・论文与综述 ・

超声波技术在制浆造纸中的应用

邹艳洁 ,徐立新

(

天津科技大学 材料科学与化学工程学院

,

天津

300222)

[

摘 　要

]

　介绍了超声波的有关性质

,

以及其在制浆造纸中的应用和原理 。

[

关键词

]

　超声波技术

;

制浆造纸

;

应用

　　超声波技术涉及

20 k Hz

以上 。通常把频率在

20

～

106 k Hz

范围的弹性振动波称为超声波

[ 1 ]

。随着声

化学的快速发展

,

超声波广泛应用于有机化学 、

分析化

学 、

物理化学 、

光电化学等领域

,

还应用于废水的有机

降解催化处理及材料改性等诸多方面 。

1

　超声波的有关性质

超声波是一种频率超出人类听觉范围的声波 。超

声波很像电磁波

,

能折射 、

聚焦和反射

,

然而和电磁波

又不同

,

电磁波可以在真空中自由传播

,

而超声波的传

播要依靠弹性介质 。其传播时

,

使弹性介质中的粒子

振荡

,

并通过介质按超声波的传播方向传递能量

,

这种

波可分为纵向波和横向波 。在固体内

,

两者都可以传

送

,

而在气体和液体内

,

只有纵向波可以传送 。

超声波具有机械能

,

在传播的过程中会引起与介

质的相互作用而产生各种效应

:

主要具有机械效应

(

如

传声媒质的质点振动位移 、

速度 、

加速度 、

声压等力学

量

)

、

热效应

(

声波在传播过程中其部分能量被媒质吸

收变成热能

)

和空穴效应 。其中空穴效应是声化学的

应用理论基础

,

也最为重要 。

空穴效 应 由 成 核 、

微 泡 生 长 、

空 穴 塌 陷 三 步 组

成 。在反应体系中

,

液体内存在张力弱区

,

即液体内

溶有气体或在尘埃的液固界面上存在气体 —

—

—作为

气核

,

在超声波作用下

,

气核膨胀长大

,

并为周围的

液体蒸汽或气体充满

,

由于内外压力悬殊使空穴塌

陷 、

破裂

,

把集中的声场能量在极短的时间和极小的

空间内释放出来

,

使介质局部形成几百到几千

K

的

高温和超过数百个大气压的高压环境

,

并产生出很

大的冲击力

,

起到激烈搅拌的作用

,

同时生成大量微

泡 。它们又作为新的气核

,

使该循环继续下去

,

这就

是空穴效应

[ 2 ]

。

2

　超声波技术在制浆造纸中的应用

2 . 1

　废纸脱墨

随着印刷技术的高度发展

,

废纸中的难脱墨成分

也在不断增加

,

有些废纸的油墨是一种高光泽聚合物

,

收稿日期

:2005 - 03 - 04

作者简介

:

邹艳洁

,

天津科技大学

2003

级在读硕士研究生

,

研究方

向

:

清洁漂白技术 。

有些废纸采用红外 、

紫外放射性固化油墨

,

还有的废纸

用清漆过量印刷 。这些废纸的油墨用传统的脱墨方法

不易脱除干净

,

脱除效果差 。而超声波脱墨可以有效

地将这种废纸脱墨

,

其脱墨机理是

:

空穴和纤维间摩

擦 。超声波脱墨动力消耗与传统的水力碎浆脱墨相

当

,

且不需添加化学药品

[ 1 ]

。

2 . 2

　超声波测厚仪

测厚仪是利用超声波在各种介质内的传播速度不

同

,

即

:

由一相介质传到另一相介质

,

必然产生波反射

的性能来“作出壁厚度”

测定的

,

即利用波反射的时间

差来确定金属材料壁厚

[ 3 ]

。造纸行业有一部分是压力

容器

,

如

:

蒸球 、

烘缸 、

锅炉

,

它们的安全运行

,

关系到企

业的正常安全生产

,

是企业应当首先考虑的

,

而这些压

力容器能否安全运行

,

首要的是要保证设备材料无损

伤

,

如无裂纹 、

气泡

,

或者材料壁厚仍在安全允许范围

内 。要弄清楚材料是否存在有气泡 、

裂纹

,

或者材料壁

厚是否已降在安全允许值以下

,

使用超声波测厚仪是

最佳的选择 。

2 . 3

　防除积垢

超声波防除积垢是一种可靠 、

经济 、

无二次污染的

防除积垢技术 。化学法制浆黑液碱回收蒸发过程中

,

黑液中含有的纤维 、

钙 、

镁 、

铝 、

铁 、

皂化物等盐类杂质

,

容易沉淀在蒸发器管壁上形成管垢 。

通过超声波作用

,

可以缩短溶液中晶体的成核诱

导期

,

加速晶核的生长速度

,

迅速生成大量的微晶悬浮

于溶液主体中

,

降低晶粒长大速度

,

减少成垢晶体的沉

积量及降低沉积速度

,

晶粒大量存在于溶液中随液流

流走

,

起到防垢的作用 。同时

,

超声空化与机械作用使

已沉积在管壁上的积垢溶解脱落

,

使超声波防除积垢

装置既能防止积垢形成

,

又能破坏已形成的积垢

[ 4 ]

。

生产应用表明

,

超声波防垢器防除积垢效果明显

,

显著

提高了黑液蒸发系统的蒸发强度

,

黑液黏度降低

,

提高

了浓黑液的浓度

,

减少了停机时间和经济损失 。同时

也可减少因黑液蒸发系统停机

,

黑液直接排放而造成

的环境污染 。使用超声波防垢器后蒸发器积垢变薄 、

松软

,

可以减少高压冲洗机的压力与功率

,

减少高压泵

与蒸发设备的磨损 。超声波防除积垢装置结构简单 、

可靠性高 、

电声转换效率高

,

设备自动化水平高

,

无需

专人操作

,

防除积垢效果显 著

,

成本 较低

,

无二 次污

—

7

2

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超声波技术在制浆造纸中的应用