Kā disperģēšana ar ultraskaņu uzlabo slapjās daļas darbību un samazina izmaksas

Papīra ražotāji zina, ka slapjā daļa ir vieta, kur labie nodomi sastopas ar fizikas likumiem.
Varat iegādāties vislabākos aiztures palīglīdzekļus, fiksatorus, līmēšanas līdzekļus, krāsvielas, pildvielas un stiprību palielinošus sveķus, kādus vien par naudu var nopirkt, taču, ja tie papīrmasā neizkliedējas ātri un vienmērīgi, turpmākajos procesa posmos par to jāmaksā ar sliktu loksnes struktūras veidošanos, lielāku ķimikāliju patēriņu, sveķu un lipīgo piemaisījumu radītām problēmām, nestabilu atūdeņošanos un nevajadzīgiem papīra lentes pārrāvumiem.
Tagad arvien vairāk papīrfabriku apsver uzlabojumu, kas izklausās gandrīz pārāk vienkāršs: slapjās daļas ķimikāliju disperģēšanu ar ultraskaņu. Tā vietā, lai paļautos tikai uz mehānisko bīdi vai ilgstošu maisīšanu, lieljaudas ultraskaņa rada intensīvu mikromaisīšanu, kas sašķeļ aglomerātus un vienmērīgāk sadala aktīvās sastāvdaļas, patērējot mazāk enerģijas nekā tradicionālie maisītāji.
Uzziniet, kāpēc tas darbojas un kāpēc šī metode ir īpaši pievilcīga modernām papīrmašīnām.

Kas ir slapjās daļas ķimikāliju disperģēšana ar ultraskaņu?

Disperģēšanā ar ultraskaņu izmanto augstfrekvences mehāniskās svārstības (ultraskaņu), ko šķidrumā ievada ar sonotrodi (zondi). Rūpnieciskās sistēmās galvenais darbības mehānisms ir akustiskā kavitācija – mikroskopisku burbulīšu strauja veidošanās un sabrukšana. Šī sabrukšana rada lokālus bīdes spēkus un mikrostrūklas, kas var:

• Sašķelt aglomerātus pulveros un minerālu suspensijās
• Homogenizēt emulsijas un polimēru šķīdumus
• Uzlabot samitrināšanu un samazināt nepilnīgi samitrinātus kunkuļus jeb “zivs acis” grūti samaisāmās ķimikālijās
• Vienmērīgāk sadalīt piedevas pie augsta cietvielu satura

Slapjajā daļā tas nozīmē, ka piedevas var veikt darbu, par kuru maksājat, nepaliekot ieslēgtas kunkuļos, slikti samitrinātas vai nevienmērīgi sadalītas.

Rūpnieciskie ultraskaņas dispergatori, piemēram, Hielscher UIP6000hdT, nodrošina vienmērīgu slapjās daļas ķimikāliju disperģēšanu papīra ražošanā, tādējādi uzlabojot procesa efektivitāti un samazinot ķimikāliju, ūdens un enerģijas patēriņu.

Kāpēc apstrāde ar ultraskaņu ir izdevīga slapjajai daļai

Ja ir kāda zona, kur disperģēšanas kvalitāte tieši pārvēršas naudā, tā ir slapjā daļa. Papīra ražošana ir sacensība starp ķīmiju un hidrodinamiku:

• Aiztures un atūdeņošanās reakcijas norisinās ātri
• Bīdes apstākļi krasi atšķiras atkarībā no pievienošanas vietas
• Piedevas var savstarpēji mijiedarboties vai neitralizēt cita citu, ja dozēšana netiek kontrolēta
• Nelielas maisīšanas problēmas pāraug nopietnās papīrmašīnas darbības problēmās

Ultraskaņu var izmantot kā kontrolētu disperģēšanas posmu plūsmā, pirms pievienošanas vietas apstrādājot piedevas plūsmu, atšķaidīšanas plūsmu vai recirkulācijas kontūru. Mērķis nav “vairāk maisīt visur”, bet gan labāk maisīt tieši tur, kur tas ir būtiski.

 
 
Praktiskās priekšrocības, kas ir svarīgas papīrfabrikām:

1. Labāka disperģēšana nozīmē efektīvāku ķimikāliju darbību
   Ja polimēri, minerālu suspensijas vai emulsijas ir labāk disperģētas, bieži novēro:
   • Mazāku ķimikāliju patēriņu tāda paša rezultāta sasniegšanai
   • Stabilāku aiztures un atūdeņošanās norisi
   • Labāku loksnes struktūras veidošanos un mazāku mainīgumu
   • Mazāk nogulšņu, kas saistītas ar slikti disperģētiem lipīgajiem piemaisījumiem, lateksu vai sveķu nogulšņu ierobežošanas pasākumiem

   Daudzos gadījumos papīrfabrikas ķimikālijas nedozē nepietiekami – tās tās pārdozē, lai kompensētu nevienmērīgu disperģēšanu.

2. Ātrāka samitrināšana, mazāk “maisīšanas pārsteigumu”
   Dažas slapjās daļas piedevas ir pazīstamas ar to, ka veido gela lodītes, nepilnīgi samitrinātus kunkuļus jeb “zivs acis” vai mikrokunkuļus (īpaši augstākās koncentrācijās). Ultraskaņas kavitācijas radītā mikrobīde var ievērojami saīsināt laiku, kas nepieciešams stabila, viendabīga stāvokļa sasniegšanai – tas ir noderīgi šādiem uzdevumiem:
   • Polimēru šķīdumu sagatavošana
   • Pildvielu un pigmentu disperģēšana
   • Emulsiju un ar vasku/ASA saistītu sistēmu stabilizēšana (atkarībā no procesa)
   • Krāsvielu un optisko piedevu sadalījuma vienmērīguma uzlabošana
3. Mazāk dīkstāves cēloņu (nogulsnes, papīra lentes pārrāvumi, mainīgums)
   Vienmērīga disperģēšana palīdz samazināt lokālu pārdozēšanu un paaugstinātas koncentrācijas zonas, kas veicina nogulšņu veidošanos, preses filcu aizsērēšanu un kvalitātes svārstības. Pat nelieli stabilitātes uzlabojumi var samazināt papīra lentes pārrāvumu skaitu un prasībām neatbilstošas produkcijas daudzumu.

Lineāra mērogojamība: kāpēc ultraskaņa nav paredzēta tikai laboratorijai

Bieži sastopamas bažas par jaunām sajaukšanas tehnoloģijām ir saistītas ar mēroga palielināšanu: “Vārglāzē tas darbojas… bet vai tas var darboties papīrmašīnā?”
Rūpnieciskās ultraskaņas sistēmas var projektēt lineārai mēroga palielināšanai, jo jaudu un caurplūdes reaktora tilpumu var modulāri palielināt, tādējādi kāpinot ražīgumu. Praksē tas nozīmē:
Varat sākt ar vienu plūsmā uzstādītu ultraskaņas iekārtu vienā piedevu plūsmā
Palielināt ražīgumu, pievienojot papildu sonotrodes/plūsmas šūnas un palielinot ģeneratora jaudu
Saglabāt salīdzināmu procesa intensitāti, projektējot sistēmu tā, lai nodrošinātu nemainīgu enerģijas ievadi uz tilpuma vienību un uzturēšanās laiku
Tas ir īpaši pievilcīgi rūpnīcām, kas vēlas risinājumu ar zemu risku: veikt izmēģinājumus vienā ķimikāliju cirkulācijas kontūrā, pārbaudīt galvenos darbības rādītājus un pēc tam paplašināt sistēmu.

Energoefektivitāte un spēcīga iedarbība

Ultraskaņas disperģēšana bieži ir energoefektīvāka, nekā cilvēki pieņem, jo jūs necenšaties intensīvāk izkustināt visu masu baseinā – jūs pievadāt enerģiju tieši tur, kur notiek disperģēšana.
Tā vietā, lai palielinātu maisītāja slodzi lielā tvertnē (un cerētu, ka bīdes iedarbība sasniegs katru mikrosalipumu), ultraskaņa rada augstas intensitātes mikrobīdi pie sonotrodes un kavitācijas zonā, parasti kompaktā procesa posmā, kas integrēts plūsmā.
Rūpnīcām, kas rūpējas par enerģijas patēriņu, loģika ir vienkārša:

• Risināt disperģēšanas problēmu piedevu plūsmā
• Samazināt recirkulāciju, sajaukšanas laiku un atkārtotu apstrādi
• Uzlabot ķimikāliju iedarbīgumu (kas var samazināt kopējo ķimikāliju ražošanā ietverto enerģijas patēriņu un izmaksas)

Hielscher Ultrasonics risinājumi rūpnieciskām prasībām

Papīra ražošanas vidē iekārtu izvēles jautājums nav “vai tā spēj disperģēt”, bet gan “vai tā spēj uzticami darboties rūpnieciskos darba ciklos, plūsmā un ražotnē”.
Hielscher Ultrasonics piedāvā rūpniecisko ultraskaņas iekārtu platformas, kas paredzētas nepārtrauktai darbībai un mēroga palielināšanai, tostarp:

• Galda un pilotmēroga sistēmas tehniskās iespējamības pārbaudēm un parametru izstrādei
• Rūpnieciskie procesori, kas piemēroti disperģēšanai plūsmā pie ražošanas plūsmas ātrumiem
• Caurplūdes reaktoru konfigurācijas integrēšanai slapjās daļas ķimikāliju sagatavošanas un dozēšanas rāmja moduļos
• Modulāra jaudas palielināšana, lai kāpinātu ražīgumu, nepārveidojot procesu no jauna

Citiem vārdiem sakot: varat novērtēt ultraskaņas disperģēšanu nelielā mērogā un pēc tam palielināt mērogu līdz pilnam ražošanas apjomam, izmantojot rūpnieciskas iekārtas, kas paredzētas ražotnes apstākļiem – nevis citam nolūkam pielāgotas laboratorijas iekārtas.

Kur papīrfabrikas parasti izmanto ultraskaņas disperģēšanu

Katras rūpnīcas slapjā daļa ir unikāla, taču ultraskaņas disperģēšanas piemērotību parasti izvērtē šādiem lietojumiem:

• Pildvielu un pigmentu dispersijas (piemēram, deaglomerācijas un sadalījuma uzlabošanai)
• Polimēru šķīdumu sagatavošana un aktivēšana (gēlu veidošanās samazināšanai un viendabīguma uzlabošanai)
• Pārklājumu vai virsmas apstrādes ķimikāliju sagatavošanas kontūri (ja disperģēšanas kvalitāte ierobežo procesa efektivitāti)
• Grūti apstrādājamas emulsijas vai suspensijas ar augstu cietvielu saturu, kuru sajaukšana ar tradicionālām metodēm ir apgrūtināta

Vispiemērotākās parasti ir plūsmas, kurās disperģēšanas kvalitāte ierobežo procesa efektivitāti un kurās plūsmas iekārtu var uzstādīt, neizjaucot slapjās daļas kopējo līdzsvaru.

Labāki rezultāti un ievērojams ietaupījums ar ultraskaņas disperģēšanu

Hielscher ultraskaņas iekārtas ļauj papīrfabrikām būtiski samazināt vai pat pilnībā novērst vajadzību pēc svaiga ūdens vai dzidra filtrāta slapjās daļas piedevu papildu atšķaidīšanai, nodrošinot ūdens ietaupījumu aptuveni 10–18% apmērā no rūpnīcas kopējā patēriņa. Panākot ļoti efektīvu un vienmērīgu disperģēšanu, šīs rūpnieciskām prasībām atbilstošās ultraskaņas sistēmas nodrošina daudz efektīvāku ķimikāliju un piedevu izmantošanu, tādējādi panākot tīrāku procesu slapjajā daļā, labāku papīra kvalitāti un būtiski mazāku vajadzību pēc ķimikālijām – parasti tā samazinās par 20–60% vai vairāk.
Papīra ražošanā nelielas disperģēšanas kvalitātes izmaiņas var radīt nesamērīgi lielus uzlabojumus iekārtu darbības stabilitātē, ķimikāliju izmantošanas efektivitātē un kvalitātes stabilitātē. Slapjās daļas ķimikāliju ultraskaņas disperģēšana piesaista uzmanību, jo tā ir:

• Lineāri un modulāri mērogojama
• Energoefektīva, koncentrējot mikrobīdi tur, kur faktiski notiek dispersēšana
• Piemērota rūpniecībai, ar ultraskaņas apstrādes sistēmām, kas konstruētas nepārtrauktai apstrādei

Rūpnīcām, kas ir nogurušas kompensēt nevienmērīgu sajaukšanu ar lielāku ķimikāliju daudzumu, ultraskaņa piedāvā citu pieeju: panākt ķimikāliju efektīvāku darbību, pirms tās vispār nonāk papīrmasā.