Echografie in papierproductie

Krachtig ultrageluid heeft zich ontpopt als een veelzijdige en energiezuinige procestechnologie in moderne papierfabrieken. Door ultrasone golven met hoge intensiteit in vloeistof- of slurrysystemen te introduceren, kunnen papierfabrieken cavitatie-effecten - microscopische vorming en instorting van bellen - benutten. – om het mengen, de massaoverdracht, de vezelmodificatie en de verwijdering van verontreinigingen te verbeteren. Aangezien zowel de productie van nieuwe vezels als de verwerking van gerecycled papier onder toenemende druk staan om het energieverbruik, het waterverbruik en de vraag naar chemicaliën te verminderen, biedt ultrasone technologie een overtuigende reeks inline oplossingen die klaar zijn voor retrofits.

Echografie in papierproductie

In de papierproductie worden ultrasone systemen voornamelijk toegepast om de kwaliteit van de pulp, de vezelprestaties en de processtabiliteit te verbeteren. Een belangrijke toepassing is het ontgassen van pulpsuspensies. Ingesloten lucht in pulpsuspensies kan watermerken, strepen en vormfouten veroorzaken die de papierkwaliteit direct verminderen. Ultrasoon ontgassen verwijdert efficiënt opgeloste en ingesloten gassen uit pulpsuspensies, stabiliseert het natte gedeelte en helpt visuele defecten te voorkomen zonder extra chemicaliën.
Een andere belangrijke toepassing is de verbetering van vezelfibrillatie. Vermogensechografie bevordert externe en interne fibrillatie van pulpvezels door het genereren van intense lokale schuifkrachten via cavitatie. Dit kan conventionele klop- en verfijningsstappen gedeeltelijk vervangen of verbeteren. Vergeleken met alleen mechanische raffinage kan ultrasone behandeling een vergelijkbare of verbeterde vezelontwikkeling bereiken terwijl er minder energie wordt verbruikt. Belangrijk is dat de vezelsterkte behouden blijft en in sommige gevallen zelfs verbeterd wordt, omdat ultrasoon geluid gecontroleerde fibrillatie bevordert in plaats van het overmatig doorsnijden van vezels. Ultrasone energie kan ook chemische reacties ondersteunen die gepaard gaan met vezelmodificatie, zoals oxidatieve of blekende processen, waardoor de efficiëntie en uniformiteit van de reactie worden verbeterd.

Ultrasoon geluid kan de desintegratie van pulp verder ondersteunen, hetzij tijdens de afbraak van houtsnippers tot pulp of tijdens het repulping van oud papier. Cavitatie versnelt het scheiden van vezels en maakt de hechting tussen vezels, vulstoffen, inkt en coatings losser, waardoor de pulp efficiënter wordt en de verwerkingstijd korter.

Sonificatie in het natte gedeelte

Bij papierfabrieken wordt steeds meer erkend dat verbeteringen in de prestaties van natte eindproducten meer te danken zijn aan efficiënt gebruik van chemicaliën dan aan hogere doseringen additieven. Als gevolg daarvan krijgt ultrasone dispersie steeds meer aandacht als geavanceerde procestechnologie voor de gecontroleerde activering en homogenisering van additieven voor natte eindproducten voorafgaand aan de toevoeging van grondstoffen. Ultrasoon geluid met een hoog vermogen genereert door cavitatie veroorzaakte schuifkrachten die de deeltjes doen uiteenvallen en een uniforme dispersie van polymeren, vulstoffen en emulsies in inline processtromen bevorderen. Deze verbeterde dispersie leidt tot beter voorspelbare interacties tussen chemicaliën en vezels, betere retentie en velvorming en een grotere processtabiliteit, terwijl tegelijkertijd de totale vraag naar chemicaliën en het energieverbruik afnemen. Dankzij de lineaire schaalbaarheid en de beschikbaarheid van sonicatorsystemen van industriële kwaliteit van Hielscher Ultrasonics, heeft ultrasone dispersie zich ontwikkeld van studies op laboratoriumschaal tot grootschalige implementatie als een technisch robuuste en economisch haalbare strategie voor optimalisatie van natte processen.

Lees meer over de voordelen van ultrasone dispersie in het natte gedeelte van papierfabrieken!

Ultrageluid in papierrecycling

In recyclingtoepassingen richt ultrageluid zich op enkele van de meest hardnekkige uitdagingen bij het verwerken van herwonnen vezels. Een van de belangrijkste toepassingen is het reinigen van vezels en het verwijderen van verontreinigingen. Ultrasone cavitatie helpt vuil, olie, drukinkt, kleurstoffen en lakresten los te maken van vezeloppervlakken. Bij ontinktingsprocessen verbetert ultrasoon geluid de onthechting en dispersie van inktdeeltjes, waardoor de flotatie- of wasefficiëntie wordt verbeterd en een hogere helderheid kan worden bereikt met een lagere chemische input.
Ultrasoon geluid draagt ook bij aan de vermindering van microbiële belasting in wildwatersystemen. Door microbiële cellen en biofilms mechanisch te verstoren, kan ultrasone behandeling de microbiële belasting verlagen zonder uitsluitend te vertrouwen op biociden. Dit ondersteunt schonere proceswatercircuits en kan geur, slijmvorming en risico's op biofouling verminderen.
Een andere belangrijke recyclingtoepassing is ontwatering. Ultrasone energie kan de drainagekenmerken van vezelsuspensies verbeteren door vezelnetwerken te wijzigen en gebonden water te verminderen. Verbeterde ontwatering kan de efficiëntie van persen en draden verhogen, waardoor de vraag naar thermische energie in de volgende droogfasen afneemt.
 

Sonicatie-energie vs. uitdamptijd (in minuten) voor de bereiding van nanopapier (overeenkomend met CNF(1)LA-monster).
100 J/ml sonicatie-energie komt overeen met 100 seconden sonicatie, enz.
(Studie en afbeelding: ©Sethi et al., 2018)

Extra procestoepassingen

Behalve voor vezel- en waterbehandeling wordt ultrageluid ook gebruikt voor het homogeniseren en dispergeren van papierslurries en additieven. Ultrasone homogenisatie zorgt voor een gelijkmatige verdeling van vulstoffen, pigmenten, polymeren en functionele additieven, waardoor de chemische efficiëntie en productconsistentie worden verbeterd. Ultrasoon geluid wordt ook toegepast in spuit- en coatingprocessen, waarbij ultrasone spuitmonden fijne, uniforme druppels genereren voor het nauwkeurig aanbrengen van coatings, fixeermiddelen of functionele lagen op papieroppervlakken.

Inline integratie en industriële implementatie

Een belangrijk voordeel van ultrasone technologie is dat de meeste toepassingen inline kunnen worden geïmplementeerd, waardoor fabrieken ultrasone reactoren in bestaande proceslussen kunnen inbouwen zonder grote aanpassingen. Doorstroom ultrasone systemen kunnen lineair worden geschaald en aangepast aan specifieke consistenties, debieten en procesdoelen.
Met de juiste systeemkeuze en -integratie wordt ultrageluid een flexibel hulpmiddel voor procesintensivering in plaats van een op zichzelf staande behandeling. Leveranciers van apparatuur zoals Hielscher Ultrasonics ondersteunen fabrieken bij het selecteren en configureren van industriële ultrasone systemen die op maat gemaakt zijn voor specifieke uitdagingen bij de papierproductie of recycling.

Verbeter de papierkwaliteit en verlaag de kosten

Van het verbeteren van de vezelontwikkeling en -dispersie tot het mogelijk maken van schonere recycling en een stabielere wet end-werking, ultrageluid biedt een breed scala aan toepassingen in papierfabrieken. Het vermogen om fysische en chemische processen te verbeteren en tegelijkertijd het verbruik van energie, water en chemicaliën te verminderen, maakt ultrasoon geluid een steeds aantrekkelijkere technologie voor zowel nieuwe installaties als aanpassingen achteraf. Omdat duurzaamheid en efficiëntie de papierindustrie blijven bepalen, is ultrasone verwerking gepositioneerd als een praktische en schaalbare oplossing voor de moderne papierproductie.

De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines:

Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit Made in Germany

Hielscher ultrasone machines staan bekend om hun hoge kwaliteit en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening zorgen voor een soepele integratie van onze ultrasoonapparatuur in industriële faciliteiten. Ruwe omstandigheden en veeleisende omgevingen worden gemakkelijk door Hielscher ultrasoontoestellen aangepakt.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt speciale nadruk op hoogwaardige ultrasone apparaten met state-of-the-art technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard zijn de Hielscher ultrasoonapparaten CE-conform en voldoen ze aan de eisen van UL, CSA en RoHs.