Ultrazvuk u proizvodnji papira

Ultrazvuk velike snage pojavio se kao svestrana i energetski efikasna procesna tehnologija u modernim fabrikama papira. Uvođenjem ultrazvučnih talasa visokog intenziteta u tečne sisteme ili suspenzije, fabrike mogu iskoristiti efekte kavitacije–stvaranje i kolaps mikroskopskih mjehurića – radi poboljšanja miješanja, prijenosa mase, modifikacije vlakana i uklanjanja kontaminanata. Budući da se i proizvodnja primarnih vlakana i prerada reciklovanog papira suočavaju s rastućim pritiskom da smanje potrošnju energije, potrošnju vode i potrebu za hemikalijama, ultrazvučna tehnologija nudi uvjerljiv skup inline rješenja spremnih za naknadnu ugradnju.

Ultrazvuk u proizvodnji papira

U proizvodnji papira ultrazvučni sistemi se primarno primjenjuju za poboljšanje kvaliteta papirne mase, svojstava vlakana i stabilnosti procesa. Jedna od važnih primjena je otplinjavanje suspenzija celulozne mase. Zarobljeni zrak u papirnoj masi može uzrokovati vodene žigove, pruge i greške formiranja koje direktno smanjuju kvalitet papira. Ultrazvučno otplinjavanje efikasno uklanja otopljene i zarobljene plinove iz suspenzija celulozne mase, stabilizira mokri dio i pomaže u sprječavanju vizuelnih grešaka bez dodatnih hemikalija.
Druga značajna primjena je pojačavanje fibrilacije vlakana. Ultrazvuk velike snage potiče vanjsku i unutrašnju fibrilaciju vlakana celulozne mase stvaranjem intenzivnih lokalnih smičnih sila putem kavitacije. Ovo može djelomično zamijeniti ili poboljšati konvencionalne faze mljevenja i rafinacije. U poređenju sa samom mehaničkom rafinacijom, ultrazvučna obrada može postići sličan ili bolji razvoj vlakana uz manju potrošnju energije. Važno je da se čvrstoća vlakana održava, a u nekim slučajevima i poboljšava, jer ultrazvuk potiče kontrolisanu fibrilaciju umjesto prekomjernog rezanja vlakana. Ultrazvučna energija također može pomoći kemijskim reakcijama povezanim s modifikacijom vlakana, kao što su oksidativni procesi ili procesi izbjeljivanja, čime se poboljšavaju efikasnost i ujednačenost reakcije.

Ultrazvuk može dodatno pomoći pri razvlaknjivanju celulozne mase, bilo tokom razgradnje drvne sječke u celuloznu masu ili tokom ponovnog razvlaknjivanja prikupljenog papira. Kavitacija ubrzava razdvajanje vlakana i olabavljuje veze između vlakana, punila, mastila i premaza, čime se poboljšava efikasnost razvlaknjivanja i skraćuje vrijeme obrade.

Ultrazvučna obrada (sonikacija) u mokrom dijelu

U proizvodnji papira sve se više prepoznaje da su poboljšanja performansi mokrog dijela uvjetovana više efikasnošću iskorištenja hemikalija nego većim doziranjem aditiva. Zbog toga ultrazvučna disperzija privlači sve veću pažnju kao napredna procesna tehnologija za kontrolisanu aktivaciju i homogenizaciju aditiva mokrog dijela prije dodavanja u papirnu masu. Ultrazvuk visoke snage stvara smične sile izazvane kavitacijom koje deaglomeriraju čestice i potiču ravnomjernu disperziju polimera, punila i emulzija u inline procesnim tokovima. Ova poboljšana disperzija dovodi do predvidljivijih interakcija između hemikalija i vlakana, poboljšanog zadržavanja i formiranja lista te veće stabilnosti procesa, uz istovremeno smanjenje ukupne potrebe za hemikalijama i potrošnje energije. Zahvaljujući linearnoj skalabilnosti i dostupnosti sonikatorskih sistema industrijske klase kompanije Hielscher Ultrasonics, ultrazvučna disperzija je od studija u laboratorijskom mjerilu napredovala do primjene u punom mjerilu kao tehnički pouzdana i ekonomski isplativa strategija optimizacije mokrog dijela.

Saznajte više o prednostima ultrazvučne disperzije u mokrom dijelu fabrika papira!

Ultrazvuk u recikliranju papira

U primjenama recikliranja ultrazvuk velike snage odgovara na neke od najupornijih izazova u preradi povratnih vlakana. Jedna od ključnih upotreba je čišćenje vlakana i uklanjanje kontaminanata. Ultrazvučna kavitacija pomaže u odvajanju prljavštine, ulja, štamparskih mastila, bojila i ostataka laka s površina vlakana. U postupcima uklanjanja mastila ultrazvuk pojačava odvajanje i disperziju čestica mastila, poboljšava efikasnost flotacije ili pranja i omogućava veći stepen bjeline uz manji unos hemikalija.
Ultrazvuk također doprinosi smanjenju mikroorganizama u sistemima bijele vode. Mehaničkim razaranjem mikrobnih ćelija i biofilmova, ultrazvučna obrada može smanjiti mikrobno opterećenje bez isključivog oslanjanja na biocide. Ovo podržava čistije petlje procesne vode i može smanjiti neugodan miris, stvaranje sluzi i rizike od biološkog zaprljanja.
Još jedna važna primjena povezana s recikliranjem je odvodnjavanje. Ultrazvučna energija može poboljšati karakteristike ocjeđivanja suspenzija vlakana modifikacijom mreža vlakana i smanjenjem vezane vode. Poboljšano odvodnjavanje može povećati efikasnost prese i sita, čime se smanjuje potreba za toplotnom energijom u narednim fazama sušenja.

Energija ultrazvučne obrade (sonikacije) u odnosu na vrijeme ocjeđivanja (u minutama) pri izradi nanopapira (odgovara uzorku CNF(1)LA).
100 J/ml energije ultrazvučne obrade odgovara 100 sekundi ultrazvučne obrade itd.
(Studija i slika: ©Sethi et al., 2018)

Dodatne procesne primjene

Osim obrade vlakana i vode, ultrazvuk velike snage koristi se za homogenizaciju i disperziju suspenzija papira i aditiva. Ultrazvučna homogenizacija osigurava ravnomjernu raspodjelu punila, pigmenata, polimera i funkcionalnih aditiva, čime se poboljšavaju hemijska efikasnost i konzistentnost proizvoda. Ultrazvuk se primjenjuje i u procesima prskanja i premazivanja, gdje ultrazvučne mlaznice stvaraju fine, ujednačene kapljice za precizno nanošenje premaza, sredstava za klejenje ili funkcionalnih slojeva na površine papira.

Inline integracija i industrijska implementacija

Ključna prednost ultrazvučne tehnologije je da se većina primjena može implementirati inline, što fabrikama omogućava naknadnu ugradnju ultrazvučnih reaktora u postojeće procesne petlje bez većeg redizajna. Protočni ultrazvučni sistemi mogu se linearno skalirati i prilagoditi specifičnim konzistencijama, protocima i procesnim ciljevima.
Uz pravilan odabir i integraciju sistema, ultrazvuk velike snage postaje fleksibilan alat za procesnu intenzifikaciju, a ne samostalan tretman. Dobavljači opreme kao što je Hielscher Ultrasonics pomažu fabrikama pri odabiru i konfiguraciji ultrazvučnih sistema industrijske klase prilagođenih specifičnim izazovima proizvodnje ili recikliranja papira.

Poboljšajte kvalitet papira i smanjite troškove

Od poboljšanja razvoja i disperzije vlakana do omogućavanja čišćeg recikliranja i stabilnijeg rada mokrog dijela, ultrazvuk velike snage nudi širok spektar primjena u fabrikama papira. Njegova sposobnost da poboljša fizičke i hemijske procese uz istovremeno smanjenje potrošnje energije, vode i hemikalija čini ultrazvuk sve privlačnijom tehnologijom i za nove instalacije i za naknadne ugradnje. Kako održivost i efikasnost i dalje oblikuju industriju papira, ultrazvučna obrada se pozicionira kao praktično i skalabilno rješenje za modernu proizvodnju papira.

Dolje navedena tabela daje vam orijentaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Dizajn, proizvodnja i konsalting – kvalitet proizveden u Njemačkoj

Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po svojim najvišim standardima kvaliteta i dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućavaju besprijekornu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Hielscher ultrazvučni uređaji lako podnose teške uvjete i zahtjevna okruženja.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija i poseban naglasak stavlja na visokoučinkovite ultrazvučne uređaje s najsavremenijom tehnologijom i jednostavnošću korištenja. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji su u skladu s CE oznakom i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.