Ultralyd i papirfremstilling

Effektultralyd har etableret sig som en alsidig og energieffektiv procesteknologi i moderne papirfabrikker. Ved at tilføre ultralydsbølger med høj intensitet til væske- eller suspensionssystemer kan fabrikkerne udnytte kavitationseffekter – dannelse og kollaps af mikroskopiske bobler – til at forbedre blanding, masseoverførsel, fibermodifikation og fjernelse af forureninger. Da både produktionen af nye fibre og behandlingen af genbrugspapir er under stigende pres for at reducere energiforbruget, vandforbruget og kemikaliebehovet, tilbyder ultralydsteknologien en attraktiv række inline-løsninger, der er klar til eftermontering.

Ultralyd i papirfremstilling

I papirfremstilling anvendes ultralydssystemer primært til at forbedre papirstoffets kvalitet, fibrenes egenskaber og processtabiliteten. En vigtig anvendelse er afgasning af papirmassesuspensioner. Indesluttet luft i papirstoffet kan forårsage vandmærker, striber og formationsfejl, som direkte forringer papirets kvalitet. Afgasning med ultralyd fjerner effektivt opløste og indesluttede gasser fra papirmassesuspensioner, stabiliserer vådenden og hjælper med at forhindre synlige fejl uden yderligere kemikalier.
En anden væsentlig anvendelse er forbedring af fibrenes fibrillering. Effektultralyd fremmer ekstern og intern fibrillering af papirmassefibre ved gennem kavitation at generere intense, lokaliserede forskydningskræfter. Dette kan delvist erstatte eller forbedre konventionelle formalings- og raffineringstrin. Sammenlignet med mekanisk raffinering alene kan ultralydsbehandling opnå tilsvarende eller forbedret fiberudvikling med et lavere energiforbrug. Det er væsentligt, at fiberstyrken bevares og i nogle tilfælde forbedres, fordi ultralyd fremmer kontrolleret fibrillering frem for overdreven afkortning af fibrene. Ultralydsenergi kan også understøtte kemiske reaktioner i forbindelse med fibermodifikation, såsom oxidations- eller blegeprocesser, og dermed forbedre reaktionernes effektivitet og ensartethed.

Ultralyd kan desuden understøtte disintegrering af papirmasse, enten under nedbrydningen af træflis til papirmasse eller under genopløsningen af indsamlet returpapir. Kavitation fremskynder fiberadskillelsen og løsner bindingerne mellem fibre, fyldstoffer, trykfarver og belægninger, hvilket forbedrer effektiviteten af papirmassefremstillingen og reducerer behandlingstiden.

Sonikering i vådenden

Papirproducenter erkender i stigende grad, at forbedringer af vådendens ydeevne i højere grad skyldes effektiv udnyttelse af kemikalier end højere doseringer af tilsætningsstoffer. Derfor får ultralydsdispergering opmærksomhed som en avanceret procesteknologi til kontrolleret aktivering og homogenisering af tilsætningsstoffer til vådenden, før de tilsættes papirstoffet. Ultralyd med høj effekt genererer kavitationsinducerede forskydningskræfter, som bryder partikelagglomerater op og fremmer ensartet dispergering af polymerer, fyldstoffer og emulsioner i inline-processtrømme. Denne forbedrede dispergering fører til mere forudsigelige interaktioner mellem kemikalier og fibre, forbedret retention og arkformation samt øget processtabilitet, samtidig med at det samlede kemikaliebehov og energiforbrug reduceres. Takket være den lineære skalerbarhed og tilgængeligheden af sonikatorsystemer til industriel brug fra Hielscher Ultrasonics har ultralydsdispergering udviklet sig fra undersøgelser i laboratorieskala til implementering i fuld skala som en teknisk robust og økonomisk rentabel strategi til optimering af vådenden.

Læs mere om fordelene ved ultralydsdispergering i papirfabrikkernes vådende!

Ultralyd i papirgenanvendelse

Ved genanvendelse håndterer effektultralyd nogle af de mest vedvarende udfordringer i behandlingen af genvundne fibre. En central anvendelse er fiberrensning og fjernelse af forureninger. Ultralydskavitation hjælper med at løsne snavs, olier, trykfarver, farvestoffer og lakrester fra fiberoverfladerne. Ved afsværtning forbedrer ultralyd løsrivelsen og dispergeringen af trykfarvepartikler, hvilket øger effektiviteten af flotation eller vask og muliggør højere lyshed med reduceret kemikalietilsætning.
Ultralyd bidrager også til mikrobiel reduktion i sigtevandssystemer. Ved mekanisk at nedbryde mikrobielle celler og biofilm kan ultralydsbehandling reducere den mikrobielle belastning uden udelukkende at være afhængig af biocider. Dette understøtter renere procesvandkredsløb og kan reducere lugt, slimdannelse og risikoen for biologisk tilsmudsning.
En anden vigtig anvendelse i forbindelse med genanvendelse er afvanding. Ultralydsenergi kan forbedre fibersuspensioners afvandingsegenskaber ved at modificere fibernetværk og reducere mængden af bundet vand. Forbedret afvanding kan øge pressens og virens effektivitet og dermed sænke behovet for termisk energi i de efterfølgende tørretrin.
 

Sonikeringsenergi i forhold til afvandingstid (i minutter) ved fremstilling af nanopapir (svarende til prøven CNF(1)LA).
100 J/ml sonikeringsenergi svarer til 100 sekunders sonikering osv.
(Undersøgelse og billede: ©Sethi et al., 2018)

Yderligere procesanvendelser

Ud over fiber- og vandbehandling anvendes effektultralyd til homogenisering og dispergering af papirmassesuspensioner og tilsætningsstoffer. Ultralydshomogenisering sikrer en ensartet fordeling af fyldstoffer, pigmenter, polymerer og funktionelle tilsætningsstoffer, hvilket forbedrer kemikalieeffektiviteten og produktets ensartethed. Ultralyd anvendes også i sprøjte- og belægningsprocesser, hvor ultralydsdyser genererer fine, ensartede dråber til præcis påføring af belægninger, limningsmidler eller funktionelle lag på papiroverflader.

Inline-integration og industriel implementering

En central fordel ved ultralydsteknologi er, at de fleste anvendelser kan implementeres inline, så fabrikkerne kan eftermontere ultralydsreaktorer i eksisterende proceskredsløb uden omfattende ombygning. Ultralydssystemer med gennemstrømning kan skaleres lineært og tilpasses specifikke stofkoncentrationer, volumenstrømme og procesmål.
Med korrekt systemvalg og integration bliver effektultralyd et fleksibelt værktøj til procesintensivering frem for en selvstændig behandling. Udstyrsleverandører som Hielscher Ultrasonics støtter fabrikkerne i at vælge og konfigurere ultralydssystemer til industriel brug, som er tilpasset specifikke udfordringer inden for papirfremstilling eller genanvendelse.

Forbedr papirkvaliteten og reducer omkostningerne

Fra forbedret fiberudvikling og dispergering til renere genanvendelse og mere stabil drift af vådenden tilbyder effektultralyd en bred vifte af anvendelser i papirfabrikker. Evnen til at forbedre fysiske og kemiske processer og samtidig reducere energi-, vand- og kemikalieforbruget gør ultralyd til en stadig mere attraktiv teknologi til både nye installationer og eftermontering. Efterhånden som bæredygtighed og effektivitet fortsat præger papirindustrien, fremstår ultralydsbehandling som en praktisk og skalerbar løsning til moderne papirfremstilling.

Tabellen nedenfor giver dig et indtryk af vores sonikatorers omtrentlige behandlingskapacitet:

Design, fremstilling og rådgivning – kvalitet fremstillet i Tyskland

Hielscher sonikatorer er velkendte for deres højeste kvalitets- og designstandarder. Robusthed og nem betjening muliggør problemfri integration af vores sonikatorer i industrielle anlæg. Hielscher sonikatorer håndterer nemt barske forhold og krævende miljøer.

Hielscher Ultrasonics er en ISO-certificeret virksomhed og lægger særlig vægt på højtydende sonikatorer med den nyeste teknologi og brugervenlighed. Hielscher sonikatorer er naturligvis CE-kompatible og opfylder kravene fra UL, CSA og RoHs.