Ultraääni paperinvalmistuksessa

Tehoultraäänestä on tullut monipuolinen ja energiatehokas prosessiteknologia nykyaikaisissa paperitehtaissa. Johtamalla voimakkaita ultraääniaaltoja neste- tai lietejärjestelmiin tehtaat voivat hyödyntää kavitaation vaikutuksia – mikroskooppisten kuplien muodostumista ja luhistumista – sekoituksen, aineensiirron, kuitujen muokkauksen ja epäpuhtauksien poiston parantamiseen. Kun sekä ensikuidun tuotantoon että kierrätyspaperin käsittelyyn kohdistuu kasvavia paineita vähentää energiankäyttöä, vedenkulutusta ja kemikaalien tarvetta, ultraääniteknologia tarjoaa houkuttelevan valikoiman prosessilinjaan asennettavia, jälkiasennukseen soveltuvia ratkaisuja.

Ultraääni paperinvalmistuksessa

Paperinvalmistuksessa ultraäänijärjestelmiä käytetään ensisijaisesti massan laadun, kuitujen toiminnallisten ominaisuuksien ja prosessin vakauden parantamiseen. Yksi tärkeä käyttökohde on kaasunpoisto massasuspensioista. Massaan sekoittunut ilma voi aiheuttaa vesijälkiä, raitoja ja rainanmuodostuksen virheitä, jotka heikentävät suoraan paperin laatua. Ultraääneen perustuva kaasunpoisto poistaa tehokkaasti liuenneita ja massaan sekoittuneita kaasuja massalietteistä, vakauttaa märkäpäätä ja auttaa ehkäisemään näkyviä virheitä ilman lisäkemikaaleja.
Toinen merkittävä käyttökohde on kuitujen fibrilloitumisen tehostaminen. Tehoultraääni edistää massakuitujen ulkoista ja sisäistä fibrilloitumista tuottamalla kavitaation avulla voimakkaita paikallisia leikkausvoimia. Tämä voi osittain korvata tai tehostaa tavanomaisia jauhatusvaiheita. Pelkkään mekaaniseen jauhatukseen verrattuna ultraäänikäsittelyllä voidaan saavuttaa samanlainen tai parempi kuitujen kehittyminen pienemmällä energiankulutuksella. Olennaista on, että kuitujen lujuus säilyy ja joissakin tapauksissa paranee, koska ultraääni edistää hallittua fibrilloitumista kuitujen liiallisen katkeamisen sijaan. Ultraäänienergia voi myös edistää kuitujen muokkaukseen liittyviä kemiallisia reaktioita, kuten hapetus- tai valkaisuprosesseja, ja parantaa reaktioiden tehokkuutta ja tasaisuutta.

Ultraääni voi lisäksi edistää massan hajotusta joko puuhakkeen hajotessa massaksi tai keräyspaperin uudelleenmassoituksessa. Kavitaatio nopeuttaa kuitujen erottumista ja heikentää kuitujen, täyteaineiden, painovärien ja päällysteiden välisiä sidoksia, mikä parantaa massoituksen tehokkuutta ja lyhentää käsittelyaikaa.

Ultraäänikäsittely märkäpäässä

Paperinvalmistuksessa tiedostetaan yhä paremmin, että märkäpään suorituskyvyn paraneminen perustuu enemmän kemikaalien käytön tehokkuuteen kuin suurempiin lisäaineannoksiin. Siksi ultraäänidispergointi saa huomiota edistyneenä prosessiteknologiana märkäpään lisäaineiden hallittuun aktivointiin ja homogenointiin ennen niiden lisäämistä massaan. Suuritehoinen ultraääni tuottaa kavitaation aiheuttamia leikkausvoimia, jotka hajottavat hiukkasagglomeraatteja ja edistävät polymeerien, täyteaineiden ja emulsioiden tasaista dispergoitumista prosessilinjan virtauksissa. Tämä tehostunut dispergoituminen johtaa ennakoitavampiin kemikaalien ja kuitujen välisiin vuorovaikutuksiin, parempaan retentioon ja rainanmuodostukseen sekä lisääntyneeseen prosessin vakauteen ja vähentää samalla kemikaalien kokonaistarvetta ja energiankulutusta. Lineaarisen skaalautuvuutensa ja Hielscher Ultrasonicsin teollisuuskäyttöön tarkoitettujen ultraäänilaitejärjestelmien saatavuuden ansiosta ultraäänidispergointi on edennyt laboratoriomittakaavan tutkimuksista täysimittaiseen käyttöön teknisesti luotettavana ja taloudellisesti kannattavana märkäpään optimointimenetelmänä.

Lue lisää ultraäänidispergoinnin eduista paperitehtaiden märkäpäässä!

Ultraääni paperin kierrätyksessä

Kierrätyssovelluksissa tehoultraääni auttaa ratkaisemaan keräyskuidun käsittelyn sitkeimpiä haasteita. Yksi keskeinen käyttökohde on kuitujen puhdistus ja epäpuhtauksien poisto. Ultraäänikavitaatio auttaa irrottamaan likaa, öljyjä, painovärejä, väriaineita ja lakkajäämiä kuitujen pinnoilta. Siistauksessa ultraääni tehostaa painovärihiukkasten irtoamista ja dispergoitumista, parantaa vaahdotuksen tai pesun tehokkuutta ja mahdollistaa suuremman vaaleuden pienemmällä kemikaalien käytöllä.
Ultraääni edistää myös mikrobien vähentämistä kiertovesijärjestelmissä. Hajottamalla mekaanisesti mikrobisoluja ja biofilmejä ultraäänikäsittely voi vähentää mikrobikuormaa ilman, että tukeudutaan yksinomaan biosideihin. Tämä auttaa pitämään prosessivesikierrot puhtaampina ja voi vähentää hajuja, liman muodostumista ja biologisen likaantumisen riskejä.
Toinen tärkeä kierrätykseen liittyvä käyttökohde on vedenpoisto. Ultraäänienergia voi parantaa kuitususpensioiden vedenpoisto-ominaisuuksia muokkaamalla kuituverkostoja ja vähentämällä sitoutunutta vettä. Tehostunut vedenpoisto voi parantaa puristimen ja viiran tehokkuutta ja vähentää lämpöenergian tarvetta myöhemmissä kuivausvaiheissa.
 

Ultraäänikäsittelyn energia suhteessa vedenpoistoaikaan (minuutteina) nanopaperin valmistuksessa (vastaa CNF(1)LA-näytettä).
Ultraäänikäsittelyn energia 100 J/ml vastaa 100 sekunnin ultraäänikäsittelyä jne.
(Tutkimus ja kuva: ©Sethi et al., 2018)

Muita prosessisovelluksia

Kuitujen ja veden käsittelyn lisäksi tehoultraääntä käytetään paperimassalietteiden ja lisäaineiden homogenointiin ja dispergointiin. Ultraäänihomogenointi varmistaa täyteaineiden, pigmenttien, polymeerien ja toiminnallisten lisäaineiden tasaisen jakautumisen, mikä parantaa kemikaalien käytön tehokkuutta ja tuotteen tasalaatuisuutta. Ultraääntä käytetään myös ruiskutus- ja päällystysprosesseissa, joissa ultraäänisuuttimet tuottavat pieniä, tasakokoisia pisaroita päällysteiden, liimausaineiden tai toiminnallisten kerrosten tarkkaan levittämiseen paperin pinnoille.

Integrointi prosessilinjaan ja teollinen toteutus

Ultraääniteknologian keskeinen etu on, että useimmat sovellukset voidaan toteuttaa prosessilinjassa, jolloin tehtaat voivat jälkiasentaa ultraäänireaktoreita olemassa oleviin prosessikiertoihin ilman merkittävää uudelleensuunnittelua. Läpivirtaavia ultraäänijärjestelmiä voidaan skaalata lineaarisesti ja mukauttaa tiettyihin sakeuksiin, tilavuusvirtoihin ja prosessitavoitteisiin.
Kun järjestelmä valitaan ja integroidaan asianmukaisesti, tehoultraäänestä tulee erillisen käsittelyn sijaan joustava prosessin tehostamisen väline. Laitetoimittajat, kuten Hielscher Ultrasonics, auttavat tehtaita valitsemaan ja konfiguroimaan teollisuuskäyttöön tarkoitettuja ultraäänijärjestelmiä, jotka on räätälöity paperinvalmistuksen tai kierrätyksen erityisiin haasteisiin.

Paranna paperin laatua ja vähennä kustannuksia

Tehoultraääni tarjoaa paperitehtaille laajan valikoiman käyttökohteita kuitujen kehittymisen ja dispergoitumisen parantamisesta puhtaamman kierrätyksen ja vakaamman märkäpään toiminnan mahdollistamiseen. Sen kyky tehostaa fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja samalla kun energian, veden ja kemikaalien kulutus vähenee tekee ultraäänestä yhä houkuttelevamman teknologian sekä uusiin asennuksiin että jälkiasennuksiin. Kun kestävyys ja tehokkuus muovaavat edelleen paperiteollisuutta, ultraäänikäsittely asemoituu käytännölliseksi ja skaalautuvaksi ratkaisuksi nykyaikaiseen paperinvalmistukseen.

Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

Suunnittelu, valmistus ja konsultointi – Saksassa valmistettua laatua

Hielscherin ultraäänilaitteet tunnetaan korkeimmista laatu- ja suunnittelustandardeistaan. Kestävyys ja helppokäyttöisyys mahdollistavat ultraäänilaitteidemme sujuvan integroinnin teollisuuslaitoksiin. Hielscherin ultraäänilaitteet selviytyvät helposti ankarista olosuhteista ja vaativista ympäristöistä.

Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifioitu yritys, joka painottaa erityisesti suuritehoisia ultraäänilaitteita, joissa yhdistyvät uusinta tekniikkaa edustavat ratkaisut ja käyttäjäystävällisyys. Hielscherin ultraäänilaitteet ovat luonnollisesti CE-vaatimusten mukaisia ja täyttävät UL-, CSA- ja RoHs-vaatimukset.