Ultrazvuk u proizvodnji papira

Električni ultrazvuk pojavio se kao svestrana i energetski učinkovita procesna tehnologija u modernim tvornicama papira. Uvođenjem visokointenzivnih ultrazvučnih valova u tekuće ili kašne sustave, mlinovi mogu iskoristiti učinke kavitacije – mikroskopsko stvaranje mjehurića i kolaps – radi poboljšanja miješanja, prijenosa mase, modifikacije vlakana i uklanjanja kontaminanata. Kako se i proizvodnja netaknutih vlakana i obrada recikliranog papira suočavaju s sve većim pritiskom za smanjenjem potrošnje energije, vode i kemijskih potreba, ultrazvučna tehnologija nudi uvjerljiv skup rješenja spremnih za naknadnu ugradnju u liniji.

Ultrazvuk u proizvodnji papira

U proizvodnji papira ultrazvučni sustavi se prvenstveno primjenjuju za poboljšanje kvalitete zaliha, performansi vlakana i stabilnosti procesa. Jedna važna primjena je isplinjivanje suspenzije pulpe. Usisani zrak u materijalu može uzrokovati vodene žigove, tragove i deformacijske nedostatke koji izravno smanjuju kvalitetu papira. Ultrazvučno isplinjivanje učinkovito uklanja otopljene i zarobljene plinove iz kaše pulpe, stabilizirajući mokri kraj i pomažući u sprječavanju vizualnih oštećenja bez dodatnih kemikalija.
Još jedna važna primjena je poboljšanje fibrilacije vlakana. Snažan ultrazvuk potiče vanjsku i unutarnju fibrilaciju vlakana pulpe stvaranjem intenzivnih lokaliziranih smičnih sila kroz kavitaciju. To može djelomično zamijeniti ili unaprijediti konvencionalne faze udaranja i rafiniranja. U usporedbi samo s mehaničkim rafiniranjem, ultrazvučni tretman može postići sličan ili poboljšan razvoj vlakana uz manju potrošnju energije. Važno je da se čvrstoća vlakana održava, a u nekim slučajevima i poboljšava, jer ultrazvuk potiče kontroliranu fibrilaciju, a ne pretjerano rezanje vlakana. Ultrazvučna energija također može pomoći kemijskim reakcijama povezanim s modifikacijom vlakana, poput oksidativnih ili procesa izbjeljivanja, poboljšavajući učinkovitost i ujednačenost reakcija.

Ultrazvuk dodatno može podržati raspadanje pulpe, bilo tijekom razgradnje drvenih strugotina u pulpu ili tijekom ponovnog pulpiranja prikupljenog papira. Kavitacija ubrzava razdvajanje vlakana i olabavljuje vezivanje između vlakana, punila, tinte i premaza, poboljšavajući učinkovitost pulpiranja i smanjujući vrijeme obrade.

Sonikacija u mokrom kraju

Tvrtke za izradu papira sve više prepoznaju da su poboljšanja u izvedbi mokrog kraja više potaknuta učinkovitošću korištenja kemikalija nego višim dozama aditiva. Kao rezultat toga, ultrazvučna disperzija dobiva na značaju kao napredna procesna tehnologija za kontroliranu aktivaciju i homogenizaciju aditiva na mokrom kraju prije dodavanja zaliha. Visokosnažni ultrazvuk generira smicajuće sile izazvane kavitacijom koje deaglomeriraju čestice i potiču ravnomjernu disperziju polimera, punila i emulzija u inline procesnim tokovima. Ova povećana disperzija dovodi do predvidljivijih kemijsko-vlaknastih interakcija, poboljšanog zadržavanja i formiranja listova te povećane stabilnosti procesa, istovremeno smanjujući ukupne kemijske zahtjeve i potrošnju energije. Zahvaljujući svojoj linearnoj skalabilnosti i dostupnosti industrijskih sonicator sustava tvrtke Hielscher Ultrasonics, ultrazvučna disperzija napredovala je od laboratorijskih studija do pune implementacije kao tehnički robusna i ekonomski isplativa strategija mokre optimizacije.

Pročitajte više o prednostima ultrazvučne disperzije na mokrom kraju papirnica!

Ultrazvuk u recikliranju papira

U primjenama recikliranja, energetski ultrazvuk rješava neke od najupornijih izazova u obradi recikliranih vlakana. Jedna od ključnih primjena je čišćenje vlakana i uklanjanje nečistoća. Ultrazvučna kavitacija pomaže u odvajanju prljavštine, ulja, tiskarskih tinta, boja i ostataka laka s površina vlakana. U operacijama uklanjanja tinte, ultrazvuk poboljšava odvajanje i disperziju čestica tinte, poboljšavajući učinkovitost flotacije ili pranja te omogućujući višu svjetlinu uz smanjen kemijski unos.
Ultrazvuk također doprinosi smanjenju mikroba u sustavima brzačke vode. Mehaničkim ometanjem mikrobnih stanica i biofilmova, ultrazvučni tretman može smanjiti mikrobna opterećenja bez oslanjanja isključivo na biocide. To podržava čišće procesne vodene krugove i može smanjiti rizik od mirisa, stvaranja sluzi i biološkog onečišćenja.
Još jedna važna primjena vezana uz recikliranje je odvodnjavanje. Ultrazvučna energija može poboljšati karakteristike odvodnje vlaknastih suspenzija modificiranjem mreža vlakana i smanjenjem zadržavanja vode. Poboljšano isušivanje može povećati učinkovitost prešanja i žice, smanjujući potrošnju toplinske energije u sljedećim fazama sušenja.
 

Energija sonikacije u odnosu na vrijeme odvodnje (u minutama) za pripremu nanopapira (odgovara uzorku CNF(1)LA).
100 J/ml energije ultrazvuka odgovara 100 sekundi sonikacije itd.
(Studija i slika: ©Sethi et al., 2018.)

Dodatne primjene procesa

Osim obrade vlakana i vode, koristi se električni ultrazvuk za homogenizaciju i raspršivanje papirnatih kaša i dodataka. Ultrazvučna homogenizacija osigurava ravnomjernu raspodjelu punila, pigmenata, polimera i funkcionalnih dodataka, poboljšavajući kemijsku učinkovitost i konzistentnost proizvoda. Ultrazvuk se također primjenjuje u procesima prskanja i premazivanja, gdje ultrazvučne mlaznice stvaraju fine, ujednačene kapljice za precizno nanošenje premaza, sredstava za dimenzioniranje ili funkcionalnih slojeva na papirnate površine.

Integracija u liniji i industrijska implementacija

Ključna prednost ultrazvučne tehnologije je što se većina primjena može implementirati u liniji, što omogućuje mlinovima da naknadno ugrađuju ultrazvučne reaktore u postojeće procesne petlje bez većih promjena dizajna. Ultrazvučni sustavi protoka mogu se linearno skalirati i prilagoditi specifičnim konzistentnostima, protocima i ciljevima procesa.
Uz pravilan odabir i integraciju sustava, energetski ultrazvuk postaje fleksibilan alat za intenziviranje procesa, a ne samostalni tretman. Dobavljači opreme poput Hielscher Ultrasonicsa podržavaju tvornice u odabiru i konfiguraciji industrijskih ultrazvučnih sustava prilagođenih specifičnim izazovima proizvodnje papira ili recikliranja.

Poboljšajte kvalitetu papira i smanjite troškove

Od poboljšanja razvoja i disperzije vlakana do omogućavanja čišćeg recikliranja i stabilnijeg rada na mokrom kraju, električni ultrazvuk nudi širok spektar primjena u tvornicama papira. Njegova sposobnost da unaprijedi fizičke i kemijske procese uz smanjenje potrošnje energije, vode i kemikalija čini ultrazvuk sve privlačnijom tehnologijom za nove instalacije i preinake. Kako održivost i učinkovitost nastavljaju oblikovati industriju papira, ultrazvučna obrada pozicionirana je kao praktično i skalabilno rješenje za suvremenu proizvodnju papira.

Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – Kvaliteta Proizvedeno u Njemačkoj

Hielscher ultrasonicators su poznati po svojim najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavan rad omogućuju glatku integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske objekte. Teški uvjeti i zahtjevna okruženja lako se nose s Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.