Ultrazvok v proizvodnji papirja

Energijski ultrazvok je postal vsestranska in energetsko učinkovita procesna tehnologija v sodobnih papirnicah. Z uvedbo ultrazvočnih valov visoke intenzivnosti v tekočine ali suspenzijo lahko mlini izkoristijo učinke kavitacije - mikroskopsko nastajanje in razpadanje mehurčkov. – za izboljšanje mešanja, prenosa mase, spreminjanja vlaken in odstranjevanja onesnaževal. Ker se proizvodnja primarnih vlaken in predelava recikliranega papirja soočata z vse večjim pritiskom za zmanjšanje porabe energije, vode in kemikalij, ultrazvočna tehnologija ponuja prepričljiv nabor rešitev, ki so pripravljene za naknadno vgradnjo.

Ultrazvok v proizvodnji papirja

V proizvodnji papirja se ultrazvočni sistemi uporabljajo predvsem za izboljšanje kakovosti materiala, učinkovitosti vlaken in stabilnosti procesa. Pomembna uporaba je odplinjevanje suspenzije celuloze. Zrak, ki se zadržuje v surovini, lahko povzroči vodne znake, proge in napake pri oblikovanju, ki neposredno zmanjšujejo kakovost papirja. Ultrazvočno odplinjevanje učinkovito odstranjuje raztopljene in ujete pline iz suspenzije celuloze, s čimer stabilizira mokri konec in pomaga preprečevati vizualne napake brez dodatnih kemikalij.
Druga pomembna uporaba je izboljšanje fibrilacije vlaken. Zmogljivi ultrazvok spodbuja zunanjo in notranjo fibrilacijo celuloznih vlaken z ustvarjanjem intenzivnih lokaliziranih strižnih sil s kavitacijo. To lahko delno nadomesti ali izboljša običajne faze zbijanja in prečiščevanja. V primerjavi s samim mehanskim rafiniranjem lahko ultrazvočna obdelava doseže podoben ali boljši razvoj vlaken, pri tem pa porabi manj energije. Pomembno je, da se trdnost vlaken ohrani in v nekaterih primerih izboljša, saj ultrazvok spodbuja nadzorovano fibrilacijo namesto pretiranega rezanja vlaken. Ultrazvočna energija lahko pomaga tudi pri kemičnih reakcijah, povezanih z modifikacijo vlaken, kot so oksidacijski ali belilni procesi, kar izboljša učinkovitost in enakomernost reakcije.

Ultrazvok lahko dodatno podpira razpadanje celuloze med razgradnjo lesnih sekancev v celuloze ali med repulacijo predelanega papirja. Kavitacija pospeši ločevanje vlaken in razrahlja vezi med vlakni, polnili, črnili in premazi, kar izboljša učinkovitost razkosavanja in skrajša čas obdelave.

Sonikacija na mokrem koncu

Pri proizvodnji papirja se vse bolj zavedajo, da je izboljšanje učinkovitosti mokrega konca bolj posledica učinkovitosti uporabe kemikalij kot pa večjih odmerkov aditivov. Zato je ultrazvočna disperzija vse bolj priljubljena kot napredna procesna tehnologija za nadzorovano aktivacijo in homogenizacijo dodatkov za mokro obdelavo pred dodajanjem surovin. Ultrazvok visoke moči ustvarja kavitacijske strižne sile, ki deaglomerirajo delce in spodbujajo enakomerno disperzijo polimerov, polnil in emulzij v procesnih tokovih v liniji. Ta izboljšana disperzija vodi do bolj predvidljivih interakcij med kemikalijami in vlakni, boljšega zadrževanja in oblikovanja listov ter večje stabilnosti procesa, hkrati pa zmanjšuje skupno potrebo po kemikalijah in porabo energije. Ultrazvočna disperzija je zaradi svoje linearne razširljivosti in razpoložljivosti industrijskih sonikatorskih sistemov podjetja Hielscher Ultrasonics napredovala od laboratorijskih študij do polne izvedbe kot tehnično zanesljiva in ekonomsko upravičena strategija optimizacije mokrega konca.

Preberite več o prednostih ultrazvočne disperzije v mokrem delu papirnic!

Ultrazvok pri recikliranju papirja

Pri recikliranju se ultrazvok z močjo spopada z nekaterimi najbolj trdovratnimi izzivi pri predelavi predelanih vlaken. Ena od ključnih uporab je čiščenje vlaken in odstranjevanje kontaminantov. Ultrazvočna kavitacija pomaga pri odstranjevanju umazanije, olj, tiskarskih barv, barvil in ostankov laka s površin vlaken. Pri odstranjevanju barvil ultrazvok izboljša ločevanje in disperzijo delcev črnila, kar izboljša učinkovitost flotacije ali pranja in omogoča višje stopnje svetlosti z manjšim vnosom kemikalij.
Ultrazvok prav tako prispeva k zmanjšanju števila mikrobov v vodnih sistemih. Ultrazvočna obdelava lahko z mehanskim razbijanjem mikrobnih celic in biofilmov zmanjša mikrobne obremenitve, ne da bi se pri tem zanašala samo na biocide. To podpira čistejše zanke procesne vode in lahko zmanjša neprijeten vonj, nastajanje blata in tveganja za biološko obraščanje.
Druga pomembna aplikacija, povezana z recikliranjem, je odvodnjavanje. Ultrazvočna energija lahko izboljša lastnosti odvajanja suspenzij vlaken s spreminjanjem mrež vlaken in zmanjšanjem količine vezane vode. Izboljšano odvodnjavanje lahko poveča učinkovitost stiskalnice in žice ter zmanjša potrebo po toplotni energiji v naslednjih fazah sušenja.
 

Energija ultrazvočnega razbijanja v primerjavi s časom odvajanja (v minutah) za pripravo nanopapirja (ustreza vzorcu CNF(1)LA).
100 J / ml ultrazvočne energije ustreza 100 sekundam ultrazvočnega razbijanja itd.
(Študija in slika: ©Sethi et al., 2018)

Dodatne procesne aplikacije

Poleg obdelave vlaken in vode se ultrazvok uporablja tudi za homogenizacijo in dispergiranje papirnih suspenzij in dodatkov. Ultrazvočna homogenizacija zagotavlja enakomerno porazdelitev polnil, pigmentov, polimerov in funkcionalnih dodatkov, kar izboljša kemijsko učinkovitost in doslednost izdelka. Ultrazvok se uporablja tudi v postopkih brizganja in premazovanja, kjer ultrazvočne šobe ustvarjajo drobne, enakomerne kapljice za natančen nanos premazov, sredstev za določanje velikosti ali funkcionalnih plasti na površine papirja.

Integracija in industrijska izvedba

Ključna prednost ultrazvočne tehnologije je, da je večino aplikacij mogoče izvajati inline, kar obratom omogoča naknadno vgradnjo ultrazvočnih reaktorjev v obstoječe procesne zanke brez večjega preoblikovanja. Pretočne ultrazvočne sisteme je mogoče linearno skalirati in prilagoditi posebnim konsistencam, hitrostim pretoka in ciljem procesa.
Z ustrezno izbiro in integracijo sistema postane ultrazvok prožno orodje za intenziviranje procesov in ne samostojno zdravljenje. Dobavitelji opreme, kot je Hielscher Ultrasonics, podpirajo tovarne pri izbiri in konfiguraciji ultrazvočnih sistemov industrijskega razreda, prilagojenih posebnim izzivom proizvodnje papirja ali recikliranja.

Izboljšajte kakovost papirja in zmanjšajte stroške

Od izboljšanja razvoja in disperzije vlaken do čistejšega recikliranja in stabilnejšega delovanja mokrega konca - moč ultrazvoka v papirnicah ponuja široko paleto aplikacij. Zaradi sposobnosti izboljšanja fizikalnih in kemičnih procesov ob zmanjšanju porabe energije, vode in kemikalij je ultrazvok vse bolj privlačna tehnologija tako za nove obrate kot tudi za posodobitve. Ker trajnost in učinkovitost še naprej oblikujeta papirno industrijo, je ultrazvočna obdelava praktična in razširljiva rešitev za sodobno proizvodnjo papirja.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:

Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.