Como a dispersão ultra-sónica melhora o desempenho da extremidade húmida e reduz os custos

Os fabricantes de papel sabem que a parte húmida é onde as boas intenções vão combater a física.
Pode comprar os melhores auxiliares de retenção, fixadores, agentes de colagem, corantes, cargas e resinas de resistência que o dinheiro pode comprar – mas se não se dispersarem rápida e uniformemente em stock, paga-se a jusante com má formação, maior exigência química, dores de cabeça com pitch e stickies, drenagem instável e quebras desnecessárias.
Atualmente, um número crescente de fábricas de papel está a analisar uma atualização que parece demasiado simples: a dispersão ultra-sónica de produtos químicos para a extremidade húmida. Em vez de depender apenas do cisalhamento mecânico ou de um tempo de mistura prolongado, os ultra-sons de alta potência criam uma micro-mistura intensa que quebra os aglomerados e distribui os ingredientes activos de forma mais uniforme – com menos energia do que os misturadores convencionais.
Explore, porque funciona e porque é especialmente atrativo para as máquinas de papel modernas.

O que é a Dispersão Ultrassónica de Produtos Químicos de Extremidade Húmida?

A dispersão ultra-sónica utiliza vibrações mecânicas de alta frequência (ultra-sons) transmitidas a um líquido através de um sonotrodo (sonda). Nos sistemas industriais, o mecanismo chave é a cavitação acústica – a rápida formação e colapso de bolhas microscópicas. Esse colapso gera forças de cisalhamento localizadas e microjactos que podem:

• Desaglomeração de pós e lamas minerais
• Homogeneizar emulsões e soluções de polímeros
• Melhorar a humidade e reduzir “Olhos de peixe” em produtos químicos difíceis de misturar
• Distribuir os aditivos de forma mais uniforme em sólidos elevados

Em termos de produtos húmidos, isto significa que os aditivos podem fazer o trabalho para o qual está a pagá-los - sem ficarem presos em aglomerados, mal molhados ou distribuídos de forma desigual.

Os dispersores ultrassónicos industriais, como o Hielscher UIP6000hdT, asseguram uma dispersão química uniforme da parte húmida no fabrico de papel, resultando numa maior eficiência do processo e na redução do consumo de químicos, água e energia.

Porque é que a parte húmida beneficia da sonicação

Se há uma zona onde a qualidade da dispersão se traduz diretamente em dinheiro, é a zona húmida. O fabrico de papel é uma corrida entre a química e a hidrodinâmica:

• As reacções de retenção e drenagem ocorrem rapidamente
• As condições de cisalhamento variam muito consoante o ponto de adição
• Os aditivos podem interagir ou neutralizar-se mutuamente se a dosagem não for controlada
• Pequenos problemas de mistura transformam-se em grandes problemas de máquina

Os ultra-sons podem ser utilizados como uma etapa de dispersão controlada e em linha - tratando um fluxo de aditivo, um fluxo de diluição ou um circuito de recirculação antes do ponto de adição. O objetivo não é “mais misturas em todo o lado,” mas com melhor mistura exatamente onde é importante.

 
 
As vantagens práticas que interessam aos moinhos:

1. Melhor dispersão significa melhor eficiência química
   Quando os polímeros, as pastas minerais ou as emulsões estão mais bem dispersos, é frequente observar-se:
   • Menor consumo de produtos químicos para atingir o mesmo desempenho
   • Comportamento de retenção/drenagem mais estável
   • Formação melhorada e variabilidade reduzida
   • Menos depósitos ligados a programas de controlo de pitch, látex ou stickies mal dispersos

   Em muitos casos, as fábricas não estão a subdosear os químicos - estão a sobredosear para compensar a dispersão inconsistente.

2. Umedecimento mais rápido, menos “misturar surpresas”
   Alguns aditivos de extremidade húmida são notórios por formarem bolas de gel, fisheyes ou microaglomerados (especialmente em concentrações mais elevadas). O microcisalhamento por cavitação do ultrassom pode reduzir drasticamente o tempo necessário para atingir um estado estável e uniforme - útil para:
   • Preparação de soluções de polímeros
   • Dispersão de cargas e pigmentos
   • Estabilização de emulsões e sistemas relacionados com cera/ASA (dependente do processo)
   • Melhorar a consistência na distribuição de corantes e aditivos ópticos
3. Redução dos factores de inatividade (depósitos, quebras, variabilidade)
   A dispersão uniforme ajuda a reduzir a sobredosagem localizada e “pontos quentes” que contribuem para depósitos, carga de feltro e oscilações de qualidade. Mesmo melhorias modestas na estabilidade podem traduzir-se em menos quebras e menos produção fora das especificações.

Escalabilidade linear: Porque é que os ultra-sons não são apenas para o laboratório

Uma preocupação comum com as novas tecnologias de mistura é o aumento de escala: “Funciona num copo... mas será que funciona numa máquina de papel?”
Os ultra-sons industriais podem ser concebidos para uma escalabilidade linear, uma vez que a capacidade é expandida através da adição de potência e do volume do reator de fluxo contínuo de uma forma modular. Na prática, isto significa:
Pode começar com uma única unidade ultra-sónica em linha num único fluxo de aditivos
Expandir a capacidade através da adição de sonotrodos/células de fluxo adicionais e potência do gerador
Manter uma intensidade de processo comparável através da conceção de uma entrada de energia consistente por volume e tempo de residência
Isto é particularmente atrativo para as fábricas que pretendem um caminho de baixo risco: pilotar um ciclo químico, validar os KPIs e depois aumentar a escala.

Eficiência energética e efeitos fortes

A dispersão ultra-sónica é frequentemente mais eficiente em termos energéticos do que as pessoas pensam, porque não se está a tentar mover todo o tórax com mais força – está a aplicar energia precisamente onde a dispersão acontece.
Em vez de aumentar a carga do agitador em um tanque grande (e esperar que o cisalhamento atinja cada microaglomerado), o ultrassom fornece microcisalhamento de alta intensidade no sonotrodo e na zona de cavitação, normalmente em uma etapa compacta do processo em linha.
Para as fábricas que se preocupam com a energia, a lógica é simples:

• Orientar o problema de dispersão para o fluxo de aditivos
• Reduzir a recirculação, o tempo de mistura e o retrabalho
• Melhorar a eficácia dos produtos químicos (o que pode reduzir a energia incorporada e o custo total dos produtos químicos)

Opções de nível industrial da Hielscher Ultrasonics

Para os ambientes de fabrico de papel, a seleção do equipamento não se trata de “pode dispersar-se,” mas “pode funcionar de forma fiável em ciclos de trabalho industriais, em linha e numa instalação de processamento.”
A Hielscher Ultrasonics oferece plataformas de sonicadores industriais concebidas para funcionamento contínuo e aumento de escala, incluindo:

• Sistemas de bancada e piloto para ensaios de viabilidade e desenvolvimento de parâmetros
• Processadores industriais adequados para dispersão em linha com caudais de produção
• Configurações de reactores de fluxo contínuo para integração em sistemas de preparação e dosagem de produtos químicos em meio húmido
• Escalonamento de potência modular para expandir a capacidade sem reinventar o processo

Por outras palavras: é possível avaliar a dispersão ultra-sónica em pequena escala e, em seguida, aumentar a produção total utilizando hardware industrial destinado a condições de fábrica – e não ferramentas de laboratório reutilizadas.

Onde as fábricas de papel aplicam normalmente a dispersão por ultra-sons

A parte húmida de cada moinho é única, mas a dispersão ultra-sónica é normalmente avaliada para:

• Dispersões de cargas e pigmentos (por exemplo, melhorando a desaglomeração e a distribuição)
• Preparação e ativação da solução de polímero (redução dos géis, melhoria da consistência)
• Circuitos de preparação do revestimento ou da química da superfície (quando a qualidade da dispersão limita o desempenho)
• Emulsões difíceis ou pastas com elevado teor de sólidos em que a mistura convencional é difícil

Os melhores candidatos são normalmente os cursos de água onde a qualidade da dispersão limita o desempenho e onde uma unidade em linha pode ser instalada sem perturbar o equilíbrio global da zona húmida.

Melhores resultados e poupanças significativas com a dispersão ultra-sónica

Os sonicadores ultra-sónicos da Hielscher permitem que as fábricas de papel reduzam significativamente – ou mesmo eliminar – a necessidade de água fresca ou de um filtrado claro na pós-diluição de aditivos para a parte húmida, proporcionando poupanças de água de aproximadamente 10-18% do consumo total da fábrica. Ao conseguir uma dispersão altamente eficiente e uniforme, estes sistemas ultra-sónicos de nível industrial asseguram que os produtos químicos e aditivos são utilizados de forma muito mais eficaz, conduzindo a um processo mais limpo na fase húmida, a uma melhor qualidade do papel e a uma procura substancialmente menor de produtos químicos – normalmente reduzidos em 20-60% ou mais.
Na fabricação de papel, pequenas mudanças na qualidade da dispersão podem criar melhorias enormes na capacidade de execução, eficiência química e estabilidade da qualidade. A dispersão ultra-sónica de produtos químicos de extremidade húmida está a ganhar atenção porque é:

• Escalável de forma linear e modular
• Inteligente em termos de energia, visando o microcisalhamento onde a dispersão realmente ocorre
• Preparado para a indústria, com sistemas de sonicadores concebidos para processamento contínuo

Para os moinhos que estão cansados de compensar a mistura inconsistente com mais produtos químicos, o ultrassom oferece uma filosofia diferente: fazer com que o produto químico funcione melhor antes mesmo de chegar ao estoque.