Ultraheli paberi tootmisel

Võimsusultraheli on kujunenud mitmekülgseks ja energiatõhusaks protsessitehnoloogiaks kaasaegsetes paberivabrikutes. Viies suure intensiivsusega ultraheli lainet vedelatesse või suspensioonsüsteemidesse, saavad vabrikud rakendada kavitatsiooniefekte – mikroskoopiliste mullide teket ja kollapseerumist – segamise, massiülekande, kiudude modifitseerimise ja saasteainete eemaldamise parandamiseks. Kuna nii neitsikiu tootmine kui ka taaskasutuspaberi töötlemine seisavad silmitsi kasvava survega vähendada energiakasutust, veetarbimist ja keemiliste ainete vajadust, pakub ultraheli tehnoloogia veenvat valikut voolusiseseid, olemasolevatesse liinidesse järelpaigaldatavaid lahendusi.

Ultraheli paberi tootmisel

Paberi tootmisel kasutatakse ultraheli süsteeme peamiselt massi kvaliteedi, kiudude omaduste ja protsessi stabiilsuse parandamiseks. Üks oluline rakendus on tselluloosisuspensioonide gaasieemaldus. Massi sattunud õhk võib põhjustada vesimärke, triipe ja formeerumisdefekte, mis vähendavad otseselt paberi kvaliteeti. Ultraheli gaasieemaldus eemaldab tõhusalt tselluloosisuspensioonidest lahustunud ja kaasatud gaase, stabiliseerib märgosa ning aitab ennetada visuaalseid defekte ilma lisakemikaalideta.
Teine oluline rakendus on kiudude fibrilleerumise tõhustamine. Võimsusultraheli soodustab tselluloosikiudude välist ja sisemist fibrilleerumist, tekitades kavitatsiooni kaudu intensiivseid lokaalseid nihkejõude. See võib osaliselt asendada või täiendada tavapäraseid peenestamise ja jahvatamise etappe. Võrreldes ainult mehaanilise jahvatamisega võib ultraheli töötlus saavutada samaväärse või parema kiudude arengu, tarbides samal ajal vähem energiat. Oluline on, et kiu tugevus säilib ja mõnel juhul paraneb, sest ultraheli soodustab kontrollitud fibrilleerumist, mitte liigset kiudude lõikumist. Ultraheli energia võib abistada ka kiudude modifitseerimisega seotud keemilisi reaktsioone, näiteks oksüdatiivseid või pleegitusprotsesse, parandades reaktsiooni tõhusust ja ühtlust.

Ultraheli võib toetada ka tselluloosi desintegreerimist, olgu see puidulaastude lagundamisel tselluloosiks või taaskasutuspaberi uuesti pulbistamisel. Kavitatsioon kiirendab kiudude eraldumist ning lõdvendab sidemeid kiudude, täiteainete, tindi ja katete vahel, parandades pulbistamise tõhusust ja lühendades töötlusaega.

Ultraheli töötlus märgosas

Paberitootjad mõistavad üha enam, et märgosa jõudluse paranemine tuleneb rohkem keemiliste ainete kasutamise tõhususest kui lisandite suuremast doseerimisest. Seetõttu pälvib ultraheli dispergeerimine tähelepanu kui täiustatud protsessitehnoloogia märgosa lisandite kontrollitud aktiveerimiseks ja homogeniseerimiseks enne massi lisamist. Suure võimsusega ultraheli tekitab kavitatsioonist põhjustatud nihkejõude, mis deaglomereerivad osakesi ja soodustavad polümeeride, täiteainete ja emulsioonide ühtlast dispersiooni voolusisestes protsessivoogudes. See parem dispersioon toob kaasa etteaimatavamad keemilis-kiulised koostoimed, parema retentsiooni ja lehe formeerumise ning suurema protsessi stabiilsuse, vähendades samal ajal üldist keemiliste ainete vajadust ja energiatarbimist. Tänu lineaarsele skaleeritavusele ja Hielscher Ultrasonicsi tööstuslike sonikaatorsüsteemide kättesaadavusele on ultraheli dispergeerimine jõudnud laboriskaala uuringutest täismahus rakendamiseni tehniliselt töökindla ja majanduslikult tasuva märgosa optimeerimisstrateegiana.

Lugege lähemalt ultraheli dispergeerimise eelistest paberivabrikute märgosas!

Ultraheli paberi ringlussevõtul

Ringlussevõtu rakendustes lahendab võimsusultraheli mõned kõige püsivamad probleemid taaskasutuskiu töötlemisel. Üks peamine kasutusvaldkond on kiudude puhastamine ja saasteainete eemaldamine. Ultraheli kavitatsioon aitab eraldada mustust, õlisid, trükitinte, värvaineid ja lakijääke kiu pinnalt. Tindi eemaldamisel (de-inking) parandab ultraheli tindiosakeste eraldumist ja dispergeerumist, tõstes flotatsiooni või pesemise tõhusust ning võimaldades saavutada suurema valgustaseme väiksema keemiliste ainete kasutusega.
Ultraheli aitab kaasa ka mikroobide vähendamisele valgevee süsteemides. Mikroobirakke ja biokilesid mehaaniliselt hävitades võib ultraheli töötlus vähendada mikroobide koormust, tuginemata ainult biotsiididele. See toetab puhtamaid protsessivee ringlusi ning võib vähendada lõhna, lima teket ja biosaastumise riske.
Teine oluline ringlussevõtuga seotud rakendus on vee eemaldamine. Ultraheli energia võib parandada kiudsuspensioonide vee äravoolu omadusi, modifitseerides kiuvõrgustikke ja vähendades seotud vett. Parem vee eemaldamine võib suurendada pressi ja sõela tõhusust, vähendades soojusenergia vajadust järgnevates kuivatusetappides.

Ultraheli töötluse energia vs äravooluaeg (minutites) nanopaberi valmistamisel (vastab CNF(1)LA proovile).
100 J/ml ultraheli töötluse energiat vastab 100 sekundile ultraheli töötlust jne.
(Uuring ja pilt: ©Sethi et al., 2018)

Täiendavad protsessirakendused

Lisaks kiudude ja vee töötlemisele kasutatakse võimsusultraheli paberisuspensioonide ja lisandite homogeniseerimiseks ja dispergeerimiseks. Ultraheli homogeniseerimine tagab täiteainete, pigmentide, polümeeride ja funktsionaalsete lisandite ühtlase jaotumise, parandades keemiline tõhusust ja toote ühtlust. Ultraheli kasutatakse ka pihustamis- ja katmisprotsessides, kus ultraheli düüsid tekitavad peeneid ja ühtlaseid tilku katete, liimained või funktsionaalsete kihtide täpseks kandmiseks paberi pindadele.

Voolusisene integreerimine ja tööstuslik rakendamine

Ultraheli tehnoloogia oluline eelis on see, et enamikku rakendusi saab teostada voolusiseselt, mis võimaldab vabrikutel paigaldada ultraheli reaktoreid olemasolevatesse protsessiliinidesse ilma suurema ümberehituseta. Läbivoolulisi ultraheli süsteeme saab skaleerida lineaarselt ja kohandada konkreetsetele konsistentsidele, vooluhulkadele ja protsessi eesmärkidele.
Õige süsteemi valiku ja integreerimise korral muutub võimsusultraheli paindlikuks protsessi intensiivistamise vahendiks, mitte eraldiseisvaks töötluseks. Seadmetarnijad, nagu Hielscher Ultrasonics, toetavad vabrikuid tööstuslike ultraheli süsteemide valimisel ja konfigureerimisel, mis on kohandatud konkreetsetele paberi tootmise või ringlussevõtu väljakutsetele.

Parem paberikvaliteet ja väiksemad kulud

Alates kiudude arengu ja dispersiooni parandamisest kuni puhtama ringlussevõtu ja stabiilsema märgosa töö võimaldamiseni pakub võimsusultraheli paberivabrikutes laia valikut rakendusi. Selle võime tõhustada füüsikalisi ja keemilisi protsesse, vähendades samal ajal energia-, vee- ja keemiliste ainete tarbimist, muudab ultraheli üha atraktiivsemaks tehnoloogiaks nii uute paigaldiste kui ka järelpaigalduste jaoks. Kuna jätkusuutlikkus ja tõhusus kujundavad paberitööstust üha enam, on ultraheli töötlus positsioneeritud praktilise ja skaleeritava lahendusena kaasaegsele paberitootmisele.

Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheli seadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest:

Disain, tootmine ja nõustamine – Quality Made in Germany

Hielscher ultraheli seadmed on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutus võimaldavad meie ultraheli seadmeid sujuvalt tööstusrajatistesse integreerida. Hielscheri ultraheli seadmed saavad hõlpsasti hakkama karmide tingimuste ja nõudlike keskkondadega.

Hielscher Ultrasonics on ISO sertifitseeritud ettevõte ning pöörab erilist tähelepanu suure jõudlusega ultraheli seadmetele, mis põhinevad tipptasemel tehnoloogial ja on kasutajasõbralikud. Loomulikult on Hielscheri ultraheli seadmed CE-nõuetele vastavad ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs nõudeid.