Hogyan javítja az ultrahangos diszpergálás a nedves szakasz teljesítményét és csökkenti a költségeket?

A papírgyártók tudják, hogy a nedves szakasz az a hely, ahol a jó szándék a fizika törvényeivel küzd.
Megvásárolhatják a pénzért kapható legjobb retenciós segédanyagokat, fixálószereket, enyvezőszereket, színezékeket, töltőanyagokat és szilárdságnövelő gyantákat – de ha ezek nem diszpergálódnak gyorsan és egyenletesen a papíranyagban, annak a későbbi folyamatlépésekben rossz lapképzés, nagyobb vegyszerigény, gyantával és ragadós szennyeződésekkel kapcsolatos problémák, instabil víztelenedés és szükségtelen pályaszakadások formájában fizetik meg az árát.
Most egyre több papírgyár fontolgat egy szinte túl egyszerűnek hangzó fejlesztést: a nedves szakasz vegyszereinek ultrahangos diszpergálását. Ahelyett, hogy kizárólag mechanikai nyírásra vagy hosszabb keverési időre támaszkodna, a nagy teljesítményű ultrahang intenzív mikrokeverést hoz létre, amely szétbontja az agglomerátumokat és egyenletesebben oszlatja el a hatóanyagokat – a hagyományos keverőknél kisebb energiafelhasználással.
Ismerje meg, miért működik, és miért különösen vonzó a korszerű papírgépek számára.

Mi a nedves szakasz vegyszereinek ultrahangos diszpergálása?

Az ultrahangos diszpergálás nagyfrekvenciás mechanikai rezgéseket (ultrahangot) használ, amelyeket egy szonotróda (szonda) közvetít a folyadékba. Ipari rendszerekben a kulcsfontosságú mechanizmus az akusztikus kavitáció – a mikroszkopikus buborékok gyors képződése és összeomlása. Ez az összeomlás helyi nyíróerőket és mikrosugarakat hoz létre, amelyek képesek:

• Szétbontani a porok és ásványi szuszpenziók agglomerátumait
• Homogenizálni az emulziókat és polimeroldatokat
• Javítani a nedvesedést és csökkenteni a „halszemek” kialakulását a nehezen keverhető vegyszerekben
• Egyenletesebben eloszlatni az adalékanyagokat nagy szilárdanyag-tartalom mellett

A nedves szakasz szempontjából ez azt jelenti, hogy az adalékanyagok elvégezhetik azt a feladatot, amelyért fizetnek – anélkül, hogy csomókban rekednének, rosszul nedvesednének vagy egyenetlenül oszlanának el.

Az ipari ultrahangos diszpergálók, például a Hielscher UIP6000hdT, biztosítják a nedves szakasz vegyszereinek egyenletes diszpergálását a papírgyártásban, ami jobb folyamathatékonyságot, valamint kisebb vegyszer-, víz- és energiafogyasztást eredményez.

Miért előnyös az ultrahangos kezelés a nedves szakasz számára?

Ha van olyan terület, ahol a diszpergálás minősége közvetlenül pénzben mérhető, az a nedves szakasz. A papírgyártás a kémia és a hidrodinamika versenyfutása:

• A retenciót és a víztelenedést befolyásoló reakciók gyorsan zajlanak
• A nyírási viszonyok az adagolási ponttól függően rendkívül eltérőek
• Az adalékanyagok kölcsönhatásba léphetnek egymással vagy semlegesíthetik egymást, ha az adagolás nem szabályozott
• A kis keverési problémák nagy gépi problémákká válnak

Az ultrahang szabályozott, sorba kapcsolt diszpergálási lépésként alkalmazható – egy adalékanyag-áram, egy hígítóáram vagy egy recirkulációs kör kezelésére az adagolási pont előtt. A cél nem a „több keverés mindenütt”, hanem a jobb keverés pontosan ott, ahol számít.

 
 
A gyárak számára fontos gyakorlati előnyök:

1. A jobb diszpergálás a vegyszerek hatékonyabb működését jelenti
   Ha a polimerek, ásványi szuszpenziók vagy emulziók jobban diszpergáltak, gyakran a következő eredmények tapasztalhatók:
   • Kisebb vegyszerfogyasztás azonos teljesítmény eléréséhez
   • Stabilabb retenciós és víztelenedési viselkedés
   • Jobb lapképzés és kisebb változékonyság
   • Kevesebb lerakódás, amely rosszul diszpergált ragadós szennyeződésekhez, latexhez vagy gyantakezelési programokhoz kapcsolódik

   Sok esetben a gyárak nem aluladagolják a vegyszereket – hanem túladagolják őket, hogy ellensúlyozzák az egyenetlen diszpergálást.

2. Gyorsabb nedvesedés, kevesebb „keverési meglepetés”
   A nedves szakasz egyes adalékanyagai közismerten gélgolyókat, halszemeket vagy mikrocsomókat képeznek (különösen nagyobb koncentrációknál). Az ultrahang kavitáció által létrehozott mikroszintű nyírása drámaian lerövidítheti a stabil, egyenletes állapot eléréséhez szükséges időt – ami hasznos a következőkhöz:
   • Polimeroldatok elkészítése
   • Töltőanyagok és pigmentek diszpergálása
   • Emulziók és viaszhoz/ASA-hoz kapcsolódó rendszerek stabilizálása (a folyamattól függően)
   • A színezékek és optikai adalékanyagok eloszlási egyenletességének javítása
3. Az állásidőt okozó tényezők csökkentése (lerakódások, pályaszakadások, változékonyság)
   Az egyenletes diszpergálás segít csökkenteni a helyi túladagolást és a nagy koncentrációjú „gócpontokat”, amelyek hozzájárulnak a lerakódásokhoz, a nemezek eltömődéséhez és a minőségingadozásokhoz. A stabilitás még mérsékelt javulása is kevesebb pályaszakadást és kevesebb előírásoknak nem megfelelő terméket eredményezhet.

Lineáris méretnövelhetőség: miért nem csak laboratóriumi célokra való az ultrahangtechnika?

Az új keverési technológiákkal kapcsolatban gyakori aggály a méretnövelés: „Főzőpohárban működik… de vajon papírgépen is működhet?”
Az ipari ultrahangtechnika lineárisan méretnövelhetőre tervezhető, mert a kapacitás a teljesítmény és az átfolyó reaktor térfogatának moduláris növelésével bővíthető. A gyakorlatban ez a következőket jelenti:
Egyetlen adalékanyag-áramon egyetlen sorba kapcsolt ultrahangos egységgel kezdhet
A kapacitást további szonotróda-/átfolyócella-egységek hozzáadásával és a generátorteljesítmény növelésével bővítheti
Összemérhető folyamatintenzitást tarthat fenn az egységnyi térfogatra jutó egyenletes energiabevitel és a tartózkodási idő megtervezésével
Ez különösen vonzó azoknak a gyáraknak, amelyek kis kockázatú utat keresnek: kísérleti üzemi teszt egy vegyszerkörön, a fő teljesítménymutatók (KPI-k) ellenőrzése, majd a kapacitás bővítése.

Energiahatékonyság és erőteljes hatások

Az ultrahangos diszpergálás gyakran energiahatékonyabb, mint gondolnánk, mert nem az egész anyagkád tartalmát próbáljuk erőteljesebben mozgatni – az energiát pontosan ott alkalmazzuk, ahol a diszpergálás történik.
Ahelyett, hogy egy nagy tartály egészében növelnénk a keverő terhelését (és reménykednénk abban, hogy a nyírás minden mikrocsomót elér), az ultrahang nagy intenzitású mikroszintű nyírást hoz létre a szonotródánál és a kavitációs zónában, jellemzően egy kompakt, sorba kapcsolt folyamatlépésben.
Az energiatudatos gyárak számára a logika egyértelmű:

• A diszpergálási problémát az adalékanyag-áramban célozzák meg
• Csökkentsék a recirkulációt, a keverési időt és az újrafeldolgozást
• Javítsák a vegyszerek hatékonyságát (ami csökkentheti a vegyszerek előállításához kapcsolódó összes energiafelhasználást és költséget)

Ipari kivitelű megoldások a Hielscher Ultrasonics kínálatából

Papírgyártási környezetben a berendezés kiválasztásakor nem az a kérdés, hogy „képes-e diszpergálni”, hanem az, hogy „képes-e megbízhatóan működni ipari üzemi ciklusokban, sorba kapcsolva és egy technológiai üzemben”.
A Hielscher Ultrasonics folyamatos működésre és méretnövelésre tervezett ipari ultrahangos készülékplatformokat kínál, többek között:

• Asztali és kísérleti üzemi rendszereket a megvalósíthatóság vizsgálatához és a paraméterek kidolgozásához
• Termelési térfogatáramok mellett sorba kapcsolt diszpergálásra alkalmas ipari feldolgozóberendezéseket
• Átfolyóreaktor-konfigurációkat a nedves szakasz vegyszer-előkészítő és adagoló keretre szerelt egységeibe történő integráláshoz
• Moduláris teljesítménynövelést a kapacitás bővítéséhez a folyamat újratervezése nélkül

Más szóval: az ultrahangos diszpergálást kis léptékben értékelheti, majd a teljes termelési méretre növelheti üzemi körülményekre tervezett ipari berendezésekkel – nem más célra átalakított laboratóriumi eszközökkel.

Hol alkalmazzák jellemzően a papírgyárak az ultrahangos diszpergálást?

Minden gyár nedves szakasza egyedi, de az ultrahangos diszpergálást gyakran értékelik a következő alkalmazásokhoz:

• Töltőanyag- és pigmentdiszperziók (pl. az agglomerátumok szétbontásának és az eloszlásnak a javítása)
• Polimeroldatok elkészítése és aktiválása (a gélek csökkentése, az egyenletesség javítása)
• Mázolóanyagok vagy felületkezelő vegyszerek előkészítő körei (amikor a diszpergálás minősége korlátozza a teljesítményt)
• Nehezen kezelhető emulziók vagy nagy szilárdanyag-tartalmú szuszpenziók, amelyekkel a hagyományos keverés nehezen boldogul

A legjobb jelöltek általában azok az anyagáramok, amelyekben a diszpergálás minősége korlátozza a teljesítményt, és ahol sorba kapcsolt egység telepíthető a nedves szakasz teljes egyensúlyának megzavarása nélkül.

Jobb eredmények és jelentős megtakarítás ultrahangos diszpergálással

A Hielscher ultrahangos készülékek lehetővé teszik a papírgyárak számára, hogy jelentősen csökkentsék – vagy akár teljesen megszüntessék – a friss víz vagy a tiszta szűrlet iránti igényt a nedves szakasz adalékanyagainak utóhígításakor, így a gyár teljes vízfogyasztásának körülbelül 10–18%-át takarítják meg. A rendkívül hatékony és egyenletes diszpergálás révén ezek az ipari kivitelű ultrahangos rendszerek biztosítják a vegyszerek és adalékanyagok sokkal hatékonyabb felhasználását, ami tisztább nedvesszakaszi folyamatot, jobb papírminőséget és lényegesen kisebb vegyszerigényt eredményez – jellemzően 20–60%-os vagy még nagyobb csökkenéssel.
A papírgyártásban a diszpergálás minőségének kis változásai aránytalanul nagy javulást eredményezhetnek a gép futtathatóságában, a vegyszerek hatékonyságában és a minőség stabilitásában. A nedves szakasz vegyszereinek ultrahangos diszpergálása egyre nagyobb figyelmet kap, mert:

• Lineárisan, modulárisan méretnövelhető
• Energiatudatos, a mikroszintű nyírást oda összpontosítja, ahol a diszpergálás ténylegesen történik
• Ipari alkalmazásra kész, folyamatos feldolgozásra tervezett ultrahangos készülékrendszerekkel

Azoknak a gyáraknak, amelyek belefáradtak abba, hogy az egyenetlen keverést több vegyszerrel ellensúlyozzák, az ultrahang más szemléletet kínál: tegye hatékonyabbá a vegyszerek működését még azelőtt, hogy a papíranyagba kerülnének.