Siêu âm trong sản xuất giấy

Siêu âm công suất đã trở thành một công nghệ xử lý đa năng và tiết kiệm năng lượng trong các nhà máy giấy hiện đại. Bằng cách đưa sóng siêu âm cường độ cao vào các hệ chất lỏng hoặc huyền phù, các nhà máy có thể khai thác hiệu ứng xâm thực – sự hình thành và sụp đổ của các bọt khí vi mô – để cải thiện quá trình trộn, truyền khối, biến tính xơ sợi và loại bỏ tạp chất. Khi cả hoạt động sản xuất xơ sợi nguyên sinh lẫn xử lý giấy tái chế đều chịu áp lực ngày càng lớn về việc giảm sử dụng năng lượng, tiêu thụ nước và nhu cầu hóa chất, công nghệ siêu âm mang đến một loạt giải pháp trực tuyến hấp dẫn, sẵn sàng tích hợp vào hệ thống hiện có.

Siêu âm trong sản xuất giấy

Trong sản xuất giấy, các hệ thống siêu âm chủ yếu được ứng dụng để cải thiện chất lượng phối liệu bột giấy, tính năng của xơ sợi và độ ổn định của quá trình. Một ứng dụng quan trọng là khử khí trong huyền phù bột giấy. Không khí cuốn theo trong phối liệu bột giấy có thể gây ra vết nước, vệt sọc và khuyết tật tạo hình, trực tiếp làm giảm chất lượng giấy. Khử khí bằng siêu âm loại bỏ hiệu quả các khí hòa tan và khí cuốn theo khỏi huyền phù bột giấy, giúp ổn định phần ướt và ngăn ngừa các khuyết tật ngoại quan mà không cần bổ sung hóa chất.
Một ứng dụng chính khác là tăng cường sự tơ hóa của xơ sợi. Siêu âm công suất thúc đẩy tơ hóa bên ngoài và bên trong xơ sợi bột giấy bằng cách tạo ra lực cắt cục bộ mạnh thông qua hiện tượng xâm thực. Điều này có thể thay thế một phần hoặc tăng cường các công đoạn đánh tơi và nghiền tinh thông thường. So với chỉ nghiền tinh cơ học, xử lý siêu âm có thể đạt mức phát triển xơ sợi tương đương hoặc tốt hơn trong khi tiêu thụ ít năng lượng hơn. Điều quan trọng là độ bền xơ sợi được duy trì, và trong một số trường hợp còn được cải thiện, vì siêu âm thúc đẩy sự tơ hóa có kiểm soát thay vì cắt xơ sợi quá mức. Năng lượng siêu âm cũng có thể hỗ trợ các phản ứng hóa học liên quan đến biến tính xơ sợi, chẳng hạn như các quá trình oxy hóa hoặc tẩy trắng, giúp cải thiện hiệu suất và độ đồng đều của phản ứng.

Siêu âm còn có thể hỗ trợ phân rã bột giấy, cả trong quá trình phân rã dăm gỗ thành bột giấy lẫn khi đánh tơi lại giấy thu hồi thành bột. Hiện tượng xâm thực đẩy nhanh sự tách xơ sợi và làm lỏng các liên kết giữa xơ sợi, chất độn, mực và lớp phủ, giúp cải thiện hiệu suất tạo bột và giảm thời gian xử lý.

Xử lý siêu âm tại phần ướt

Các cơ sở sản xuất giấy ngày càng nhận thấy rằng việc cải thiện hiệu quả hoạt động của phần ướt phụ thuộc nhiều hơn vào hiệu quả sử dụng hóa chất so với việc tăng liều lượng phụ gia. Do đó, phân tán bằng siêu âm đang được quan tâm như một công nghệ xử lý tiên tiến để hoạt hóa có kiểm soát và đồng nhất hóa các phụ gia phần ướt trước khi bổ sung vào phối liệu bột giấy. Siêu âm công suất cao tạo ra lực cắt do xâm thực, phá vỡ các khối kết tụ hạt và thúc đẩy sự phân tán đồng đều của polyme, chất độn và nhũ tương trong các dòng công nghệ trực tuyến. Sự phân tán được cải thiện này giúp các tương tác giữa hóa chất và xơ sợi dễ dự đoán hơn, cải thiện khả năng bảo lưu và sự tạo hình tờ giấy, đồng thời tăng độ ổn định của quá trình và giảm tổng nhu cầu hóa chất cũng như mức tiêu thụ năng lượng. Nhờ khả năng mở rộng quy mô tuyến tính và sự sẵn có của các hệ thống siêu âm cấp công nghiệp từ Hielscher Ultrasonics, phân tán bằng siêu âm đã tiến từ các nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm đến triển khai toàn quy mô như một chiến lược tối ưu hóa phần ướt vững chắc về kỹ thuật và khả thi về kinh tế.

Đọc thêm về những ưu điểm của phân tán bằng siêu âm tại phần ướt của các nhà máy giấy!

Siêu âm trong tái chế giấy

Trong các ứng dụng tái chế, siêu âm công suất giải quyết một số thách thức dai dẳng nhất trong xử lý xơ sợi thu hồi. Một ứng dụng chủ chốt là làm sạch xơ sợi và loại bỏ tạp chất. Xâm thực siêu âm giúp tách bụi bẩn, dầu, mực in, chất tạo màu và cặn sơn phủ khỏi bề mặt xơ sợi. Trong các công đoạn khử mực, siêu âm tăng cường sự tách rời và phân tán các hạt mực, cải thiện hiệu suất tuyển nổi hoặc rửa và cho phép đạt độ trắng cao hơn với lượng hóa chất đầu vào giảm.
Siêu âm cũng góp phần giảm vi sinh vật trong các hệ thống nước trắng. Bằng cách phá vỡ cơ học các tế bào vi sinh vật và màng sinh học, xử lý siêu âm có thể giảm tải lượng vi sinh vật mà không chỉ dựa vào chất diệt khuẩn. Điều này giúp các vòng tuần hoàn nước công nghệ sạch hơn và có thể giảm mùi, sự hình thành chất nhầy và nguy cơ bám bẩn sinh học.
Một ứng dụng quan trọng khác liên quan đến tái chế là tách nước. Năng lượng siêu âm có thể cải thiện đặc tính thoát nước của huyền phù xơ sợi bằng cách biến đổi mạng lưới xơ sợi và giảm lượng nước liên kết. Việc tăng cường tách nước có thể nâng cao hiệu suất của bộ phận ép và bộ phận lưới, giúp giảm nhu cầu nhiệt năng trong các công đoạn sấy tiếp theo.
 

Năng lượng siêu âm so với thời gian thoát nước (tính bằng phút) khi chế tạo giấy nano (tương ứng với mẫu CNF(1)LA).
Năng lượng siêu âm 100 J/ml tương ứng với 100 giây xử lý siêu âm, v.v.
(Nghiên cứu và hình ảnh: ©Sethi và cộng sự, 2018)

Các ứng dụng công nghệ bổ sung

Ngoài xử lý xơ sợi và nước, siêu âm công suất còn được sử dụng để đồng nhất hóa và phân tán huyền phù bột giấy cùng các phụ gia. Đồng nhất hóa bằng siêu âm bảo đảm sự phân bố đồng đều của chất độn, chất màu, polyme và phụ gia chức năng, giúp cải thiện hiệu quả sử dụng hóa chất và độ đồng nhất của sản phẩm. Siêu âm cũng được ứng dụng trong các quá trình phun và tráng phủ, trong đó vòi phun siêu âm tạo ra các giọt nhỏ mịn, đồng đều để đưa chính xác các lớp phủ, chất gia keo hoặc lớp chức năng lên bề mặt giấy.

Tích hợp trực tuyến và triển khai công nghiệp

Một ưu điểm chủ chốt của công nghệ siêu âm là hầu hết các ứng dụng đều có thể triển khai trực tuyến, cho phép nhà máy lắp bổ sung các thiết bị phản ứng siêu âm vào những vòng tuần hoàn công nghệ hiện có mà không cần thiết kế lại đáng kể. Các hệ thống siêu âm dòng chảy có thể được mở rộng quy mô tuyến tính và điều chỉnh phù hợp với nồng độ bột, lưu lượng và mục tiêu công nghệ cụ thể.
Với việc lựa chọn và tích hợp hệ thống phù hợp, siêu âm công suất trở thành một công cụ tăng cường quá trình linh hoạt thay vì một phương pháp xử lý độc lập. Các nhà cung cấp thiết bị như Hielscher Ultrasonics hỗ trợ nhà máy lựa chọn và cấu hình các hệ thống siêu âm cấp công nghiệp phù hợp với những thách thức cụ thể trong sản xuất hoặc tái chế giấy.

Cải thiện chất lượng giấy và giảm chi phí

Từ việc cải thiện sự phát triển và phân tán xơ sợi đến hỗ trợ tái chế sạch hơn và vận hành phần ướt ổn định hơn, siêu âm công suất mang đến nhiều ứng dụng trong các nhà máy giấy. Khả năng tăng cường các quá trình vật lý và hóa học đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng, nước và hóa chất khiến siêu âm trở thành một công nghệ ngày càng hấp dẫn cho cả hệ thống lắp đặt mới lẫn cải tạo hệ thống hiện có. Khi tính bền vững và hiệu quả tiếp tục định hình ngành giấy, xử lý siêu âm được định vị là một giải pháp thiết thực và có khả năng mở rộng quy mô cho sản xuất giấy hiện đại.

Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các máy siêu âm của chúng tôi:

Thiết kế, sản xuất và tư vấn – Chất lượng sản xuất tại Đức

Các máy siêu âm Hielscher nổi tiếng với tiêu chuẩn chất lượng và thiết kế cao nhất. Độ bền chắc và khả năng vận hành dễ dàng cho phép tích hợp thuận lợi các máy siêu âm của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Máy siêu âm Hielscher dễ dàng đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi cao.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt chú trọng đến các máy siêu âm hiệu suất cao với công nghệ tiên tiến nhất cùng tính thân thiện với người dùng. Tất nhiên, các máy siêu âm Hielscher tuân thủ CE và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.