Siêu âm trong sản xuất giấy

Siêu âm công suất cao đã trở thành một công nghệ quy trình 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 thống chất lỏng hoặc bùn, các nhà máy có thể tận dụng hiệu ứng cavitation – quá trình hình thành và sụp đổ của các bong bóng vi mô. – Để cải thiện quá trình trộn, truyền khối, sửa đổi sợi và loại bỏ tạp chất. Khi cả sản xuất sợi nguyên sinh và xử lý giấy tái chế đều phải đối mặt với áp lực ngày càng tăng trong việc giảm tiêu thụ năng lượng, nước và nhu cầu hóa chất, công nghệ siêu âm cung cấp một bộ giải pháp tích hợp, sẵn sàng nâng cấp, mang lại hiệu quả cao.

Siêu âm trong sản xuất giấy

Trong ngành sản xuất giấy, hệ thống siêu âm chủ yếu được áp dụng để cải thiện chất lượng nguyên liệu, hiệu suất sợi và tính ổn định của quá trình sản xuất. Một ứng dụng quan trọng là quá trình khử khí cho hỗn hợp bột giấy. Khí bị kẹt trong nguyên liệu có thể gây ra các vết nước, vệt và khuyết tật cấu trúc, trực tiếp làm giảm chất lượng giấy. Quá trình khử khí bằng siêu âm loại bỏ hiệu quả các khí hòa tan và khí bị kẹt trong hỗn hợp bột giấy, ổn định phần ướt và giúp ngăn ngừa các khuyết tật thị giác mà không cần sử dụng hóa chất bổ sung.
Một ứng dụng quan trọng khác là cải thiện quá trình phân tách sợi. Siêu âm công suất cao thúc đẩy quá trình phân tách sợi bên ngoài và bên trong của sợi bột giấy bằng cách tạo ra lực cắt cục bộ mạnh mẽ thông qua hiện tượng cavitation. Điều này có thể thay thế một phần hoặc cải thiện các giai đoạn đánh và tinh chế truyền thống. So với việc chỉ sử dụng tinh chế cơ học, xử lý siêu âm có thể đạt được sự phát triển sợi tương tự hoặc tốt hơn trong khi tiêu thụ ít năng lượng hơn. Đặc biệt, độ bền của sợi được duy trì và trong một số trường hợp được cải thiện, vì siêu âm thúc đẩy quá trình phân tách sợi có kiểm soát thay vì cắt sợi quá mức. Năng lượng siêu âm cũng có thể hỗ trợ các phản ứng hóa học liên quan đến việc sửa đổi sợi, chẳng hạn như quá trình oxy hóa hoặc tẩy trắng, từ đó cải thiện hiệu suất và độ đồng đều của phản ứng.

Siêu âm có thể hỗ trợ thêm cho quá trình phân hủy bột giấy, hoặc trong quá trình phân hủy mùn cưa thành bột giấy, hoặc trong quá trình tái chế bột giấy từ giấy đã thu hồi. Hiện tượng cavitation làm tăng tốc độ tách sợi và làm lỏng liên kết giữa các sợi, chất độn, mực in và lớp phủ, từ đó nâng cao hiệu suất sản xuất bột giấy và giảm thời gian xử lý.

Siêu âm trong phần ướt

Các hoạt động sản xuất giấy ngày càng nhận thức rõ rằng sự cải thiện hiệu suất ở giai đoạn ướt chủ yếu được thúc đẩy bởi hiệu quả sử dụng hóa chất hơn là tăng liều lượng phụ gia. Do đó, công nghệ phân tán siêu âm đang thu hút sự chú ý như một công nghệ quy trình tiên tiến để kích hoạt và đồng nhất hóa có kiểm soát các phụ gia giai đoạn ướt trước khi thêm vào nguyên liệu. Siêu âm công suất cao tạo ra lực cắt do hiện tượng cavitation, giúp phân tán các hạt và thúc đẩy sự phân tán đồng đều của polymer, chất độn và nhũ tương trong dòng quy trình liên tục. Sự phân tán được cải thiện này dẫn đến các tương tác hóa chất-sợi dự đoán được hơn, cải thiện khả năng giữ lại và hình thành tấm, đồng thời tăng cường tính ổn định của quy trình, đồng thời giảm nhu cầu hóa chất tổng thể và tiêu thụ năng lượng. Nhờ tính khả thi mở rộng tuyến tính và sự sẵn có của các hệ thống siêu âm công nghiệp từ Hielscher Ultrasonics, phân tán siêu âm đã tiến từ các nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm đến triển khai quy mô công nghiệp như một chiến lược tối ưu hóa đầu ướt kỹ thuật vững chắc và kinh tế khả thi.

Tìm hiểu thêm về những lợi ích của công nghệ phân tán siêu âm trong phần ướt của nhà máy giấy!

Siêu âm trong tái chế giấy

Trong các ứng dụng tái chế, siêu âm công suất cao giải quyết một số thách thức khó khăn nhất trong quá trình xử lý sợi tái chế. Một ứng dụng chính là làm sạch sợi và loại bỏ tạp chất. Hiện tượng cavitation siêu âm giúp tách bụi bẩn, dầu mỡ, mực in, chất tạo màu và cặn sơn khỏi bề mặt sợi. Trong quá trình tẩy mực, siêu âm tăng cường quá trình tách và phân tán hạt mực, cải thiện hiệu quả nổi hoặc rửa, đồng thời cho phép đạt được độ sáng cao hơn với lượng hóa chất đầu vào giảm.
Siêu âm cũng góp phần giảm vi sinh vật trong 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 phụ thuộc hoàn toàn vào chất diệt khuẩn. Điều này hỗ trợ duy trì vòng tuần hoàn nước quá trình sạch hơn và có thể giảm mùi hôi, hình thành chất nhầy và nguy cơ bám bẩn sinh học.
Một ứng dụng quan trọng khác liên quan đến tái chế là quá trình tách nước. Năng lượng siêu âm có thể cải thiện đặc tính thoát nước của hỗn hợp sợi bằng cách điều chỉnh mạng lưới sợi và giảm lượng nước liên kết. Quá trình tách nước được cải thiện có thể tăng hiệu suất của máy ép và lưới, từ đó giảm nhu cầu năng lượng nhiệt trong các giai đoạn sấy khô tiếp theo.
 

Năng lượng sonication so với thời gian xả (tính bằng phút) để chuẩn bị giấy nano (tương ứng với mẫu CNF (1) LA).
100 J / ml năng lượng sonication tương ứng với 100 giây sonication, v.v.
(Nghiên cứu và hình ảnh: ©Sethi et al., 2018)

Ứng dụng quy trình bổ sung

Ngoài việc xử lý sợi và nước, siêu âm công suất cao được sử dụng để đồng nhất hóa và phân tán bột giấy và các chất phụ gia. Quá trình đồng nhất hóa bằng siêu âm đảm bảo phân bố đồng đều của các chất độn, pigment, polymer và các chất phụ gia chức năng, từ đó nâng cao hiệu quả hóa học và tính nhất quán của sản phẩm. Siêu âm cũng được áp dụng trong các quy trình phun và phủ, nơi các vòi phun siêu âm tạo ra các giọt nhỏ, đồng đều để áp dụng chính xác các lớp phủ, chất làm cứng hoặc các lớp chức năng lên bề mặt giấy.

Tích hợp trực tiếp và Ứng dụng công nghiệp

Một ưu điểm quan trọng của công nghệ siêu âm là hầu hết các ứng dụng có thể được triển khai trực tiếp trong quy trình, cho phép các nhà máy lắp đặt các phản ứng siêu âm vào các vòng quy trình hiện có mà không cần thiết kế lại lớn. Hệ thống siêu âm dòng chảy có thể được mở rộng theo tỷ lệ tuyến tính và điều chỉnh để phù hợp với các độ đặc, tốc độ dòng chảy và mục tiêu quy trình 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 các nhà máy trong việc lựa chọn và cấu hình các hệ thống siêu âm công nghiệp được thiết kế riêng cho các thách thức cụ thể trong sản xuất hoặc tái chế giấy.

Nâng cao chất lượng giấy và giảm chi phí

Từ việc cải thiện quá trình phát triển và phân tán sợi đến việc hỗ trợ tái chế sạch hơn và vận hành đầu ướt ổn định hơn, siêu âm công suất cao mang lại một loạt ứng dụng đa dạng trong các nhà máy giấy. Khả năng nâng cao các quá trình vật lý và hóa học đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng, nước và hóa chất khiến siêu âm trở thành công nghệ ngày càng hấp dẫn cho cả các dự án mới và nâng cấp hệ thống hiện có. Khi tính bền vững và hiệu quả tiếp tục định hình ngành công nghiệp giấy, xử lý siêu âm được xem là giải pháp thực tiễn và có thể mở rộng cho sản xuất giấy hiện đại.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:

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

Hielscher ultrasonicators nổi tiếng với chất lượng cao nhất và tiêu chuẩn thiết kế của họ. Mạnh mẽ và hoạt động dễ dàng cho phép tích hợp trơn tru của ultrasonicators của chúng tôi vào các cơ sở công nghiệp. Điều kiện khắc nghiệt và môi trường đòi hỏi dễ dàng được xử lý bởi Hielscher ultrasonicators.

Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.