Ultraljud vid papperstillverkning

Högeffektsultraljud har etablerat sig som en mångsidig och energieffektiv processteknik i moderna pappersbruk. Genom att tillföra högintensiva ultraljudsvågor till vätske- eller suspensionssystem kan bruken utnyttja kavitationseffekter – bildning och kollaps av mikroskopiska bubblor – för att förbättra blandning, massöverföring, fibermodifiering och avlägsnande av föroreningar. När både produktion av nyfiber och bearbetning av returpapper möter allt större krav på minskad energianvändning, vattenförbrukning och kemikaliebehov erbjuder ultraljudstekniken en rad attraktiva inline-lösningar som är förberedda för efterinstallation.

Ultraljud vid papperstillverkning

Vid papperstillverkning används ultraljudssystem främst för att förbättra mäldkvaliteten, fiberegenskaperna och processtabiliteten. En viktig tillämpning är avgasning av massasuspensioner. Innesluten luft i mälden kan orsaka vattenmärken, strimmor och formeringsfel som direkt försämrar papperskvaliteten. Ultraljuds avgasning avlägsnar effektivt lösta och inneslutna gaser från massasuspensioner, stabiliserar våtpartiet och bidrar till att förebygga synliga defekter utan ytterligare kemikalier.
En annan viktig tillämpning är förbättrad fiberfibrillering. Högeffektsultraljud främjar yttre och inre fibrillering av massafibrer genom att generera intensiva lokala skjuvkrafter via kavitation. Detta kan delvis ersätta eller förbättra konventionella malnings- och raffineringssteg. Jämfört med enbart mekanisk raffinering kan ultraljudsbehandling uppnå likvärdig eller förbättrad fiberutveckling med lägre energiförbrukning. Fiberstyrkan bibehålls, och förbättras i vissa fall, eftersom ultraljud främjar kontrollerad fibrillering snarare än överdriven fiberkapning. Ultraljudsenergi kan också understödja kemiska reaktioner för fibermodifiering, såsom oxidations- eller blekningsprocesser, vilket förbättrar reaktionernas effektivitet och jämnhet.

Ultraljud kan dessutom underlätta upplösning av massa, antingen när träflis bryts ned till massa eller när returpapper återupplöses. Kavitation påskyndar fiberseparationen och försvagar bindningarna mellan fibrer, fyllmedel, tryckfärger och bestrykningar, vilket effektiviserar massaupplösningen och förkortar bearbetningstiden.

Ultraljudsbehandling i våtpartiet

Inom papperstillverkningen inser man i allt högre grad att förbättringar av våtpartiets prestanda beror mer på hur effektivt kemikalierna utnyttjas än på högre tillsatsdoseringar. Därför får ultraljudsdispergering allt större uppmärksamhet som en avancerad processteknik för kontrollerad aktivering och homogenisering av våtpartitillsatser innan de tillsätts mälden. Högeffektsultraljud genererar kavitationsinducerade skjuvkrafter som bryter upp partikelagglomerat och främjar jämn dispergering av polymerer, fyllmedel och emulsioner i inline-procesströmmar. Denna förbättrade dispergering leder till mer förutsägbara interaktioner mellan kemikalier och fibrer, förbättrad retention och arkformering samt ökad processtabilitet, samtidigt som det totala kemikaliebehovet och energiförbrukningen minskar. Tack vare linjär skalbarhet och tillgången till ultraljudssystem för industriellt bruk från Hielscher Ultrasonics har ultraljudsdispergering utvecklats från studier i laboratorieskala till fullskalig implementering som en tekniskt robust och ekonomiskt hållbar strategi för optimering av våtpartiet.

Läs mer om fördelarna med ultraljudsdispergering i pappersbrukens våtparti!

Ultraljud vid pappersåtervinning

Vid återvinning används högeffektsultraljud för att hantera några av de mest svårlösta utmaningarna inom bearbetning av returfibrer. En central användning är fiberrengöring och avlägsnande av föroreningar. Ultraljudskavitation hjälper till att lossa smuts, oljor, tryckfärger, färgämnen och lackrester från fiberytor. Vid avsvärtning förbättrar ultraljud lossningen och dispergeringen av tryckfärgspartiklar, vilket effektiviserar flotation eller tvättning och möjliggör högre ljushet med mindre kemikalietillsats.
Ultraljud bidrar också till att minska mängden mikroorganismer i bakvattensystem. Genom att mekaniskt bryta sönder mikrobiella celler och biofilmer kan ultraljudsbehandling minska den mikrobiella belastningen utan att enbart förlita sig på biocider. Detta bidrar till renare processvattenkretslopp och kan minska lukt, slembildning och risken för biologisk påväxt.
En annan viktig återvinningsrelaterad tillämpning är avvattning. Ultraljudsenergi kan förbättra fibersuspensioners avvattningsegenskaper genom att modifiera fibernätverk och minska mängden bundet vatten. Förbättrad avvattning kan öka effektiviteten i press- och virapartierna och därmed minska behovet av värmeenergi i efterföljande torksteg.
 

Ultraljudsenergi i förhållande till avvattningstid (i minuter) vid framställning av nanopapper (motsvarande provet CNF(1)LA).
100 J/ml ultraljudsenergi motsvarar 100 sekunders ultraljudsbehandling osv.
(Studie och bild: ©Sethi et al., 2018)

Ytterligare processtillämpningar

Utöver fiber- och vattenbehandling används högeffektsultraljud för homogenisering och dispergering av massasuspensioner och tillsatser. Ultraljudshomogenisering säkerställer en jämn fördelning av fyllmedel, pigment, polymerer och funktionella tillsatser, vilket förbättrar kemikalieeffektiviteten och produktens jämnhet. Ultraljud används också i sprutnings- och bestrykningsprocesser, där ultraljudsmunstycken genererar fina, enhetliga droppar för exakt applicering av bestrykningar, limningsmedel eller funktionella skikt på pappersytor.

Inline-integrering och industriell implementering

En central fördel med ultraljudsteknik är att de flesta tillämpningar kan genomföras inline, vilket gör att bruken kan efterinstallera ultraljudsreaktorer i befintliga processkretsar utan omfattande ombyggnad. Genomströmningssystem för ultraljud kan skalas linjärt och anpassas till specifika massakoncentrationer, flöden och processmål.
Med rätt systemval och integrering blir högeffektsultraljud ett flexibelt verktyg för processintensifiering snarare än en fristående behandling. Utrustningsleverantörer som Hielscher Ultrasonics hjälper bruken att välja och konfigurera ultraljudssystem för industriellt bruk, anpassade till specifika utmaningar inom papperstillverkning eller återvinning.

Förbättra papperskvaliteten och sänk kostnaderna

Högeffektsultraljud erbjuder ett brett spektrum av tillämpningar i pappersbruk, från förbättrad fiberutveckling och dispergering till renare återvinning och stabilare drift av våtpartiet. Förmågan att förbättra fysikaliska och kemiska processer samtidigt som energi-, vatten- och kemikalieförbrukningen minskar gör ultraljud till en alltmer attraktiv teknik för både nyinstallationer och efterinstallationer. När hållbarhet och effektivitet fortsätter att forma pappersindustrin framstår ultraljudsbehandling som en praktisk och skalbar lösning för modern papperstillverkning.

Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Konstruktion, tillverkning och rådgivning – kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielschers ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och konstruktionsstandarder. Robusthet och enkel användning möjliggör smidig integrering av våra ultraljudsapparater i industrianläggningar. Hielschers ultraljudsapparater klarar enkelt tuffa förhållanden och krävande miljöer.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och hög användarvänlighet. Självklart är Hielschers ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.