Πώς η διασπορά με υπερήχους βελτιώνει την απόδοση του υγρού τμήματος και μειώνει το κόστος

Οι χαρτοποιοί γνωρίζουν ότι το υγρό τμήμα είναι το σημείο όπου οι καλές προθέσεις έρχονται αντιμέτωπες με τη φυσική.
Μπορείτε να αγοράσετε τα καλύτερα βοηθητικά συγκράτησης, στερεωτικά, μέσα κολλαρίσματος, χρωστικές, πληρωτικά και ρητίνες ενίσχυσης της αντοχής που διατίθενται στην αγορά – αλλά αν δεν διασπείρονται γρήγορα και ομοιόμορφα στο αιώρημα χαρτοπολτού, το τίμημα εμφανίζεται στα επόμενα στάδια με κακό σχηματισμό του φύλλου, αυξημένες ανάγκες σε χημικά, προβλήματα από ρητινώδεις αποθέσεις και κολλώδεις προσμείξεις, ασταθή αποστράγγιση και περιττές θραύσεις του χαρτιού.
Σήμερα, όλο και περισσότερα εργοστάσια χαρτοποιίας εξετάζουν μια αναβάθμιση που ακούγεται σχεδόν υπερβολικά απλή: τη διασπορά των χημικών του υγρού τμήματος με υπερήχους. Αντί να βασίζονται αποκλειστικά στη μηχανική διάτμηση ή στον παρατεταμένο χρόνο ανάμειξης, οι υπέρηχοι υψηλής ισχύος δημιουργούν έντονη μικροανάμειξη που διασπά τα συσσωματώματα και κατανέμει πιο ομοιόμορφα τα δραστικά συστατικά – με λιγότερη ενέργεια από τους συμβατικούς αναμείκτες.
Ανακαλύψτε γιατί λειτουργεί αυτή η μέθοδος και γιατί είναι ιδιαίτερα ελκυστική για τις σύγχρονες χαρτοποιητικές μηχανές.

Τι είναι η διασπορά των χημικών του υγρού τμήματος με υπερήχους;

Η διασπορά με υπερήχους χρησιμοποιεί μηχανικές δονήσεις υψηλής συχνότητας (υπερήχους) που μεταδίδονται σε ένα υγρό μέσω ενός ηχοτροδίου (ακροδέκτη). Στα βιομηχανικά συστήματα, ο βασικός μηχανισμός είναι η ακουστική σπηλαίωση – ο ταχύς σχηματισμός και η κατάρρευση μικροσκοπικών φυσαλίδων. Αυτή η κατάρρευση δημιουργεί τοπικές δυνάμεις διάτμησης και μικροπίδακες που μπορούν να:

• Διασπούν συσσωματώματα σε σκόνες και αιωρήματα ορυκτών
• Ομογενοποιούν γαλακτώματα και διαλύματα πολυμερών
• Βελτιώνουν τη διαβροχή και μειώνουν τα συσσωματώματα τύπου «ματιών ψαριού» σε χημικά που αναμειγνύονται δύσκολα
• Κατανέμουν πιο ομοιόμορφα τα πρόσθετα σε υψηλή περιεκτικότητα σε στερεά

Για το υγρό τμήμα, αυτό σημαίνει ότι τα πρόσθετα μπορούν να επιτελούν τη λειτουργία για την οποία πληρώνετε – χωρίς να παγιδεύονται σε συσσωματώματα, να διαβρέχονται ανεπαρκώς ή να κατανέμονται ανομοιόμορφα.

Οι βιομηχανικοί διασπορείς υπερήχων, όπως ο Hielscher UIP6000hdT, εξασφαλίζουν ομοιόμορφη διασπορά των χημικών του υγρού τμήματος στη χαρτοποιία, με αποτέλεσμα τη βελτίωση της αποδοτικότητας της διεργασίας και τη μείωση της κατανάλωσης χημικών, νερού και ενέργειας.

Γιατί το υγρό τμήμα ωφελείται από την κατεργασία με υπερήχους

Αν υπάρχει μία ζώνη όπου η ποιότητα της διασποράς μεταφράζεται άμεσα σε χρήματα, αυτή είναι το υγρό τμήμα. Η χαρτοποιία είναι ένας αγώνας δρόμου μεταξύ χημείας και υδροδυναμικής:

• Οι αντιδράσεις συγκράτησης και αποστράγγισης πραγματοποιούνται γρήγορα
• Οι συνθήκες διάτμησης ποικίλλουν έντονα ανάλογα με το σημείο προσθήκης
• Τα πρόσθετα μπορούν να αλληλεπιδρούν ή να αλληλοεξουδετερώνονται αν η δοσομέτρηση δεν ελέγχεται
• Τα μικρά προβλήματα ανάμειξης γίνονται μεγάλα προβλήματα της μηχανής

Οι υπέρηχοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ελεγχόμενο στάδιο διασποράς εντός της γραμμής – για την κατεργασία ενός ρεύματος προσθέτου, ενός ρεύματος αραίωσης ή ενός βρόχου ανακυκλοφορίας πριν από το σημείο προσθήκης. Ο στόχος δεν είναι «περισσότερη ανάμειξη παντού», αλλά καλύτερη ανάμειξη ακριβώς εκεί όπου έχει σημασία.

 
 
Τα πρακτικά πλεονεκτήματα που ενδιαφέρουν τα εργοστάσια χαρτοποιίας:

1. Καλύτερη διασπορά σημαίνει αποτελεσματικότερη χημική δράση
   Όταν τα πολυμερή, τα αιωρήματα ορυκτών ή τα γαλακτώματα διασπείρονται καλύτερα, συχνά παρατηρούνται:
   • Χαμηλότερη κατανάλωση χημικών για την επίτευξη της ίδιας απόδοσης
   • Πιο σταθερή συμπεριφορά συγκράτησης/αποστράγγισης
   • Βελτιωμένος σχηματισμός του φύλλου και μειωμένη μεταβλητότητα
   • Λιγότερες αποθέσεις που συνδέονται με ανεπαρκώς διεσπαρμένες κολλώδεις προσμείξεις, λάτεξ ή προγράμματα ελέγχου ρητινωδών αποθέσεων

   Σε πολλές περιπτώσεις, τα εργοστάσια χαρτοποιίας δεν προσθέτουν ανεπαρκείς δόσεις χημικών – προσθέτουν υπερβολικές δόσεις για να αντισταθμίσουν την ασυνεπή διασπορά.

2. Ταχύτερη διαβροχή, λιγότερες «εκπλήξεις κατά την ανάμειξη»
   Ορισμένα πρόσθετα του υγρού τμήματος είναι γνωστά για τον σχηματισμό σφαιριδίων γέλης, συσσωματωμάτων τύπου «ματιών ψαριού» ή μικροσυσσωματωμάτων (ιδίως σε υψηλότερες συγκεντρώσεις). Η μικροδιάτμηση που προκαλείται από τη σπηλαίωση των υπερήχων μπορεί να μειώσει δραστικά τον χρόνο που απαιτείται για την επίτευξη μιας σταθερής, ομοιόμορφης κατάστασης – κάτι χρήσιμο για:
   • Την παρασκευή διαλυμάτων πολυμερών
   • Τη διασπορά πληρωτικών και πιγμέντων
   • Τη σταθεροποίηση γαλακτωμάτων και συστημάτων που σχετίζονται με κηρούς/ASA (ανάλογα με τη διεργασία)
   • Τη βελτίωση της σταθερότητας στην κατανομή χρωστικών και οπτικών προσθέτων
3. Μείωση των παραγόντων που προκαλούν διακοπές λειτουργίας (αποθέσεις, θραύσεις του χαρτιού, μεταβλητότητα)
   Η ομοιόμορφη διασπορά συμβάλλει στη μείωση της τοπικής υπερδοσολογίας και των «εστιών υψηλής συγκέντρωσης» που συντελούν στον σχηματισμό αποθέσεων, στην απόφραξη των πιλημάτων και στις διακυμάνσεις της ποιότητας. Ακόμη και μικρές βελτιώσεις στη σταθερότητα μπορούν να οδηγήσουν σε λιγότερες θραύσεις του χαρτιού και σε μικρότερη παραγωγή εκτός προδιαγραφών.

Γραμμική κλιμάκωση: Γιατί οι υπέρηχοι δεν προορίζονται μόνο για το εργαστήριο

Μια συνήθης ανησυχία σχετικά με τις νέες τεχνολογίες ανάμειξης είναι η αύξηση της κλίμακας: «Λειτουργεί σε ένα ποτήρι ζέσεως… αλλά μπορεί να λειτουργήσει σε μια χαρτοποιητική μηχανή;»
Τα βιομηχανικά συστήματα υπερήχων μπορούν να σχεδιαστούν για γραμμική κλιμάκωση, καθώς η δυναμικότητα αυξάνεται με την προσθήκη ισχύος και όγκου αντιδραστήρα συνεχούς ροής κατά δομοστοιχειωτό τρόπο. Στην πράξη, αυτό σημαίνει:
Μπορείτε να ξεκινήσετε με μία μονάδα υπερήχων εντός γραμμής σε ένα ρεύμα προσθέτου
Να αυξήσετε τη δυναμικότητα προσθέτοντας επιπλέον ηχοτρόδια/κυψελίδες ροής και ισχύ γεννήτριας
Να διατηρήσετε συγκρίσιμη ένταση διεργασίας με σχεδιασμό που εξασφαλίζει σταθερή εισροή ενέργειας ανά μονάδα όγκου και σταθερό χρόνο παραμονής
Αυτό είναι ιδιαίτερα ελκυστικό για χαρτοβιομηχανίες που επιθυμούν μια πορεία χαμηλού κινδύνου: πιλοτική εφαρμογή σε ένα κύκλωμα χημικών, επαλήθευση των βασικών δεικτών απόδοσης και κατόπιν επέκταση.

Ενεργειακή αποδοτικότητα και ισχυρά αποτελέσματα

Η διασπορά με υπερήχους είναι συχνά πιο ενεργειακά αποδοτική από όσο θεωρείται, επειδή δεν προσπαθείτε να ανακινήσετε εντονότερα ολόκληρο το περιεχόμενο της δεξαμενής χαρτοπολτού – εφαρμόζετε ενέργεια ακριβώς εκεί όπου πραγματοποιείται η διασπορά.
Αντί να αυξάνετε το φορτίο του αναδευτήρα σε μια μεγάλη δεξαμενή (ελπίζοντας ότι η διάτμηση θα φτάσει σε κάθε μικροσυσσωμάτωμα), οι υπέρηχοι δημιουργούν μικροδιάτμηση υψηλής έντασης στο ηχοτρόδιο και στη ζώνη σπηλαίωσης, συνήθως σε ένα συμπαγές στάδιο επεξεργασίας εντός γραμμής.
Για τις χαρτοβιομηχανίες που δίνουν προσοχή στην κατανάλωση ενέργειας, η λογική είναι απλή:

• Αντιμετωπίστε το πρόβλημα διασποράς στο ρεύμα του προσθέτου
• Μειώστε την ανακυκλοφορία, τον χρόνο ανάμειξης και την επανεπεξεργασία
• Βελτιώστε την αποτελεσματικότητα των χημικών (κάτι που μπορεί να μειώσει τη συνολική ενσωματωμένη ενέργεια και το κόστος των χημικών)

Επιλογές βιομηχανικών προδιαγραφών από τη Hielscher Ultrasonics

Στο περιβάλλον της χαρτοποιίας, το ζητούμενο κατά την επιλογή εξοπλισμού δεν είναι «μπορεί να επιτύχει διασπορά;», αλλά «μπορεί να λειτουργεί αξιόπιστα σε βιομηχανικούς κύκλους λειτουργίας, εντός γραμμής και σε μια μονάδα παραγωγής;».
Η Hielscher Ultrasonics προσφέρει βιομηχανικές πλατφόρμες συσκευών υπερήχων σχεδιασμένες για συνεχή λειτουργία και αύξηση της κλίμακας, στις οποίες περιλαμβάνονται:

• Επιτραπέζια και πιλοτικά συστήματα για δοκιμές εφικτότητας και ανάπτυξη παραμέτρων
• Βιομηχανικές μονάδες επεξεργασίας κατάλληλες για διασπορά εντός γραμμής στις παροχές παραγωγής
• Διαμορφώσεις αντιδραστήρων συνεχούς ροής για ενσωμάτωση σε συγκροτήματα προετοιμασίας και δοσομέτρησης χημικών του υγρού τμήματος πάνω σε πλαίσιο
• Δομοστοιχειωτή κλιμάκωση της ισχύος για αύξηση της δυναμικότητας χωρίς επανασχεδιασμό της διεργασίας

Με άλλα λόγια: μπορείτε να αξιολογήσετε τη διασπορά με υπερήχους σε μικρή κλίμακα και στη συνέχεια να αυξήσετε την κλίμακα έως την πλήρη παραγωγή, χρησιμοποιώντας βιομηχανικό εξοπλισμό που προορίζεται για συνθήκες εργοστασίου – όχι εργαστηριακά εργαλεία που έχουν προσαρμοστεί για άλλη χρήση.

Πού εφαρμόζουν συνήθως οι χαρτοβιομηχανίες τη διασπορά με υπερήχους

Το υγρό τμήμα κάθε χαρτοβιομηχανίας είναι μοναδικό, αλλά η διασπορά με υπερήχους αξιολογείται συνήθως για:

• Διασπορές πληρωτικών και χρωστικών (π.χ. βελτίωση της αποσυσσωμάτωσης και της κατανομής)
• Παρασκευή και ενεργοποίηση διαλυμάτων πολυμερών (μείωση των πηκτωμάτων, βελτίωση της ομοιομορφίας)
• Κυκλώματα προετοιμασίας συνθέσεων επίστρωσης ή χημικών επιφανειακής κατεργασίας (όταν η ποιότητα της διασποράς περιορίζει την απόδοση)
• Δύσκολα γαλακτώματα ή πολφοί υψηλής περιεκτικότητας σε στερεά, για τα οποία η συμβατική ανάμειξη παρουσιάζει δυσκολίες

Οι καλύτεροι υποψήφιοι είναι συνήθως ρεύματα στα οποία η ποιότητα της διασποράς περιορίζει την απόδοση και όπου μπορεί να εγκατασταθεί μια μονάδα εντός γραμμής χωρίς να διαταραχθεί η συνολική ισορροπία του υγρού τμήματος.

Καλύτερα αποτελέσματα και σημαντική εξοικονόμηση με τη διασπορά με υπερήχους

Οι συσκευές υπερήχων Hielscher επιτρέπουν στις χαρτοβιομηχανίες να μειώσουν σημαντικά – ή ακόμη και να εξαλείψουν – την ανάγκη για φρέσκο νερό ή διαυγές διήθημα κατά τη μεταγενέστερη αραίωση των προσθέτων του υγρού τμήματος, επιτυγχάνοντας εξοικονόμηση νερού περίπου 10–18% της συνολικής κατανάλωσης της χαρτοβιομηχανίας. Επιτυγχάνοντας εξαιρετικά αποδοτική και ομοιόμορφη διασπορά, αυτά τα συστήματα υπερήχων βιομηχανικών προδιαγραφών εξασφαλίζουν πολύ αποτελεσματικότερη χρήση των χημικών και των προσθέτων, οδηγώντας σε καθαρότερη διεργασία στο υγρό τμήμα, βελτιωμένη ποιότητα χαρτιού και σημαντικά χαμηλότερες ανάγκες σε χημικά – με συνήθη μείωση κατά 20–60% ή περισσότερο.
Στη χαρτοποιία, μικρές αλλαγές στην ποιότητα της διασποράς μπορούν να επιφέρουν δυσανάλογα μεγάλες βελτιώσεις στην ομαλή λειτουργία της μηχανής, στην αποδοτικότητα χρήσης των χημικών και στη σταθερότητα της ποιότητας. Η διασπορά των χημικών του υγρού τμήματος με υπερήχους προσελκύει ολοένα μεγαλύτερο ενδιαφέρον επειδή είναι:

• Κλιμακώσιμη με γραμμικό, δομοστοιχειωτό τρόπο
• Ενεργειακά αποδοτική, στοχεύοντας τη μικροδιάτμηση εκεί όπου πραγματοποιείται πραγματικά η διασπορά
• Έτοιμη για βιομηχανική χρήση, με συστήματα υπερήχων σχεδιασμένα για συνεχή επεξεργασία

Για τις χαρτοβιομηχανίες που έχουν κουραστεί να αντισταθμίζουν την ανομοιόμορφη ανάμειξη με περισσότερα χημικά, οι υπέρηχοι προσφέρουν μια διαφορετική φιλοσοφία: κάνουν τα χημικά να λειτουργούν καλύτερα πριν καν φτάσουν στο αιώρημα χαρτοπολτού.