Ультразвук у виробництві паперу

Потужний ультразвук став універсальною та енергоефективною технологією процесу в сучасних паперових фабриках. Впроваджуючи високоефективні ультразвукові хвилі в рідкі або суспензійні системи, фабрики можуть використовувати ефекти кавітації – утворення та колапс мікроскопічних бульбашок – для покращення змішування, масопереносу, модифікації волокна та видалення забруднювачів. Оскільки як виробництво первинного волокна, так і переробка макулатури стикаються з наростаючим тиском щодо зменшення споживання енергії, води та хімічних реагентів, ультразвукова технологія пропонує переконливий набір вбудованих рішень, готових до модернізації.

Ультразвук у виробництві паперу

У виробництві паперу ультразвукові системи переважно застосовуються для покращення якості маси, характеристик волокна та стабільності процесу. Важливим застосуванням є дегазація целюлозних суспензій. Повітря, захоплене в масі, може спричиняти водяні знаки, смуги та дефекти формування, які безпосередньо знижують якість паперу. Ультразвукова дегазація ефективно видаляє розчинені та захоплені гази з целюлозних суспензій, стабілізуючи мокру частину та допомагаючи запобігати візуальним дефектам без додаткових хімічних реагентів.
Іншим великим застосуванням є посилення фібріляції волокна. Потужний ультразвук сприяє зовнішній та внутрішній фібріляції целюлозних волокон, генеруючи інтенсивні локальні зсувні сили через кавітацію. Це може частково замінити або посилити традиційні етапи розмелювання та рафінування. Порівняно лише з механічним рафінуванням, ультразвукова обробка може досягти подібного або покращеного розвитку волокна, споживаючи менше енергії. Важливо, що міцність волокна зберігається, а в деяких випадках покращується, оскільки ультразвук сприяє контрольованій фібріляції, а не надмірному різанню волокна. Ультразвукова енергія також може сприяти хімічним реакціям, пов’язаним з модифікацією волокна, таким як окисні або відбілюючі процеси, покращуючи ефективність та однорідність реакції.

Ультразвук може додатково підтримувати розщеплення целюлози, як під час подрібнення деревної тріски в целюлозу, так і під час розмелювання макулатури. Кавітація прискорює розділення волокон і послаблює зв’язки між волокнами, наповнювачами, чорнилами та покриттями, покращуючи ефективність целюлозування та скорочуючи час обробки.

Ультразвукова обробка у мокрій частині

Паперові виробництва дедалі більше усвідомлюють, що покращення характеристик мокрої частини залежать більше від ефективності використання хімічних реагентів, ніж від збільшення дозування добавок. Внаслідок цього ультразвукова дисперсія привертає увагу як передова технологія процесу для контрольованої активації та гомогенізації добавок мокрої частини перед додаванням маси. Ультразвук високої потужності генерує зсувні сили, спричинені кавітацією, які дезагломерують частинки та сприяють однорідній дисперсії полімерів, наповнювачів та емульсій у вбудованих потоках процесу. Ця посилена дисперсія призводить до більш передбачуваної взаємодії хімічних реагентів із волокном, покращеного утримання та формування полотна, а також підвищеної стабільності процесу, одночасно зменшуючи загальну потребу в хімічних реагентах та споживання енергії. Завдяки лінійній масштабованості та наявності промислових систем соникаторів від Hielscher Ultrasonics, ультразвукова дисперсія перейшла від лабораторних досліджень до повномасштабної реалізації як технічно надійної та економічно вигідної стратегії оптимізації мокрої частини.

Дізнайтеся більше про переваги ультразвукової дисперсії у мокрій частині паперових фабрик!

Ультразвук у переробці паперу

У застосуваннях з переробки потужний ультразвук вирішує деякі з найбільш стійких проблем у переробці вторинного волокна. Ключовим використанням є очищення волокна та видалення забруднювачів. Ультразвукова кавітація допомагає відокремлювати бруд, олії, друкарські фарби, барвники та залишки лаків від поверхонь волокон. У процесах видалення фарби ультразвук посилює відокремлення та дисперсію частинок фарби, покращуючи ефективність флотації або промивання та дозволяючи досягати вищих рівнів яскравості зі зменшеним вмістом хімічних реагентів.
Ультразвук також сприяє зменшенню мікробного забруднення в системах білої води. Механічно руйнуючи мікробні клітини та біоплівки, ультразвукова обробка може знижувати мікробне навантаження, не покладаючись виключно на біоциди. Це сприяє чистішим циклам технологічної води та може зменшити запах, утворення слизу та ризики біообростання.
Іншим важливим застосуванням, пов’язаним з переробкою, є зневоднення. Ультразвукова енергія може покращити характеристики дренажу целюлозних суспензій, модифікуючи мережі волокон та зменшуючи зв’язану воду. Посилене зневоднення може підвищити ефективність пресів та сіток, знижуючи потребу в тепловій енергії на наступних етапах сушіння.
 

Енергія ультразвукової обробки проти часу дренажу (в хвилинах) для підготовки нанопаперу (відповідає зразку CNF(1)LA).
100 J/ml енергії ультразвукової обробки відповідає 100 секундам ультразвукової обробки тощо.
(Дослідження та зображення: ©Sethi et al., 2018)

Додаткові застосування процесу

Окрім обробки волокна та води, потужний ультразвук використовується для гомогенізації та дисперсії паперових суспензій та добавок. Ультразвукова гомогенізація забезпечує однорідний розподіл наповнювачів, пігментів, полімерів та функціональних добавок, покращуючи ефективність хімічних реагентів та стабільність продукту. Ультразвук також застосовується у процесах розпилення та нанесення покриттів, де ультразвукові насадки генерують дрібні, однорідні краплі для точного нанесення покриттів, розмірних агентів або функціональних шарів на поверхні паперу.

Вбудована інтеграція та промислова реалізація

Ключовою перевагою ультразвукової технології є те, що більшість застосувань можна впровадити вбудовано, дозволяючи фабрикам модернізувати ультразвукові реактори в існуючих процесних циклах без значного перепроєктування. Проточні ультразвукові системи можна масштабувати лінійно та адаптувати до конкретних концентрацій, об’ємних витрат та цілей процесу.
За правильного вибору та інтеграції системи потужний ультразвук стає гнучким інструментом інтенсифікації процесу, а не автономною обробкою. Постачальники обладнання, такі як Hielscher Ultrasonics, підтримують фабрики у виборі та налаштуванні промислових ультразвукових систем, адаптованих до конкретних завдань виробництва або переробки паперу.

Покращення якості паперу та зменшення витрат

Від покращення розвитку та дисперсії волокна до забезпечення чистішої переробки та стабільнішої роботи мокрої частини, потужний ультразвук пропонує широкий спектр застосувань на паперових фабриках. Його здатність посилювати фізичні та хімічні процеси, одночасно зменшуючи споживання енергії, води та хімічних реагентів, робить ультразвук дедалі привабливішою технологією як для нових установок, так і для модернізації. Оскільки сталий розвиток та ефективність продовжують формувати паперову промисловість, ультразвукова обробка позиціонується як практичне та масштабоване рішення для сучасного паперового виробництва.

 

 

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну пропускну здатність наших ультразвукових апаратів:

Розробка, виробництво та консалтинг – якість, зроблена в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність та простота експлуатації дозволяють легко інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об’єкти. Жорсткі умови та вимогливі середовища легко витримуються ультразвуковими апаратами Hielscher.

Hielscher Ultrasonics – це компанія, сертифікована за ISO, яка приділяє особливу увагу високоефективним ультразвуковим апаратам, що мають передові технології та зручність використання. Звісно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та вимогам UL, CSA та RoHs.