Kako ultrazvučno dispergiranje poboljšava učinkovitost mokrog dijela i smanjuje troškove

Proizvođači papira znaju da je mokri dio mjesto na kojem se dobre namjere suočavaju sa zakonima fizike.
Možete kupiti najbolja sredstva za retenciju, fiksative, sredstva za keljenje, bojila, punila i smole za povećanje čvrstoće koje novac može kupiti – ali ako se ne dispergiraju brzo i ravnomjerno u papirnoj suspenziji, posljedice plaćate u kasnijim fazama procesa: lošim formiranjem lista, većom potrebom za kemikalijama, problemima sa smolom i ljepljivim nečistoćama, nestabilnim odvodnjavanjem i nepotrebnim pucanjem papirne trake.
Sve veći broj tvornica papira sada razmatra poboljšanje koje zvuči gotovo prejednostavno: ultrazvučno dispergiranje kemikalija za mokri dio. Umjesto oslanjanja isključivo na mehaničko smicanje ili produljeno vrijeme miješanja, ultrazvuk velike snage stvara intenzivno miješanje na mikrorazini koje razbija aglomerate i ravnomjernije raspodjeljuje aktivne sastojke – uz manju potrošnju energije od konvencionalnih miješalica.
Saznajte zašto djeluje i zašto je posebno privlačno za suvremene strojeve za proizvodnju papira.

Što je ultrazvučno dispergiranje kemikalija za mokri dio?

Ultrazvučno dispergiranje koristi visokofrekventne mehaničke vibracije (ultrazvuk) koje se prenose u tekućinu putem sonotrode (sonde). U industrijskim sustavima ključni je mehanizam akustična kavitacija – brzo nastajanje i kolaps mikroskopskih mjehurića. Taj kolaps stvara lokalizirane smične sile i mikromlazove koji mogu:

• Razbijati aglomerate u prašcima i mineralnim suspenzijama
• Homogenizirati emulzije i otopine polimera
• Poboljšati kvašenje i smanjiti pojavu „ribljih očiju” u kemikalijama koje se teško miješaju
• Ravnomjernije raspodijeliti aditive pri visokom udjelu krutih tvari

U kontekstu mokrog dijela to znači da aditivi mogu obavljati posao za koji ih plaćate – bez zadržavanja u grudicama, nedovoljnog kvašenja ili neravnomjerne raspodjele.

Industrijski ultrazvučni dispergatori poput uređaja Hielscher UIP6000hdT osiguravaju ravnomjerno dispergiranje kemikalija za mokri dio u proizvodnji papira, što rezultira poboljšanom učinkovitošću procesa i smanjenom potrošnjom kemikalija, vode i energije.

Zašto sonikacija koristi mokrom dijelu

Ako postoji dio procesa u kojem se kvaliteta dispergiranja izravno pretvara u novac, to je mokri dio. Proizvodnja papira utrka je između kemije i hidrodinamike:

• Reakcije retencije i odvodnjavanja odvijaju se brzo
• Uvjeti smicanja izrazito se razlikuju ovisno o mjestu dodavanja
• Aditivi mogu međusobno djelovati ili se uzajamno neutralizirati ako doziranje nije kontrolirano
• Mali problemi s miješanjem postaju veliki problemi u radu stroja

Ultrazvuk se može primijeniti kao kontrolirani korak dispergiranja izravno u procesnom toku – za obradu toka aditiva, toka za razrjeđivanje ili recirkulacijskog kruga prije mjesta dodavanja. Cilj nije „više miješanja posvuda”, nego bolje miješanje upravo ondje gdje je važno.

 
 
Praktične prednosti važne tvornicama papira:

1. Bolje dispergiranje znači učinkovitije djelovanje kemikalija
   Kada su polimeri, mineralne suspenzije ili emulzije bolje dispergirani, često se postiže:
   • Manja potrošnja kemikalija za postizanje istog učinka
   • Stabilnije ponašanje pri retenciji i odvodnjavanju
   • Poboljšano formiranje lista i smanjena varijabilnost
   • Manje naslaga povezanih s loše dispergiranim ljepljivim nečistoćama, lateksom ili programima kontrole smole

   U mnogim slučajevima tvornice papira ne doziraju premalo kemikalija – doziraju ih previše kako bi nadoknadile neujednačeno dispergiranje.

2. Brže kvašenje, manje „iznenađenja pri miješanju”
   Neki aditivi za mokri dio poznati su po stvaranju kuglica gela, ribljih očiju ili mikrogrudica (osobito pri višim koncentracijama). Smicanje na mikrorazini koje ultrazvuk stvara kavitacijom može drastično skratiti vrijeme potrebno za postizanje stabilnog, ujednačenog stanja – što je korisno za:
   • Pripremu otopina polimera
   • Dispergiranje punila i pigmenata
   • Stabilizaciju emulzija i sustava povezanih s voskom/ASA-om (ovisno o procesu)
   • Poboljšanje ujednačenosti raspodjele bojila i optičkih aditiva
3. Smanjenje uzroka zastoja (naslage, pucanje papirne trake, varijabilnost)
   Ravnomjerno dispergiranje pomaže smanjiti lokalizirano prekomjerno doziranje i „žarišta” visoke koncentracije koja pridonose stvaranju naslaga, začepljenju pustova i oscilacijama kvalitete. Čak i skromna poboljšanja stabilnosti mogu dovesti do manjeg broja pucanja papirne trake i manje proizvodnje koja ne zadovoljava specifikacije.

Linearno povećanje kapaciteta: zašto ultrazvučna tehnologija nije samo za laboratorij

Česta zabrinutost povezana s novim tehnologijama miješanja odnosi se na povećanje mjerila: „Djeluje u laboratorijskoj čaši… ali može li djelovati na papirnom stroju?”
Industrijski ultrazvučni sustavi mogu se projektirati za linearno povećanje mjerila jer se kapacitet povećava modularnim dodavanjem snage i volumena protočnog reaktora. U praksi to znači:
Možete započeti s jednom ultrazvučnom jedinicom ugrađenom u procesni vod jednog toka aditiva
Povećati kapacitet dodavanjem dodatnih sonotroda/protočnih ćelija i snage generatora
Održavati usporediv intenzitet procesa projektiranjem sustava za ujednačen unos energije po jedinici volumena i ujednačeno vrijeme zadržavanja
To je posebno privlačno tvornicama koje žele pristup s niskim rizikom: provesti pilot-ispitivanje na jednom krugu kemijskih sredstava, potvrditi ključne pokazatelje uspješnosti, a zatim proširiti sustav.

Energetska učinkovitost i snažni učinci

Ultrazvučno dispergiranje često je energetski učinkovitije nego što se pretpostavlja jer se njime ne nastoji intenzivnije pokretati cijeli sadržaj spremnika papirne mase – energija se primjenjuje upravo ondje gdje se odvija dispergiranje.
Umjesto povećanja opterećenja miješalice u velikom spremniku (uz nadu da će smicanje doprijeti do svake mikronakupine), ultrazvuk stvara mikrosmicanje visokog intenziteta na sonotrodi i u zoni kavitacije, obično u kompaktnom procesnom koraku unutar procesnog voda.
Za tvornice koje vode računa o potrošnji energije logika je jednostavna:

• Rješavajte problem dispergiranja na toku aditiva
• Smanjite recirkulaciju, vrijeme miješanja i ponovnu obradu
• Poboljšajte djelotvornost kemijskih sredstava (što može smanjiti ukupnu energiju utrošenu u njihovu proizvodnju i njihove troškove)

Industrijska rješenja tvrtke Hielscher Ultrasonics

U proizvodnji papira pri odabiru opreme nije ključno pitanje „može li dispergirati”, nego „može li pouzdano raditi u industrijskim radnim ciklusima, u procesnom vodu i u proizvodnom pogonu”.
Hielscher Ultrasonics nudi platforme industrijskih sonikatora projektirane za kontinuirani rad i povećanje mjerila, uključujući:

• Stolne i pilot-sustave za ispitivanje izvedivosti i razvoj parametara
• Industrijske procesore prikladne za dispergiranje u procesnom vodu pri proizvodnim protocima
• Konfiguracije protočnih reaktora za integraciju u sklopove za pripremu i doziranje kemijskih sredstava za mokri dio
• Modularno povećanje snage radi proširenja kapaciteta bez osmišljavanja procesa iznova

Drugim riječima: ultrazvučno dispergiranje možete procijeniti u malom mjerilu, a zatim povećati mjerilo do punog proizvodnog kapaciteta koristeći industrijsku opremu namijenjenu uvjetima u pogonu – umjesto prenamijenjenih laboratorijskih uređaja.

Gdje tvornice papira obično primjenjuju ultrazvučno dispergiranje

Mokri dio svake tvornice jedinstven je, ali se ultrazvučno dispergiranje obično razmatra za:

• Disperzije punila i pigmenata (npr. poboljšanje deaglomeracije i raspodjele)
• Pripremu i aktivaciju otopina polimera (smanjenje stvaranja gelova, poboljšanje ujednačenosti)
• Krugove za pripremu kemijskih sredstava za premazivanje ili površinsku obradu (kada kvaliteta dispergiranja ograničava učinkovitost)
• Zahtjevne emulzije ili suspenzije s visokim udjelom krutih tvari kod kojih konvencionalno miješanje nailazi na poteškoće

Najbolji su kandidati obično tokovi u kojima kvaliteta dispergiranja ograničava učinkovitost i u koje se može ugraditi jedinica za rad u procesnom vodu bez narušavanja ukupne ravnoteže mokrog dijela.

Bolji rezultati i značajne uštede uz ultrazvučno dispergiranje

Hielscher ultrazvučni sonikatori omogućuju tvornicama papira da znatno smanje – ili čak uklone – potrebu za svježom vodom ili bistrim filtratom pri naknadnom razrjeđivanju aditiva za mokri dio, čime se ostvaruju uštede vode od približno 10–18% ukupne potrošnje tvornice. Postizanjem vrlo učinkovitog i ujednačenog dispergiranja ovi industrijski ultrazvučni sustavi osiguravaju znatno djelotvorniju uporabu kemijskih sredstava i aditiva, što dovodi do čišćeg procesa u mokrom dijelu, poboljšane kvalitete papira i znatno manje potrebe za kemijskim sredstvima – koja se obično smanjuje za 20–60% ili više.
U proizvodnji papira male promjene u kvaliteti dispergiranja mogu donijeti nerazmjerno velika poboljšanja u pouzdanosti rada stroja, učinkovitosti kemijskih sredstava i stabilnosti kvalitete. Ultrazvučno dispergiranje kemijskih sredstava za mokri dio privlači sve veću pozornost jer je:

• Skalabilno na linearan, modularan način
• Energetski učinkovita, usmjerava mikrosmične sile ondje gdje se dispergiranje doista odvija
• Spremna za industrijsku primjenu, sa sustavima sonikatora projektiranima za kontinuiranu obradu

Tvornicama papira kojima je dosta nadoknađivanja neujednačenog miješanja većom količinom kemikalija ultrazvuk nudi drukčiji pristup: poboljšati djelovanje kemikalija prije nego što uopće dospiju u papirnu masu.