Miten ultraäänidispersio parantaa märkäpään suorituskykyä ja leikkaa kustannuksia

Paperintekijät tietävät, että märkäpää on paikka, jossa hyvät aikomukset menevät fysiikan torjumiseksi.
Voit ostaa parhaita retentioapuvälineitä, kiinnittimiä, liimausaineita, väriaineita, täyteaineita ja lujuushartseja, joita rahalla saa. – mutta jos ne eivät leviä nopeasti ja tasaisesti varastossa, maksat siitä alajuoksulla huonona muodostumisena, korkeampana kemikaalien tarpeena, piki ja tahmea päänsärkynä, epävakaana valumisena ja tarpeettomina taukoina.
Nyt yhä useammat paperitehtaat harkitsevat parannusta, joka kuulostaa melkein liian yksinkertaiselta: märkäpäällystekemikaalien dispergointia ultraäänellä. Sen sijaan, että luotettaisiin pelkästään mekaaniseen leikkaukseen tai pidennettyyn sekoitusaikaan, suuritehoinen ultraääni saa aikaan voimakkaan mikrosekoituksen, joka hajottaa agglomeraatit ja jakaa aktiiviset ainesosat tasaisemmin. – vähemmän energiaa kuin perinteiset sekoittimet.
Tutki, miksi se toimii ja miksi se on erityisen houkutteleva nykyaikaisissa paperikoneissa.

Mitä on märkäpäätykemikaalien ultraäänidispersio?

Ultraäänidispersiossa käytetään korkeataajuisia mekaanisia värähtelyjä (ultraääni), jotka lähetetään nesteeseen sonotrodin (anturin) kautta. Teollisissa järjestelmissä keskeinen mekanismi on akustinen kavitaatio. – mikroskooppisten kuplien nopea muodostuminen ja romahtaminen. Tämä romahtaminen synnyttää paikallisia leikkausvoimia ja mikrosuihkuja, jotka voivat:

• Jauheiden ja mineraalilietteiden agglomeraation purkaminen
• Emulsioiden ja polymeeriliuosten homogenisointi
• Parantaa kostutusta ja vähentää “kalan silmät” vaikeasti sekoitettavissa kemikaaleissa
• Lisäaineiden tasaisempi jakautuminen korkeissa kiintoainepitoisuuksissa.

Märkäpäässä tämä tarkoittaa, että lisäaineet voivat tehdä tehtävänsä, josta niille maksetaan, ilman että ne jäävät paakkuihin, kostuvat huonosti tai jakautuvat epätasaisesti.

Hielscher UIP6000hdT:n kaltaiset teolliset ultraäänidispersiot varmistavat tasaisen märkäpäässä olevan kemikaalin dispergoimisen paperinvalmistuksessa, mikä parantaa prosessin tehokkuutta ja vähentää kemikaalien, veden ja energian kulutusta.

Miksi märkäpää hyötyy sonikaatiosta?

Jos on yksi alue, jossa hajonnan laatu merkitsee suoraan rahaa, se on märkäpää. Paperinvalmistus on kemian ja hydrodynamiikan välinen kilpailu:

• Retentio- ja tyhjennysreaktiot tapahtuvat nopeasti
• Leikkausolosuhteet vaihtelevat suuresti lisäyspisteen mukaan.
• Lisäaineet voivat olla vuorovaikutuksessa keskenään tai neutraloida toisiaan, jos annostelua ei valvota.
• Pienistä sekoitusongelmista tulee suuria koneongelmia

Ultraääni voidaan ottaa käyttöön hallitusti linjassa tapahtuvana dispersiovaiheena, jossa käsitellään lisäainevirtaa, laimennusvirtaa tai kiertosilmukkaa ennen lisäyspistettä. Tavoitteena ei ole “enemmän sekoittumista kaikkialla,” mutta parempi sekoitus juuri siellä, missä sillä on merkitystä.

 
 
Käytännön edut, joista myllyt välittävät:

1. Parempi hajonta tarkoittaa parempaa kemian tehokkuutta
   Kun polymeerit, mineraalilietteet tai emulsiot dispergoituvat paremmin, näet usein:
   • Pienempi kemikaalien kulutus saman suorituskyvyn saavuttamiseksi
   • Vakaampi retentio/valumakäyttäytyminen
   • Parempi muodostuminen ja pienempi vaihtelu
   • Vähemmän talletuksia, jotka ovat sidoksissa huonosti hajallaan oleviin tahroihin, lateksiin tai pikiohjausohjelmiin.

   Monissa tapauksissa tehtaat eivät aliannostele kemikaaleja, vaan ne yliannostelevat kompensoidakseen epäyhtenäistä leviämistä.

2. Nopeampi kostuminen, vähemmän “yllätysten sekoittaminen”
   Jotkin märkäpään lisäaineet ovat tunnettuja siitä, että ne muodostavat geelipalloja, kalasilmiä tai mikrokyhmyjä (erityisesti korkeammilla pitoisuuksilla). Ultraäänen kavitaatio-ohjattu mikroleikkaus voi lyhentää huomattavasti aikaa, joka tarvitaan vakaan, yhtenäisen tilan saavuttamiseen:
   • Polymeeriliuosten valmistaminen
   • Täyteaineiden ja pigmenttien dispergointi
   • Emulsioiden ja vahaan/ASA:han liittyvien järjestelmien stabilointi (prosessista riippuvainen).
   • Väriaineiden ja optisten lisäaineiden jakelun johdonmukaisuuden parantaminen
3. Vähennetään seisokkiaikoja aiheuttavia tekijöitä (talletukset, tauot, vaihtelevuus).
   Tasainen hajonta auttaa vähentämään paikallista yliannostusta ja “Kuumat kohteet” jotka vaikuttavat kerrostumiin, huopakuormitukseen ja laadun vaihteluihin. Jopa pienetkin vakauden parannukset voivat vähentää rikkoutumisia ja vähentää tuotannon poikkeamia.

Lineaarinen skaalautuvuus: Miksi ultraäänitekniikka ei ole vain laboratoriota varten?

Uusien sekoitustekniikoiden yleisenä huolenaiheena on skaalautuminen: “Se toimii dekantterilasissa... mutta voiko se toimia paperikoneessa?”
Teollisuuden ultraäänilaitteet voidaan suunnitella lineaarisesti skaalautuviksi, koska kapasiteettia laajennetaan lisäämällä tehoa ja läpivirtausreaktorin tilavuutta modulaarisesti. Käytännössä tämä tarkoittaa seuraavaa:
Voit aloittaa yhdellä in-line-ultraäänilaitteella yhdessä lisäainevirrassa.
Laajentaa kapasiteettia lisäämällä sonotrodeja/virtauskennoja ja generaattorin tehoa.
Säilytetään vertailukelpoinen prosessi-intensiteetti suunnittelemalla tasainen energiapanos tilavuutta ja viipymäaikaa kohti.
Tämä on erityisen houkuttelevaa tehtaille, jotka haluavat pienen riskin: kokeilu yhdellä kemiallisella kierrolla, KPI:iden validointi ja sitten laajentaminen.

Energiatehokkuus ja voimakkaat vaikutukset

Ultraäänihajotus on usein energiatehokkaampaa kuin ihmiset olettavat, koska koko rintakehää ei yritetä liikuttaa kovemmin. – Käytät energiaa juuri sinne, missä hajonta tapahtuu.
Sen sijaan, että lisättäisiin sekoittimen kuormitusta suuressa säiliössä (ja toivottaisiin, että leikkaus saavuttaa jokaisen mikrokappaleen), ultraääni tuottaa erittäin voimakkaan mikroleikkauksen sonotrodissa ja kavitaatiovyöhykkeellä, tyypillisesti kompaktissa in-line-prosessivaiheessa.
Energiatietoisille tehtaille logiikka on suoraviivainen:

• Dispersio-ongelman ratkaiseminen lisäainevirrassa
• Vähennä kierrätystä, sekoitusaikaa ja uudelleentyöstöä.
• Parannetaan kemikaalien tehokkuutta (mikä voi vähentää kemikaalien sisältämää kokonaisenergiaa ja -kustannuksia).

Teollisuusluokan vaihtoehdot Hielscher Ultrasonicsilta

Paperinvalmistusympäristöissä laitteiden valinnassa ei ole kyse seuraavista seikoista “se voi hajota,” mutta “voiko se toimia luotettavasti teollisissa käyttöjaksoissa, linjassa ja prosessilaitoksessa.”
Hielscher Ultrasonics tarjoaa teollisia sonikaattorialustoja, jotka on suunniteltu jatkuvaan toimintaan ja skaalaamiseen, mukaan lukien:

• Penkki- ja pilottijärjestelmät toteutettavuustestausta ja parametrien kehittämistä varten
• Teollisuusprosessorit, jotka soveltuvat in-line-dispersioon tuotantovirtausnopeuksilla.
• Läpivirtausreaktorikokoonpanot, jotka voidaan integroida märkäpäässä oleviin kemikaalien valmistus- ja annostelulaitteisiin.
• Modulaarinen tehon skaalaus kapasiteetin laajentamiseksi ilman prosessin uudelleenkeksimistä

Toisin sanoen: voit arvioida ultraäänidispersiota pienessä mittakaavassa ja sitten skaalata sen täyteen tuotantoon käyttämällä tehdasolosuhteisiin tarkoitettua teollisuuslaitteistoa. – ei uudelleenkäytettyjä laboratoriovälineitä.

Missä paperitehtaat tyypillisesti käyttävät ultraäänidispersiota?

Jokaisen myllyn märkäpää on ainutlaatuinen, mutta ultraäänidispersiota arvioidaan yleisesti:

• täyteaine- ja pigmenttidispersiot (esim. deagglomeroitumisen ja jakautumisen parantaminen).
• Polymeeriliuoksen valmistaminen ja aktivointi (geelien vähentäminen, johdonmukaisuuden parantaminen).
• Pinnoitteen tai pintakemian valmistussilmukat (kun dispersion laatu rajoittaa suorituskykyä).
• Vaikeat emulsiot tai runsaasti kiintoainetta sisältävät lietteet, joissa perinteinen sekoitus on vaikeaa.

Parhaita ehdokkaita ovat yleensä virtaukset, joissa hajonnan laatu rajoittaa suorituskykyä ja joihin voidaan asentaa in-line-yksikkö ilman, että märän pään kokonaistasapaino häiriintyy.

Parempia tuloksia ja merkittäviä säästöjä ultraäänidispersion avulla

Hielscherin ultraääniäänilaitteiden avulla paperitehtaat voivat vähentää merkittävästi – tai jopa poistaa – makean veden tai kirkkaan suodoksen tarve märkäpään lisäaineiden laimennuksen jälkeisessä laimennuksessa, jolloin vedensäästö on noin 10-18 % myllyn kokonaiskulutuksesta. Saavuttamalla erittäin tehokkaan ja tasaisen hajotuksen nämä teollisen tason ultraäänijärjestelmät varmistavat, että kemikaaleja ja lisäaineita käytetään paljon tehokkaammin, mikä johtaa puhtaampaan märkäprosessiin, parempaan paperin laatuun ja huomattavasti alhaisempaan kemikaalitarpeeseen. – tyypillisesti 20-60 prosenttia tai enemmän.
Paperinvalmistuksessa pienet muutokset dispersion laadussa voivat parantaa huomattavasti juoksevuutta, kemiallista tehokkuutta ja laadun vakautta. Märkäpäällystekemikaalien ultraäänidispersioiminen on saamassa yhä enemmän huomiota, koska se on:

• Lineaarisesti ja modulaarisesti skaalautuva
• Energiaälykäs, kohdistettu mikroleikkaus siellä, missä dispersio todella tapahtuu.
• Teollisuuskäyttöön soveltuvat, jatkuvaan käsittelyyn suunnitellut kaikuluotainjärjestelmät.

Tehtaille, jotka ovat kyllästyneet kompensoimaan epäjohdonmukaista sekoittumista lisäämällä kemiaa, ultraääni tarjoaa toisenlaisen filosofian: tee kemiasta toimivampaa ennen kuin se edes pääsee varastoon.