Ultrassons no fabrico de papel

Os ultrassons de potência surgiram como uma tecnologia de processo versátil e energeticamente eficiente nas fábricas de papel modernas. Ao introduzir ondas ultrassónicas de alta intensidade em sistemas líquidos ou de suspensões, as fábricas podem aproveitar os efeitos da cavitação – formação e colapso de bolhas microscópicas – para melhorar a mistura, a transferência de massa, a modificação das fibras e a remoção de contaminantes. À medida que tanto a produção de fibras virgens como o processamento de papel reciclado enfrentam uma pressão crescente para reduzir o uso de energia, o consumo de água e as necessidades de produtos químicos, a tecnologia ultrassónica oferece um conjunto atrativo de soluções em linha, prontas para integração em instalações existentes.

Ultrassons no fabrico de papel

No fabrico de papel, os sistemas ultrassónicos são utilizados principalmente para melhorar a qualidade da suspensão fibrosa, o desempenho das fibras e a estabilidade do processo. Uma aplicação importante é a desgaseificação de suspensões de pasta. O ar retido na suspensão fibrosa pode causar marcas de água, estrias e defeitos de formação que reduzem diretamente a qualidade do papel. A desgaseificação ultrassónica remove eficientemente os gases dissolvidos e retidos nas suspensões de pasta, estabilizando a parte húmida e ajudando a prevenir defeitos visuais sem produtos químicos adicionais.
Outra aplicação importante é a melhoria da fibrilação das fibras. Os ultrassons de potência promovem a fibrilação externa e interna das fibras da pasta ao gerar forças de cisalhamento localizadas intensas através da cavitação. Isto pode substituir parcialmente ou melhorar as etapas convencionais de batedura e refinação. Em comparação com a refinação mecânica por si só, o tratamento ultrassónico pode obter um desenvolvimento semelhante ou melhorado das fibras, consumindo menos energia. É importante salientar que a resistência das fibras é mantida e, em alguns casos, melhorada, porque os ultrassons promovem uma fibrilação controlada em vez de um corte excessivo das fibras. A energia ultrassónica também pode auxiliar reações químicas associadas à modificação das fibras, como processos oxidativos ou de branqueamento, melhorando a eficiência e a uniformidade das reações.

Os ultrassons também podem auxiliar a desintegração da pasta, quer durante a transformação de aparas de madeira em pasta, quer durante a repolpação de papel recuperado. A cavitação acelera a separação das fibras e enfraquece as ligações entre fibras, cargas, tintas e revestimentos, melhorando a eficiência da produção de pasta e reduzindo o tempo de processamento.

Sonicação na parte húmida

As operações de fabrico de papel reconhecem cada vez mais que as melhorias no desempenho da parte húmida dependem mais da eficiência da utilização dos produtos químicos do que de dosagens mais elevadas de aditivos. Por conseguinte, a dispersão ultrassónica está a ganhar atenção como uma tecnologia de processo avançada para a ativação e homogeneização controladas dos aditivos da parte húmida antes da sua adição à suspensão fibrosa. Os ultrassons de alta potência geram forças de cisalhamento induzidas pela cavitação que desaglomeram partículas e promovem a dispersão uniforme de polímeros, cargas e emulsões em correntes de processo em linha. Esta dispersão melhorada conduz a interações mais previsíveis entre produtos químicos e fibras, a uma melhor retenção e formação da folha e a uma maior estabilidade do processo, reduzindo simultaneamente as necessidades globais de produtos químicos e o consumo de energia. Graças à sua escalabilidade linear e à disponibilidade de sistemas de sonicadores de nível industrial da Hielscher Ultrasonics, a dispersão ultrassónica evoluiu de estudos à escala laboratorial para a implementação à escala real como uma estratégia tecnicamente robusta e economicamente viável de otimização da parte húmida.

Saiba mais sobre as vantagens da dispersão ultrassónica na parte húmida das fábricas de papel!

Ultrassons na reciclagem de papel

Nas aplicações de reciclagem, os ultrassons de potência permitem enfrentar alguns dos desafios mais persistentes no processamento de fibras recuperadas. Uma utilização fundamental é a limpeza das fibras e a remoção de contaminantes. A cavitação ultrassónica ajuda a desprender sujidade, óleos, tintas de impressão, corantes e resíduos de verniz das superfícies das fibras. Nas operações de destintagem, os ultrassons melhoram o desprendimento e a dispersão das partículas de tinta, aumentando a eficiência da flotação ou da lavagem e permitindo níveis de brancura mais elevados com uma utilização reduzida de produtos químicos.
Os ultrassons também contribuem para a redução microbiana nos sistemas de águas brancas. Ao provocar mecanicamente a rutura de células microbianas e biofilmes, o tratamento ultrassónico pode diminuir as cargas microbianas sem depender exclusivamente de biocidas. Isto favorece circuitos de água de processo mais limpos e pode reduzir o odor, a formação de limo e os riscos de bioincrustação.
Outra aplicação importante relacionada com a reciclagem é a desidratação. A energia ultrassónica pode melhorar as características de drenagem das suspensões de fibras ao modificar as redes de fibras e reduzir a água ligada. Uma desidratação melhorada pode aumentar a eficiência das prensas e da tela, diminuindo as necessidades de energia térmica nas etapas de secagem subsequentes.
 

Energia de sonicação em função do tempo de drenagem (em minutos) para a preparação de nanopapel (correspondente à amostra CNF(1)LA).
100 J/ml de energia de sonicação correspondem a 100 segundos de sonicação, etc.
(Estudo e imagem: ©Sethi et al., 2018)

Aplicações de processo adicionais

Além do tratamento das fibras e da água, os ultrassons de potência são utilizados para homogeneizar e dispersar suspensões de pasta de papel e aditivos. A homogeneização ultrassónica assegura uma distribuição uniforme de cargas, pigmentos, polímeros e aditivos funcionais, melhorando a eficiência dos produtos químicos e a consistência do produto. Os ultrassons também são utilizados em processos de pulverização e revestimento, nos quais os bicos ultrassónicos geram gotículas finas e uniformes para a aplicação precisa de revestimentos, agentes de colagem ou camadas funcionais nas superfícies do papel.

Integração em linha e implementação industrial

Uma vantagem fundamental da tecnologia ultrassónica é que a maioria das aplicações pode ser implementada em linha, permitindo às fábricas integrar reatores ultrassónicos nos circuitos de processo existentes sem grandes alterações de conceção. Os sistemas ultrassónicos de fluxo contínuo podem ser dimensionados linearmente e adaptados a consistências, caudais e objetivos de processo específicos.
Com uma seleção e integração adequadas do sistema, os ultrassons de potência tornam-se uma ferramenta flexível de intensificação de processos, em vez de um tratamento autónomo. Fornecedores de equipamentos como a Hielscher Ultrasonics apoiam as fábricas na seleção e configuração de sistemas ultrassónicos de nível industrial adaptados a desafios específicos do fabrico ou da reciclagem de papel.

Melhore a qualidade do papel e reduza os custos

Desde a melhoria do desenvolvimento e da dispersão das fibras até à viabilização de uma reciclagem mais limpa e de um funcionamento mais estável da parte húmida, os ultrassons de potência oferecem uma vasta gama de aplicações nas fábricas de papel. A sua capacidade de melhorar os processos físicos e químicos, reduzindo simultaneamente o consumo de energia, água e produtos químicos, torna os ultrassons uma tecnologia cada vez mais atrativa tanto para novas instalações como para a modernização de instalações existentes. À medida que a sustentabilidade e a eficiência continuam a moldar a indústria do papel, o processamento ultrassónico apresenta-se como uma solução prática e escalável para o fabrico de papel moderno.

A tabela abaixo dá uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores:

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os sonicadores Hielscher são bem conhecidos pelos seus padrões de qualidade e conceção do mais alto nível. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos sonicadores em instalações industriais. Os sonicadores Hielscher lidam facilmente com condições adversas e ambientes exigentes.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e dá especial ênfase a sonicadores de elevado desempenho que incorporam tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os sonicadores Hielscher estão em conformidade com os requisitos CE e cumprem os requisitos UL, CSA e RoHs.