Как ултразвуковата дисперсия подобрява ефективността на мокрия край и намалява разходите

Производителите на хартия знаят, че мокрият край е мястото, където добрите намерения се борят с физиката.
Можете да закупите най-добрите помощни средства за задържане, фиксатори, агенти за оразмеряване, багрила, пълнители и смоли за здравина, които могат да се купят с пари. – но ако те не се разпръскват бързо и равномерно в склада, плащате за това надолу по веригата с лошо формиране, по-висока нужда от химикали, главоболия с терена и лепилата, нестабилно оттичане и ненужни почивки.
Сега все повече хартиени фабрики търсят подобрение, което звучи твърде просто: ултразвукова дисперсия на химикали за мокър край. Вместо да се разчита единствено на механично срязване или удължено време за смесване, мощният ултразвук създава интензивно микросмесване, което разбива агломератите и разпределя активните съставки по-равномерно. – с по-малко енергия в сравнение с конвенционалните смесители.
Проучете защо работи и защо е особено привлекателна за съвременните машини за хартия.

Какво представлява ултразвуковата дисперсия на химикали с мокър край?

При ултразвуковата дисперсия се използват високочестотни механични вибрации (ултразвук), които се предават в течността чрез сонотрод (сонда). В промишлените системи основният механизъм е акустичната кавитация – бързото образуване и разпадане на микроскопични мехурчета. Този колапс поражда локални сили на срязване и микроструи, които могат да:

• Деагломериране на прахове и минерални суспензии
• Хомогенизиране на емулсии и полимерни разтвори
• Подобряване на омокрянето и намаляване на “Рибени очи” при трудни за смесване химикали
• По-равномерно разпределение на добавките при високо съдържание на твърди вещества

В мокър смисъл това означава, че добавките могат да изпълняват работата, за която им плащате - без да се задържат на бучки, да се овлажняват лошо или да се разпределят неравномерно.

Индустриалните ултразвукови диспертери като Hielscher UIP6000hdT осигуряват равномерна дисперсия на химикали в мокрия край при производството на хартия, което води до подобряване на ефективността на процеса и намаляване на консумацията на химикали, вода и енергия.

Защо мокрият край има полза от соникацията

Ако има зона, в която качеството на дисперсията директно се превръща в пари, това е мокрият край. Производството на хартия е състезание между химия и хидродинамика:

• Реакциите на задържане и оттичане протичат бързо
• Условията на срязване варират в широки граници в зависимост от точката на добавяне
• Добавките могат да си взаимодействат или да се неутрализират взаимно, ако дозирането не се контролира.
• Малките проблеми със смесването се превръщат в големи проблеми на машината

Ултразвукът може да се използва като контролирана, поточна дисперсионна стъпка, третираща потока на добавката, потока на разреждането или рециркулационния цикъл преди точката на добавяне. Целта не е “повече смесване навсякъде,” но по-добро смесване точно там, където е важно.

 
 
Практическите предимства, за които се грижат мелниците:

1. По-добра дисперсия означава по-добра ефективност на химията
   Когато полимерите, минералните суспензии или емулсиите са по-добре диспергирани, често се наблюдава:
   • По-нисък разход на химикали за постигане на същата производителност
   • По-стабилно поведение при задържане/отводняване
   • Подобрено формиране и намалена променливост
   • По-малко депозити, свързани с лошо разпръснати лепила, латекс или програми за контрол на смолата

   В много случаи фабриките не дозират недостатъчно химикали - те ги дозират прекалено много, за да компенсират непостоянното им разпръскване.

2. По-бързо намокряне, по-малко “смесване на изненади”
   Някои от добавките за мокър край са известни с това, че образуват гел топчета, рибешки опашки или микрогрупички (особено при по-високи концентрации). Задвижваното от кавитация микроразрязване на ултразвука може значително да съкрати времето, необходимо за достигане на стабилно, равномерно състояние - полезно за:
   • Изготвяне на полимерни разтвори
   • Диспергиращи пълнители и пигменти
   • Стабилизиране на емулсии и системи, свързани с восък/ASA (в зависимост от процеса)
   • Подобряване на последователността при разпределението на боите и оптичните добавки
3. Намаляване на причините за престой (депозити, почивки, променливост)
   Равномерното разпръскване помага да се намали локалното предозиране и “горещи точки” които допринасят за отлагания, натоварване на филтъра и колебания в качеството. Дори скромните подобрения в стабилността могат да доведат до по-малко счупвания и по-малко продукция извън спецификацията.

Линейна мащабируемост: Защо ултразвукът не е само за лабораторията

Често срещан проблем при новите технологии за смесване е увеличаването на мащаба: “Работи в чаша... но може ли да работи на машина за хартия?”
Промишлените ултразвукови системи могат да бъдат проектирани за линейно мащабиране, тъй като капацитетът се разширява чрез модулно добавяне на мощност и обем на проточния реактор. На практика това означава:
Можете да започнете с един поточен ултразвуков модул за един поток от добавки.
Разширяване на капацитета чрез добавяне на допълнителни сонотроди/поточни клетки и генераторна мощност
Поддържане на съпоставима интензивност на процеса чрез проектиране на постоянна консумация на енергия за обем и време на престой
Това е особено привлекателно за заводи, които искат да изберат нискорисков път: пилотен проект за един химичен цикъл, валидиране на ключовите показатели за ефективност и след това разширяване на обхвата.

Енергийна ефективност и силни ефекти

Ултразвуковата дисперсия често е по-енергийно ефективна, отколкото хората предполагат, защото не се опитвате да движите целия гръден кош по-трудно. – прилагате енергия точно там, където се получава дисперсия.
Вместо да се увеличава натоварването на бъркалката в голям резервоар (и да се надяваме, че срязването ще достигне до всяка микрогрупа), ултразвукът осигурява високоинтензивно микросрязване в сонотрода и в зоната на кавитация, обикновено в компактна стъпка на процеса в поточна линия.
За заводите, които се грижат за енергията, логиката е ясна:

• Насочване на проблема с дисперсията към потока на добавките
• Намаляване на рециркулацията, времето за смесване и преработката
• Подобряване на ефективността на химикалите (което може да намали общата въплътена енергия и разходи за химикали).

Опции за индустриален клас от Hielscher Ultrasonics

В средите за производство на хартия изборът на оборудване не е свързан с “може да се разпръсне,” но “може да работи надеждно при промишлени работни цикли, в поточна линия и в технологична инсталация.”
Hielscher Ultrasonics предлага промишлени соникаторни платформи, предназначени за непрекъсната работа и увеличаване на мащаба, включително:

• Стендови и пилотни системи за изпитване на осъществимостта и разработване на параметри
• Индустриални процесори, подходящи за диспергиране в поточна линия при производствени дебити
• Конфигурации на проточни реактори за интегриране в мокър край за подготовка на химикали и дозиране
• Модулно мащабиране на мощността за разширяване на капацитета без изобретяване на нов процес

С други думи: можете да оценявате ултразвуковата дисперсия в малък мащаб, след което да разширите мащаба до пълно производство, като използвате промишлен хардуер, предназначен за заводски условия. – а не повторно използвани лабораторни инструменти.

Къде фабриките за хартия обикновено прилагат ултразвукова дисперсия

Мокрият край на всяка мелница е уникален, но ултразвуковата дисперсия обикновено се оценява за:

• Дисперсии на пълнители и пигменти (напр. подобряване на деагломерацията и разпределението)
• Изготвяне и активиране на полимерния разтвор (намаляване на геловете, подобряване на консистенцията)
• цикли за подготовка на покритията или химията на повърхността (когато качеството на дисперсията ограничава производителността)
• Трудни емулсии или суспензии с високо съдържание на твърди вещества, при които конвенционалното смесване е трудно.

Най-добрите кандидати обикновено са потоци, в които качеството на дисперсията ограничава производителността и в които може да се инсталира редови модул, без да се нарушава общият баланс на мокрия край.

По-добри резултати и значителни икономии с ултразвукова дисперсия

Ултразвуковите сонатори на Hielscher позволяват на хартиените фабрики да намалят значително – или дори да премахне – нуждата от прясна вода или чист филтрат при последващото разреждане на мокрите крайни добавки, което осигурява икономия на вода от приблизително 10-18% от общото потребление на мелницата. Постигайки високоефективна и равномерна дисперсия, тези ултразвукови системи от индустриален клас гарантират, че химикалите и добавките се използват много по-ефективно, което води до по-чист процес на мокър край, подобрено качество на хартията и значително по-ниска нужда от химикали. – обикновено се намаляват с 20-60% или повече.
При производството на хартия малките промени в качеството на дисперсията могат да доведат до значителни подобрения в работоспособността, химическата ефективност и стабилността на качеството. Ултразвуковата дисперсия на химикали за мокър край на хартията привлича все повече внимание, защото е:

• Мащабируемост по линеен, модулен начин
• Енергийно интелигентни, насочени към микросрязване там, където действително се случва диспергирането
• Готовност за индустриални приложения, със соникаторни системи, проектирани за непрекъсната обработка

За заводите, които са уморени да компенсират непостоянното смесване с повече химикали, ултразвукът предлага различна философия: химикалите да работят по-добре, преди да попаднат в склада.