כיצד פיזור קולי משפר את ביצועי הקצה הרטוב ומפחית עלויות

יצרני נייר יודעים שהקצה הרטוב הוא המקום שבו כוונות טובות נלחמות בפיזיקה.
אתה יכול לקנות את מיטב חומרי השימור, חומרי הקיבוע, חומרי הגודל, צבעים, חומרי מילוי ושרפים מחזקים שניתן לקנות בכסף. – אבל אם הם לא מתפזרים במהירות ובאופן אחיד במלאי, אתה משלם על כך בהמשך עם היווצרות לקויה, דרישה גבוהה יותר לכימיקלים, כאבי ראש בגלל זפת ודביקות, ניקוז לא יציב והפסקות מיותרות.
כיום, מספר הולך וגדל של מפעלי נייר בוחנים שדרוג שנשמע כמעט פשוט מדי: פיזור אולטראסוני של כימיקלים בקצה הרטוב. במקום להסתמך רק על גזירה מכנית או זמן ערבוב ממושך, אולטראסאונד בעל עוצמה גבוהה יוצר ערבוב מיקרו אינטנסיבי שמפרק אגרגטים ומפיץ את החומרים הפעילים בצורה אחידה יותר. – עם פחות אנרגיה מאשר מערבלים קונבנציונליים.
גלה מדוע זה עובד, ומדוע זה אטרקטיבי במיוחד עבור מכונות נייר מודרניות.

מהו פיזור אולטראסוני של כימיקלים בקצה הרטוב?

פיזור קולי משתמש בתנודות מכניות בתדר גבוה (אולטרסאונד) המועברות לנוזל באמצעות סונוטרודה (בדיקה). במערכות תעשייתיות, המנגנון המרכזי הוא קוויטציה אקוסטית. – היווצרות והתמוטטות מהירות של בועות מיקרוסקופיות. התמוטטות זו מייצרת כוחות גזירה מקומיים ומיקרו-סילונים שיכולים:

• פיזור אבקות ותערובות מינרליות
• הומוגניזציה של תחליבים ותמיסות פולימריות
• שיפור ההרטבה והפחתת “עיני דג” בכימיקלים שקשה לערבב
• פיזור תוספים באופן אחיד יותר במוצקים גבוהים

במונחים של קצה רטוב, משמעות הדבר היא שתוספים יכולים לבצע את המשימה שלשמה שילמתם להם – מבלי להיתקע בגושים, להירטב בצורה לא אחידה או להתפזר בצורה לא אחידה.

מפיצים אולטראסוניים תעשייתיים כמו Hielscher UIP6000hdT מבטיחים פיזור כימי אחיד בקצה הרטוב בתהליך ייצור הנייר, מה שמביא ליעילות משופרת של התהליך ולהפחתה בצריכת הכימיקלים, המים והאנרגיה.

מדוע הקצה הרטוב נהנה מהשימוש באולטרסאונד

אם יש אזור אחד שבו איכות הפיזור מתורגמת ישירות לכסף, זהו הקצה הרטוב. ייצור נייר הוא מרוץ בין כימיה להידרודינמיקה:

• תגובות שימור וניקוז מתרחשות במהירות
• תנאי הגזירה משתנים מאוד בהתאם לנקודת ההוספה
• תוספים עלולים להגיב זה עם זה או לנטרל זה את זה אם המינון אינו מבוקר.
• בעיות קטנות בערבוב הופכות לבעיות גדולות במכונה

אולטרסאונד יכול להיות מוטמע כשלב פיזור מבוקר ומובנה – טיפול בזרם תוספים, זרם דילול או לולאת מחזור לפני נקודת ההוספה. המטרה היא לא “יותר ערבוב בכל מקום,” אבל עדיף לערבב בדיוק במקום הנכון.

 
 
היתרונות המעשיים שחשובים למפעלים:

1. פיזור טוב יותר פירושו יעילות כימית טובה יותר
   כאשר פולימרים, תרחיפים מינרליים או תחליבים מפוזרים טוב יותר, לעתים קרובות ניתן לראות:
   • הפחתת צריכת הכימיקלים כדי להשיג את אותה ביצועים
   • התנהגות שימור/ניקוז יציבה יותר
   • שיפור המבנה והפחתת השונות
   • פחות משקעים הקשורים לדביקות מפוזרת בצורה לא אחידה, לטקס או תוכניות בקרת זפת

   במקרים רבים, המפעלים אינם משתמשים במינון נמוך מדי של כימיקלים – הם משתמשים במינון גבוה מדי כדי לפצות על פיזור לא אחיד.

2. הרטבה מהירה יותר, פחות “הפתעות מעורבות”
   תוספים מסוימים לקצה הרטוב ידועים לשמצה ביצירת גושי ג'ל, עיני דג או גושים מיקרוסקופיים (במיוחד בריכוזים גבוהים). המיקרו-גזירה המונעת על ידי קוויטציה של אולטרסאונד יכולה לקצר באופן דרמטי את הזמן הדרוש להשגת מצב יציב ואחיד – שימושי עבור:
   • פירוק תמיסות פולימר
   • מפיצי מילוי ופיגמנטים
   • תמיסות מייצבות ומערכות הקשורות לשעווה/ASA (תלוי בתהליך)
   • שיפור העקביות בחלוקת צבענים ותוספים אופטיים
3. גורמים המפחיתים את זמן ההשבתה (הפקדות, הפסקות, שונות)
   פיזור אחיד מסייע להפחית מינון יתר מקומי ו “נקודות חמות” התורמים להפקדות, עומס מורגש ותנודות באיכות. אפילו שיפורים צנועים ביציבות יכולים להתבטא בפחות תקלות ופחות ייצור שאינו עומד במפרט.

מדרגיות ליניארית: מדוע אולטרה-סוניקה אינה מיועדת רק למעבדה

חשש נפוץ בקשר לטכנולוגיות ערבוב חדשניות הוא הגדלת היקף הייצור: “זה עובד בכוסית... אבל האם זה יכול לעבוד במכונת נייר?”
אולטרה-סוניקה תעשייתית יכולה להיות מתוכננת כך שתהיה ניתנת להרחבה ליניארית, מכיוון שהקיבולת מורחבת על ידי הוספת כוח ונפח של כור זרימה באופן מודולרי. בפועל, משמעות הדבר היא:
ניתן להתחיל עם יחידת אולטרה-סאונד אחת המותקנת בקו אחד על זרם תוסף אחד.
הרחב את הקיבולת על ידי הוספת סונוטרודים/תאי זרימה נוספים והספק גנרטור
שמרו על עוצמת תהליך דומה על ידי תכנון צריכת אנרגיה עקבית לנפח ולזמן שהייה.
זה אטרקטיבי במיוחד עבור מפעלים המעוניינים בדרך עם סיכון נמוך: פיילוט בלולאה כימית אחת, אימות מדדי ביצוע מרכזיים (KPI) ואז הרחבה.

יעילות אנרגטית והשפעות חזקות

פיזור קולי הוא לעתים קרובות יעיל יותר מבחינה אנרגטית ממה שאנשים מניחים, מכיוון שאתה לא מנסה להזיז את כל החזה חזק יותר. – אתה מפעיל אנרגיה בדיוק במקום שבו מתרחשת פיזור.
במקום להגדיל את עומס המערבל במיכל גדול (ולקוות שהגזירה תגיע לכל גוש מיקרו), האולטרסאונד מספק גזירה מיקרו-אינטנסיבית גבוהה בסונוטרודה ובאזור הקוויטציה, בדרך כלל בשלב תהליך קומפקטי בקו הייצור.
עבור מפעלים המודעים לצריכת אנרגיה, ההיגיון הוא פשוט:

• התמקדו בבעיית הפיזור בזרם התוספים
• הפחתת מחזוריות, זמן ערבוב ועיבוד חוזר
• שיפור היעילות הכימית (מה שיכול להפחית את האנרגיה והעלות הכוללת של הכימיקלים)

אפשרויות ברמה תעשייתית מבית Hielscher Ultrasonics

בסביבות ייצור נייר, בחירת הציוד אינה קשורה ל “האם זה יכול להתפזר,” אבל “האם הוא יכול לפעול באופן אמין במחזורי עבודה תעשייתיים, בקו ייצור ובמפעל תהליכי?”
Hielscher Ultrasonics מציעה פלטפורמות סוניקציה תעשייתיות המיועדות לפעולה רציפה ולהרחבה, כולל:

• מערכות ספסל ופיילוט לבדיקת היתכנות ופיתוח פרמטרים
• מעבדים תעשייתיים המתאימים לפיזור מקוון בקצב זרימת הייצור
• תצורות של כורים זרימה לשילוב במערכות הכנה כימית ומידוד בקצה הרטוב
• הגדלת הספק מודולרית להרחבת הקיבולת ללא צורך להמציא מחדש את התהליך

במילים אחרות: ניתן להעריך את פיזור הקול האולטראסוני בקנה מידה קטן, ולאחר מכן להגדיל את הייצור לקנה מידה מלא באמצעות חומרה תעשייתית המיועדת לתנאי המפעל. – לא כלי מעבדה שהוסבו למטרה אחרת.

היכן מפעלי נייר נוהגים להשתמש בפיזור קולי

הקצה הרטוב של כל טחנה הוא ייחודי, אך פיזור קולי נבדק בדרך כלל עבור:

• תפזורת מילוי ופיגמנט (למשל, שיפור פיזור ופיזור)
• הכנת תמיסת פולימר והפעלתה (הפחתת ג'לים, שיפור העקביות)
• לולאות הכנה של ציפוי או כימיה של משטחים (כאשר איכות הפיזור מגבילה את הביצועים)
• תחליבים קשים או תרחיפים בעלי תכולת מוצקים גבוהה, שבהם ערבוב קונבנציונלי מתקשה

המועמדים הטובים ביותר הם בדרך כלל זרמים שבהם איכות הפיזור מגבילה את הביצועים וניתן להתקין יחידה מובנית מבלי לפגוע באיזון הכולל של הקצה הרטוב.

תוצאות טובות יותר וחיסכון משמעותי עם פיזור קולי

מכשירי אולטרה-סאונד של Hielscher מאפשרים למפעלי נייר להפחית באופן משמעותי – או אפילו לבטל – הצורך במים טריים או בתסנין צלול לאחר דילול תוספים לקצה הרטוב, מה שמביא לחיסכון במים של כ-10-18% מצריכת המפעל הכוללת. על ידי השגת פיזור יעיל ואחיד, מערכות אולטראסוניות ברמה תעשייתית אלה מבטיחות שימוש יעיל הרבה יותר בכימיקלים ותוספים, מה שמביא לתהליך קצה רטוב נקי יותר, שיפור באיכות הנייר וצמצום משמעותי בביקוש לכימיקלים. – בדרך כלל מופחת ב-20–60% או יותר.
בייצור נייר, שינויים קטנים באיכות הפיזור יכולים ליצור שיפורים משמעותיים ביכולת ההפעלה, ביעילות הכימית וביציבות האיכות. פיזור קולי של כימיקלים בקצה הרטוב זוכה לתשומת לב רבה מכיוון שהוא:

• ניתן להרחבה באופן ליניארי ומודולרי
• חכם מבחינה אנרגטית, מכוון למיקרו-גזירה במקום שבו הפיזור מתרחש בפועל
• מוכן לשימוש תעשייתי, עם מערכות סוניקציה שתוכננו לעיבוד רציף

למפעלים שנמאס להם לפצות על ערבוב לא אחיד באמצעות יותר כימיקלים, האולטרסאונד מציע פילוסופיה שונה: לגרום לכימיקלים לעבוד טוב יותר לפני שהם מגיעים למלאי.