როგორ აუმჯობესებს ულტრაბგერითი დისპერსია სველი სექციის მუშაობას და ამცირებს ხარჯებს

ქაღალდის მწარმოებლებმა იციან, რომ სველი ნაწილი ის ადგილია, სადაც კარგი განზრახვები ფიზიკას ებრძვის.
შეგიძლიათ შეიძინოთ საუკეთესო შეკავების დამხმარე საშუალებები, ფიქსატორები, შეწებების აგენტები, საღებავები, შემავსებლები და სიმტკიცის გამაძლიერებელი ფისები, რომელთა ყიდვაც ფულით შეიძლება – მაგრამ თუ ისინი სწრაფად და თანაბრად არ დისპერსირდება ქაღალდის მასაში, ამის ფასს შემდგომ ეტაპებზე გადაიხდით ფურცლის ცუდი ფორმირებით, ქიმიკატებზე მოთხოვნის ზრდით, ფისისა და წებოვანი მინარევების პრობლემებით, არასტაბილური გაუწყლოებით და ფურცლის ზედმეტი გაწყვეტებით.
ახლა ქაღალდის სულ უფრო მეტი ქარხანა განიხილავს განახლებას, რომელიც თითქმის ზედმეტად მარტივად ჟღერს: სველი ნაწილის ქიმიკატების ულტრაბგერით დისპერსიას. მხოლოდ მექანიკური ძვრის ან გახანგრძლივებული შერევის იმედზე ყოფნის ნაცვლად, მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა ქმნის ინტენსიურ მიკროშერევას, რომელიც შლის აგლომერატებს და უფრო თანაბრად ანაწილებს აქტიურ ინგრედიენტებს – ნაკლები ენერგიით, ვიდრე ტრადიციული შემრევები.
გაიგეთ, რატომ მუშაობს ეს და რატომ არის ის განსაკუთრებით მიმზიდველი თანამედროვე ქაღალდის მანქანებისთვის.

რა არის სველი ნაწილის ქიმიკატების ულტრაბგერითი დისპერსია?

ულტრაბგერითი დისპერსია იყენებს მაღალი სიხშირის მექანიკურ ვიბრაციებს (ულტრაბგერას), რომლებიც სონოტროდის (ზონდის) საშუალებით გადაეცემა სითხეს. სამრეწველო სისტემებში მთავარი მექანიზმი აკუსტიკური კავიტაციაა – მიკროსკოპული ბუშტების სწრაფი წარმოქმნა და კოლაფსი. ეს კოლაფსი ქმნის ლოკალურ ძვრის ძალებსა და მიკროჭავლებს, რომლებსაც შეუძლიათ:

• ფხვნილებისა და მინერალური სუსპენზიების დეაგლომერაცია
• ემულსიებისა და პოლიმერული ხსნარების ჰომოგენიზაცია
• დასველების გაუმჯობესება და „თევზის თვალების“ შემცირება რთულად შერევად ქიმიკატებში
• დანამატების უფრო თანაბრად განაწილება მყარი ნაწილაკების მაღალი შემცველობისას

სველი ნაწილის შემთხვევაში ეს ნიშნავს, რომ დანამატებს შეუძლიათ შეასრულონ ის სამუშაო, რისთვისაც მათში ფულს იხდით – გუნდებად შეკვრის, არასათანადო დასველებისა თუ არათანაბარი განაწილების გარეშე.

 

სამრეწველო ულტრაბგერითი დისპერსორები, როგორიცაა Hielscher UIP6000hdT, უზრუნველყოფენ სველი ნაწილის ქიმიკატების თანაბარ დისპერსიას ქაღალდის წარმოებაში, რაც აუმჯობესებს პროცესის ეფექტურობას და ამცირებს ქიმიური ნივთიერებების, წყლისა და ენერგიის მოხმარებას.

რატომ არის ულტრაბგერითი დამუშავება სასარგებლო სველი ნაწილისთვის

თუ არსებობს ერთი ზონა, სადაც დისპერსიის ხარისხი პირდაპირ გარდაიქმნება ფულად, ეს სველი ნაწილია. ქაღალდის წარმოება ქიმიასა და ჰიდროდინამიკას შორის რბოლაა:

• შეკავებისა და დრენაჟის რეაქციები სწრაფად მიმდინარეობს
• ძვრის პირობები მკვეთრად იცვლება შეყვანის წერტილის მიხედვით
• დანამატებმა შეიძლება ერთმანეთთან ურთიერთქმედება ან ერთმანეთის განეიტრალება გამოიწვიონ, თუ დოზირება არ კონტროლდება
• შერევასთან დაკავშირებული მცირე პრობლემები მანქანის დიდ პრობლემებად იქცევა

ულტრაბგერა შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც კონტროლირებადი, ინლაინ დისპერსიის ეტაპი – დანამატის ნაკადის, განზავების ნაკადის ან რეცირკულაციის კონტურის დამუშავებით შეყვანის წერტილამდე. მიზანი არ არის „მეტი შერევა ყველგან“, არამედ უკეთესი შერევა ზუსტად იქ, სადაც ეს მნიშვნელოვანია.

 
 
პრაქტიკული სარგებელი, რომელიც ქარხნებს აინტერესებთ:

1. უკეთესი დისპერსია ნიშნავს ქიმიკატების მოქმედების უფრო მაღალ ეფექტურობას
   როდესაც პოლიმერები, მინერალური სუსპენზიები ან ემულსიები უკეთესად არის დისპერსირებული, ხშირად ხედავთ:
   • ქიმიკატების მოხმარების შემცირება იმავე შედეგის მისაღწევად
   • უფრო სტაბილური შეკავების/დრენაჟის ქცევა
   • გაუმჯობესებული ფორმირება და ცვალებადობის შემცირება
   • ნაკლები დანალექი, რომელიც დაკავშირებულია ცუდად დისპერსირებულ წებოვან მინარევებთან, ლატექსთან ან ფისის კონტროლის პროგრამებთან

   მრავალ შემთხვევაში, ქარხნები არ აკლებენ ქიმიკატების დოზირებას – ისინი ზედმეტად დოზირებენ არათანაბარი დისპერსიის კომპენსაციისთვის.

2. უფრო სწრაფი დასველება, ნაკლები „შერევის სიურპრიზი“
   სველი ნაწილის ზოგიერთი დანამატი ცნობილია გელის ბურთულების, „თევზის თვალების“ ან მიკროგუნდების წარმოქმნით (განსაკუთრებით მაღალ კონცენტრაციებზე). ულტრაბგერის კავიტაციით გამოწვეულ მიკროძვრას შეუძლია მნიშვნელოვნად შეამციროს სტაბილური, თანაბარი მდგომარეობის მისაღწევად საჭირო დრო – ეს სასარგებლოა შემდეგი ამოცანებისთვის:
   • პოლიმერული ხსნარების მომზადება
   • შემავსებლებისა და პიგმენტების დისპერსია
   • ემულსიებისა და ცვილის/ASA-სისტემების სტაბილიზაცია (პროცესზე დამოკიდებული)
   • საღებავებისა და ოპტიკური დანამატების განაწილების თანაბრობის გაუმჯობესება
3. მოცდენის გამომწვევი ფაქტორების შემცირება (დანალექები, გაწყვეტები, ცვალებადობა)
   თანაბარი დისპერსია ხელს უწყობს ლოკალური ჭარბი დოზირებისა და „ცხელი წერტილების“ შემცირებას, რომლებიც იწვევს დანალექების წარმოქმნას, ქეჩის დაბინძურებას და ხარისხის ცვალებადობას. სტაბილურობის მცირე გაუმჯობესებაც კი შეიძლება ნიშნავდეს ნაკლებ გაწყვეტასა და ნაკლებ არასტანდარტულ პროდუქციას.

წრფივი მასშტაბირებადობა: რატომ არ არის ულტრაბგერა მხოლოდ ლაბორატორიისთვის

შერევის ახალ ტექნოლოგიებთან დაკავშირებული ერთ-ერთი გავრცელებული შეშფოთება მასშტაბირებაა: „ის მუშაობს ჭიქაში… მაგრამ შეუძლია თუ არა მუშაობა ქაღალდის მანქანაზე?“
სამრეწველო ულტრაბგერითი სისტემები შეიძლება დაპროექტდეს წრფივი მასშტაბირებისთვის, რადგან წარმადობა იზრდება სიმძლავრისა და გამდინარე რეაქტორის მოცულობის მოდულურად გაზრდით. პრაქტიკაში ეს ნიშნავს:
შეგიძლიათ დაიწყოთ ერთი ინლაინ ულტრაბგერითი აპარატით დანამატის ერთ ნაკადზე
გაზარდოთ წარმადობა დამატებითი სონოტროდების/გამდინარე კამერების დამატებითა და გენერატორის სიმძლავრის გაზრდით
შეინარჩუნოთ პროცესის შესადარი ინტენსივობა მოცულობის ერთეულზე ენერგიის მიწოდებისა და დაყოვნების დროის მუდმივობის გათვალისწინებით
ეს განსაკუთრებით მიმზიდველია ქაღალდის ფაბრიკებისთვის, რომლებიც დაბალი რისკის გზას ეძებენ: ჩაატარონ საპილოტე გამოცდა ერთ ქიმიურ კონტურზე, გადაამოწმონ KPI-ები და შემდეგ გაზარდონ მასშტაბი.

ენერგოეფექტურობა და მძლავრი ეფექტები

ულტრაბგერითი დისპერსია ხშირად უფრო ენერგოეფექტურია, ვიდრე ადამიანები ვარაუდობენ, რადგან თქვენ არ ცდილობთ მთელი მასის ავზში უფრო ინტენსიურად ამოძრავებას – თქვენ ენერგიას ზუსტად იქ იყენებთ, სადაც დისპერსია ხდება.
დიდ ავზში შემრევის დატვირთვის გაზრდის ნაცვლად (იმ იმედით, რომ ძვრის ძალები ყველა მიკროგუნდას მიაღწევს), ულტრაბგერა უზრუნველყოფს მაღალი ინტენსივობის მიკროძვრას სონოტროდთან და კავიტაციის ზონაში, როგორც წესი, კომპაქტურ ინლაინ პროცესის ეტაპზე.
ენერგოეფექტურობაზე ზრუნავი ქაღალდის ფაბრიკებისთვის ლოგიკა მარტივია:

• მიზანმიმართულად მოაგვარეთ დისპერსიის პრობლემა დანამატის ნაკადში
• შეამცირეთ რეცირკულაცია, შერევის დრო და ხელახალი დამუშავება
• გააუმჯობესეთ ქიმიკატების მოქმედების ეფექტურობა (რაც შეიძლება შეამციროს ქიმიკატების წარმოებისთვის დახარჯული ენერგიის ჯამური რაოდენობა და ხარჯი)

სამრეწველო კლასის ვარიანტები Hielscher Ultrasonics-ისგან

ქაღალდის წარმოებაში აპარატურის შერჩევისას საკითხი ის კი არ არის, „შეუძლია თუ არა მას დისპერსირება“, არამედ ის, „შეუძლია თუ არა მას საიმედოდ მუშაობა სამრეწველო დატვირთვის ციკლებში, ინლაინ რეჟიმში და საწარმოო გარემოში“.
Hielscher Ultrasonics სთავაზობს სამრეწველო ულტრაბგერითი აპარატების პლატფორმებს, რომლებიც დაპროექტებულია უწყვეტი მუშაობისა და მასშტაბირებისთვის, მათ შორის:

• სამუშაო მაგიდაზე დასადგმელი და საპილოტე სისტემები ტექნიკური განხორციელებადობის შესამოწმებლად და პარამეტრების შესამუშავებლად
• სამრეწველო პროცესორები, შესაფერისი ინლაინ დისპერსიისთვის წარმოების მოცულობით ხარჯებზე
• გამდინარე რეაქტორების კონფიგურაციები სველი ნაწილის ქიმიკატების მომზადებისა და დოზირების ჩარჩოზე დამონტაჟებულ ბლოკებში ინტეგრაციისთვის
• მოდულური სიმძლავრის მასშტაბირება გამტარუნარიანობის გასაზრდელად პროცესის თავიდან შექმნის გარეშე

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ: შეგიძლიათ შეაფასოთ ულტრაბგერითი დისპერსია მცირე მასშტაბით, შემდეგ კი გაზარდოთ ის სრულ წარმოებამდე ქარხნის პირობებისთვის განკუთვნილი სამრეწველო აპარატურის გამოყენებით – და არა სხვა დანიშნულებისთვის გადაკეთებული ლაბორატორიული ხელსაწყოებით.

სადაც ქაღალდის ფაბრიკები ჩვეულებრივ იყენებენ ულტრაბგერით დისპერსიას

ყოველი ქაღალდის ფაბრიკის ნესტიანი სექცია უნიკალურია, მაგრამ ულტრაბგერითი დისპერსია ჩვეულებრივ შეფასდება შემდეგი მიზნებისთვის:

• შემავსებლებისა და პიგმენტების დისპერსიები (მაგ., დეაგლომერაციისა და განაწილების გასაუმჯობესებლად)
• პოლიმერული ხსნარების მომზადება და აქტივაცია (გელების შემცირება, თანაბრობის გაუმჯობესება)
• საფარის ან ზედაპირული ქიმიის მომზადების წრიული სისტემები (როდესაც დისპერსიის ხარისხი ზღუდავს ეფექტურობას)
• რთული ემულსიები ან მყარი ნაწილაკების მაღალი შემცველობის მქონე სუსპენზიები, რომელთა დამუშავებაც ჩვეულებრივი შერევით რთულია

საუკეთესო კანდიდატები ჩვეულებრივ არის ნაკადები, სადაც დისპერსიის ხარისხი ზღუდავს ეფექტურობას და სადაც ინლაინ აპარატის დაყენება შესაძლებელია ნესტიანი სექციის ჯამური ბალანსის დარღვევის გარეშე.

უკეთესი შედეგები და მნიშვნელოვანი დანახარჯების შემცირება ულტრაბგერითი დისპერსიით

Hielscher-ის ულტრაბგერითი აპარატები ქაღალდის ფაბრიკებს საშუალებას აძლევს მნიშვნელოვნად შეამცირონ – ან თუნდაც სრულად აღმოფხვრან – სველი სექციის დანამატების შემდგომი განზავებისთვის სუფთა წყლის ან გამჭვირვალე ფილტრატის გამოყენების საჭიროება, რაც უზრუნველყოფს წყლის დაზოგვას ფაბრიკის ჯამური მოხმარების დაახლოებით 10–18%-ის ოდენობით. მაღალეფექტური და თანაბარი დისპერსიის მიღწევით, ეს სამრეწველო კლასის ულტრაბგერითი სისტემები უზრუნველყოფენ ქიმიური ნივთიერებებისა და დანამატების გაცილებით ეფექტურ გამოყენებას, რაც განაპირობებს სველ სექციაში უფრო სუფთა პროცესს, ქაღალდის ხარისხის გაუმჯობესებასა და ქიმიურ ნივთიერებებზე მოთხოვნის მნიშვნელოვან შემცირებას – ჩვეულებრივ 20–60%-ით ან მეტით.
ქაღალდის მწარმოებლობაში, დისპერსიის ხარისხის მცირე ცვლილებებმა შეიძლება გამოიწვიოს მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება მანქანის გამართულობაში, ქიმიურ ეფექტურობასა და ხარისხის სტაბილურობაში. ნესტიანი სექციის ქიმიური ნივთიერებების ულტრაბგერითი დისპერსია იმსახურებს ყურადღებას, რადგან ის არის:

• მასშტაბირებადი წრფივი, მოდულური გზით
• ენერგოეფექტური, მიმართულია მიკრო-ძვრისკენ იქ, სადაც დისპერსია რეალურად ხდება
• მზადაა ინდუსტრიული გამოყენებისთვის, ულტრაბგერითი სონიკატორების სისტემებით, რომლებიც შექმნილია უწყვეტი დამუშავებისთვის

ქაღალდის ფაბრიკებს, რომლებსაც მობეზრდათ არათანაბარი შერევის კომპენსირება მეტი ქიმიური ნივთიერების გამოყენებით, ულტრაბგერა განსხვავებულ მიდგომას სთავაზობს: გააუმჯობესეთ ქიმიური ნივთიერებების მოქმედება ქაღალდის მასაში მათ მოხვედრამდე.