فراصوت در تولید کاغذ

فراصوت پرتوان به‌عنوان یک فناوری فرایندی چندمنظوره و کم‌مصرف از نظر انرژی در کارخانه‌های مدرن کاغذسازی مطرح شده است. کارخانه‌ها با وارد کردن امواج فراصوت با شدت بالا به سامانه‌های مایع یا دوغابی می‌توانند از اثرات کاویتاسیون – تشکیل و فروپاشی حباب‌های میکروسکوپی – برای بهبود اختلاط، انتقال جرم، اصلاح الیاف و حذف آلاینده‌ها بهره ببرند. با افزایش فشار بر تولید الیاف بکر و فراوری کاغذ بازیافتی برای کاهش مصرف انرژی، آب و مواد شیمیایی، فناوری فراصوت مجموعه‌ای جذاب از راهکارهای درون‌خطی و آماده برای نصب در تأسیسات موجود ارائه می‌کند.

فراصوت در تولید کاغذ

در تولید کاغذ، سامانه‌های فراصوتی عمدتاً برای بهبود کیفیت سوسپانسیون خمیر کاغذ، عملکرد الیاف و پایداری فرایند به کار می‌روند. یکی از کاربردهای مهم، گاززدایی از سوسپانسیون‌های خمیر است. هوای محبوس در سوسپانسیون خمیر می‌تواند باعث ایجاد لکه‌های آب، رگه‌ها و عیوب شکل‌گیری ورق شود که مستقیماً کیفیت کاغذ را کاهش می‌دهند. گاززدایی فراصوتی، گازهای محلول و محبوس را به‌طور مؤثر از دوغاب‌های خمیر حذف می‌کند، بخش تر را پایدار می‌سازد و بدون افزودن مواد شیمیایی به پیشگیری از عیوب ظاهری کمک می‌کند.
کاربرد عمدهٔ دیگر، تقویت فیبریلاسیون الیاف است. فراصوت پرتوان با ایجاد نیروهای برشی موضعی شدید از طریق کاویتاسیون، فیبریلاسیون خارجی و داخلی الیاف خمیر را تقویت می‌کند. این روش می‌تواند تا حدی جایگزین مراحل متداول کوبیدن و پالایش شود یا آن‌ها را بهبود دهد. تیمار فراصوتی در مقایسه با پالایش مکانیکی به‌تنهایی، می‌تواند با مصرف انرژی کمتر، به پرورش مشابه یا بهتر الیاف دست یابد. نکتهٔ مهم این است که استحکام الیاف حفظ می‌شود و در برخی موارد بهبود می‌یابد، زیرا فراصوت به‌جای برش بیش‌ازحد الیاف، فیبریلاسیون کنترل‌شده را تقویت می‌کند. انرژی فراصوت همچنین می‌تواند به واکنش‌های شیمیایی مرتبط با اصلاح الیاف، مانند فرایندهای اکسایشی یا سفیدگری، کمک کند و بازده و یکنواختی واکنش را بهبود دهد.

فراصوت همچنین می‌تواند به واپاشی خمیر کمک کند؛ چه هنگام تبدیل خرده‌چوب به خمیر و چه هنگام خمیرسازی مجدد کاغذ بازیافتی. کاویتاسیون جداسازی الیاف را تسریع می‌کند و پیوند میان الیاف، پرکننده‌ها، مرکب‌ها و پوشش‌ها را سست می‌سازد و به این ترتیب، بازده خمیرسازی را افزایش و زمان فراوری را کاهش می‌دهد.

فراصوت‌دهی در بخش تر

واحدهای کاغذسازی به‌طور فزاینده‌ای درمی‌یابند که بهبود عملکرد بخش تر بیش از افزایش مقدار مصرف افزودنی‌ها، به بهره‌وری استفاده از مواد شیمیایی وابسته است. در نتیجه، پراکنده‌سازی فراصوتی به‌عنوان یک فناوری فرایندی پیشرفته برای فعال‌سازی کنترل‌شده و همگن‌سازی افزودنی‌های بخش تر، پیش از افزودن آن‌ها به سوسپانسیون خمیر، مورد توجه قرار گرفته است. فراصوت پرتوان نیروهای برشی ناشی از کاویتاسیون ایجاد می‌کند که موجب کلوخه‌زدایی ذرات و پراکندگی یکنواخت پلیمرها، پرکننده‌ها و امولسیون‌ها در جریان‌های فرایندی درون‌خطی می‌شوند. این بهبود پراکندگی به برهم‌کنش‌های پیش‌بینی‌پذیرتر میان مواد شیمیایی و الیاف، بهبود ماندگاری مواد در ورق و شکل‌گیری ورق، و افزایش پایداری فرایند منجر می‌شود و هم‌زمان نیاز کلی به مواد شیمیایی و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. به‌دلیل مقیاس‌پذیری خطی و در دسترس بودن سامانه‌های سونیکاتور صنعتی Hielscher Ultrasonics، پراکنده‌سازی فراصوتی از مطالعات آزمایشگاهی به اجرای تمام‌مقیاس رسیده است و به‌عنوان راهبردی از نظر فنی قابل‌اتکا و از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه برای بهینه‌سازی بخش تر به کار می‌رود.

دربارهٔ مزایای پراکنده‌سازی فراصوتی در بخش تر کارخانه‌های کاغذسازی بیشتر بخوانید!

فراصوت در بازیافت کاغذ

در کاربردهای بازیافت، فراصوت پرتوان به رفع برخی از پایدارترین چالش‌های فراوری الیاف بازیافتی کمک می‌کند. یکی از کاربردهای اصلی، پاک‌سازی الیاف و حذف آلاینده‌هاست. کاویتاسیون فراصوتی به جدا شدن آلودگی‌ها، روغن‌ها، مرکب‌های چاپ، مواد رنگ‌زا و بقایای لاک از سطوح الیاف کمک می‌کند. در عملیات مرکب‌زدایی، فراصوت جدایش و پراکندگی ذرات مرکب را تقویت می‌کند، بازده شناورسازی یا شست‌وشو را افزایش می‌دهد و دستیابی به درجات بالاتر روشنی را با مصرف کمتر مواد شیمیایی امکان‌پذیر می‌سازد.
فراصوت همچنین به کاهش میکروبی در سامانه‌های آب سفید کمک می‌کند. تیمار فراصوتی با تخریب مکانیکی سلول‌های میکروبی و زیست‌لایه‌ها می‌تواند بدون اتکای صرف به زیست‌کش‌ها، بار میکروبی را کاهش دهد. این امر به پاکیزه‌تر شدن مدارهای آب فرایندی کمک می‌کند و می‌تواند بو، تشکیل لایه‌های لزج و خطرات گرفتگی زیستی را کاهش دهد.
آب‌گیری یکی دیگر از کاربردهای مهم مرتبط با بازیافت است. انرژی فراصوت می‌تواند با اصلاح شبکه‌های الیافی و کاهش آب پیوندی، ویژگی‌های زهکشی سوسپانسیون‌های الیافی را بهبود دهد. بهبود آب‌گیری می‌تواند بازده پرس و توری را افزایش دهد و نیاز به انرژی حرارتی را در مراحل بعدی خشک‌کردن کاهش دهد.
 

انرژی فراصوت‌دهی در برابر زمان زهکشی (بر حسب دقیقه) برای تهیهٔ نانوکاغذ (مربوط به نمونهٔ CNF(1)LA).
انرژی فراصوت‌دهی 100 J/ml معادل 100 ثانیه فراصوت‌دهی است و به همین ترتیب.
(مطالعه و تصویر: ©Sethi et al., 2018)

سایر کاربردهای فرایندی

فراصوت پرتوان افزون بر تیمار الیاف و تصفیهٔ آب، برای همگن‌سازی و پراکنده‌سازی دوغاب‌های کاغذ و افزودنی‌ها به کار می‌رود. همگن‌سازی فراصوتی توزیع یکنواخت پرکننده‌ها، رنگ‌دانه‌ها، پلیمرها و افزودنی‌های عملکردی را تضمین می‌کند و بهره‌وری مواد شیمیایی و یکنواختی محصول را بهبود می‌دهد. فراصوت در فرایندهای پاشش و پوشش‌دهی نیز به کار می‌رود؛ در این فرایندها، نازل‌های فراصوتی قطرات ریز و یکنواختی تولید می‌کنند تا پوشش‌ها، مواد آهارزنی یا لایه‌های عملکردی به‌دقت بر سطوح کاغذ اعمال شوند.

یکپارچه‌سازی درون‌خطی و اجرای صنعتی

یکی از مزایای اصلی فناوری فراصوت این است که بیشتر کاربردهای آن را می‌توان به‌صورت درون‌خطی اجرا کرد؛ در نتیجه، کارخانه‌ها می‌توانند بدون بازطراحی عمده، راکتورهای فراصوتی را به مدارهای فرایندی موجود اضافه کنند. سامانه‌های فراصوتی جریان‌گذر را می‌توان به‌صورت خطی افزایش مقیاس داد و با غلظت‌های مشخص خمیر، دبی‌ها و اهداف فرایندی تطبیق داد.
با انتخاب و یکپارچه‌سازی مناسب سامانه، فراصوت پرتوان به‌جای یک تیمار مستقل، به ابزاری انعطاف‌پذیر برای تشدید فرایند تبدیل می‌شود. تأمین‌کنندگان تجهیزات مانند Hielscher Ultrasonics به کارخانه‌ها در انتخاب و پیکربندی سامانه‌های فراصوتی صنعتی متناسب با چالش‌های مشخص تولید یا بازیافت کاغذ کمک می‌کنند.

کیفیت کاغذ را بهبود دهید و هزینه‌ها را کاهش دهید

فراصوت پرتوان کاربردهای گسترده‌ای در کارخانه‌های کاغذسازی دارد؛ از بهبود پرورش و پراکندگی الیاف گرفته تا امکان‌پذیر کردن بازیافت پاک‌تر و عملکرد پایدارتر بخش تر. توانایی این فناوری در بهبود فرایندهای فیزیکی و شیمیایی، همراه با کاهش مصرف انرژی، آب و مواد شیمیایی، فراصوت را به گزینه‌ای روزبه‌روز جذاب‌تر برای تأسیسات جدید و ارتقای تأسیسات موجود تبدیل می‌کند. با تداوم نقش پایداری و بهره‌وری در شکل‌دهی به صنعت کاغذ، فراوری فراصوتی به‌عنوان راهکاری عملی و مقیاس‌پذیر برای کاغذسازی مدرن مطرح است.

جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی فراوری سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:

طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان

سونیکاتورهای Hielscher به بالاترین استانداردهای کیفیت و طراحی شهرت دارند. استحکام و کاربری آسان، یکپارچه‌سازی بی‌دردسر سونیکاتورهای ما را در تأسیسات صنعتی امکان‌پذیر می‌سازد. سونیکاتورهای Hielscher به‌آسانی از عهدهٔ شرایط سخت و محیط‌های پُرتقاضا برمی‌آیند.

Hielscher Ultrasonics شرکتی دارای گواهینامهٔ ISO است و بر سونیکاتورهای پربازده با فناوری روز و کاربری آسان تأکید ویژه‌ای دارد. البته سونیکاتورهای Hielscher با CE انطباق دارند و الزامات UL، CSA و RoHs را برآورده می‌کنند.