Ultrazvuk pri výrobe papiera

Výkonový ultrazvuk sa v moderných papierňach etabloval ako všestranná a energeticky účinná procesná technológia. Zavádzaním ultrazvukových vĺn s vysokou intenzitou do kvapalných alebo suspenzných systémov môžu papierne využívať kavitačné účinky – vznik a kolaps mikroskopických bublín – na zlepšenie miešania, prenosu hmoty, modifikácie vlákien a odstraňovania nečistôt. Keďže výroba primárnych vlákien aj spracovanie recyklovaného papiera čelia rastúcemu tlaku na znižovanie spotreby energie, vody a chemikálií, ultrazvuková technológia ponúka atraktívny súbor riešení na priame začlenenie do procesnej linky, pripravených na dodatočnú inštaláciu.

Ultrazvuk pri výrobe papiera

Pri výrobe papiera sa ultrazvukové systémy používajú predovšetkým na zlepšenie kvality papieroviny, vlastností vlákien a stability procesu. Jednou z dôležitých aplikácií je odplyňovanie vlákninových suspenzií. Vzduch strhnutý do papieroviny môže spôsobovať vodné škvrny, pruhy a chyby formácie, ktoré priamo znižujú kvalitu papiera. Ultrazvukové odplyňovanie účinne odstraňuje rozpustené a strhnuté plyny z vlákninových suspenzií, stabilizuje mokrú časť papierenského stroja a pomáha predchádzať vizuálnym chybám bez pridávania ďalších chemikálií.
Ďalšou významnou aplikáciou je zintenzívnenie fibrilácie vlákien. Výkonový ultrazvuk podporuje vonkajšiu aj vnútornú fibriláciu vlákien papieroviny tým, že prostredníctvom kavitácie vytvára intenzívne lokálne šmykové sily. Môže tak čiastočne nahradiť alebo zlepšiť bežné stupne mletia a rafinácie. V porovnaní so samotnou mechanickou rafináciou môže ultrazvukové spracovanie dosiahnuť podobný alebo lepší rozvoj vlastností vlákien pri nižšej spotrebe energie. Dôležité je, že pevnosť vlákien sa zachováva a v niektorých prípadoch aj zlepšuje, pretože ultrazvuk podporuje riadenú fibriláciu namiesto nadmerného skracovania vlákien. Ultrazvuková energia môže tiež podporovať chemické reakcie súvisiace s modifikáciou vlákien, napríklad oxidačné alebo bieliace procesy, čím zvyšuje účinnosť a rovnomernosť reakcií.

Ultrazvuk môže ďalej podporovať rozvlákňovanie, či už pri rozklade drevných štiepok na vlákninu, alebo pri opätovnom rozvlákňovaní zberového papiera. Kavitácia urýchľuje oddeľovanie vlákien a uvoľňuje väzby medzi vláknami, plnivami, tlačiarenskými farbami a nátermi, čím zvyšuje účinnosť rozvlákňovania a skracuje čas spracovania.

Sonikácia v mokrej časti papierenského stroja

Papierenské prevádzky si čoraz viac uvedomujú, že zlepšenie výkonnosti mokrej časti papierenského stroja závisí viac od účinnosti využitia chemikálií než od vyšších dávok prísad. Preto ultrazvukové dispergovanie získava pozornosť ako pokročilá procesná technológia na riadenú aktiváciu a homogenizáciu prísad pre mokrú časť pred ich pridaním do papieroviny. Vysokovýkonný ultrazvuk vytvára kavitačné šmykové sily, ktoré rozrušujú aglomeráty častíc a podporujú rovnomerné dispergovanie polymérov, plnív a emulzií v prúdoch procesnej linky. Toto zlepšené dispergovanie vedie k predvídateľnejším interakciám medzi chemikáliami a vláknami, lepšej retencii a formácii papierového listu a vyššej stabilite procesu, pričom zároveň znižuje celkovú spotrebu chemikálií a energie. Vďaka lineárnej škálovateľnosti a dostupnosti priemyselných sonikátorových systémov od spoločnosti Hielscher Ultrasonics sa ultrazvukové dispergovanie posunulo od laboratórnych štúdií k nasadeniu v plnom prevádzkovom rozsahu ako technicky spoľahlivá a ekonomicky životaschopná stratégia optimalizácie mokrej časti papierenského stroja.

Prečítajte si viac o výhodách ultrazvukového dispergovania v mokrej časti papierenských strojov!

Ultrazvuk pri recyklácii papiera

Pri recyklácii výkonový ultrazvuk rieši niektoré z najpretrvávajúcejších problémov pri spracovaní zberových vlákien. Jedným z kľúčových využití je čistenie vlákien a odstraňovanie nečistôt. Ultrazvuková kavitácia pomáha uvoľňovať nečistoty, oleje, tlačiarenské farby, farbivá a zvyšky lakov z povrchu vlákien. Pri odstraňovaní tlačiarenských farieb ultrazvuk zlepšuje uvoľňovanie a dispergovanie ich častíc, čím zvyšuje účinnosť flotácie alebo prania a umožňuje dosiahnuť vyššiu belosť pri nižšej spotrebe chemikálií.
Ultrazvuk tiež prispieva k znižovaniu množstva mikroorganizmov v systémoch sitovej vody. Mechanickým narúšaním mikrobiálnych buniek a biofilmov môže ultrazvukové spracovanie znižovať mikrobiálnu záťaž bez výlučného spoliehania sa na biocídy. Podporuje to čistejšie okruhy procesnej vody a môže znížiť zápach, tvorbu slizu a riziká biologického zanášania.
Ďalšou dôležitou aplikáciou súvisiacou s recykláciou je odvodňovanie. Ultrazvuková energia môže zlepšiť odvodňovacie vlastnosti vlákninových suspenzií úpravou vláknových sietí a znížením množstva viazanej vody. Lepšie odvodňovanie môže zvýšiť účinnosť lisov a sitovej časti, čím sa znižuje potreba tepelnej energie v následných stupňoch sušenia.
 

Energia sonikácie v závislosti od času odvodňovania (v minútach) pri príprave nanopapiera (zodpovedá vzorke CNF(1)LA).
100 J/ml energie sonikácie zodpovedá 100 sekundám sonikácie atď.
(Štúdia a obrázok: ©Sethi et al., 2018)

Ďalšie procesné aplikácie

Okrem úpravy vlákien a vody sa výkonový ultrazvuk používa na homogenizáciu a dispergovanie papierenských suspenzií a prísad. Ultrazvuková homogenizácia zabezpečuje rovnomerné rozloženie plnív, pigmentov, polymérov a funkčných prísad, čím zlepšuje účinnosť chemikálií a rovnomernosť vlastností výrobku. Ultrazvuk sa používa aj pri striekaní a nanášaní náterov, kde ultrazvukové dýzy vytvárajú jemné, rovnomerné kvapôčky na presné nanášanie náterov, glejív alebo funkčných vrstiev na povrch papiera.

Integrácia do procesnej linky a priemyselné nasadenie

Kľúčovou výhodou ultrazvukovej technológie je, že väčšinu aplikácií možno realizovať priamo v procesnej linke, čo papierňam umožňuje dodatočne začleniť ultrazvukové reaktory do existujúcich procesných okruhov bez zásadných konštrukčných zmien. Prietokové ultrazvukové systémy možno lineárne škálovať a prispôsobiť konkrétnym koncentráciám papieroviny, prietokom a procesným cieľom.
Pri správnom výbere a integrácii systému sa výkonový ultrazvuk stáva flexibilným nástrojom na intenzifikáciu procesov namiesto samostatného spracovateľského kroku. Dodávatelia zariadení, ako je Hielscher Ultrasonics, pomáhajú papierňam pri výbere a konfigurácii priemyselných ultrazvukových systémov prispôsobených konkrétnym problémom pri výrobe alebo recyklácii papiera.

Zlepšite kvalitu papiera a znížte náklady

Výkonový ultrazvuk ponúka v papierňach širokú škálu aplikácií, od zlepšenia rozvoja vlastností vlákien a dispergovania až po umožnenie čistejšej recyklácie a stabilnejšej prevádzky mokrej časti papierenského stroja. Vďaka schopnosti zlepšovať fyzikálne a chemické procesy pri súčasnom znižovaní spotreby energie, vody a chemikálií je ultrazvuk čoraz atraktívnejšou technológiou pre nové inštalácie aj dodatočné modernizácie. Keďže udržateľnosť a efektívnosť naďalej formujú papierenský priemysel, ultrazvukové spracovanie sa presadzuje ako praktické a škálovateľné riešenie pre modernú výrobu papiera.

Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej spracovateľskej kapacite našich sonikátorov:

Návrh, výroba a poradenstvo – kvalita vyrobená v Nemecku

Sonikátory Hielscher sú známe najvyššími štandardmi kvality a konštrukčného vyhotovenia. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich sonikátorov do priemyselných prevádzok. Sonikátory Hielscher ľahko zvládajú drsné podmienky a náročné prostredia.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť certifikovaná podľa ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné sonikátory s najmodernejšou technológiou a jednoduchou obsluhou. Sonikátory Hielscher samozrejme spĺňajú požiadavky CE a požiadavky UL, CSA a RoHs.