Kuidas ultraheli dispergeerimine parandab märgosa toimivust ja vähendab kulusid

Paberitootjad teavad, et märgosa on koht, kus head kavatsused lähevad füüsikaseadustega vastuollu.
Saate osta parimad retentsioonivahendid, fiksaatorid, liimained, värvained, täiteained ja tugevusvaigud, mida raha eest saada on – kuid kui need ei dispergeeru massis kiiresti ja ühtlaselt, maksate selle eest hiljem kinni halva formatsiooni, suurema keemiakulu, pihtimis- ja stickies-probleemide, ebastabiilse vee eraldumise ja tarbetute katkestustega.
Praegu kaalub üha rohkem paberitehaseid uuendust, mis kõlab peaaegu liiga lihtsalt: märgosa keemiakemikaalide ultraheli dispergeerimine. Selle asemel, et tugineda ainult mehaanilisele nihkele või pikemale segamisajale, tekitab suure võimsusega ultraheli intensiivse mikrosegamise, mis lõhub aglomeraadid ja jaotab toimeained ühtlasemalt – väiksema energiakuluga kui tavapärased segistid.
Tutvuge sellega, miks see toimib ja miks see on eriti atraktiivne tänapäevastele paberimasinatele.

Mis on märgosa kemikaalide ultraheli dispergeerimine?

Ultraheli dispergeerimisel kasutatakse kõrgsageduslikke mehaanilisi vibratsioone (ultraheli), mis edastatakse vedelikku sonotroodi (sondi) kaudu. Tööstussüsteemides on peamine mehhanism akustiline kavitatsioon – mikroskoopiliste mullide kiire teke ja kollaps. See kollaps tekitab lokaalseid nihkejõude ja mikrojuge, mis võivad:

• deaglomeerida pulbreid ja mineraalsuspensioone
• homogeniseerida emulsioone ja polümeerilahuseid
• parandada märgumist ja vähendada „kalasilmade“ teket raskesti segatavates kemikaalides
• jaotada lisandeid ühtlasemalt suure kuivainesisalduse korral

Märgosa mõistes tähendab see, et lisandid saavad teha seda tööd, mille eest te neile maksate – ilma et nad jääksid tükkidesse kinni, halvasti märgunuks või ebaühtlaselt jaotunuks.

Tööstuslikud ultraheli dispergaatorid, nagu Hielscher UIP6000hdT, tagavad märgosa kemikaalide ühtlase dispergeerimise paberitootmises, mille tulemuseks on parem protsessi efektiivsus ning väiksem kemikaalide, vee ja energia tarbimine.

Miks märgosa saab sonikeerimisest kasu

Kui on üks tsoon, kus dispersiooni kvaliteet tähendab otseselt raha, siis on see märgosa. Paberitootmine on võidujooks keemia ja hüdrodünaamika vahel:

• Retentsiooni- ja vee eraldumise reaktsioonid toimuvad kiiresti
• Nihketingimused varieeruvad lisamispunktiti suuresti
• Lisandid võivad omavahel reageerida või teineteist neutraliseerida, kui doseerimist ei kontrollita
• Väikesed segamisprobleemid muutuvad suurteks masinaprobleemideks

Ultraheli saab rakendada kontrollitud inline-dispergeerimisetapina – lisandivoo, lahjendusvoo või retsirkulatsioonikontuuri töötlemiseks enne lisamispunkti. Eesmärk ei ole „rohkem segamist igal pool“, vaid parem segamine täpselt seal, kus see loeb.

Praktilised eelised, mis tehaseid huvitavad:

1. Parem dispergeerimine tähendab suuremat keemia efektiivsust
   Kui polümeerid, mineraalsuspensioonid või emulsioonid on paremini dispergeeritud, näete sageli järgmist:
   • Väiksem kemikaalide tarbimine sama tulemuse saavutamiseks
   • Stabiilsem retentsiooni-/vee eraldumise käitumine
   • Parem formatsioon ja väiksem varieeruvus
   • Vähem ladestusi, mis on seotud halvasti dispergeeritud stickies’e, lateksi või pihtimiskontrolli programmidega

   Paljudel juhtudel ei doseeri tehased kemikaale alla – nad doseerivad üle, et kompenseerida ebaühtlast dispergeerimist.

2. Kiirem märgumine, vähem „segamise üllatusi“
   Mõned märgosa lisandid on kurikuulsad geelpallide, kalasilmade või mikrotükkide tekke poolest (eriti suuremate kontsentratsioonide korral). Ultraheli kavitatsioonist tingitud mikronihe võib stabiilse ja ühtlase oleku saavutamiseks vajalikku aega oluliselt lühendada – see on kasulik järgmisteks otstarveteks:
   • polümeerilahuste valmistamine
   • täiteainete ja pigmentide dispergeerimine
   • emulsioonide ja vaha/ASA-ga seotud süsteemide stabiliseerimine (sõltub protsessist)
   • värvainete ja optiliste lisandite jaotuse ühtlustamine
3. Seisakuid põhjustavate tegurite vähendamine (ladestused, katkestused, varieeruvus)
   Ühtlane dispergeerimine aitab vähendada lokaalset üledoseerimist ja „kuumi kohti“, mis aitavad kaasa ladestuste, filtsi ummistumise ja kvaliteedikõikumiste tekkele. Isegi tagasihoidlikud stabiilsuse parandused võivad tähendada vähem katkestusi ja vähem normidele mittevastavat toodangut.

Lineaarne skaleeritavus: miks ultraheli ei ole mõeldud ainult laborile

Uudsete segamistehnoloogiate puhul on tavaline mure mastaapimine: “Kolvis see töötab… aga kas see töötab ka paberimasinal?”
Tööstuslikku ultraheli saab projekteerida lineaarse skaleeritavusega, sest tootlikkust suurendatakse mooduliviisiliselt, lisades võimsust ja läbivoolureaktori mahtu. Praktikas tähendab see järgmist:
Saate alustada ühe in-line ultraheliseadmega ühel lisandivoolul
Tootlikkust saab suurendada, lisades täiendavaid sonotroode/läbivoolukambreid ja generaatori võimsust
Sarnast protsessi intensiivsust saab säilitada, kavandades ühtlase energiasisendi mahuühiku kohta ja ühtlase viibeaja
See on eriti atraktiivne paberivabrikutele, kes soovivad väikese riskiga teed: pilootkatse ühel keemilisel ahelal, KPI-de valideerimine ja seejärel laiendamine.

Energiatõhusus ja tugev toime

Ultraheli dispergeerimine on sageli energiatõhusam, kui inimesed eeldavad, sest te ei püüa liigutada kogu massikasti tugevamalt – te rakendate energiat täpselt seal, kus dispergeerimine toimub.
Asemel et suurendada segaja koormust suures mahutis (lootes, et nihkejõud jõuab igasse mikrokogumisse), annab ultraheli suure intensiivsusega mikronihke sonotroodil ja kavitatsioonitsoonis, tavaliselt kompaktses in-line protsessietapis.
Energiateadlike paberivabrikute jaoks on loogika lihtne:

• Dispergeerimisprobleemi lahendamine lisandivoolu tasemel
• Retsirkulatsiooni, segamisaja ja ümbertöötluse vähendamine
• Keemilise toime parandamine (mis võib vähendada keemiliste ainete kogu sisaldunud energiat ja kulusid)

Tööstusliku klassi lahendused ettevõttelt Hielscher Ultrasonics

Paberitootmiskeskkondades ei seisne seadmevalik küsimuses “kas see suudab dispergeerida”, vaid küsimuses “kas see suudab töötada töökindlalt tööstuslikes töötsüklites, in-line ja tööstusettevõttes”.
Hielscher Ultrasonics pakub tööstuslikke sonikaatoriplatvorme, mis on mõeldud pidevaks tööks ja mastaapimiseks, sealhulgas:

• Laboriseadmed ja pilootsüsteemid teostatavuskatseteks ja parameetrite väljatöötamiseks
• Tööstuslikud protsessorid, mis sobivad in-line dispergeerimiseks tootmisvooluhulkadel
• Läbivoolureaktorite konfiguratsioonid, mida saab integreerida märja osa keemiliste ainete ettevalmistus- ja doseerimisskiididesse
• Mooduliviisiline võimsuse skaleerimine tootlikkuse suurendamiseks ilma protsessi uuesti leiutamata

Teisisõnu: ultraheli dispergeerimist saab hinnata väikeses mahus ning seejärel laiendada täielikule tootmisele, kasutades tööstusettevõtte tingimustele mõeldud tööstuslikke seadmeid – mitte ümber kohandatud laborivahendeid.

Kus paberivabrikud ultraheli dispergeerimist tavaliselt rakendavad

Iga vabriku märg osa on ainulaadne, kuid ultraheli dispergeerimist hinnatakse tavaliselt järgmiste rakenduste jaoks:

• Täiteaine- ja pigmendidispersioonid (nt deagglomeratsiooni ja jaotumise parandamine)
• Polümeerilahuste valmistamine ja aktiveerimine (geelide vähendamine, ühtluse parandamine)
• Katte- või pinnakeemia ettevalmistusahelad (kui dispersiooni kvaliteet piirab jõudlust)
• Rasked emulsioonid või suure tahkeainesisaldusega suspensioonid, kus tavapärane segamine ei anna tulemust

Parimad kandidaadid on tavaliselt voolud, kus dispersiooni kvaliteet piirab jõudlust ja kuhu saab in-line seadme paigaldada märja osa üldist tasakaalu häirimata.

Paremad tulemused ja märkimisväärne kokkuhoid ultraheli dispergeerimisega

Hielscher ultraheli sonikaatorid võimaldavad paberivabrikutel märkimisväärselt vähendada – või isegi täielikult välistada – värske vee või puhta filtraadi vajaduse märja osa lisandite järeldilueerimisel, tagades veesäästu umbes 10–18% vabriku kogutarbimisest. Saavutades väga tõhusa ja ühtlase dispergeerimise, tagavad need tööstusliku klassi ultraheli süsteemid keemiliste ainete ja lisandite palju tõhusama kasutamise, mis viib puhtama märja osa protsessi, parema paberikvaliteedi ja oluliselt väiksema keemiliste ainete vajaduseni – tavaliselt vähenemine 20–60% või rohkem.
Paberitootmises võivad väikesed muutused dispersiooni kvaliteedis tuua ebaproportsionaalselt suuri parandusi masina töökindluses, keemilises tõhususes ja kvaliteedi stabiilsuses. Märja osa keemiliste ainete ultraheli dispergeerimine pälvib järjest enam tähelepanu, sest see on:

• Lineaarselt ja mooduliviisiliselt skaleeritav
• Energiatõhus, suunates mikronihke sinna, kus dispersioon tegelikult toimub
• Tööstuseks valmis, pidevaks töötlemiseks projekteeritud sonikaatorsüsteemidega

Paberivabrikutele, kellel on villand ebaühtlase segamise kompenseerimisest üha rohkema keemiaga, pakub ultraheli teistsugust filosoofiat: pannakse keemia paremini toimima juba enne, kui see massini jõuab.