Kako ultrazvučna disperzija poboljšava performanse mokrog kraja i smanjuje troškove

Proizvođači papira znaju da je mokri kraj mjesto gdje idu dobre namjere u borbi protiv fizike.
Možete kupiti najbolje pomagala za zadržavanje, fiksative, sredstva za određivanje veličine, boje, punila i smole za jačinu koje novac može kupiti – Ali ako se ne rasprše brzo i ravnomjerno u zalihama, plaćate to nizvodno lošom formacijom, većom potražnjom za kemikalijama, glavoboljama od smole i ljepljivosti, nestabilnim odvodnjavanjem i nepotrebnim prekidima.
Sve veći broj tvornica papira razmatra nadogradnju koja zvuči gotovo prejednostavno: ultrazvučnu disperziju kemikalija s mokrim krajevima. Umjesto da se oslanja isključivo na mehaničko smicanje ili produženo vrijeme miješanja, visokosnažni ultrazvuk stvara intenzivno mikro-miješanje koje razbija aglomerate i ravnomjernije raspoređuje aktivne sastojke – s manje energije nego konvencionalni mikseri.
Istražite zašto to funkcionira i zašto je posebno privlačno za moderne papirnate strojeve.

Što je ultrazvučna disperzija kemikalija s mokrim krajem?

Ultrazvučna disperzija koristi visokofrekventne mehaničke vibracije (ultrazvuk) koje se prenose u tekućinu putem sonotroda (sonde). U industrijskim sustavima ključni mehanizam je akustična kavitacija – brzo formiranje i kolaps mikroskopskih mjehurića. Taj kolaps generira lokalizirane sile smicanja i mikro-mlazove koji mogu:

• Prahovi za uklanjanje aglomerata i mineralne kaše
• Homogenizirajte emulzije i polimerne otopine
• Poboljšajte vlaženje i smanjite “Riblje oči” u kemikalijama koje se teško miješaju
• Rasporedite aditive ravnomjernije pri visokim krutinama

U terminima mokrog kraja, to znači da aditivi mogu obaviti posao za koji ih plaćate – bez da budu zarobljeni u grudicama, loše navlaženi ili neravnomjerno raspoređeni.

Industrijski ultrazvučni disperzeri poput Hielscher UIP6000hdT osiguravaju ujednačenu kemijsku disperziju mokrog kraja u proizvodnji papira, što rezultira poboljšanom procesnom učinkovitošću i smanjenom potrošnjom kemikalija, vode i energije.

Zašto mokri kraj ima koristi od sonikacije

Ako postoji jedna zona u kojoj kvaliteta disperzije izravno znači novac, to je mokri kraj. Izrada papira je utrka između kemije i hidrodinamike:

• Reakcije zadržavanja i drenaže događaju se brzo
• Uvjeti smicanja znatno variraju ovisno o točki dodavanja
• Aditivi mogu međusobno djelovati ili neutralizirati ako doziranje nije kontrolirano
• Mali problemi s miješanjem postaju problemi velikih strojeva

Ultrazvuk se može primijeniti kao kontrolirani, inline disperzijski korak – tretirajući aditivni tok, razrjeđujući tok ili recirkulacijski krug prije točke dodavanja. Cilj nije “više miješanja posvuda,” Ali bolje je miješati točno tamo gdje je to važno.

 
 
Praktične prednosti koje tvornice zanimaju:

1. Bolja disperzija znači bolju kemijsku učinkovitost
   Kada se polimeri, mineralne kaše ili emulzije bolje raspršuju, često se vidi:
   • Manja potrošnja kemikalija za postizanje iste izvedbe
   • Stabilnije zadržavanje/drenažno ponašanje
   • Poboljšana formacija i smanjena varijabilnost
   • Manje naslaga vezanih uz loše raspršene ljepljive materijale, lateks ili programe za kontrolu tona

   U mnogim slučajevima, mlinovi ne doziraju kemikalije premalo – oni predoziraju kako bi nadoknadili neujednačenu disperziju.

2. Brže mokrenje, manje “Iznenađenja u miješanju”
   Neki dodaci na mokrom kraju poznati su po stvaranju gel kuglica, ribljih očiju ili mikrogrudica (posebno u višim koncentracijama). Mikro-smicanje uzrokovano kavitacijom u ultrazvuku može značajno skratiti vrijeme potrebno za postizanje stabilnog, ujednačenog stanja – korisno za:
   • Sastav polimernih otopina
   • Disperzirajući punila i pigmenti
   • Stabilizirajuće emulzije i sustavi povezani s voskom/ASA-om (ovisno o procesu)
   • Poboljšanje dosljednosti u distribuciji boja i optičkih aditiva
3. Smanjeni zastoji (depoziti, pauze, varijabilnost)
   Ujednačena disperzija pomaže smanjiti lokalizirano predoziranje i “vruće točke” koji doprinose naslagama, opterećenju filcem i kvalitetnim zamahima. Čak i skromna poboljšanja stabilnosti mogu rezultirati manjim brojem kočnica i manjom proizvodnjom izvan specifikacija.

Linearna skalabilnost: Zašto ultrazvuk nije samo za laboratorij

Česta briga kod novih tehnologija miješanja je skaliranje: “Radi u čaši... Ali može li to raditi na papirnatom stroju?”
Industrijska ultrazvučna tehnologija može se projektirati za linearnu skalabilnost jer se kapacitet povećava dodavanjem snage i volumena reaktora s protokom na modularan način. U praksi to znači:
Možete početi s jednim inline ultrazvučnim uređajem na jednom aditivnom toku
Proširiti kapacitet dodavanjem dodatnih sonotroda/protočnih ćelija i snage generatora
Održavajte usporedivu intenzitetu procesa dizajniranjem za dosljedan unos energije po volumenu i vrijeme zadržavanja
Ovo je posebno privlačno za tvornice koje žele put niskog rizika: pilotirati na jednoj kemijskoj petlji, potvrditi KPI-jeve i zatim ih proširiti.

Energetska učinkovitost i snažni učinci

Ultrazvučna disperzija često je energetski učinkovitija nego što ljudi misle, jer ne pokušavate jače pomaknuti cijela prsa – Energiju primjenjujete upravo tamo gdje se događa disperzija.
Umjesto povećanja opterećenja miješalice u velikom spremniku (i nade da će smicanje dosegnuti svaku mikroskupinu), ultrazvuk pruža visokointenzivni mikro-smicanje na sonotrodi i u kavitacijskoj zoni, obično u kompaktnom in-line procesu.
Za mlinove koji su svjesni energije, logika je jednostavna:

• Ciljajte problem disperzije na aditivni tok
• Smanjite recirkulaciju, vrijeme miješanja i preradu
• Poboljšati kemijsku učinkovitost (što može smanjiti ukupnu energiju i troškove utjelovljene kemikalije)

Industrijske opcije Hielscher Ultrasonics

Za okruženja za izradu papira, odabir opreme nije stvar u tome “može li se raspršiti,” ali “može li pouzdano raditi na industrijskim radnim ciklusima, u liniji i u procesnom postrojenju.”
Hielscher Ultrasonics nudi industrijske sonicator platforme dizajnirane za kontinuirani rad i skaliranje, uključujući:

• Stolni i pilot sustavi za testiranje izvedivosti i razvoj parametara
• Industrijski procesori prikladni za inline disperziju pri proizvodnim protocima
• Konfiguracije reaktora s protokom kroz integraciju u pripremu kemikalija na mokrom kraju i dozirajuće skije
• Modularno skaliranje snage za proširenje kapaciteta bez ponovnog izmišljanja procesa

Drugim riječima: možete procijeniti ultrazvučnu disperziju na malim razmjerima, a zatim skalirati do pune proizvodnje koristeći industrijski hardver namijenjen uvjetima u postrojenju – Ne reciklirani laboratorijski alati.

Gdje tvornice papira obično primjenjuju ultrazvučnu disperziju

Mokri kraj svakog mlina je jedinstven, ali se ultrazvučna disperzija obično procjenjuje za:

• Disperzije punila i pigmenata (npr. poboljšanje deaglomeracije i distribucije)
• Pretvaranje i aktivacija polimernih otopina (redukcija gelova, poboljšanje konzistencije)
• Petlje pripreme premaza ili površinske kemije (kada kvaliteta disperzije ograničava performanse)
• Zahtjevne emulzije ili suspenzije s visokim udjelom čvrstih tvari gdje konvencionalno miješanje ima poteškoća

Najbolji kandidati su obično tokovi gdje kvaliteta disperzije ograničava performanse i gdje se može instalirati inline jedinica bez narušavanja ukupne mokre krajnje ravnoteže.

Bolji rezultati i značajna ušteda uz ultrazvučnu disperziju

Hielscher ultrazvučni sonikatori omogućuju tvornicama papira značajno smanjenje – ili čak eliminirati – potreba za slatkom vodom ili bistrim filtratom nakon razrjeđivanja aditiva na mokrom kraju, što omogućuje uštedu vode od približno 10–18% ukupne potrošnje mlinice. Postizanjem visoko učinkovite i ujednačene disperzije, ovi industrijski ultrazvučni sustavi osiguravaju znatno učinkovitiju upotrebu kemikalija i aditiva, što dovodi do čišćeg mokrog završetka, poboljšane kvalitete papira i znatno manjeg zahtjeva za kemikalijama – obično smanjeno za 20–60% ili više.
U proizvodnji papira, male promjene u kvaliteti disperzije mogu stvoriti izvanredna poboljšanja u izvodljivosti, kemijskoj učinkovitosti i stabilnosti kvalitete. Ultrazvučna disperzija kemikalija na mokrom kraju privlači pažnju jer je:

• Skalabilno na linearan, modularan način
• Energetski pametan, ciljajući mikro-smicanje gdje se zapravo događa disperzija
• Industrijski spreman, sa sonicator sustavima dizajniranim za kontinuiranu obradu

Za mlinove koji su umorni od kompenzacije neujednačenog miješanja s više kemije, ultrazvuk nudi drugačiju filozofiju: učiniti da kemija bolje funkcionira prije nego što uopće dođe u temeljac.