Ultrasunetele în fabricarea hârtiei

Ultrasunetele de putere s-au impus ca o tehnologie de proces versatilă și eficientă energetic în fabricile moderne de hârtie. Prin introducerea undelor ultrasonice de intensitate ridicată în sisteme lichide sau în suspensii, fabricile pot valorifica efectele cavitației – formarea și implozia microscopică a bulelor – pentru a îmbunătăți amestecarea, transferul de masă, modificarea fibrelor și îndepărtarea contaminanților. Întrucât atât producția de fibre virgine, cât și procesarea hârtiei reciclate se confruntă cu o presiune tot mai mare de a reduce consumul de energie, consumul de apă și necesarul de substanțe chimice, tehnologia cu ultrasunete oferă un set convingător de soluții inline, pregătite pentru integrarea ulterioară în instalațiile existente.

Ultrasunetele în fabricarea hârtiei

În fabricarea hârtiei, sistemele cu ultrasunete sunt aplicate în principal pentru a îmbunătăți calitatea pastei de hârtie, performanța fibrelor și stabilitatea procesului. O aplicație importantă este degazarea suspensiilor de pastă celulozică. Aerul antrenat în pasta de hârtie poate provoca pete de apă, dungi și defecte de formație care reduc direct calitatea hârtiei. Degazarea cu ultrasunete îndepărtează eficient gazele dizolvate și antrenate din suspensiile de pastă celulozică, stabilizând partea umedă și contribuind la prevenirea defectelor vizuale fără substanțe chimice suplimentare.
O altă aplicație majoră este intensificarea fibrilării fibrelor. Ultrasunetele de putere favorizează fibrilarea externă și internă a fibrelor de celuloză prin generarea, prin cavitație, a unor forțe de forfecare localizate intense. Acest lucru poate înlocui parțial sau poate îmbunătăți etapele convenționale de holendrare și rafinare. Comparativ cu rafinarea exclusiv mecanică, tratamentul cu ultrasunete poate obține o dezvoltare a fibrelor similară sau îmbunătățită, consumând mai puțină energie. Este important că rezistența fibrelor se menține, iar în unele cazuri chiar se îmbunătățește, deoarece ultrasunetele favorizează o fibrilare controlată, în locul tăierii excesive a fibrelor. Energia ultrasonică poate, de asemenea, să sprijine reacțiile chimice asociate modificării fibrelor, cum ar fi procesele oxidative sau de albire, îmbunătățind eficiența și uniformitatea reacțiilor.

Ultrasunetele pot sprijini, de asemenea, dezintegrarea pastei celulozice, fie în timpul descompunerii așchiilor de lemn în pastă, fie în timpul redezintegrării hârtiei recuperate. Cavitația accelerează separarea fibrelor și slăbește legăturile dintre fibre, materiale de umplutură, cerneluri și straturi de acoperire, îmbunătățind eficiența obținerii pastei și reducând timpul de procesare.

Sonicarea în partea umedă

Operatorii din industria hârtiei recunosc tot mai mult că îmbunătățirea performanței părții umede depinde mai degrabă de eficiența utilizării substanțelor chimice decât de dozaje mai mari de aditivi. Ca urmare, dispersia cu ultrasunete câștigă atenție ca tehnologie de proces avansată pentru activarea controlată și omogenizarea aditivilor pentru partea umedă înainte de adăugarea lor în pasta de hârtie. Ultrasunetele de mare putere generează forțe de forfecare induse de cavitație, care dezaglomerează particulele și favorizează dispersia uniformă a polimerilor, materialelor de umplutură și emulsiilor în fluxurile de proces inline. Această dispersie îmbunătățită conduce la interacțiuni mai previzibile între substanțele chimice și fibre, la o retenție și o formație a foii îmbunătățite și la o stabilitate crescută a procesului, reducând totodată necesarul total de substanțe chimice și consumul de energie. Datorită scalabilității sale liniare și disponibilității sistemelor de sonicatoare de calitate industrială de la Hielscher Ultrasonics, dispersia cu ultrasunete a evoluat de la studii la scară de laborator la implementare la scară completă, ca strategie de optimizare a părții umede robustă din punct de vedere tehnic și viabilă din punct de vedere economic.

Citiți mai multe despre avantajele dispersiei cu ultrasunete în partea umedă a fabricilor de hârtie!

Ultrasunetele în reciclarea hârtiei

În aplicațiile de reciclare, ultrasunetele de putere abordează unele dintre cele mai persistente provocări în procesarea fibrelor recuperate. O utilizare esențială este curățarea fibrelor și îndepărtarea contaminanților. Cavitația ultrasonică ajută la desprinderea murdăriei, uleiurilor, cernelurilor de tipar, coloranților și reziduurilor de lac de pe suprafața fibrelor. În operațiunile de îndepărtare a cernelii (de-inking), ultrasunetele intensifică desprinderea și dispersia particulelor de cerneală, îmbunătățind eficiența flotației sau a spălării și permițând niveluri de albeață mai ridicate cu un consum redus de substanțe chimice.
Ultrasunetele contribuie, de asemenea, la reducerea microorganismelor în sistemele de apă albă. Prin distrugerea mecanică a celulelor microbiene și a biofilmelor, tratamentul cu ultrasunete poate reduce încărcătura microbiană fără a se baza exclusiv pe biocide. Acest lucru sprijine circuite de apă de proces mai curate și poate reduce mirosurile, formarea de mâzgă și riscurile de biofouling.
O altă aplicație importantă legată de reciclare este deshidratarea. Energia ultrasonică poate îmbunătăți caracteristicile de drenare ale suspensiilor de fibre prin modificarea rețelelor de fibre și reducerea apei legate. O deshidratare îmbunătățită poate crește eficiența presei și a sitei, reducând necesarul de energie termică în etapele ulterioare de uscare.

Energia de sonicare vs. timpul de drenare (în minute) pentru prepararea nanohârtiei (corespunzătoare probei CNF(1)LA).
100 J/ml de energie de sonicare corespund la 100 de secunde de sonicare etc.
(Studiu și imagine: ©Sethi et al., 2018)

Alte aplicații de proces

Dincolo de tratarea fibrelor și a apei, ultrasunetele de putere sunt utilizate pentru omogenizarea și dispersarea suspensiilor de hârtie și a aditivilor. Omogenizarea cu ultrasunete asigură distribuția uniformă a materialelor de umplutură, pigmenților, polimerilor și aditivilor funcționali, îmbunătățind eficiența substanțelor chimice și consistența produsului. Ultrasunetele sunt aplicate și în procesele de pulverizare și acoperire, în care duzele ultrasonice generează picături fine și uniforme pentru aplicarea precisă a straturilor de acoperire, a agenților de încleiere sau a straturilor funcționale pe suprafața hârtiei.

Integrare inline și implementare industrială

Un avantaj esențial al tehnologiei cu ultrasunete este faptul că majoritatea aplicațiilor pot fi implementate inline, permițând fabricilor să integreze ulterior reactoare cu ultrasunete în circuitele de proces existente, fără reproiectări majore. Sistemele cu ultrasunete cu circulație continuă pot fi scalate liniar și adaptate la consistențe, debite și obiective de proces specifice.
Prin selectarea și integrarea corespunzătoare a sistemului, ultrasunetele de putere devin un instrument flexibil de intensificare a proceselor, mai degrabă decât un tratament independent. Furnizorii de echipamente precum Hielscher Ultrasonics sprijină fabricile în selectarea și configurarea sistemelor cu ultrasunete de calitate industrială, adaptate provocărilor specifice din fabricarea sau reciclarea hârtiei.

Îmbunătățiți calitatea hârtiei și reduceți costurile

De la îmbunătățirea dezvoltării și dispersiei fibrelor până la o reciclare mai curată și o funcționare mai stabilă a părții umede, ultrasunetele de putere oferă o gamă largă de aplicații în fabricile de hârtie. Capacitatea lor de a intensifica procesele fizice și chimice, reducând totodată consumul de energie, apă și substanțe chimice, face din ultrasunete o tehnologie din ce în ce mai atractivă atât pentru instalațiile noi, cât și pentru modernizări. Pe măsură ce sustenabilitatea și eficiența continuă să modeleze industria hârtiei, procesarea cu ultrasunete se poziționează ca o soluție practică și scalabilă pentru fabricarea modernă a hârtiei.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:

Proiectare, fabricație și consultanță – Calitate Made in Germany

Ultrasonicatoarele Hielscher sunt bine cunoscute pentru cele mai înalte standarde de calitate și design. Robustețea și operarea ușoară permit integrarea fără probleme a ultrasonicatoarelor noastre în instalațiile industriale. Condițiile dificile și mediile solicitante sunt gestionate cu ușurință de ultrasonicatoarele Hielscher.

Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și pune un accent deosebit pe ultrasonicatoare de înaltă performanță, dotate cu tehnologie de ultimă generație și ușor de utilizat. Desigur, ultrasonicatoarele Hielscher sunt conforme CE și îndeplinesc cerințele UL, CSA și RoHs.