Ultrazvok pri proizvodnji papirja

Močnostni ultrazvok se je v sodobnih papirnicah uveljavil kot vsestranska in energijsko učinkovita procesna tehnologija. Z uvajanjem ultrazvočnih valov visoke intenzivnosti v tekočine ali suspenzije lahko papirnice izkoristijo učinke kavitacije – nastajanje in implozijo mikroskopskih mehurčkov – za izboljšanje mešanja, prenosa snovi, modifikacije vlaken in odstranjevanja onesnaževal. Ker se tako proizvodnja primarnih vlaken kot predelava recikliranega papirja soočata z vse večjimi zahtevami po zmanjšanju porabe energije, vode in kemikalij, ultrazvočna tehnologija ponuja privlačen nabor rešitev za obdelavo neposredno v procesnem toku, ki jih je mogoče naknadno vgraditi v obstoječe sisteme.

Ultrazvok pri proizvodnji papirja

Pri proizvodnji papirja se ultrazvočni sistemi uporabljajo predvsem za izboljšanje kakovosti papirne mase, lastnosti vlaken in stabilnosti procesa. Pomembna uporaba je razplinjevanje suspenzij vlakninske kaše. Zrak, ujet v papirni masi, lahko povzroči vodne lise, proge in napake pri oblikovanju papirja, ki neposredno zmanjšujejo njegovo kakovost. Ultrazvočno razplinjevanje učinkovito odstranjuje raztopljene in ujete pline iz suspenzij vlakninske kaše, stabilizira mokri del papirnega stroja in pomaga preprečevati vidne napake brez dodatnih kemikalij.
Druga pomembna uporaba je izboljšanje fibrilacije vlaken. Močnostni ultrazvok spodbuja zunanjo in notranjo fibrilacijo vlaken v vlakninski kaši, saj s kavitacijo ustvarja intenzivne lokalizirane strižne sile. S tem lahko delno nadomesti ali izboljša običajne stopnje tolčenja in rafiniranja. V primerjavi s samim mehanskim rafiniranjem lahko ultrazvočna obdelava doseže podobno ali boljšo razvitost vlaken ob manjši porabi energije. Pri tem se trdnost vlaken ohrani, v nekaterih primerih pa celo izboljša, saj ultrazvok spodbuja nadzorovano fibrilacijo namesto čezmernega rezanja vlaken. Ultrazvočna energija lahko pomaga tudi pri kemijskih reakcijah, povezanih z modifikacijo vlaken, kot so oksidacijski postopki ali postopki beljenja, ter izboljša učinkovitost in enakomernost reakcij.

Ultrazvok lahko dodatno podpre razvlaknjevanje, bodisi pri razgradnji lesnih sekancev v vlakninsko kašo bodisi pri ponovnem razvlaknjevanju odpadnega papirja. Kavitacija pospešuje ločevanje vlaken in oslabi vezi med vlakni, polnili, tiskarskimi barvami in premazi, s čimer izboljša učinkovitost razvlaknjevanja in skrajša čas obdelave.

Sonikacija v mokrem delu papirnega stroja

V proizvodnji papirja vse bolj prepoznavajo, da izboljšanje delovanja mokrega dela papirnega stroja bolj temelji na učinkovitosti izrabe kemikalij kot na večjih odmerkih dodatkov. Zato ultrazvočno dispergiranje pridobiva pozornost kot napredna procesna tehnologija za nadzorovano aktivacijo in homogenizacijo dodatkov za mokri del pred njihovim dodajanjem papirni masi. Visokozmogljivi ultrazvok ustvarja strižne sile, ki jih povzroča kavitacija, razgrajuje aglomerate delcev ter spodbuja enakomerno dispergiranje polimerov, polnil in emulzij neposredno v procesnih tokovih. Tako izboljšano dispergiranje omogoča bolj predvidljive interakcije med kemikalijami in vlakni, izboljšano retencijo in oblikovanje papirnega lista ter večjo stabilnost procesa, hkrati pa zmanjšuje skupne potrebe po kemikalijah in porabo energije. Zaradi možnosti linearnega povečevanja obsega in razpoložljivosti industrijskih sonikatorskih sistemov podjetja Hielscher Ultrasonics je ultrazvočno dispergiranje napredovalo od laboratorijskih raziskav do uvedbe v polnem obsegu kot tehnično zanesljiva in ekonomsko upravičena strategija optimizacije mokrega dela papirnega stroja.

Preberite več o prednostih ultrazvočnega dispergiranja v mokrem delu papirnega stroja v papirnicah!

Ultrazvok pri recikliranju papirja

Pri recikliranju močnostni ultrazvok rešuje nekatere najtrdovratnejše izzive pri predelavi pridobljenih sekundarnih vlaken. Ena ključnih uporab je čiščenje vlaken in odstranjevanje onesnaževal. Ultrazvočna kavitacija pomaga ločiti umazanijo, olja, tiskarske barve, barvila in ostanke lakov od površin vlaken. Pri odstranjevanju tiskarske barve ultrazvok izboljša ločevanje in dispergiranje delcev barve, poveča učinkovitost flotacije ali pranja ter omogoča večjo belino ob manjši porabi kemikalij.
Ultrazvok prispeva tudi k zmanjšanju količine mikroorganizmov v sistemih sitove vode. Z mehansko razgradnjo mikrobnih celic in biofilmov lahko ultrazvočna obdelava zmanjša mikrobno obremenitev, ne da bi se zanašala izključno na biocide. To omogoča čistejše krogotoke procesne vode in lahko zmanjša neprijeten vonj, nastajanje sluzi ter tveganja biološkega obraščanja.
Druga pomembna uporaba pri recikliranju je odvodnjavanje. Ultrazvočna energija lahko izboljša odvodnjavanje suspenzij vlaken, tako da spremeni mreže vlaken in zmanjša količino vezane vode. Izboljšano odvodnjavanje lahko poveča učinkovitost stiskalnega in sitovega dela papirnega stroja ter zmanjša potrebe po toplotni energiji v nadaljnjih stopnjah sušenja.
 

Energija sonikacije v odvisnosti od časa odvodnjavanja (v minutah) pri pripravi nanopapirja (za vzorec CNF(1)LA).
100 J/ml energije sonikacije ustreza 100 sekundam sonikacije itd.
(Študija in slika: ©Sethi et al., 2018)

Dodatne procesne uporabe

Poleg obdelave vlaken in vode se močnostni ultrazvok uporablja za homogenizacijo in dispergiranje papirnih suspenzij in dodatkov. Ultrazvočna homogenizacija zagotavlja enakomerno porazdelitev polnil, pigmentov, polimerov in funkcionalnih dodatkov ter izboljša učinkovitost kemikalij in enotnost izdelkov. Ultrazvok se uporablja tudi pri razprševanju in premazovanju, kjer ultrazvočne šobe ustvarjajo drobne, enakomerne kapljice za natančen nanos premazov, klejiv ali funkcionalnih plasti na površine papirja.

Vključitev neposredno v procesni tok in industrijska uvedba

Ključna prednost ultrazvočne tehnologije je, da je večino uporab mogoče izvesti neposredno v procesnem toku, kar papirnicam omogoča naknadno vgradnjo ultrazvočnih reaktorjev v obstoječe procesne krogotoke brez večjih sprememb zasnove. Obseg pretočnih ultrazvočnih sistemov je mogoče linearno povečevati ter jih prilagoditi določenim koncentracijam papirne mase, pretokom in procesnim ciljem.
Ob ustrezni izbiri in vključitvi sistema močnostni ultrazvok postane prilagodljivo orodje za intenzifikacijo procesov namesto samostojne obdelave. Dobavitelji opreme, kot je Hielscher Ultrasonics, papirnicam pomagajo pri izbiri in konfiguraciji industrijskih ultrazvočnih sistemov, prilagojenih posebnim izzivom pri proizvodnji ali recikliranju papirja.

Izboljšajte kakovost papirja in zmanjšajte stroške

Močnostni ultrazvok ponuja širok nabor uporab v papirnicah, od izboljšanja razvitosti in dispergiranja vlaken do omogočanja čistejšega recikliranja in stabilnejšega delovanja mokrega dela papirnega stroja. Zaradi svoje zmožnosti izboljšanja fizikalnih in kemijskih procesov ob hkratnem zmanjševanju porabe energije, vode in kemikalij postaja ultrazvok vse privlačnejša tehnologija tako za nove naprave kot za posodobitve obstoječih. Ker trajnostnost in učinkovitost še naprej oblikujeta papirno industrijo, se ultrazvočna obdelava uveljavlja kot praktična rešitev za sodobno proizvodnjo papirja, katere obseg je mogoče povečevati.

Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:

Načrtovanje, proizvodnja in svetovanje – kakovost iz Nemčije

Ultrazvočne naprave Hielscher so znane po najvišjih standardih kakovosti in zasnove. Robustnost in preprosto upravljanje omogočata nemoteno vključitev naših ultrazvočnih naprav v industrijske obrate. Ultrazvočne naprave Hielscher zlahka obvladujejo težke razmere in zahtevna okolja.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visokozmogljivim ultrazvočnim napravam z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Ultrazvočne naprave Hielscher so seveda skladne z zahtevami CE ter izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.