אולטרסאונד בייצור נייר

אולטרסאונד רב־עוצמה התבסס כטכנולוגיית תהליך רב־תכליתית וחסכונית באנרגיה במפעלי נייר מודרניים. באמצעות החדרת גלים אולטרסוניים בעוצמה גבוהה למערכות נוזליות או למערכות תרחיף, מפעלים יכולים לרתום את השפעות הקוויטציה – היווצרות וקריסה של בועות מיקרוסקופיות – לשיפור הערבוב, מעבר המסה, שינוי תכונות הסיבים וסילוק המזהמים. ככל שייצור סיבים ראשוניים ועיבוד נייר ממוחזר נתונים ללחץ גובר לצמצום השימוש באנרגיה, צריכת המים והצורך בכימיקלים, הטכנולוגיה האולטרסונית מציעה מגוון פתרונות אטרקטיביים לעיבוד בקו, המוכנים לשילוב במערכות קיימות.

אולטרסאונד בייצור נייר

בייצור נייר, מערכות אולטרסוניות משמשות בעיקר לשיפור איכות תרחיף הסיבים, ביצועי הסיבים ויציבות התהליך. יישום חשוב אחד הוא סילוק גזים מתרחיפי עיסה. אוויר כלוא בתרחיף הסיבים עלול לגרום לכתמי מים, לפסים ולפגמים בהיווצרות גיליון הנייר, הפוגעים ישירות באיכות הנייר. סילוק גזים אולטרסוני מסיר ביעילות גזים מומסים וכלואים מתרחיפי עיסה, מייצב את החלק הרטוב ומסייע במניעת פגמים חזותיים ללא כימיקלים נוספים.
יישום מרכזי נוסף הוא הגברת הפיברילציה של הסיבים. אולטרסאונד רב־עוצמה מעודד פיברילציה חיצונית ופנימית של סיבי העיסה באמצעות יצירת כוחות גזירה מקומיים עזים באמצעות קוויטציה. פעולה זו יכולה להחליף חלקית או לשפר שלבי כתישה ועידון קונבנציונליים. בהשוואה לעידון מכני בלבד, טיפול אולטרסוני יכול להשיג פיתוח דומה או משופר של תכונות הסיבים תוך צריכת אנרגיה נמוכה יותר. חשוב מכך, חוזק הסיבים נשמר, ובמקרים מסוימים אף משתפר, משום שאולטרסאונד מעודד פיברילציה מבוקרת במקום חיתוך יתר של הסיבים. אנרגיה אולטרסונית יכולה גם לסייע לתגובות כימיות הקשורות לשינוי תכונות הסיבים, כגון תהליכי חמצון או הלבנה, ולשפר את יעילות התגובה ואת אחידותה.

אולטרסאונד יכול לסייע גם בפירוק העיסה, במהלך פירוק שבבי עץ לעיסה או במהלך הפיכת נייר משומש לעיסה מחדש. קוויטציה מאיצה את הפרדת הסיבים ומחלישה את הקשרים בין סיבים, חומרי מילוי, דיו וציפויים, ובכך משפרת את יעילות ייצור העיסה ומקצרת את זמן העיבוד.

סוניקציה בחלק הרטוב

בתהליכי ייצור נייר הולכת וגוברת ההכרה בכך ששיפור ביצועי החלק הרטוב נובע יותר מיעילות ניצול הכימיקלים מאשר ממינונים גבוהים יותר של תוספים. כתוצאה מכך, פיזור אולטרסוני זוכה לתשומת לב כטכנולוגיית תהליך מתקדמת לשפעול ולהומוגניזציה מבוקרים של תוספים לחלק הרטוב לפני הוספתם לתרחיף הסיבים. אולטרסאונד רב־עוצמה יוצר כוחות גזירה הנגרמים מקוויטציה, המפרקים צברי חלקיקים ומעודדים פיזור אחיד של פולימרים, חומרי מילוי ותחליבים בזרמי תהליך בקו. פיזור משופר זה מוביל לאינטראקציות צפויות יותר בין כימיקלים לסיבים, לשיפור שימור החומרים והיווצרות הגיליון וליציבות מוגברת של התהליך, ובו בזמן מפחית את הצורך הכולל בכימיקלים ואת צריכת האנרגיה. הודות ליכולת הגדלת קנה המידה באופן ליניארי ולזמינות של מערכות סוניקציה תעשייתיות מבית Hielscher Ultrasonics, הפיזור האולטרסוני התקדם ממחקרים בקנה מידה מעבדתי ליישום בקנה מידה מלא כאסטרטגיה אמינה מבחינה טכנית ובת־כדאיות כלכלית למיטוב החלק הרטוב.

קראו עוד על יתרונות הפיזור האולטרסוני בחלק הרטוב של מפעלי נייר!

אולטרסאונד במיחזור נייר

ביישומי מיחזור, אולטרסאונד רב־עוצמה נותן מענה לכמה מהאתגרים העיקשים ביותר בעיבוד סיבים מושבים. שימוש מרכזי אחד הוא ניקוי סיבים וסילוק מזהמים. קוויטציה אולטרסונית מסייעת לנתק לכלוך, שמנים, דיו להדפסה, חומרי צבע ושאריות לכה מפני השטח של הסיבים. בתהליכי הסרת דיו, אולטרסאונד מגביר את הניתוק והפיזור של חלקיקי דיו, משפר את יעילות ההצפה או השטיפה ומאפשר להשיג רמות לובן גבוהות יותר תוך שימוש מופחת בכימיקלים.
אולטרסאונד תורם גם להפחתת מיקרואורגניזמים במערכות מים לבנים. באמצעות פירוק מכני של תאים מיקרוביאליים וביופילמים, טיפול אולטרסוני יכול להפחית עומסים מיקרוביאליים ללא הסתמכות בלעדית על ביוצידים. הדבר מסייע לשמירה על מעגלי מי תהליך נקיים יותר ויכול להפחית ריחות, היווצרות רפש וסיכוני התכסות ביולוגית.
יישום חשוב נוסף הקשור למיחזור הוא סילוק מים. אנרגיה אולטרסונית יכולה לשפר את מאפייני הניקוז של תרחיפי סיבים באמצעות שינוי רשתות הסיבים והפחתת כמות המים הקשורים. סילוק מים משופר יכול להגביר את יעילות המכבש ורשת הייצור, ולהפחית את הדרישה לאנרגיה תרמית בשלבי הייבוש הבאים.
 

אנרגיית סוניקציה לעומת זמן ניקוז (בדקות) להכנת ננו־נייר (בהתאמה לדגימת CNF(1)LA).
אנרגיית סוניקציה של 100 J/ml תואמת ל־100 שניות של סוניקציה, וכן הלאה.
(מחקר ותמונה: ©Sethi et al., 2018)

יישומי תהליך נוספים

מעבר לטיפול בסיבים ובמים, אולטרסאונד רב־עוצמה משמש להומוגניזציה ולפיזור של תרחיפים ותוספים לייצור נייר. הומוגניזציה אולטרסונית מבטיחה פיזור אחיד של חומרי מילוי, פיגמנטים, פולימרים ותוספים פונקציונליים, ומשפרת את יעילות הכימיקלים ואת אחידות המוצר. אולטרסאונד מיושם גם בתהליכי ריסוס וציפוי, שבהם נחירים אולטרסוניים יוצרים טיפות עדינות ואחידות ליישום מדויק של ציפויים, חומרי הדבקה פנימית או שכבות פונקציונליות על פני הנייר.

שילוב בקו ויישום תעשייתי

יתרון מרכזי של הטכנולוגיה האולטרסונית הוא שאת רוב היישומים ניתן לבצע בקו, וכך מתאפשר למפעלים לשלב ריאקטורים אולטרסוניים במעגלי תהליך קיימים ללא תכנון מחדש נרחב. ניתן להגדיל את קנה המידה של מערכות אולטרסוניות בזרימה באופן ליניארי ולהתאימן לריכוזי מוצקים, לספיקות זרימה ולמטרות תהליך ספציפיים.
באמצעות בחירה ושילוב נכונים של המערכת, אולטרסאונד רב־עוצמה הופך לכלי גמיש להגברת יעילות התהליך במקום לטיפול העומד בפני עצמו. ספקי ציוד כגון Hielscher Ultrasonics מסייעים למפעלים לבחור ולהגדיר מערכות אולטרסוניות תעשייתיות המותאמות לאתגרים ספציפיים בייצור נייר או במיחזורו.

שפרו את איכות הנייר והפחיתו עלויות

משיפור פיתוח תכונות הסיבים ופיזורם ועד לאפשרות למיחזור נקי יותר ולפעולה יציבה יותר של החלק הרטוב, אולטרסאונד רב־עוצמה מציע מגוון רחב של יישומים במפעלי נייר. יכולתו לשפר תהליכים פיזיקליים וכימיים תוך צמצום צריכת האנרגיה, המים והכימיקלים הופכת את האולטרסאונד לטכנולוגיה אטרקטיבית יותר ויותר, הן למתקנים חדשים והן לשדרוג מתקנים קיימים. ככל שקיימות ויעילות ממשיכות לעצב את תעשיית הנייר, העיבוד האולטרסוני מתבסס כפתרון מעשי הניתן להגדלה בקנה מידה לייצור נייר מודרני.

הטבלה שלהלן נותנת מושג על קיבולת העיבוד המשוערת של המכשירים האולטרסוניים שלנו:

תכנון, ייצור וייעוץ – איכות תוצרת גרמניה

המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מוכרים בזכות תקני האיכות והתכנון הגבוהים ביותר שלהם. עמידות ותפעול קל מאפשרים שילוב חלק של המכשירים האולטרסוניים שלנו במתקנים תעשייתיים. המכשירים האולטרסוניים של Hielscher מתמודדים בקלות עם תנאים קשים וסביבות תובעניות.

Hielscher Ultrasonics היא חברה בעלת הסמכת ISO ושמה דגש מיוחד על מכשירים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, המצוידים בטכנולוגיה המתקדמת ביותר ומצטיינים בידידותיות למשתמש. כמובן, המכשירים האולטרסוניים של Hielscher תואמים לדרישות CE ועומדים בדרישות UL, CSA ו־RoHs.