Ultrazvuk pri výrobe papiera

Výkonový ultrazvuk sa v moderných papierňach stal univerzálnou a energeticky účinnou technológiou. Zavedením ultrazvukových vĺn s vysokou intenzitou do kvapalných alebo kalových systémov môžu celulózky využívať kavitačné efekty - tvorbu a kolaps mikroskopických bublín – na zlepšenie miešania, prenosu hmoty, modifikácie vlákien a odstraňovania kontaminantov. Keďže výroba primárnych vlákien aj spracovanie recyklovaného papiera čelia rastúcemu tlaku na znižovanie spotreby energie, vody a chemických látok, ultrazvuková technológia ponúka presvedčivý súbor inline riešení pripravených na modernizáciu.

Ultrazvuk pri výrobe papiera

Pri výrobe papiera sa ultrazvukové systémy používajú predovšetkým na zlepšenie kvality materiálu, výkonu vlákien a stability procesu. Jednou z dôležitých aplikácií je odplyňovanie suspenzií buničiny. Vtiahnutý vzduch v zásobách môže spôsobovať vodné znaky, pruhy a chyby tvorby, ktoré priamo znižujú kvalitu papiera. Ultrazvukové odplyňovanie účinne odstraňuje rozpustené a zachytené plyny zo suspenzií buničiny, stabilizuje mokrý koniec a pomáha predchádzať vizuálnym defektom bez použitia ďalších chemikálií.
Ďalšou významnou aplikáciou je zlepšenie fibrilácie vlákien. Výkonový ultrazvuk podporuje vonkajšiu a vnútornú fibriláciu celulózových vlákien vytváraním intenzívnych lokalizovaných strihových síl prostredníctvom kavitácie. To môže čiastočne nahradiť alebo zlepšiť konvenčné fázy šľahania a zušľachťovania. V porovnaní so samotným mechanickým zušľachťovaním možno ultrazvukom dosiahnuť podobný alebo lepší vývoj vlákien pri nižšej spotrebe energie. Dôležité je, že pevnosť vlákien sa zachováva a v niektorých prípadoch zlepšuje, pretože ultrazvuk podporuje skôr kontrolovanú fibriláciu než nadmerné rezanie vlákien. Ultrazvuková energia môže tiež napomáhať chemickým reakciám spojeným s modifikáciou vlákien, ako sú oxidačné alebo bieliace procesy, čím sa zvyšuje účinnosť a rovnomernosť reakcií.

Ultrazvuk môže ďalej podporiť dezintegráciu buničiny, a to buď počas rozkladu drevnej štiepky na buničinu, alebo počas repulpovania zberového papiera. Kavitácia urýchľuje separáciu vlákien a uvoľňuje väzby medzi vláknami, plnivami, farbami a nátermi, čím zlepšuje účinnosť rozvlákňovania a skracuje čas spracovania.

Sonikácia v mokrej časti

Výrobcovia papiera si čoraz viac uvedomujú, že zlepšenia konečného výkonu za mokra sú spôsobené skôr efektívnosťou využitia chemikálií ako vyššími dávkami aditív. V dôsledku toho sa ultrazvuková disperzia dostáva do popredia ako pokročilá procesná technológia na riadenú aktiváciu a homogenizáciu prísad pre mokré spracovanie pred pridaním zásob. Vysokovýkonný ultrazvuk vytvára kavitáciou indukované strihové sily, ktoré deaglomerujú častice a podporujú rovnomernú disperziu polymérov, plnív a emulzií v inline procesných prúdoch. Táto zvýšená disperzia vedie k predvídateľnejším interakciám medzi chemickými látkami a vláknami, lepšej retencii a tvorbe fólií a zvýšenej stabilite procesu, pričom sa zároveň znižuje celková potreba chemikálií a spotreba energie. Vďaka svojej lineárnej škálovateľnosti a dostupnosti priemyselných sonikátorových systémov od spoločnosti Hielscher Ultrasonics sa ultrazvuková disperzia posunula od laboratórnych štúdií k plnej implementácii ako technicky robustná a ekonomicky životaschopná stratégia optimalizácie mokrého konca.

Prečítajte si viac o výhodách ultrazvukovej disperzie v mokrej časti papierní!

Ultrazvuk pri recyklácii papiera

V recyklačných aplikáciách rieši výkonový ultrazvuk niektoré z najčastejších problémov pri spracovaní regenerovaných vlákien. Jedným z kľúčových použití je čistenie vlákien a odstraňovanie kontaminantov. Ultrazvuková kavitácia pomáha oddeliť nečistoty, oleje, tlačiarenské farby, farbivá a zvyšky lakov z povrchu vlákien. Pri operáciách odstraňovania farby ultrazvuk zlepšuje oddeľovanie a disperziu častíc farby, čím zlepšuje účinnosť flotácie alebo prania a umožňuje dosiahnuť vyššiu úroveň jasu pri nižšom vstupe chemikálií.
Ultrazvuk tiež prispieva k redukcii mikróbov v systémoch bielej vody. Mechanickým narušením mikrobiálnych buniek a biofilmov môže ultrazvuková úprava znížiť mikrobiálne zaťaženie bez toho, aby sa spoliehala výlučne na biocídy. To podporuje čistejšie okruhy procesnej vody a môže znížiť zápach, tvorbu kalu a riziká biofoulingu.
Ďalšou dôležitou aplikáciou súvisiacou s recykláciou je odvodňovanie. Ultrazvuková energia môže zlepšiť odvodňovacie vlastnosti vláknových suspenzií úpravou sietí vlákien a znížením množstva viazanej vody. Zlepšené odvodňovanie môže zvýšiť účinnosť lisu a drôtu, čím sa zníži potreba tepelnej energie v následných fázach sušenia.
 

Energia sonikácie vs. čas vypúšťania (v minútach) na prípravu nanopapiera (zodpovedá vzorke CNF(1)LA).
100 J/ml 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 dispergáciu papierových suspenzií a prísad. Ultrazvuková homogenizácia zabezpečuje rovnomernú distribúciu plnív, pigmentov, polymérov a funkčných prísad, čím sa zvyšuje chemická účinnosť a konzistencia výrobku. Ultrazvuk sa používa aj v procesoch striekania a nanášania náterov, kde ultrazvukové dýzy vytvárajú jemné, rovnomerné kvapôčky na presné nanášanie náterov, zmäkčovadiel alebo funkčných vrstiev na povrch papiera.

Inline integrácia a priemyselná implementácia

Kľúčovou výhodou ultrazvukovej technológie je, že väčšinu aplikácií možno realizovať inline, čo umožňuje výrobným závodom dodatočne namontovať ultrazvukové reaktory do existujúcich technologických slučiek bez väčších úprav. Prietokové ultrazvukové systémy možno lineárne škálovať a prispôsobovať špecifickým konzistenciám, prietokom a cieľom procesu.
Pri správnom výbere a integrácii systému sa výkonový ultrazvuk stáva skôr flexibilným nástrojom na intenzifikáciu procesov než samostatným ošetrením. Dodávatelia zariadení, ako napríklad Hielscher Ultrasonics, podporujú mlyny pri výbere a konfigurácii ultrazvukových systémov priemyselnej triedy prispôsobených konkrétnym výzvam pri výrobe papiera alebo recyklácii.

Zlepšenie kvality papiera a zníženie nákladov

Výkonný ultrazvuk ponúka v papierňach širokú škálu aplikácií, od zlepšenia vývoja a disperzie vlákien až po čistejšiu recykláciu a stabilnejšiu prevádzku mokrého konca. Jeho schopnosť zlepšiť fyzikálne a chemické procesy a zároveň znížiť spotrebu energie, vody a chemikálií robí z ultrazvuku čoraz atraktívnejšiu technológiu pre nové inštalácie aj modernizácie. Keďže udržateľnosť a efektívnosť naďalej formujú papierenský priemysel, ultrazvukové spracovanie je v pozícii praktického a škálovateľného riešenia pre modernú výrobu papiera.

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:

Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a dizajnovými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie ľahko zvládnu ultrazvukové prístroje Hielscher.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.