Ультразвук в производстве бумаги

Мощный ультразвук стал универсальной и энергоэффективной технологией обработки на современных бумажных фабриках. Вводя высокоинтенсивные ультразвуковые волны в жидкие среды или суспензии, фабрики могут использовать эффекты кавитации – образование и схлопывание микроскопических пузырьков – для улучшения смешивания, массопереноса, модификации волокон и удаления загрязнений. По мере того как при производстве первичного волокна и переработке макулатуры возрастают требования к снижению энергопотребления, расхода воды и потребности в химических реагентах, ультразвуковая технология предлагает привлекательный набор решений для обработки в потоке, готовых к внедрению в существующее оборудование.

Ультразвук в производстве бумаги

В производстве бумаги ультразвуковые системы применяются прежде всего для повышения качества бумажной массы, улучшения свойств волокон и повышения стабильности процесса. Одно из важных применений – дегазация суспензий целлюлозной массы. Воздух, захваченный бумажной массой, может вызывать водяные пятна, полосы и дефекты формирования листа, которые непосредственно снижают качество бумаги. Ультразвуковая дегазация эффективно удаляет растворённые и захваченные газы из суспензий целлюлозной массы, стабилизируя работу мокрой части бумагоделательной машины и помогая предотвращать видимые дефекты без дополнительных химических реагентов.
Ещё одно важное применение – усиление фибрилляции волокон. Мощный ультразвук способствует внешней и внутренней фибрилляции волокон целлюлозной массы, создавая посредством кавитации интенсивные локальные сдвиговые силы. Это может частично заменить или усилить традиционные стадии размола и рафинирования. По сравнению с одним лишь механическим рафинированием обработка ультразвуком позволяет достичь сопоставимой или более высокой степени разработки волокон при меньшем энергопотреблении. При этом прочность волокон сохраняется, а в некоторых случаях повышается, поскольку ультразвук способствует контролируемой фибрилляции, а не чрезмерному укорачиванию волокон. Ультразвуковая энергия также может способствовать химическим реакциям, связанным с модификацией волокон, например окислительным процессам или процессам отбеливания, повышая эффективность и равномерность реакций.

Ультразвук также может способствовать дезинтеграции целлюлозной массы как при разложении древесной щепы на волокнистую массу, так и при повторном роспуске макулатуры. Кавитация ускоряет разделение волокон и ослабляет связи между волокнами, наполнителями, печатными красками и покрытиями, повышая эффективность получения волокнистой массы и сокращая время обработки.

Обработка ультразвуком в мокрой части бумагоделательной машины

Бумажные производства всё чаще признают, что улучшение работы мокрой части бумагоделательной машины в большей степени определяется эффективностью использования химических реагентов, чем увеличением дозировок добавок. Поэтому ультразвуковое диспергирование привлекает внимание как передовая технология обработки для контролируемой активации и гомогенизации добавок мокрой части перед их введением в бумажную массу. Мощный ультразвук создаёт обусловленные кавитацией сдвиговые силы, которые вызывают деагломерацию частиц и способствуют равномерному диспергированию полимеров, наполнителей и эмульсий в технологических потоках. Такое улучшенное диспергирование обеспечивает более предсказуемые взаимодействия химических реагентов с волокнами, улучшает удержание компонентов и формирование листа, повышает стабильность процесса и одновременно снижает общую потребность в химических реагентах и энергопотребление. Благодаря возможности линейного масштабирования и наличию промышленных ультразвуковых систем Hielscher Ultrasonics ультразвуковое диспергирование прошло путь от лабораторных исследований до полномасштабного внедрения в качестве технически надёжного и экономически оправданного способа оптимизации работы мокрой части бумагоделательной машины.

Узнайте больше о преимуществах ультразвукового диспергирования в мокрой части бумагоделательных машин на бумажных фабриках!

Ультразвук в переработке макулатуры

При переработке макулатуры мощный ультразвук помогает решать некоторые из наиболее устойчивых проблем обработки вторичного волокна. Одно из основных применений – очистка волокон и удаление загрязнений. Ультразвуковая кавитация помогает отделять грязь, масла, печатные краски, красители и остатки лаков от поверхности волокон. В процессах удаления печатной краски ультразвук усиливает отделение и диспергирование частиц краски, повышая эффективность флотации или промывки и позволяя достичь более высокой белизны при меньшем расходе химических реагентов.
Ультразвук также способствует снижению количества микроорганизмов в системах оборотной воды. Механически разрушая микробные клетки и биоплёнки, обработка ультразвуком может снижать микробную нагрузку без необходимости полагаться исключительно на биоциды. Это помогает поддерживать более чистые контуры технологической воды и может уменьшать запах, образование слизи и риски биологического обрастания.
Ещё одно важное применение при переработке макулатуры – обезвоживание. Ультразвуковая энергия может улучшать водоотдачу волокнистых суспензий, изменяя структуру волокнистых сетей и уменьшая количество связанной воды. Улучшенное обезвоживание может повысить эффективность прессовой и сеточной частей, снижая потребность в тепловой энергии на последующих стадиях сушки.
 

Зависимость времени отвода воды (в минутах) от энергии обработки ультразвуком при изготовлении нанобумаги (для образца CNF(1)LA).
Энергия обработки ультразвуком 100 J/ml соответствует 100 секундам обработки ультразвуком и т. д.
(Исследование и изображение: ©Sethi et al., 2018)

Дополнительные технологические применения

Помимо обработки волокон и воды, мощный ультразвук используется для гомогенизации и диспергирования суспензий бумажной массы и добавок. Ультразвуковая гомогенизация обеспечивает равномерное распределение наполнителей, пигментов, полимеров и функциональных добавок, повышая эффективность использования химических реагентов и стабильность характеристик продукции. Ультразвук также применяется в процессах распыления и нанесения покрытий, где ультразвуковые форсунки создают мелкие однородные капли для точного нанесения покрытий, проклеивающих веществ или функциональных слоёв на поверхность бумаги.

Интеграция в поточные процессы и промышленное внедрение

Ключевое преимущество ультразвуковой технологии заключается в том, что большинство её применений можно реализовать в потоке, позволяя фабрикам встраивать ультразвуковые реакторы в существующие технологические контуры без существенного изменения конструкции. Проточные ультразвуковые системы можно линейно масштабировать и адаптировать к конкретным концентрациям массы, расходам и целям процесса.
При правильном выборе и интеграции системы мощный ультразвук становится гибким инструментом интенсификации процессов, а не отдельным методом обработки. Поставщики оборудования, такие как Hielscher Ultrasonics, помогают фабрикам выбирать и конфигурировать промышленные ультразвуковые системы с учётом конкретных задач производства бумаги или переработки макулатуры.

Повышайте качество бумаги и снижайте затраты

Мощный ультразвук имеет широкий спектр применений на бумажных фабриках – от улучшения разработки и диспергирования волокон до обеспечения более чистой переработки макулатуры и более стабильной работы мокрой части бумагоделательной машины. Способность улучшать физические и химические процессы при одновременном снижении потребления энергии, воды и химических реагентов делает ультразвук всё более привлекательной технологией как для новых установок, так и для модернизации существующих. По мере того как экологическая устойчивость и эффективность продолжают определять развитие бумажной промышленности, ультразвуковая обработка становится практичным и масштабируемым решением для современного производства бумаги.

Приведённая ниже таблица даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых аппаратов:

Проектирование, производство и консультации – качество из Германии

Ультразвуковые аппараты Hielscher известны своим высочайшим качеством и высочайшими стандартами проектирования. Прочность и простота эксплуатации обеспечивают беспроблемную интеграцию наших ультразвуковых аппаратов в промышленные установки. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с тяжёлыми условиями и требовательными рабочими средами.

Hielscher Ultrasonics – компания, сертифицированная по ISO, которая уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, сочетающим самые современные технологии и удобство использования. Разумеется, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и удовлетворяют требованиям UL, CSA и RoHs.