Come la dispersione a ultrasuoni migliora le prestazioni del wet end e riduce i costi

I produttori di carta sanno che la parte umida è quella in cui le buone intenzioni vanno a combattere la fisica.
È possibile acquistare i migliori ausiliari di ritenzione, fissativi, apprettanti, coloranti, riempitivi e resine di resistenza che il denaro possa comprare. – ma se non si disperdono rapidamente e uniformemente in magazzino, ne pagherete le conseguenze a valle con una formazione scadente, una maggiore richiesta di sostanze chimiche, problemi di pece e adesivi, drenaggio instabile e rotture inutili.
Ora un numero crescente di cartiere sta valutando un aggiornamento che sembra quasi troppo semplice: la dispersione a ultrasuoni dei prodotti chimici finali umidi. Invece di affidarsi esclusivamente al taglio meccanico o al tempo di miscelazione prolungato, gli ultrasuoni ad alta potenza creano un'intensa micro-miscelazione che rompe gli agglomerati e distribuisce gli ingredienti attivi in modo più uniforme. – con meno energia rispetto ai miscelatori tradizionali.
Esplora, perché funziona e perché è particolarmente interessante per le moderne macchine continue.

Che cos'è la dispersione a ultrasuoni di prodotti chimici a umido?

La dispersione a ultrasuoni utilizza vibrazioni meccaniche ad alta frequenza (ultrasuoni) trasmesse in un liquido attraverso un sonotrodo (sonda). Nei sistemi industriali, il meccanismo chiave è la cavitazione acustica. – la rapida formazione e il collasso di bolle microscopiche. Il collasso genera forze di taglio localizzate e microgetti che possono:

• De-agglomerare polveri e impasti minerali
• Omogeneizzare emulsioni e soluzioni polimeriche
• Migliorare la bagnatura e ridurre “occhi di pesce” in prodotti chimici di difficile miscelazione
• Distribuire gli additivi in modo più uniforme in presenza di solidi elevati

In termini di bagnatura, ciò significa che gli additivi possono svolgere il lavoro per cui sono stati pagati, senza rimanere intrappolati in grumi, mal bagnati o distribuiti in modo non uniforme.

I dispersori industriali a ultrasuoni come il modello Hielscher UIP6000hdT assicurano una dispersione chimica a umido uniforme nella produzione della carta, con conseguente miglioramento dell'efficienza del processo e riduzione del consumo di prodotti chimici, acqua ed energia.

Perché l'estremità umida trae vantaggio dalla sonicazione

Se c'è una zona in cui la qualità della dispersione si traduce direttamente in denaro, è il lato umido. La fabbricazione della carta è una gara tra chimica e idrodinamica:

• Le reazioni di ritenzione e drenaggio avvengono rapidamente
• Le condizioni di taglio variano notevolmente a seconda del punto di aggiunta.
• Gli additivi possono interagire o neutralizzarsi a vicenda se il dosaggio non è controllato.
• Piccoli problemi di miscelazione diventano problemi di grandi macchine

Gli ultrasuoni possono essere utilizzati come fase di dispersione controllata in linea, trattando un flusso di additivi, un flusso di diluizione o un ciclo di ricircolo prima del punto di aggiunta. L'obiettivo non è “più miscelazione ovunque,” ma una migliore miscelazione proprio dove serve.

 
 
I vantaggi pratici che interessano ai mulini:

1. Migliore dispersione significa migliore efficienza chimica
   Quando i polimeri, gli impasti minerali o le emulsioni si disperdono meglio, spesso si vedono:
   • Minor consumo di prodotti chimici per ottenere le stesse prestazioni
   • Comportamento di ritenzione/drenaggio più stabile
   • Miglioramento della formazione e riduzione della variabilità
   • Meno depositi legati a stickies, lattice o programmi di controllo della pece mal distribuiti.

   In molti casi, le cartiere non stanno sottodosando i prodotti chimici, ma li stanno sovradosando per compensare la dispersione incoerente.

2. Bagnatura più rapida, meno “sorprese di miscelazione”
   Alcuni additivi wet end sono noti per la formazione di gel balls, fisheyes o micro-clumps (soprattutto a concentrazioni elevate). Il micro-taglio provocato dalla cavitazione degli ultrasuoni può ridurre drasticamente il tempo necessario per raggiungere uno stato stabile e uniforme:
   • Composizione delle soluzioni polimeriche
   • Riempitivi e pigmenti disperdenti
   • Stabilizzazione di emulsioni e sistemi legati alla cera/ASA (in funzione del processo)
   • Migliorare la coerenza nella distribuzione dei coloranti e degli additivi ottici
3. Riduzione dei tempi di inattività (depositi, interruzioni, variabilità)
   La dispersione uniforme aiuta a ridurre il sovradosaggio localizzato e la “punti caldi” che contribuiscono ai depositi, al caricamento del feltro e alle oscillazioni della qualità. Anche un modesto miglioramento della stabilità può tradursi in un minor numero di rotture e in una minore produzione fuori specifica.

Scalabilità lineare: Perché gli ultrasuoni non sono solo per il laboratorio

Un problema comune alle nuove tecnologie di miscelazione è la scalabilità: “Funziona in un becher... ma può funzionare su una macchina continua?”
Gli ultrasuoni industriali possono essere progettati per una scalabilità lineare, in quanto la capacità viene ampliata aggiungendo potenza e volume del reattore a flusso continuo in modo modulare. In pratica, questo significa che:
È possibile iniziare con una singola unità a ultrasuoni in linea su un flusso di additivi.
Espansione della capacità con l'aggiunta di altri sonotrodi/celle di flusso e di un generatore di corrente.
Mantenere un'intensità di processo comparabile progettando per un input energetico coerente per volume e tempo di permanenza
Questa soluzione è particolarmente interessante per le cartiere che desiderano un percorso a basso rischio: effettuare un test su un ciclo chimico, convalidare i KPI e poi passare alla fase di espansione.

Efficienza energetica e forti effetti

La dispersione a ultrasuoni è spesso più efficiente dal punto di vista energetico di quanto si pensi, perché non si cerca di muovere l'intero torace con maggiore forza. – si applica energia proprio dove avviene la dispersione.
Invece di aumentare il carico dell'agitatore in un serbatoio di grandi dimensioni (e sperare che il taglio raggiunga ogni microgruppo), gli ultrasuoni producono un microtaglio ad alta intensità sul sonotrodo e nella zona di cavitazione, in genere in una fase di processo compatta in linea.
Per le cartiere attente all'energia, la logica è semplice:

• Problema di dispersione nel flusso additivo
• Riduzione del ricircolo, dei tempi di miscelazione e delle rilavorazioni
• Migliorare l'efficacia chimica (che può ridurre l'energia e il costo totale incarnato dei prodotti chimici)

Opzioni di livello industriale da Hielscher Ultrasonics

Per gli ambienti di produzione della carta, la selezione delle attrezzature non riguarda “può disperdersi,” ma “può funzionare in modo affidabile con cicli di lavoro industriali, in linea e in un impianto di processo.”
Hielscher Ultrasonics offre piattaforme di sonicatori industriali progettati per il funzionamento continuo e la scalabilità, tra cui:

• Sistemi a banco e pilota per test di fattibilità e sviluppo di parametri
• Processori industriali adatti per la dispersione in linea alle portate di produzione
• Configurazioni di reattori a flusso passante da integrare in skid di preparazione e dosaggio di prodotti chimici a umido
• Scalare la potenza in modo modulare per espandere la capacità senza reinventare il processo

In altre parole, è possibile valutare la dispersione a ultrasuoni su piccola scala, per poi passare alla produzione completa utilizzando hardware industriale destinato alle condizioni dell'impianto. – non strumenti di laboratorio riutilizzati.

Dove le cartiere applicano tipicamente la dispersione a ultrasuoni

Ogni mulino a umido è unico, ma la dispersione a ultrasuoni è comunemente valutata per la sua capacità di produrre energia:

• Dispersioni di cariche e pigmenti (ad esempio, miglioramento della deagglomerazione e della distribuzione)
• Attivazione e riduzione della soluzione polimerica (riduzione dei gel, miglioramento della consistenza)
• Loops di preparazione del rivestimento o della chimica di superficie (quando la qualità della dispersione limita le prestazioni)
• Emulsioni difficili o impasti ad alto contenuto di solidi in cui la miscelazione convenzionale è difficoltosa

I candidati migliori sono di solito i corsi d'acqua in cui la qualità della dispersione limita le prestazioni e in cui è possibile installare un'unità in linea senza alterare l'equilibrio complessivo del wet end.

Risultati migliori e risparmi significativi con la dispersione a ultrasuoni

I sonicatori a ultrasuoni Hielscher consentono alle cartiere di ridurre in modo significativo – o addirittura eliminare – la necessità di acqua dolce o di un filtrato chiaro nella post-diluizione degli additivi per il wet end, con un risparmio idrico pari a circa il 10-18% del consumo totale della cartiera. Ottenendo una dispersione altamente efficiente e uniforme, questi sistemi a ultrasuoni di livello industriale garantiscono un uso molto più efficace dei prodotti chimici e degli additivi, con conseguente pulizia del processo di wet end, miglioramento della qualità della carta e sostanziale riduzione della domanda di prodotti chimici. – tipicamente ridotto del 20-60% o più.
Nella produzione della carta, piccoli cambiamenti nella qualità della dispersione possono creare grandi miglioramenti nella macchinabilità, nell'efficienza chimica e nella stabilità della qualità. La dispersione a ultrasuoni di prodotti chimici per la finitura a umido sta guadagnando attenzione perché:

• Scalabile in modo lineare e modulare
• Intelligente dal punto di vista energetico, mirato al micro-taglio dove avviene effettivamente la dispersione
• Pronti per l'industria, con sistemi di sonicazione progettati per la lavorazione continua

Per le cartiere che sono stanche di compensare l'incoerenza della miscelazione con una maggiore quantità di chimica, gli ultrasuoni offrono una filosofia diversa: far funzionare meglio la chimica prima che raggiunga lo stock.