Ультразвук в производстве бумаги

Мощный ультразвук стал универсальной и энергоэффективной технологией на современных бумажных фабриках. Внедряя ультразвуковые волны высокой интенсивности в жидкие или суспензионные системы, фабрики могут использовать эффект кавитации - образование и схлопывание микроскопических пузырьков – для улучшения смешивания, массопереноса, модификации волокон и удаления загрязнений. Поскольку производство первичного волокна и переработка макулатуры сталкиваются с растущим давлением, требующим снижения энергопотребления, расхода воды и потребности в химикатах, ультразвуковая технология предлагает убедительный набор готовых к модернизации решений.

Ультразвук в производстве бумаги

В бумажном производстве ультразвуковые системы применяются в основном для улучшения качества массы, характеристик волокна и стабильности процесса. Одним из важных применений является дегазация суспензий целлюлозы. Скопившийся в массе воздух может стать причиной появления водяных знаков, разводов и дефектов формирования, которые непосредственно снижают качество бумаги. Ультразвуковая дегазация эффективно удаляет растворенные и увлеченные газы из суспензий целлюлозы, стабилизируя мокрый конец и помогая предотвратить визуальные дефекты без дополнительных химикатов.
Другим важным применением является усиление фибрилляции волокон. Мощный ультразвук способствует внешней и внутренней фибрилляции волокон целлюлозы, создавая интенсивные локализованные сдвиговые силы за счет кавитации. Это может частично заменить или усилить традиционные стадии взбивания и рафинирования. По сравнению с механическим рафинированием ультразвуковая обработка позволяет достичь аналогичного или улучшенного развития волокон при меньших затратах энергии. Важно отметить, что прочность волокна сохраняется, а в некоторых случаях и повышается, поскольку ультразвук способствует контролируемой фибрилляции, а не чрезмерному разрезанию волокна. Ультразвуковая энергия также может способствовать химическим реакциям, связанным с модификацией волокон, таким как окислительные или отбеливающие процессы, повышая эффективность и равномерность реакции.

Ультразвук может также способствовать дезинтеграции целлюлозы, как во время разделения древесной щепы на целлюлозу, так и во время репульпирования макулатуры. Кавитация ускоряет разделение волокон и ослабляет связи между волокнами, наполнителями, красками и покрытиями, повышая эффективность варки и сокращая время обработки.

Обработка звуком в мокрой части

На предприятиях по производству бумаги все чаще признают, что улучшение характеристик мокрого конца в большей степени зависит от эффективности использования химикатов, чем от увеличения дозировки добавок. В результате все большее внимание привлекает ультразвуковое диспергирование как передовая технология для контролируемой активации и гомогенизации добавок для мокрой отделки перед добавлением массы. Мощный ультразвук генерирует сдвиговые силы, вызванные кавитацией, которые деагломерируют частицы и способствуют равномерной дисперсии полимеров, наполнителей и эмульсий в потоках технологического процесса. Такое улучшение дисперсии приводит к более предсказуемому взаимодействию химических веществ и волокон, улучшению удерживания и формирования листов, повышению стабильности процесса, одновременно снижая общую потребность в химикатах и потребление энергии. Благодаря линейной масштабируемости и наличию систем соникаторов промышленного класса от Hielscher Ultrasonics ультразвуковое диспергирование прошло путь от лабораторных исследований до полномасштабного внедрения в качестве технически надежной и экономически целесообразной стратегии оптимизации мокрого конца.

Узнайте больше о преимуществах ультразвукового диспергирования в мокрой части бумажных фабрик!

Ультразвук в переработке бумаги

При переработке вторичного сырья мощный ультразвук решает некоторые из самых сложных задач, связанных с переработкой восстановленного волокна. Одно из основных применений - очистка волокна и удаление загрязнений. Ультразвуковая кавитация помогает удалить грязь, масла, печатные краски, красители и остатки лака с поверхности волокон. В операциях обесцвечивания ультразвук улучшает отрыв и дисперсию частиц краски, повышая эффективность флотации или промывки и обеспечивая более высокие уровни яркости при снижении расхода химикатов.
Ультразвук также способствует уменьшению количества микроорганизмов в системах для белой воды. Механически разрушая микробные клетки и биопленки, ультразвуковая обработка позволяет снизить микробную нагрузку, не прибегая исключительно к биоцидам. Это способствует повышению чистоты контуров технологической воды и снижению неприятного запаха, образования слизи и риска биообрастания.
Еще одно важное применение, связанное с переработкой, - обезвоживание. Ультразвуковая энергия может улучшить дренажные характеристики суспензий волокон за счет модификации волоконных сетей и уменьшения количества связанной воды. Улучшенное обезвоживание может повысить эффективность прессов и проволоки, снижая потребность в тепловой энергии на последующих этапах сушки.
 

Зависимость энергии ультразвука от времени стекания (в минутах) для подготовки нанобумаги (соответствует образцу CNF(1)LA).
100 Дж/мл энергии ультразвуковой обработки соответствует 100 секундам ультразвуковой обработки и т.д.
(Исследование и изображение: ©Sethi et al., 2018)

Дополнительные технологические приложения

Помимо очистки волокна и воды, мощный ультразвук используется для гомогенизации и диспергирования бумажных суспензий и добавок. Ультразвуковая гомогенизация обеспечивает равномерное распределение наполнителей, пигментов, полимеров и функциональных добавок, повышая химическую эффективность и улучшая консистенцию продукта. Ультразвук также применяется в процессах распыления и нанесения покрытий, где ультразвуковые форсунки генерируют мелкие, однородные капли для точного нанесения покрытий, разделительных агентов или функциональных слоев на поверхность бумаги.

Интеграция в линию и промышленное внедрение

Ключевым преимуществом ультразвуковой технологии является то, что большинство приложений могут быть реализованы в поточной линии, что позволяет мельницам модернизировать ультразвуковые реакторы в существующие технологические циклы без существенной перестройки. Проточные ультразвуковые системы можно линейно масштабировать и адаптировать к конкретным консистенциям, скоростям потока и целям процесса.
При правильном выборе и интеграции системы мощный ультразвук становится гибким инструментом интенсификации процесса, а не отдельной процедурой. Поставщики оборудования, такие как Hielscher Ultrasonics, оказывают поддержку фабрикам в выборе и настройке ультразвуковых систем промышленного класса, адаптированных к конкретным задачам бумажного производства или переработки.

Улучшение качества бумаги и снижение затрат

Мощный ультразвук находит широкое применение на бумажных фабриках: от улучшения развития и диспергирования волокон до обеспечения более чистой переработки и более стабильной работы мокрого конца. Его способность улучшать физические и химические процессы при одновременном снижении потребления энергии, воды и химикатов делает ультразвук все более привлекательной технологией как для новых установок, так и для модернизации. Поскольку устойчивость и эффективность продолжают определять развитие бумажной промышленности, ультразвуковая обработка позиционируется как практичное и масштабируемое решение для современного бумажного производства.

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:

Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.