Ultraljud vid papperstillverkning

Kraftultraljud har utvecklats till en mångsidig och energieffektiv processteknik i moderna pappersbruk. Genom att införa högintensiva ultraljudsvågor i vätske- eller uppslamningssystem kan fabriker utnyttja kavitationseffekter - mikroskopisk bubbelbildning och kollaps – för att förbättra blandning, massöverföring, fibermodifiering och borttagning av föroreningar. Eftersom både produktion av jungfrufiber och bearbetning av återvunnet papper står inför ökande tryck för att minska energianvändningen, vattenförbrukningen och efterfrågan på kemikalier, erbjuder ultraljudsteknik en övertygande uppsättning inline, eftermonteringsklara lösningar.

Ultraljud vid papperstillverkning

Inom papperstillverkningen används ultraljudssystem främst för att förbättra massakvaliteten, fiberprestandan och processtabiliteten. En viktig tillämpning är avgasning av massasuspensioner. Medföljande luft i lager kan orsaka vattenstämplar, ränder och formationsdefekter som direkt minskar papperskvaliteten. Ultraljudsavgasning avlägsnar effektivt upplösta och medföljande gaser från massasuspensioner, stabiliserar den våta änden och hjälper till att förhindra visuella defekter utan ytterligare kemikalier.
En annan viktig tillämpning är förstärkning av fiberfibrillering. Effektultraljud främjar extern och intern fibrillering av massafibrer genom att generera intensiva lokaliserade skjuvkrafter genom kavitation. Detta kan delvis ersätta eller förbättra konventionella slag- och raffineringssteg. Jämfört med enbart mekanisk raffinering kan ultraljudsbehandling uppnå liknande eller förbättrad fiberutveckling samtidigt som den förbrukar mindre energi. Det är viktigt att fiberstyrkan bibehålls, och i vissa fall förbättras, eftersom ultraljud främjar kontrollerad fibrillering snarare än överdriven fiberskärning. Ultraljudsenergi kan också hjälpa kemiska reaktioner i samband med fibermodifiering, såsom oxidativa eller blekningsprocesser, vilket förbättrar reaktionseffektiviteten och enhetligheten.

Ultraljud kan ytterligare stödja massans sönderdelning, antingen under nedbrytningen av träflis till massa eller under repulpning av återvunnet papper. Kavitation påskyndar fiberseparation och löser upp bindningen mellan fibrer, fyllmedel, bläck och beläggningar, vilket förbättrar massans effektivitet och minskar bearbetningstiden.

Sonikering i våta änden

Papperstillverkare inser alltmer att förbättringar i wet end-prestanda drivs mer av effektiviteten i kemikalieanvändningen än av högre doser av tillsatser. Som ett resultat av detta uppmärksammas ultraljudsdispergering som en avancerad processteknik för kontrollerad aktivering och homogenisering av tillsatser för våta ändar före tillsats av råmaterial. Högeffektsultraljud genererar kavitationsinducerade skjuvkrafter som deagglomererar partiklar och främjar enhetlig dispersion av polymerer, fyllmedel och emulsioner i inline-processflöden. Denna förbättrade dispersion leder till mer förutsägbara interaktioner mellan kemikalier och fibrer, förbättrad retention och arkbildning samt ökad processtabilitet, samtidigt som det totala behovet av kemikalier och energiförbrukningen minskar. På grund av sin linjära skalbarhet och tillgången på industriella sonikatorsystem från Hielscher Ultrasonics har ultraljudsdispersion gått från laboratorieskala studier till fullskalig implementering som en tekniskt robust och ekonomiskt livskraftig våt slutoptimeringsstrategi.

Läs mer om fördelarna med ultraljudsdispergering i pappersbrukens våta del!

Ultraljud vid pappersåtervinning

I återvinningsapplikationer hanterar kraftultraljud några av de mest ihållande utmaningarna vid bearbetning av återvunna fibrer. En viktig användning är fiberrengöring och borttagning av föroreningar. Ultraljudskavitation hjälper till att lossa smuts, oljor, tryckfärger, färgämnen och lackrester från fiberytor. Vid avfärgning förbättrar ultraljudet avskiljningen och dispersionen av bläckpartiklar, vilket förbättrar flotations- eller tvätteffektiviteten och möjliggör högre ljusstyrka med minskad kemisk insats.
Ultraljud bidrar också till mikrobiell reduktion i vitvattensystem. Genom att mekaniskt störa mikrobiella celler och biofilmer kan ultraljudsbehandling sänka mikrobiella belastningar utan att förlita sig enbart på biocider. Detta stöder renare processvattenslingor och kan minska risken för lukt, slembildning och biofouling.
En annan viktig återvinningsrelaterad applikation är avvattning. Ultraljudsenergi kan förbättra dräneringsegenskaperna hos fibersuspensioner genom att modifiera fibernätverk och minska bundet vatten. Förbättrad avvattning kan öka press- och wireffektiviteten, vilket sänker efterfrågan på termisk energi i efterföljande torkningssteg.
 

Ultraljudsbehandling energi vs dräneringstid (i minuter) för nanopapper beredning (motsvarande CNF (1) LA prov).
100 J/ml ultraljudsbehandling energi motsvarar 100 sekunders ultraljudsbehandling osv.
(Studie och bild: ©Sethi et al., 2018)

Ytterligare processapplikationer

Utöver fiber- och vattenbehandling används kraftultraljud för homogenisering och dispergering av pappersslam och tillsatser. Ultraljudshomogenisering säkerställer enhetlig fördelning av fyllmedel, pigment, polymerer och funktionella tillsatser, vilket förbättrar kemisk effektivitet och produktkonsistens. Ultraljud används också i sprut- och beläggningsprocesser, där ultraljudsmunstycken genererar fina, enhetliga droppar för exakt applicering av beläggningar, limningsmedel eller funktionella lager på pappersytor.

Inline-integration och industriell implementering

En viktig fördel med ultraljudstekniken är att de flesta applikationer kan implementeras inline, vilket gör att fabrikerna kan eftermontera ultraljudsreaktorer i befintliga processlingor utan större ombyggnader. Ultraljudssystem med genomströmning kan skalas linjärt och anpassas till specifika konsistenser, flödeshastigheter och processmål.
Med rätt systemval och integration blir kraftultraljud ett flexibelt verktyg för processintensifiering snarare än en fristående behandling. Utrustningsleverantörer som Hielscher Ultrasonics hjälper fabriker att välja och konfigurera ultraljudssystem av industriell kvalitet som är skräddarsydda för specifika utmaningar inom papperstillverkning eller återvinning.

Förbättra papperskvaliteten och minska kostnaderna

Från att förbättra fiberutvecklingen och dispersionen till att möjliggöra renare återvinning och stabilare drift av våtdelen, erbjuder kraftultraljud ett brett utbud av applikationer i pappersbruk. Dess förmåga att förbättra fysiska och kemiska processer och samtidigt minska energi-, vatten- och kemikalieförbrukningen gör ultraljud till en alltmer attraktiv teknik för både nya installationer och eftermontering. Eftersom hållbarhet och effektivitet fortsätter att forma pappersindustrin, är ultraljudsbearbetning positionerad som en praktisk och skalbar lösning för modern papperstillverkning.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel drift möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industriella anläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultraljudsapparater.

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