Kako ultrazvučna disperzija poboljšava performanse mokrog dijela papirnog stroja i smanjuje troškove

Proizvođači papira znaju da je mokri dio mjesto na kojem se dobre namjere bore s fizikom.
Možete kupiti najbolja sredstva za retenciju, fiksatore, sredstva za klijenje, boje, punila i smole za čvrstoću koje se mogu kupiti za novac – ali ako se ne dispergiraju brzo i ravnomjerno u papirnoj masi, to plaćate kasnije u procesu lošom formacijom, većom potrebom za hemikalijama, problemima sa smolom i stickies česticama, nestabilnim ocjeđivanjem i nepotrebnim prekidima.
Sve veći broj papirnih mlinova sada razmatra nadogradnju koja zvuči gotovo previše jednostavno: ultrazvučnu disperziju hemikalija mokrog dijela. Umjesto da se oslanja isključivo na mehaničke smične sile ili produženo vrijeme miješanja, ultrazvuk visoke snage stvara intenzivno mikromiješanje koje razbija aglomerate i ravnomjernije raspoređuje aktivne sastojke – uz manji utrošak energije nego kod konvencionalnih miješalica.
Saznajte zašto to funkcioniše i zašto je posebno privlačno za moderne papirne strojeve.

Šta je ultrazvučna disperzija hemikalija mokrog dijela?

Ultrazvučna disperzija koristi visokofrekventne mehaničke vibracije (ultrazvuk) koje se u tečnost prenose putem sonotrode (sonde). U industrijskim sistemima ključni mehanizam je akustična kavitacija – brzo stvaranje i kolaps mikroskopskih mjehurića. Taj kolaps stvara lokalizirane smične sile i mikromlazeve koji mogu:

• deaglomerirati praškove i mineralne suspenzije
• homogenizirati emulzije i otopine polimera
• poboljšati vlaženje i smanjiti nastanak „riblјih očiju“ kod hemikalija koje se teško miješaju
• ravnomjernije rasporediti aditive pri visokom sadržaju čvrstih tvari

Kada je riječ o mokrom dijelu, to znači da aditivi mogu raditi posao za koji ih plaćate – bez zarobljavanja u grudvama, slabog vlaženja ili neravnomjerne raspodjele.

Industrijski ultrazvučni disperzeri poput Hielscher UIP6000hdT osiguravaju ravnomjernu disperziju hemikalija mokrog dijela u proizvodnji papira, što rezultira poboljšanom efikasnošću procesa i smanjenom potrošnjom hemikalija, vode i energije.

Zašto mokri dio ima koristi od ultrazvučne obrade (sonikacije)

Ako postoji jedna zona u kojoj se kvalitet disperzije direktno pretvara u novac, to je mokri dio. Proizvodnja papira je utrka između hemije i hidrodinamike:

• Reakcije retencije i ocjeđivanja odvijaju se brzo
• Uslovi smicanja jako variraju ovisno o mjestu dodavanja
• Aditivi mogu međusobno djelovati ili se neutralizirati ako doziranje nije kontrolisano
• Mali problemi miješanja postaju veliki problemi stroja

Ultrazvuk se može primijeniti kao kontrolisan inline korak disperzije – obradom struje aditiva, struje za razrjeđivanje ili recirkulacijske petlje prije mjesta dodavanja. Cilj nije „više miješanja svuda“, nego bolje miješanje tačno tamo gdje je važno.

Praktične prednosti do kojih je mlinovima stalo:

1. Bolja disperzija znači bolju efikasnost hemije
   Kada su polimeri, mineralne suspenzije ili emulzije bolje dispergirani, često se vidi:
   • Manja potrošnja hemikalija za postizanje istih performansi
   • Stabilnije ponašanje retencije/ocjeđivanja
   • Poboljšana formacija i smanjena varijabilnost
   • Manje taloga povezanih sa slabo dispergiranim stickies česticama, lateksom ili programima kontrole smole

   U mnogim slučajevima mlinovi ne doziraju premalo hemikalija – nego ih predozirају kako bi nadoknadili nedosljednu disperziju.

2. Brže vlaženje, manje „iznenađenja pri miješanju“
   Neki aditivi mokrog dijela poznati su po stvaranju gel kuglica, riblјih očiju ili mikrogrudvi (posebno pri višim koncentracijama). Mikrosmicanje koje pokreće ultrazvučna kavitacija može dramatično skratiti vrijeme potrebno za postizanje stabilnog, ujednačenog stanja – što je korisno za:
   • pripremu otopina polimera
   • dispergiranje punila i pigmenata
   • stabilizaciju emulzija i sistema povezanih s voskom/ASA (ovisno o procesu)
   • poboljšanje konzistentnosti raspodjele boja i optičkih aditiva
3. Smanjeni uzroci zastoja (talozi, prekidi, varijabilnost)
   Ujednačena disperzija pomaže u smanjenju lokalnog predoziranja i „vrućih tačaka“ koje doprinose nastanku taloga, začepljenju filca i oscilacijama kvaliteta. Čak i skromna poboljšanja stabilnosti mogu se pretočiti u manje prekida i manje proizvodnje izvan specifikacije.

Linearna skalabilnost: zašto ultrazvuk nije samo za laboratorij

Uobičajena zabrinutost kod novih tehnologija miješanja je povećanje razmjera: „Radi u čaši… ali može li raditi na papirnom stroju?“
Industrijski ultrazvuk može se projektovati za linearnu skalabilnost jer se kapacitet proširuje modularnim dodavanjem snage i zapremine protočnog reaktora. U praksi to znači:
Možete započeti s jednom inline ultrazvučnom jedinicom na jednoj struji aditiva
Kapacitet proširiti dodavanjem sonotroda/protočnih ćelija i snage generatora
Zadržati uporedivu intenzivnost procesa projektovanjem za konzistentan unos energije po zapremini i vrijeme zadržavanja
Ovo je posebno privlačno za mlinove koji žele put s niskim rizikom: pilot na jednoj petlji hemikalija, validacija KPI-jeva, zatim širenje.

Energetska efikasnost i snažni učinci

Ultrazvučna disperzija je često energetski efikasnija nego što ljudi pretpostavljaju, jer ne pokušavate jače pokretati cijeli spremnik mase – energiju primjenjujete precizno tamo gdje se disperzija događa.
Umjesto povećanja opterećenja miješalice u velikom spremniku (i nadanja da smicanje dopire do svake mikrogrudve), ultrazvuk isporučuje mikrosmicanje visokog intenziteta na sonotrodi i u zoni kavitacije, obično u kompaktnom inline procesnom koraku.
Za mlinove svjesne potrošnje energije, logika je jednostavna:

• Ciljajte problem disperzije na struji aditiva
• Smanjite recirkulaciju, vrijeme miješanja i ponovnu obradu
• Poboljšajte učinkovitost hemikalija (što može smanjiti ukupnu energiju ugrađenu u hemikalije i troškove)

Industrijske opcije kompanije Hielscher Ultrasonics

Za okruženja proizvodnje papira, odabir opreme nije pitanje „može li dispergirati“, nego „može li pouzdano raditi u industrijskim radnim ciklusima, inline i u procesnom postrojenju“.
Hielscher Ultrasonics nudi industrijske platforme sonikatora dizajnirane za kontinuirani rad i povećanje razmjera, uključujući:

• Stolne i pilot sisteme za ispitivanje izvodljivosti i razvoj parametara
• Industrijske procesore pogodne za inline disperziju pri proizvodnim protocima
• Konfiguracije protočnih reaktora za integraciju u pripremu hemikalija mokrog dijela i doziranje na skidovima
• Modularno skaliranje snage radi proširenja kapaciteta bez ponovnog osmišljavanja procesa

Drugim riječima: ultrazvučnu disperziju možete procijeniti u malom opsegu, a zatim preći na punu proizvodnju koristeći industrijski hardver namijenjen uslovima postrojenja – a ne prenamijenjene laboratorijske alate.

Gdje papirni mlinovi obično primjenjuju ultrazvučnu disperziju

Mokri dio svakog mlina je jedinstven, ali se ultrazvučna disperzija obično procjenjuje za:

• Disperzije punila i pigmenata (npr. poboljšanje deaglomeracije i raspodjele)
• Pripremu i aktivaciju otopina polimera (smanjenje gelova, poboljšanje konzistentnosti)
• Petlje za pripremu premaza ili površinske hemije (kada kvalitet disperzije ograničava performanse)
• Zahtjevne emulzije ili suspenzije s visokim udjelom čvrstih tvari gdje se konvencionalno miješanje muči

Najbolji kandidati su obično struje u kojima kvalitet disperzije ograničava performanse i gdje se inline jedinica može instalirati bez narušavanja ukupne ravnoteže mokrog dijela.

Bolji rezultati i značajne uštede uz ultrazvučnu disperziju

Hielscher ultrazvučni sonikatori omogućavaju papirnim mlinovima da značajno smanje – ili čak eliminišu – potrebu za svježom vodom ili bistrim filtratom pri naknadnom razrjeđivanju aditiva mokrog dijela, čime se postižu uštede vode od približno 10–18% ukupne potrošnje mlina. Postizanjem vrlo efikasne i ujednačene disperzije, ovi ultrazvučni sistemi industrijske klase osiguravaju da se hemikalije i aditivi koriste mnogo efikasnije, što dovodi do čišćeg procesa u mokrom dijelu, poboljšanog kvaliteta papira i znatno manje potrebe za hemikalijama – obično smanjene za 20–60% ili više.
U proizvodnji papira male promjene kvaliteta disperzije mogu stvoriti nesrazmjerna poboljšanja u pogledu radne sposobnosti stroja, efikasnosti hemikalija i stabilnosti kvaliteta. Ultrazvučna disperzija hemikalija mokrog dijela privlači pažnju jer je:

• skalabilna na linearan, modularan način
• energetski pametna, ciljajući mikrosmicanje tamo gdje se disperzija zaista događa
• spremna za industriju, sa sistemima sonikatora projektovanim za kontinuiranu obradu

Za mlinove kojima je dosta nadoknađivanja nedosljednog miješanja većom količinom hemije, ultrazvuk nudi drugačiju filozofiju: neka hemija bolje radi prije nego što uopće dođe do papirne mase.