizvodnji papira ili reciklaži.

Poboljšajte kvalitet papira i smanjite troškove

Od poboljšanja razvoja i disperzije vlakana do omogućavanja čišćeg recikliranja i stabilnijeg rada na mokrom kraju, električni ultrazvuk nudi širok spektar primjena u papirnim fabrikama. Njegova sposobnost da unaprijedi fizičke i hemijske procese uz smanjenje potrošnje energije, vode i hemikalija čini ultrazvuk sve privlačnijom tehnologijom kako za nove instalacije, tako i za adaptacije. Kako održivost i efikasnost nastavljaju oblikovati industriju papira, ultrazvučna obrada se pozicionira kao praktično i skalabilno rješenje za modernu proizvodnju papira.

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:

Dizajn, proizvodnja i konsalting – Kvaliteta Made in Germany

Hielscher ultrasonicatori su poznati po najvišoj kvaliteti i standardima dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih aparata u industrijske objekte. Hielscher ultrasonikatori lako se nose sa teškim uslovima i zahtevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics je ISO sertifikovana kompanija i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne aparate visokih performansi koji se odlikuju najsavremenijom tehnologijom i lakoćom korišćenja. Naravno, Hielscher ultrasonikatori su usklađeni sa CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoH.