Ultrazvuk ve výrobě papíru

Výkonový ultrazvuk se v moderních papírnách prosadil jako všestranná a energeticky účinná procesní technologie. Zaváděním ultrazvukových vln o vysoké intenzitě do kapalných systémů nebo suspenzí mohou papírny využívat kavitační efekty – tvorbu a kolaps mikroskopických bublin – ke zlepšení míchání, přenosu hmoty, modifikace vláken a odstraňování nečistot. Vzhledem k tomu, že výroba z primárních vláken i zpracování recyklovaného papíru čelí rostoucímu tlaku na snižování spotřeby energie, vody a chemikálií, nabízí ultrazvuková technologie přesvědčivou sadu inline řešení připravených k dodatečné instalaci.

Ultrazvuk ve výrobě papíru

Ve výrobě papíru se ultrazvukové systémy uplatňují především ke zlepšení kvality papírenské látky, vlastností vláken a stability procesu. Jednou z důležitých aplikací je odplyňování suspenzí buničiny. Strhávaný vzduch v papírenské látce může způsobovat vodoznaky, šmouhy a vady formace, které přímo snižují kvalitu papíru. Ultrazvukové odplyňování účinně odstraňuje rozpuštěné a strhávané plyny ze suspenzí buničiny, stabilizuje mokrou část papírenského stroje a pomáhá předcházet vizuálním vadám bez přidávání dalších chemikálií.
Další významnou aplikací je zesílení fibrilace vláken. Výkonový ultrazvuk podporuje vnější a vnitřní fibrilaci vláken buničiny tím, že prostřednictvím kavitace vytváří intenzivní lokální smykové síly. To může částečně nahradit nebo posílit konvenční stupně mletí a rafinace. Ve srovnání se samotnou mechanickou rafinací může ultrazvukové zpracování dosáhnout podobného nebo lepšího rozvinutí vláken při nižší spotřebě energie. Důležité je, že pevnost vláken zůstává zachována a v některých případech se dokonce zlepšuje, protože ultrazvuk podporuje řízenou fibrilaci namísto nadměrného řezání vláken. Ultrazvuková energie může rovněž podporovat chemické reakce spojené s modifikací vláken, jako jsou oxidační nebo bělicí procesy, a zlepšovat tak účinnost a rovnoměrnost reakcí.

Ultrazvuk může dále podporovat dezintegraci buničiny, ať už při rozkladu dřevní štěpky na buničinu, nebo při opětovném rozvlákňování sběrového papíru. Kavitace urychluje separaci vláken a uvolňuje vazby mezi vlákny, plnivy, tiskovými barvami a nátěrovými vrstvami, čímž zlepšuje účinnost rozvlákňování a zkracuje dobu zpracování.

Sonikace v mokré části papírenského stroje

Papírenské provozy si stále častěji uvědomují, že zlepšení výkonu mokré části je dáno spíše účinností využití chemikálií než vyššími dávkami aditiv. V důsledku toho získává ultrazvuková dispergace pozornost jako pokročilá procesní technologie pro řízenou aktivaci a homogenizaci aditiv mokré části před jejich přidáním do papírenské látky. Vysoce výkonný ultrazvuk vytváří kavitací indukované smykové síly, které deaglomerují částice a podporují rovnoměrnou disperzi polymerů, plniv a emulzí v inline procesních proudech. Tato zlepšená disperze vede k předvídatelnějším interakcím mezi chemikáliemi a vlákny, lepší retenci a formaci listu a vyšší stabilitě procesu a současně snižuje celkovou spotřebu chemikálií i energie. Díky lineární škálovatelnosti a dostupnosti sonikátorových systémů průmyslové třídy od Hielscher Ultrasonics pokročila ultrazvuková dispergace od laboratorních studií až k implementaci v plném provozním měřítku jako technicky robustní a ekonomicky životaschopná strategie optimalizace mokré části.

Přečtěte si více o výhodách ultrazvukové dispergace v mokré části papírenských strojů v papírnách!

Ultrazvuk v recyklaci papíru

V recyklačních aplikacích řeší výkonový ultrazvuk některé z nejtrvalejších problémů při zpracování recyklovaných vláken. Jedním z klíčových využití je čištění vláken a odstraňování nečistot. Ultrazvuková kavitace pomáhá uvolňovat z povrchu vláken špínu, oleje, tiskové barvy, barviva a zbytky laků. Při odbarvování (de-inkingu) ultrazvuk zlepšuje uvolňování a dispergaci částic tiskové barvy, čímž zvyšuje účinnost flotace nebo praní a umožňuje dosáhnout vyšší úrovně bělosti při nižším vstupu chemikálií.
Ultrazvuk rovněž přispívá ke snižování množství mikroorganismů v systémech bílé vody. Mechanickým narušováním mikrobiálních buněk a biofilmů může ultrazvukové zpracování snížit mikrobiální zátěž, aniž by se spoléhalo výhradně na biocidy. To podporuje čistší okruhy procesní vody a může snížit rizika zápachu, tvorby slizu a biologického znečištění (biofoulingu).
Další důležitou aplikací související s recyklací je odvodňování. Ultrazvuková energie může zlepšit odvodňovací vlastnosti vlákenných suspenzí tím, že modifikuje vlákenné sítě a snižuje množství vázané vody. Zlepšené odvodňování může zvýšit účinnost lisové a sítové části a snížit potřebu tepelné energie v následujících fázích sušení.

Energie sonikace vs. doba odvodnění (v minutách) při přípravě nanopapíru (odpovídá vzorku CNF(1)LA).
100 J/ml energie sonikace odpovídá 100 sekundám sonikace atd.
(Studie a obrázek: ©Sethi et al., 2018)

Další procesní aplikace

Kromě úpravy vláken a vody se výkonový ultrazvuk používá k homogenizaci a dispergaci papírenských suspenzí a aditiv. Ultrazvuková homogenizace zajišťuje rovnoměrnou distribuci plniv, pigmentů, polymerů a funkčních aditiv, čímž zlepšuje účinnost chemikálií a konzistenci produktu. Ultrazvuk se uplatňuje také v procesech nástřiku a natírání, kde ultrazvukové trysky vytvářejí jemné, rovnoměrné kapičky pro přesné nanášení nátěrů, klížidel nebo funkčních vrstev na povrch papíru.

Inline integrace a průmyslová implementace

Klíčovou výhodou ultrazvukové technologie je, že většinu aplikací lze realizovat inline, což papírnám umožňuje dodatečně instalovat ultrazvukové reaktory do stávajících procesních okruhů bez zásadních konstrukčních změn. Průtočné ultrazvukové systémy lze lineárně škálovat a přizpůsobit konkrétním konzistencím, průtokům a procesním cílům.
Při správném výběru a integraci systému se výkonový ultrazvuk stává flexibilním nástrojem intenzifikace procesů, nikoli samostatnou úpravou. Dodavatelé zařízení, jako je Hielscher Ultrasonics, podporují papírny při výběru a konfiguraci ultrazvukových systémů průmyslové třídy přizpůsobených konkrétním výzvám ve výrobě nebo recyklaci papíru.

Zlepšete kvalitu papíru a snižte náklady

Od zlepšení rozvinutí vláken a dispergace až po čistší recyklaci a stabilnější provoz mokré části nabízí výkonový ultrazvuk v papírnách široké spektrum aplikací. Jeho schopnost zesilovat fyzikální a chemické procesy a současně snižovat spotřebu energie, vody a chemikálií z něj činí stále atraktivnější technologii jak pro nové instalace, tak pro dodatečné modernizace. Vzhledem k tomu, že udržitelnost a efektivita nadále formují papírenský průmysl, se ultrazvukové zpracování profiluje jako praktické a škálovatelné řešení pro moderní výrobu papíru.

Následující tabulka vám poskytne představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich ultrazvukových přístrojů:

Návrh, výroba a poradenství – kvalita Made in Germany

Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou známé svými nejvyššími standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových přístrojů do průmyslových zařízení. Ultrazvukové přístroje Hielscher si snadno poradí s drsnými podmínkami i náročnými prostředími.

Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrazvukové přístroje se špičkovou technologií a uživatelskou přívětivostí. Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou samozřejmě v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.