Ultrazvuk ve výrobě papíru

Výkonový ultrazvuk se v moderních papírnách stal univerzální a energeticky účinnou technologií. Zavedením ultrazvukových vln o vysoké intenzitě do kapalných nebo kalových systémů mohou mlýny využívat kavitační efekty - tvorbu a kolaps mikroskopických bublinek. – ke zlepšení míchání, přenosu hmoty, modifikace vláken a odstraňování kontaminantů. Vzhledem k tomu, že výroba primárních vláken i zpracování recyklovaného papíru čelí rostoucímu tlaku na snižování spotřeby energie, vody a chemických látek, nabízí ultrazvuková technologie přesvědčivý soubor inline řešení připravených k modernizaci.

Ultrazvuk ve výrobě papíru

Při výrobě papíru se ultrazvukové systémy používají především ke zlepšení kvality materiálu, výkonu vláken a stability procesu. Jednou z důležitých aplikací je odplyňování suspenze buničiny. Zavlečený vzduch v zásobě může způsobovat vodní značky, pruhy a vady tvorby, které přímo snižují kvalitu papíru. Ultrazvukové odplyňování účinně odstraňuje rozpuštěné a unášené plyny ze suspenze buničiny, stabilizuje mokrý konec a pomáhá předcházet vizuálním vadám bez dalších chemikálií.
Další významnou aplikací je zlepšení fibrilace vláken. Výkonový ultrazvuk podporuje vnější a vnitřní fibrilaci vláken buničiny tím, že vytváří intenzivní lokalizované smykové síly prostřednictvím kavitace. To může částečně nahradit nebo posílit konvenční fáze tepání a zušlechťování. Ve srovnání se samotným mechanickým zušlechťováním lze ultrazvukem dosáhnout podobného nebo lepšího vývoje vláken při nižší spotřebě energie. Důležité je, že pevnost vláken zůstává zachována a v některých případech se zvyšuje, protože ultrazvuk podporuje řízenou fibrilaci, nikoli nadměrné řezání vláken. Ultrazvuková energie může také napomáhat chemickým reakcím spojeným s modifikací vláken, jako jsou oxidační nebo bělící procesy, a zlepšovat tak účinnost a rovnoměrnost reakcí.

Ultrazvuk může dále podpořit dezintegraci buničiny, a to buď při rozkladu dřevní štěpky na buničinu, nebo při repulaci sběrového papíru. Kavitace urychluje oddělování vláken a uvolňuje vazby mezi vlákny, plnivy, barvami a nátěry, čímž zlepšuje účinnost rozvlákňování a zkracuje dobu zpracování.

Sonikace v mokrém konci

Papírenské provozy si stále častěji uvědomují, že ke zlepšení výkonnosti mokrého konce vede spíše efektivita využití chemikálií než vyšší dávky aditiv. V důsledku toho si ultrazvuková disperze získává pozornost jako pokročilá procesní technologie pro řízenou aktivaci a homogenizaci přísad pro mokrý konec papíru před přidáním suroviny. Vysoce výkonný ultrazvuk vytváří kavitací indukované smykové síly, které deaglomerují částice a podporují rovnoměrnou dispergaci polymerů, plniv a emulzí v inline procesních proudech. Tato zvýšená disperze vede k předvídatelnějším interakcím mezi chemickými látkami a vlákny, lepšímu zadržování a tvorbě fólií a vyšší stabilitě procesu při současném snížení celkové potřeby chemikálií a spotřeby energie. Díky své lineární škálovatelnosti a dostupnosti průmyslových sonikátorových systémů od společnosti Hielscher Ultrasonics pokročila ultrazvuková disperze od studií v laboratorním měřítku až po implementaci v plném měřítku jako technicky robustní a ekonomicky životaschopná strategie optimalizace mokrého konce.

Přečtěte si více o výhodách ultrazvukové disperze v mokré části papírny!

Ultrazvuk při recyklaci papíru

V recyklačních aplikacích řeší výkonový ultrazvuk některé z nejtrvalejších problémů při zpracování zpětně získaných vláken. Jedním z klíčových použití je čištění vláken a odstraňování kontaminantů. Ultrazvuková kavitace pomáhá oddělit nečistoty, oleje, tiskové barvy, barviva a zbytky laku z povrchu vláken. Při odbarvovacích operacích ultrazvuk zlepšuje oddělování a dispergaci částic inkoustu, čímž zlepšuje účinnost flotace nebo praní a umožňuje dosáhnout vyšší úrovně jasu při nižším vstupu chemikálií.
Ultrazvuk také přispívá k redukci mikrobů v systémech s bílou vodou. Mechanickým narušením mikrobiálních buněk a biofilmů může ultrazvuková úprava snížit mikrobiální zátěž, aniž by se spoléhala pouze na biocidy. To podporuje čistší smyčky procesní vody a může snížit zápach, tvorbu kalů a rizika biohniloby.
Další důležitou aplikací související s recyklací je odvodňování. Ultrazvuková energie může zlepšit odvodňovací vlastnosti vláknitých suspenzí úpravou sítě vláken a snížením množství vázané vody. Zlepšené odvodňování může zvýšit účinnost lisu a drátu a snížit potřebu tepelné energie v následných fázích sušení.
 

Sonikační energie vs doba vypouštění (v minutách) pro přípravu nanopapíru (odpovídající 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 přísad. Ultrazvuková homogenizace zajišťuje rovnoměrné rozložení plniv, pigmentů, polymerů a funkčních přísad, čímž se zlepšuje chemická účinnost a konzistence výrobku. Ultrazvuk se také používá v procesech stříkání a nanášení nátěrových hmot, kde ultrazvukové trysky vytvářejí jemné, rovnoměrné kapičky pro přesné nanášení nátěrových hmot, rozměrů nebo funkčních vrstev na povrch papíru.

Integrace do linky a průmyslová implementace

Klíčovou výhodou ultrazvukové technologie je, že většinu aplikací lze realizovat inline, což umožňuje výrobním závodům dodatečně instalovat ultrazvukové reaktory do stávajících procesních smyček bez nutnosti zásadních úprav. Průtočné ultrazvukové systémy lze lineárně škálovat a přizpůsobovat specifickým konzistencím, průtokům a cílům procesu.
Při správném výběru a integraci systému se výkonový ultrazvuk stává flexibilním nástrojem pro intenzifikaci procesů, nikoliv samostatnou léčbou. Dodavatelé zařízení, jako je Hielscher Ultrasonics, podporují mlýny při výběru a konfiguraci ultrazvukových systémů průmyslové třídy přizpůsobených konkrétním výzvám při výrobě papíru nebo recyklaci.

Zlepšení kvality papíru a snížení nákladů

Výkonný ultrazvuk nabízí v papírnách širokou škálu aplikací, od zlepšení vývoje a dispergace vláken až po čistší recyklaci a stabilnější provoz na mokrém konci. Jeho schopnost zlepšit fyzikální a chemické procesy a zároveň snížit spotřebu energie, vody a chemikálií činí z ultrazvuku stále atraktivnější technologii pro nová zařízení i modernizace. Vzhledem k tomu, že udržitelnost a efektivita i nadále formují papírenský průmysl, ultrazvukové zpracování je v pozici praktického a škálovatelného řešení pro moderní výrobu papíru.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.