Ultrazvuk u proizvodnji papira

Ultrazvuk visoke snage etablirao se kao svestrana i energetski učinkovita procesna tehnologija u suvremenim tvornicama papira. Uvođenjem ultrazvučnih valova visokog intenziteta u tekućine ili suspenzije tvornice mogu iskoristiti učinke kavitacije – nastanak i urušavanje mikroskopskih mjehurića – za poboljšanje miješanja, prijenosa mase, modifikacije vlakana i uklanjanja onečišćivala. Budući da se i proizvodnja primarnih vlakana i prerada recikliranog papira suočavaju sa sve većim pritiskom da smanje potrošnju energije, vode i kemikalija, ultrazvučna tehnologija nudi privlačan skup rješenja za izravnu ugradnju u procesni tok i naknadnu ugradnju u postojeće sustave.

Ultrazvuk u proizvodnji papira

U proizvodnji papira ultrazvučni sustavi prvenstveno se primjenjuju za poboljšanje kvalitete papirne mase, svojstava vlakana i stabilnosti procesa. Jedna važna primjena jest otplinjavanje suspenzija celulozne mase. Zrak zarobljen u papirnoj masi može uzrokovati vodene mrlje, pruge i nedostatke u formiranju lista koji izravno smanjuju kvalitetu papira. Ultrazvučno otplinjavanje učinkovito uklanja otopljene i zarobljene plinove iz suspenzija celulozne mase, stabilizira mokri dio papirnog stroja i pomaže spriječiti vidljive nedostatke bez dodatnih kemikalija.
Druga važna primjena jest poboljšanje fibrilacije vlakana. Ultrazvuk visoke snage potiče vanjsku i unutarnju fibrilaciju vlakana celulozne mase stvaranjem intenzivnih lokaliziranih smičnih sila putem kavitacije. Time se mogu djelomično zamijeniti ili poboljšati konvencionalne faze mljevenja i rafiniranja. U usporedbi sa samim mehaničkim rafiniranjem, ultrazvučnom obradom može se postići sličan ili bolji razvoj svojstava vlakana uz manju potrošnju energije. Pritom se čvrstoća vlakana zadržava, a u nekim slučajevima i poboljšava, jer ultrazvuk potiče kontroliranu fibrilaciju umjesto prekomjernog rezanja vlakana. Ultrazvučna energija također može pospješiti kemijske reakcije povezane s modifikacijom vlakana, kao što su oksidacijski postupci ili postupci bijeljenja, poboljšavajući učinkovitost i ujednačenost reakcija.

Ultrazvuk može dodatno pospješiti razvlaknjivanje celulozne mase, bilo tijekom pretvorbe drvne sječke u celuloznu masu ili tijekom ponovnog razvlaknjivanja oporabljenog papira. Kavitacija ubrzava razdvajanje vlakana i slabi veze između vlakana, punila, tiskarskih boja i premaza, čime se poboljšava učinkovitost razvlaknjivanja i skraćuje vrijeme obrade.

Sonikacija u mokrom dijelu papirnog stroja

U proizvodnji papira sve se više prepoznaje da poboljšanja učinkovitosti mokrog dijela papirnog stroja više ovise o učinkovitosti iskorištavanja kemikalija nego o većim dozama aditiva. Stoga ultrazvučno dispergiranje privlači pozornost kao napredna procesna tehnologija za kontroliranu aktivaciju i homogenizaciju aditiva za mokri dio prije njihova dodavanja papirnoj masi. Ultrazvuk visoke snage stvara smične sile uzrokovane kavitacijom koje razbijaju aglomerate čestica i potiču ravnomjerno dispergiranje polimera, punila i emulzija izravno u procesnim tokovima. Takvo poboljšano dispergiranje omogućuje predvidljivije interakcije između kemikalija i vlakana, bolju retenciju i formiranje lista te veću stabilnost procesa, uz istodobno smanjenje ukupne potrebe za kemikalijama i potrošnje energije. Zahvaljujući mogućnosti linearnog povećanja kapaciteta i dostupnosti industrijskih sonikacijskih sustava tvrtke Hielscher Ultrasonics, ultrazvučno dispergiranje napredovalo je od laboratorijskih istraživanja do primjene u punom industrijskom opsegu kao tehnički pouzdana i ekonomski održiva strategija optimizacije mokrog dijela papirnog stroja.

Pročitajte više o prednostima ultrazvučnog dispergiranja u mokrom dijelu strojeva u tvornicama papira!

Ultrazvuk u recikliranju papira

U postupcima recikliranja ultrazvuk visoke snage rješava neke od najupornijih izazova u preradi oporabljenih vlakana. Jedna od ključnih primjena jest čišćenje vlakana i uklanjanje onečišćivala. Ultrazvučna kavitacija pomaže odvojiti nečistoće, ulja, tiskarske boje, bojila i ostatke lakova s površina vlakana. U postupcima uklanjanja tiskarske boje ultrazvuk poboljšava odvajanje i dispergiranje čestica boje, povećavajući učinkovitost flotacije ili pranja te omogućujući veću bjelinu uz manju uporabu kemikalija.
Ultrazvuk također pridonosi smanjenju broja mikroorganizama u sustavima sitove vode. Mehaničkim razaranjem mikrobnih stanica i biofilmova ultrazvučna obrada može smanjiti mikrobno opterećenje bez oslanjanja isključivo na biocide. Time se podupire održavanje čišćih kružnih tokova procesne vode i mogu se smanjiti neugodni mirisi, stvaranje sluzi i rizici od biološkog obraštanja.
Druga važna primjena povezana s recikliranjem jest odvodnjavanje. Ultrazvučna energija može poboljšati svojstva odvodnjavanja suspenzija vlakana modificiranjem mreža vlakana i smanjenjem količine vezane vode. Poboljšano odvodnjavanje može povećati učinkovitost preša i sita te smanjiti potrebu za toplinskom energijom u kasnijim fazama sušenja.
 

Energija sonikacije u odnosu na vrijeme odvodnjavanja (u minutama) pri pripremi nanopapira (odgovara uzorku CNF(1)LA).
100 J/ml energije sonikacije odgovara 100 sekundi sonikacije itd.
(Istraživanje i slika: ©Sethi i sur., 2018)

Dodatne procesne primjene

Osim za obradu vlakana i vode, ultrazvuk visoke snage upotrebljava se za homogenizaciju i dispergiranje suspenzija papirne mase i aditiva. Ultrazvučna homogenizacija osigurava ravnomjernu raspodjelu punila, pigmenata, polimera i funkcionalnih aditiva, poboljšavajući učinkovitost kemikalija i ujednačenost proizvoda. Ultrazvuk se također primjenjuje u postupcima raspršivanja i premazivanja, u kojima ultrazvučne mlaznice stvaraju sitne, ujednačene kapljice za precizno nanošenje premaza, sredstava za keljenje ili funkcionalnih slojeva na površine papira.

Integracija u procesni tok i industrijska primjena

Ključna prednost ultrazvučne tehnologije jest mogućnost provedbe većine primjena izravno u procesnom toku, što tvornicama omogućuje naknadnu ugradnju ultrazvučnih reaktora u postojeće procesne krugove bez velikih preinaka. Kapacitet protočnih ultrazvučnih sustava može se linearno povećavati, a sustavi se mogu prilagoditi specifičnim konzistencijama, protocima i procesnim ciljevima.
Uz pravilan odabir i integraciju sustava ultrazvuk visoke snage postaje fleksibilan alat za intenzifikaciju procesa umjesto samostalnog postupka obrade. Dobavljači opreme kao što je Hielscher Ultrasonics podupiru tvornice pri odabiru i konfiguriranju industrijskih ultrazvučnih sustava prilagođenih specifičnim izazovima proizvodnje ili recikliranja papira.

Poboljšajte kvalitetu papira i smanjite troškove

Od poboljšanja razvoja svojstava vlakana i dispergiranja do omogućavanja čišćeg recikliranja i stabilnijeg rada mokrog dijela papirnog stroja, ultrazvuk visoke snage nudi širok raspon primjena u tvornicama papira. Njegova sposobnost poboljšanja fizikalnih i kemijskih procesa uz istodobno smanjenje potrošnje energije, vode i kemikalija čini ultrazvuk sve privlačnijom tehnologijom i za nova postrojenja i za nadogradnju postojećih. Budući da održivost i učinkovitost i dalje oblikuju papirnu industriju, ultrazvučna obrada pozicionira se kao praktično rješenje za suvremenu proizvodnju papira čiji se kapacitet može povećavati.

Tablica u nastavku daje okvirni pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj

Ultrazvučni uređaji Hielscher poznati su po najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućuju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Ultrazvučni uređaji Hielscher lako se nose s teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics tvrtka je s ISO certifikatom koja poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi s najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnom uporabom. Naravno, ultrazvučni uređaji Hielscher sukladni su zahtjevima za oznaku CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.