Jak ultrazvuková disperze zlepšuje výkonnost mokrého konce a snižuje náklady

Výrobci papíru vědí, že mokrý konec je místem, kde dobré úmysly bojují s fyzikou.
Můžete si koupit ty nejlepší retenční prostředky, fixační prostředky, prostředky pro úpravu velikosti, barviva, plniva a pevnostní pryskyřice, které lze za peníze koupit. – ale pokud se ve skladu nerozptýlí rychle a rovnoměrně, zaplatíte za to špatnou tvorbou, vyššími nároky na chemikálie, bolestmi hlavy kvůli smolám a lepidlům, nestabilním odvodněním a zbytečnými přestávkami.
Nyní se stále více papíren zabývá vylepšením, které zní až příliš jednoduše: ultrazvukovou disperzí mokrých koncových chemikálií. Místo toho, aby se spoléhalo pouze na mechanický smyk nebo prodlouženou dobu míchání, vytváří ultrazvuk s vysokým výkonem intenzivní mikromíchání, které rozbíjí aglomeráty a rovnoměrněji rozděluje aktivní složky. – s menší spotřebou energie než běžné míchačky.
Prozkoumejte, proč to funguje a proč je to obzvláště atraktivní pro moderní papírenské stroje.

Co je ultrazvuková disperze chemických látek s mokrým koncem?

Ultrazvuková disperze využívá vysokofrekvenční mechanické vibrace (ultrazvuk) přenášené do kapaliny prostřednictvím sonotrody (sondy). V průmyslových systémech je klíčovým mechanismem akustická kavitace. – rychlou tvorbu a rozpad mikroskopických bublin. Tento kolaps vytváří lokální smykové síly a mikrotrysky, které mohou:

• Deaglomerace prášků a minerálních suspenzí
• Homogenizace emulzí a roztoků polymerů
• Zlepšení smáčení a snížení “Rybí oka” u obtížně mísitelných chemikálií
• Rovnoměrnější distribuce aditiv při vysokém obsahu pevných látek

To znamená, že aditiva mohou vykonávat práci, za kterou jim platíte - bez toho, aby se zachytávala v chuchvalcích, špatně smáčela nebo byla nerovnoměrně rozdělena.

Průmyslové ultrazvukové dispergátory, jako je Hielscher UIP6000hdT, zajišťují rovnoměrnou chemickou disperzi na mokrém konci při výrobě papíru, což vede ke zvýšení účinnosti procesu a snížení spotřeby chemikálií, vody a energie.

Proč je sonikace výhodná pro mokrý konec?

Pokud existuje oblast, kde se kvalita rozptylu přímo promítá do peněz, je to mokrá část. Výroba papíru je závod mezi chemií a hydrodynamikou:

• Retenční a drenážní reakce probíhají rychle
• Smykové podmínky se v jednotlivých místech přidávání velmi liší.
• Přísady se mohou vzájemně ovlivňovat nebo neutralizovat, pokud není dávkování kontrolováno.
• Z malých problémů s mícháním se stávají velké problémy se stroji

Ultrazvuk lze nasadit jako řízený in-line dispergační krok - ošetření proudu aditiva, ředicího proudu nebo recirkulační smyčky před místem přidávání. Cílem není “všude více míchání,” ale lepší míchání přesně tam, kde je to důležité.

 
 
Praktické výhody, na kterých mlýnům záleží:

1. Lepší rozptyl znamená lepší účinnost chemie
   Když jsou polymery, minerální suspenze nebo emulze lépe rozptýlené, často se objevují:
   • Nižší spotřeba chemikálií při dosažení stejného výkonu
   • Stabilnější chování při zadržování/odvádění vody
   • Zlepšená tvorba a snížená variabilita
   • Méně nánosů spojených se špatně rozptýlenými lepidly, latexem nebo programy pro kontrolu smolného počasí.

   V mnoha případech mlýny nedávkují chemikálie v nedostatečném množství - dávkují je nadměrně, aby kompenzovaly nekonzistentní rozptyl.

2. Rychlejší smáčení, méně “míchání překvapení”
   Některá aditiva pro mokrý konec jsou známá tím, že vytvářejí gelové kuličky, rybí oka nebo mikročástice (zejména při vyšších koncentracích). Kavitací poháněný ultrazvuk může výrazně zkrátit dobu potřebnou k dosažení stabilního, rovnoměrného stavu - což je užitečné pro:
   • Výroba polymerních roztoků
   • Disperzní plniva a pigmenty
   • Stabilizace emulzí a systémů souvisejících s voskem/ASA (v závislosti na procesu)
   • Zlepšení konzistence distribuce barviv a optických přísad
3. Snížení počtu prostojů (zálohy, přestávky, variabilita)
   Rovnoměrný rozptyl pomáhá omezit lokální předávkování a “Horká místa” které přispívají k usazeninám, plstnatému zatížení a výkyvům kvality. I mírné zlepšení stability se může projevit v menším počtu zlomů a nižší produkci mimo specifikaci.

Lineární škálovatelnost: Proč není ultrazvuk jen pro laboratoř?

Častým problémem nových technologií míchání je rozšíření: “Funguje to v kádince... ale může to fungovat na stroji na papír?”
Průmyslové ultrazvuky lze navrhnout pro lineární škálovatelnost, protože kapacita se rozšiřuje modulárním přidáváním výkonu a objemu průtočného reaktoru. V praxi to znamená:
Můžete začít s jedinou ultrazvukovou jednotkou na jednom proudu aditiv.
Rozšíření kapacity přidáním dalších sonotrod/průtokových buněk a výkonu generátoru
Zachování srovnatelné intenzity procesu díky návrhu konzistentního příkonu energie na objem a dobu zdržení.
To je obzvláště atraktivní pro závody, které chtějí jít cestou nízkého rizika: pilotní provoz na jedné chemické smyčce, ověření klíčových ukazatelů výkonnosti a následné rozšíření.

Energetická účinnost a silné účinky

Ultrazvukový rozptyl je často energeticky úspornější, než se lidé domnívají, protože se nesnažíte hýbat celým hrudníkem silněji. – aplikujete energii přesně tam, kde dochází k rozptylu.
Namísto zvyšování zatížení míchadla ve velké nádrži (a doufání, že se smyk dostane ke každé mikroskupině) ultrazvuk zajišťuje vysoce intenzivní mikro smyk na sonotrodě a v kavitační zóně, obvykle v kompaktním in-line kroku procesu.
U energeticky šetrných mlýnů je logika jednoduchá:

• Zaměřte se na problém rozptylu v přídavném proudu
• Zkrácení doby recirkulace, míchání a přepracování
• Zlepšení účinnosti chemických látek (což může snížit celkovou vloženou energii a náklady na chemické látky).

Možnosti průmyslové třídy od společnosti Hielscher Ultrasonics

Pro papírenské prostředí není výběr zařízení o “může rozptýlit,” ale “může spolehlivě pracovat v průmyslových provozních cyklech, na linkách a v technologických zařízeních.”
Společnost Hielscher Ultrasonics nabízí průmyslové sonikátory určené pro nepřetržitý provoz a rozšiřování, včetně:

• Stolní a pilotní systémy pro testování proveditelnosti a vývoj parametrů
• Průmyslové procesory vhodné pro in-line dispergaci při výrobních průtocích
• Konfigurace průtočných reaktorů pro integraci do mokrých koncových chemických přípraven a dávkovacích skidů
• Modulární škálování výkonu pro rozšíření kapacity bez nutnosti vynalézat nový proces

Jinými slovy: ultrazvukovou disperzi můžete vyhodnotit v malém měřítku a poté ji rozšířit na plnou výrobu pomocí průmyslového hardwaru určeného pro podmínky závodu. – nikoliv repasované laboratorní nástroje.

Kde papírny obvykle používají ultrazvukovou disperzi

Mokrý konec každého mlýna je jedinečný, ale ultrazvuková disperze se běžně vyhodnocuje pro:

• Disperze plniv a pigmentů (např. zlepšení deaglomerace a distribuce).
• Zkrácení a aktivace polymerního roztoku (snížení tvorby gelů, zlepšení konzistence)
• Smyčky přípravy nátěru nebo chemie povrchu (pokud kvalita disperze omezuje výkon).
• Obtížné emulze nebo suspenze s vysokým obsahem pevných látek, kde je běžné míchání obtížné.

Nejlepšími kandidáty jsou obvykle toky, kde je kvalita rozptylu limitující pro výkon a kde lze instalovat řadovou jednotku, aniž by se narušila celková rovnováha mokrého konce.

Lepší výsledky a výrazná úspora díky ultrazvukové disperzi

Ultrazvukové sonikátory Hielscher umožňují papírnám významně omezit – nebo dokonce odstranit – potřebu čerstvé vody nebo čistého filtrátu při následném ředění mokrých koncových přísad, což přináší úsporu vody přibližně 10-18 % celkové spotřeby mlýna. Díky vysoce účinné a rovnoměrné dispergaci zajišťují tyto ultrazvukové systémy průmyslové třídy mnohem efektivnější využití chemikálií a přísad, což vede k čistšímu procesu mokrého konce, lepší kvalitě papíru a podstatně nižší potřebě chemikálií. – se obvykle sníží o 20-60 % nebo více.
Při výrobě papíru mohou malé změny v kvalitě disperze vést k výraznému zlepšení průchodnosti, chemické účinnosti a stability kvality. Ultrazvuková dispergace chemických látek pro mokré zpracování získává stále větší pozornost, protože je:

• Lineární, modulární škálovatelnost
• Energeticky inteligentní, zaměřený na mikro smyk v místech, kde skutečně dochází k rozptylu.
• Připraveno pro průmyslové použití, se sonikátorovými systémy navrženými pro kontinuální zpracování

Pro mlýny, které už nebaví kompenzovat nekonzistentní míchání větším množstvím chemie, nabízí ultrazvuk jinou filozofii: zlepšit fungování chemie ještě předtím, než se dostane do zásoby.