Как ултразвуковото диспергиране подобрява работата на мократа част и намалява разходите

Производителите на хартия знаят, че мократа част е мястото, където добрите намерения се изправят срещу физиката.
Можете да купите най-добрите средства за задържане, фиксатори, проклейващи агенти, багрила, пълнители и смоли за повишаване на якостта, които се предлагат на пазара – но ако те не се диспергират бързо и равномерно в хартиената маса, плащате за това на следващите етапи с лошо формиране на листа, по-висока потребност от химикали, проблеми със смолисти отлагания и лепкави замърсители, нестабилно отводняване и ненужни скъсвания на хартиеното платно.
Сега все повече хартиени фабрики разглеждат възможност за подобрение, която звучи почти прекалено проста: ултразвуково диспергиране на химикалите за мократа част. Вместо да разчита единствено на механично срязване или удължено време за смесване, ултразвукът с висока мощност създава интензивно микросмесване, което разрушава агломератите и разпределя активните съставки по-равномерно – с по-малко енергия от конвенционалните смесители.
Разгледайте защо този подход работи и защо е особено привлекателен за съвременните машини за производство на хартия.

Какво представлява ултразвуковото диспергиране на химикали за мократа част?

Ултразвуковото диспергиране използва високочестотни механични трептения (ултразвук), предавани в течност чрез сонотрод (сонда). В промишлените системи основният механизъм е акустичната кавитация – бързото образуване и колапс на микроскопични мехурчета. Този колапс създава локализирани сили на срязване и микроструи, които могат да:

• Деагломерират прахове и минерални суспензии
• Хомогенизират емулсии и полимерни разтвори
• Подобряват омокрянето и намаляват образуването на „рибешки очи“ при трудни за смесване химикали
• Разпределят добавките по-равномерно при високо съдържание на твърди вещества

За мократа част това означава, че добавките могат да изпълняват задачата, за която плащате – без да остават затворени в бучки, слабо омокрени или неравномерно разпределени.

Промишлените ултразвукови диспергатори като Hielscher UIP6000hdT осигуряват равномерно диспергиране на химикалите за мократа част при производството на хартия, което води до подобрена ефективност на процеса и намалено потребление на химикали, вода и енергия.

Защо мократа част се подобрява чрез ултразвукова обработка

Ако има една зона, в която качеството на диспергиране се превръща пряко в пари, това е мократа част. Производството на хартия е надпревара между химията и хидродинамиката:

• Реакциите, определящи задържането и отводняването, протичат бързо
• Условията на срязване варират силно според мястото на добавяне
• Добавките могат да взаимодействат или да се неутрализират взаимно, ако дозирането не се контролира
• Малките проблеми при смесването се превръщат в големи проблеми с машината

Ултразвукът може да се използва като контролиран етап на диспергиране директно в технологичната линия – за обработка на поток от добавка, поток за разреждане или рециркулационен контур преди точката на добавяне. Целта не е „повече смесване навсякъде“, а по-добро смесване точно там, където е необходимо.

 
 
Практическите предимства, които са важни за фабриките:

1. По-доброто диспергиране означава по-ефективно действие на химикалите
   Когато полимерите, минералните суспензии или емулсиите са по-добре диспергирани, често се наблюдават:
   • По-ниско потребление на химикали за постигане на същите резултати
   • По-стабилно поведение при задържане и отводняване
   • Подобрено формиране на листа и намалена променливост
   • По-малко отлагания, свързани с лошо диспергирани лепкави замърсители, латекс или програми за контрол на смолистите отлагания

   В много случаи фабриките не дозират недостатъчно химикали – те ги предозират, за да компенсират непостоянното диспергиране.

2. По-бързо омокряне, по-малко „изненади при смесването“
   Някои добавки за мократа част са известни с образуването на гелни топчета, „рибешки очи“ или микробучки (особено при по-високи концентрации). Микросрязването, предизвикано от ултразвуковата кавитация, може драстично да съкрати времето, необходимо за достигане на стабилно, еднородно състояние – полезно при:
   • Приготвяне на полимерни разтвори
   • Диспергиране на пълнители и пигменти
   • Стабилизиране на емулсии и системи, свързани с восък/ASA (в зависимост от процеса)
   • Подобряване на равномерността при разпределението на багрила и оптични добавки
3. Намаляване на причините за престой (отлагания, скъсвания на хартиеното платно, променливост)
   Равномерното диспергиране спомага за намаляване на локализираното предозиране и „зоните с висока концентрация“, които допринасят за отлагания, запушване на филцовете и колебания в качеството. Дори умерени подобрения в стабилността могат да доведат до по-малко скъсвания на хартиеното платно и по-малко продукция, която не отговаря на спецификациите.

Линейна мащабируемост: защо ултразвуковите технологии не са само за лабораторията

Често срещано опасение при новите технологии за смесване е увеличаването на мащаба: „Работи в лабораторна чаша… но може ли да работи на машина за производство на хартия?“
Промишлените ултразвукови системи могат да бъдат проектирани за линейно мащабиране, тъй като капацитетът се увеличава чрез модулно добавяне на мощност и обем на проточния реактор. На практика това означава:
Можете да започнете с един ултразвуков модул в технологичната линия за един поток от добавка
Да увеличите капацитета чрез добавяне на допълнителни сонотроди/проточни клетки и генераторна мощност
Да поддържате сравнима интензивност на процеса чрез проектиране за постоянна вложена енергия на единица обем и постоянно време на престой
Това е особено привлекателно за фабрики, които искат подход с нисък риск: пилотно изпитване в един контур за химикали, потвърждаване на ключовите показатели за ефективност (KPI), след което разширяване чрез добавяне на модули.

Енергийна ефективност и силни ефекти

Ултразвуковото диспергиране често е по-енергийно ефективно, отколкото хората предполагат, защото не се опитвате да раздвижите по-интензивно цялото съдържание на басейна за хартиена маса – прилагате енергия точно там, където се извършва диспергирането.
Вместо да увеличавате натоварването на бъркалката в голям резервоар (и да се надявате, че срязването достига до всяка микробучка), ултразвукът осигурява микросрязване с висока интензивност при сонотрода и в кавитационната зона, обикновено в компактен етап на обработка директно в технологичната линия.
За фабриките, които следят потреблението на енергия, логиката е проста:

• Насочете усилията към проблема с диспергирането в потока от добавка
• Намалете рециркулацията, времето за смесване и повторната обработка
• Подобрете ефективността на химикалите (което може да намали общата енергия, вложена в производството им, и разходите за тях)

Решения за промишлени условия от Hielscher Ultrasonics

За условията при производството на хартия изборът на оборудване не се свежда до „може ли да диспергира“, а до „може ли да работи надеждно при промишлени работни цикли, директно в технологичната линия и в производствено предприятие“.
Hielscher Ultrasonics предлага платформи за промишлени ултразвукови апарати, проектирани за непрекъсната работа и увеличаване на мащаба, включително:

• Настолни и пилотни системи за изпитване на приложимостта и определяне на параметрите
• Промишлени процесори, подходящи за диспергиране директно в технологичната линия при производствени дебити
• Конфигурации на проточни реактори за интегриране в рамково монтирани модули за приготвяне и дозиране на химикали за мократа част
• Модулно увеличаване на мощността за разширяване на капацитета без разработване на процеса отначало

С други думи: можете да оцените ултразвуковото диспергиране в малък мащаб, след което да го разширите до пълния производствен мащаб с промишлено оборудване, предназначено за условията в предприятието – а не с лабораторни уреди, приспособени за друга употреба.

Къде хартиените фабрики обикновено прилагат ултразвуково диспергиране

Мократа част на всяка фабрика е уникална, но ултразвуковото диспергиране обикновено се оценява за:

• Дисперсии на пълнители и пигменти (например за подобряване на деагломерацията и разпределението)
• Приготвяне и активиране на полимерни разтвори (намаляване на геловете, подобряване на еднородността)
• Контури за приготвяне на химически състави за покрития или повърхностна обработка (когато качеството на диспергиране ограничава резултатите)
• Трудни за обработка емулсии или суспензии с високо съдържание на твърди вещества, при които конвенционалното смесване среща затруднения

Най-добрите кандидати обикновено са потоците, при които качеството на диспергиране ограничава резултатите и където модул за работа директно в технологичната линия може да бъде монтиран, без да се нарушава общият баланс на мократа част.

По-добри резултати и значителни икономии с ултразвуково диспергиране

Ултразвуковите апарати на Hielscher позволяват на хартиените фабрики значително да намалят – или дори да премахнат – необходимостта от прясна вода или бистър филтрат при последващото разреждане на добавките за мократа част, осигурявайки икономии на вода от приблизително 10–18% от общото потребление на фабриката. Чрез постигане на високоефективно и равномерно диспергиране тези ултразвукови системи за промишлена употреба гарантират, че химикалите и добавките се използват много по-ефективно, което води до по-чист процес в мократа част, подобрено качество на хартията и значително по-ниска потребност от химикали – обикновено намалена с 20–60% или повече.
При производството на хартия малки промени в качеството на диспергиране могат да доведат до непропорционално големи подобрения в безпроблемната работа на машината, ефективността на химикалите и стабилността на качеството. Ултразвуковото диспергиране на химикали за мократа част привлича внимание, защото е:

• Мащабируемо по линеен, модулен начин
• Енергийно ефективно, насочващо микросрязването там, където действително се извършва диспергирането
• Готово за промишлено приложение, с ултразвукови системи, проектирани за непрекъсната обработка

За фабриките, които са уморени да компенсират непостоянното смесване с повече химикали, ултразвукът предлага различна философия: подобрете действието на химикалите още преди те да достигнат хартиената маса.