Hoe ultrasone dispersie de prestaties van de natpartij verbetert en de kosten verlaagt

Papiermakers weten dat de natpartij de plek is waar goede bedoelingen de strijd aangaan met de natuurkunde.
U kunt de beste retentiehulpmiddelen, fixeermiddelen, lijmmiddelen, kleurstoffen, vulstoffen en sterkteharsen kopen die er voor geld te krijgen zijn – maar als ze niet snel en gelijkmatig in de papierstof dispergeren, betaalt u daarvoor verderop in het proces met een slechte bladformatie, een hogere behoefte aan chemicaliën, problemen met hars en kleverige verontreinigingen, een instabiele ontwatering en onnodige baanbreuken.
Een groeiend aantal papierfabrieken kijkt nu naar een verbetering die bijna te eenvoudig klinkt: ultrasone dispersie van chemicaliën voor de natpartij. In plaats van uitsluitend te vertrouwen op mechanische afschuiving of een langere mengtijd, zorgt ultrageluid met hoog vermogen voor intensieve menging op microschaal die agglomeraten uiteenbreekt en actieve bestanddelen gelijkmatiger verdeelt – met minder energie dan conventionele mengers.
Ontdek waarom dit werkt en waarom het bijzonder aantrekkelijk is voor moderne papiermachines.

Wat is ultrasone dispersie van chemicaliën voor de natpartij?

Ultrasone dispersie maakt gebruik van hoogfrequente mechanische trillingen (ultrageluid) die via een sonotrode (sonde) in een vloeistof worden overgebracht. In industriële systemen is akoestische cavitatie het belangrijkste mechanisme – de snelle vorming en implosie van microscopische bellen. Die implosie genereert plaatselijke afschuifkrachten en microstralen die het volgende kunnen doen:

• Poeders en minerale slurries deagglomereren
• Emulsies en polymeeroplossingen homogeniseren
• De bevochtiging verbeteren en “visogen” verminderen in moeilijk te mengen chemicaliën
• Additieven gelijkmatiger verdelen bij een hoog vastestofgehalte

Voor de natpartij betekent dit dat additieven het werk kunnen doen waarvoor u betaalt – zonder vast te zitten in klonten, slecht bevochtigd te zijn of ongelijkmatig verdeeld te zijn.

Industriële ultrasone dispergeerapparaten zoals de Hielscher UIP6000hdT zorgen voor een gelijkmatige dispersie van chemicaliën in de natpartij bij de papierproductie, wat resulteert in een verbeterde procesefficiëntie en een lager verbruik van chemicaliën, water en energie.

Waarom de natpartij baat heeft bij sonicatie

Als er één zone is waar dispersiekwaliteit zich direct vertaalt in geld, dan is het de natpartij. Papierproductie is een race tussen chemie en hydrodynamica:

• Retentie- en ontwateringsreacties verlopen snel
• De afschuivingsomstandigheden variëren sterk per toevoegingspunt
• Additieven kunnen met elkaar reageren of elkaar neutraliseren als de dosering niet wordt beheerst
• Kleine mengproblemen worden grote machineproblemen

Ultrageluid kan worden ingezet als een gecontroleerde inline dispersi stap – waarbij een additievenstroom, een verdunningsstroom of een recirculatiecircuit vóór het toevoegingspunt wordt behandeld. Het doel is niet “overal meer mengen”, maar beter mengen op precies de plek waar het ertoe doet.

 
 
De praktische voordelen die voor fabrieken van belang zijn:

1. Een betere dispersie betekent een efficiëntere werking van chemicaliën
   Wanneer polymeren, minerale slurries of emulsies beter gedispergeerd zijn, ziet u vaak:
   • Een lager verbruik van chemicaliën om dezelfde prestaties te bereiken
   • Stabieler retentie- en ontwateringsgedrag
   • Een verbeterde bladformatie en minder variabiliteit
   • Minder afzettingen die verband houden met slecht gedispergeerde kleverige verontreinigingen, latex of programma’s voor harsbeheersing

   In veel gevallen doseren fabrieken niet te weinig chemicaliën – ze doseren te veel om een inconsistente dispersie te compenseren.

2. Snellere bevochtiging, minder “verrassingen bij het mengen”
   Sommige additieven voor de natpartij staan erom bekend gelbolletjes, visogen of microklonten te vormen (vooral bij hogere concentraties). De door cavitatie opgewekte afschuiving op microschaal van ultrageluid kan de tijd die nodig is om een stabiele, gelijkmatige toestand te bereiken drastisch verkorten – nuttig voor:
   • Het aanmaken van polymeeroplossingen
   • Het dispergeren van vulstoffen en pigmenten
   • Het stabiliseren van emulsies en systemen met was of ASA (afhankelijk van het proces)
   • Het verbeteren van de gelijkmatigheid van de verdeling van kleurstoffen en optische additieven
3. Minder oorzaken van stilstand (afzettingen, baanbreuken, variabiliteit)
   Een gelijkmatige dispersie helpt plaatselijke overdosering en “concentratiepieken” te verminderen die bijdragen aan afzettingen, verstopping van het vilt en kwaliteitsschommelingen. Zelfs bescheiden verbeteringen in stabiliteit kunnen leiden tot minder baanbreuken en minder productie die niet aan de specificaties voldoet.

Lineaire schaalbaarheid: waarom ultrasone technologie niet alleen voor het laboratorium is

Een veelvoorkomende zorg bij nieuwe mengtechnologieën is opschaling: “Het werkt in een bekerglas… maar kan het ook op een papiermachine werken?”
Industriële ultrasone technologie kan worden ontworpen voor lineaire schaalbaarheid, omdat de capaciteit wordt uitgebreid door modulair vermogen en volume van doorstroomreactoren toe te voegen. In de praktijk betekent dit:
U kunt beginnen met één inline ultrasone eenheid op één additievenstroom
De capaciteit uitbreiden door extra sonotrodes/doorstroomcellen en generatorvermogen toe te voegen
Een vergelijkbare procesintensiteit handhaven door het ontwerp af te stemmen op een consistente energietoevoer per volume en verblijftijd
Dit is bijzonder aantrekkelijk voor fabrieken die een traject met weinig risico willen: voer een pilot uit op één circuit voor chemicaliën, valideer de KPI’s en breid vervolgens uit.

Energie-efficiëntie en sterke effecten

Ultrasone dispersie is vaak energie-efficiënter dan mensen denken, omdat u niet probeert de volledige inhoud van de stofkuip krachtiger in beweging te brengen – u voert energie toe op precies de plek waar de dispersie plaatsvindt.
In plaats van de belasting van het roerwerk in een grote tank te verhogen (en te hopen dat de afschuiving elke microklont bereikt), levert ultrageluid afschuiving met hoge intensiteit op microschaal bij de sonotrode en in de cavitatiezone, doorgaans in een compacte inline processtap.
Voor fabrieken die bewust met energie omgaan, is de redenering eenvoudig:

• Pak het dispersieprobleem aan in de additievenstroom
• Verminder recirculatie, mengtijd en herverwerking
• Verbeter de effectiviteit van chemicaliën (wat de totale energie die in de productie van chemicaliën is gestoken en de kosten kan verminderen)

Opties voor industrieel gebruik van Hielscher Ultrasonics

In omgevingen voor papierproductie draait de keuze van apparatuur niet om “kan het dispergeren”, maar om “kan het betrouwbaar werken bij industriële bedrijfscycli, inline en in een procesinstallatie”.
Hielscher Ultrasonics biedt industriële sonicatorplatforms die zijn ontworpen voor continu bedrijf en opschaling, waaronder:

• Tafel- en pilotsystemen voor haalbaarheidstests en het ontwikkelen van parameters
• Industriële processoren die geschikt zijn voor inline dispersie bij productiedebieten
• Configuraties van doorstroomreactoren voor integratie in skids voor de bereiding en dosering van chemicaliën voor de natpartij
• Modulaire opschaling van het vermogen om de capaciteit uit te breiden zonder het proces opnieuw te moeten ontwerpen

Met andere woorden: u kunt ultrasone dispersie op kleine schaal evalueren en vervolgens opschalen naar volledige productie met industriële apparatuur die bedoeld is voor fabrieksomstandigheden – niet met laboratoriumapparatuur die voor een ander doel wordt ingezet.

Waar papierfabrieken ultrasone dispersie doorgaans toepassen

De natpartij van elke fabriek is uniek, maar ultrasone dispersie wordt vaak geëvalueerd voor:

• Dispersies van vulstoffen en pigmenten (bijvoorbeeld om de deagglomeratie en verdeling te verbeteren)
• Het aanmaken en activeren van polymeeroplossingen (om gels te verminderen en de gelijkmatigheid te verbeteren)
• Bereidingscircuits voor coatingchemicaliën of chemicaliën voor oppervlaktebehandeling (wanneer de dispersiekwaliteit de prestaties beperkt)
• Moeilijke emulsies of slurries met een hoog vastestofgehalte waarbij conventioneel mengen tekortschiet

De beste kandidaten zijn meestal stromen waarbij de dispersiekwaliteit de prestaties beperkt en waarbij een inline eenheid kan worden geïnstalleerd zonder het algehele evenwicht in de natpartij te verstoren.

Betere resultaten en aanzienlijke besparingen met ultrasone dispersie

De ultrasone sonicatoren van Hielscher stellen papierfabrieken in staat de behoefte aan vers water of helder filtraat voor het naverdunnen van additieven voor de natpartij aanzienlijk te verminderen – of zelfs geheel weg te nemen – wat een waterbesparing van ongeveer 10–18% van het totale fabrieksverbruik oplevert. Door een zeer efficiënte en gelijkmatige dispersie te bereiken, zorgen deze ultrasone systemen voor industrieel gebruik ervoor dat chemicaliën en additieven veel effectiever worden gebruikt, wat leidt tot een schoner proces in de natpartij, een verbeterde papierkwaliteit en een aanzienlijk lagere behoefte aan chemicaliën – doorgaans verminderd met 20–60% of meer.
Bij de papierproductie kunnen kleine veranderingen in dispersiekwaliteit leiden tot buitenproportioneel grote verbeteringen in de bedrijfszekerheid van de machine, de efficiëntie van chemicaliën en de kwaliteitsstabiliteit. Ultrasone dispersie van chemicaliën voor de natpartij krijgt steeds meer aandacht omdat deze:

• Op een lineaire, modulaire manier schaalbaar is
• Slim met energie omgaat door afschuiving op microschaal te richten op de plek waar dispersie daadwerkelijk plaatsvindt
• Geschikt is voor industrieel gebruik, met sonicatorsystemen die zijn ontworpen voor continue verwerking

Voor fabrieken die het beu zijn om inconsistent mengen met meer chemicaliën te compenseren, biedt ultrageluid een andere filosofie: laat de chemicaliën beter werken voordat ze de papierstof bereiken.