Cum dispersia cu ultrasunete îmbunătățește performanța Wet End și reduce costurile

Fabricanții de hârtie știu că partea umedă este locul în care bunele intenții duc la combaterea fizicii.
Puteți cumpăra cele mai bune ajutoare de retenție, fixatori, agenți de încolțire, coloranți, materiale de umplutură și rășini de rezistență pe care le pot cumpăra banii – dar dacă nu se dispersează rapid și uniform în stoc, veți plăti pentru asta în aval cu o formare slabă, o cerere mai mare de substanțe chimice, dureri de cap pentru pitch și stickies, drenaj instabil și pauze inutile.
Acum, un număr tot mai mare de fabrici de hârtie se uită la o îmbunătățire care sună aproape prea simplu: dispersia cu ultrasunete a substanțelor chimice umede. În loc să se bazeze exclusiv pe forfecarea mecanică sau pe timpul de amestecare prelungit, ultrasunetele de mare putere creează microamestecuri intense care sparg aglomerările și distribuie ingredientele active mai uniform – cu mai puțină energie decât mixerele convenționale.
Explorați, de ce funcționează și de ce este deosebit de atractivă pentru mașinile moderne de hârtie.

Ce este dispersia cu ultrasunete a produselor chimice cu capăt umed?

Dispersia cu ultrasunete utilizează vibrații mecanice de înaltă frecvență (ultrasunete) transmise într-un lichid prin intermediul unei sonotrode (sondă). În sistemele industriale, mecanismul cheie este cavitarea acustică – formarea și prăbușirea rapidă a bulelor microscopice. Acest colaps generează forțe de forfecare localizate și micro jeturi care pot:

• De-aglomerarea pulberilor și a suspensiilor minerale
• Omogenizarea emulsiilor și a soluțiilor polimerice
• Îmbunătățirea umezelii și reducerea “Ochi de pește” în substanțe chimice greu de amestecat
• Distribuirea mai uniformă a aditivilor la un conținut ridicat de substanțe solide

În termeni umezi, aceasta înseamnă că aditivii își pot face treaba pentru care îi plătiți - fără a fi prinși în aglomerări, umeziți prost sau distribuiți neuniform.

Dispersoarele industriale cu ultrasunete, cum ar fi Hielscher UIP6000hdT, asigură dispersia uniformă a substanțelor chimice umede în procesul de fabricare a hârtiei, ducând la îmbunătățirea eficienței procesului și la reducerea consumului de substanțe chimice, apă și energie.

De ce beneficiază partea umedă de sonicare

Dacă există o zonă în care calitatea dispersiei se traduce direct în bani, aceasta este partea umedă. Fabricarea hârtiei este o cursă între chimie și hidrodinamică:

• Reacțiile de retenție și drenaj se produc rapid
• Condițiile de forfecare variază foarte mult în funcție de punctul de adaos
• Aditivii pot interacționa sau se pot neutraliza reciproc dacă dozarea nu este controlată
• Problemele mici de amestecare devin probleme mari ale mașinii

Ultrasunetele pot fi utilizate ca o etapă de dispersie controlată, în linie - tratarea unui flux de aditiv, a unui flux de diluție sau a unei bucle de recirculare înainte de punctul de adăugare. Scopul nu este “mai multe amestecuri peste tot,” dar un amestec mai bun exact acolo unde contează.

 
 
Avantajele practice care interesează fabricile:

1. O dispersie mai bună înseamnă o eficiență chimică mai bună
   Când polimerii, suspensiile minerale sau emulsiile sunt mai bine dispersate, se observă adesea:
   • Consum mai mic de substanțe chimice pentru a atinge aceeași performanță
   • Comportament de retenție/drenaj mai stabil
   • Formare îmbunătățită și variabilitate redusă
   • Mai puține depuneri legate de programe de control al lipiciurilor, latexului sau al smoalătorilor slab dispersate

   În multe cazuri, fabricile nu subdozează substanțele chimice, ci le supradozează pentru a compensa dispersia inconsistentă.

2. Umectare mai rapidă, mai puține “amestecarea surprizelor”
   Unii aditivi umezi sunt cunoscuți pentru formarea de bile de gel, fisheyes, sau microaglomerări (în special la concentrații mai mari). Ultrasunetele conduse de cavitație micro-shear poate scurta dramatic timpul necesar pentru a ajunge la o stare stabilă, uniformă - util pentru:
   • Prepararea soluțiilor polimerice
   • Dispersarea materialelor de umplutură și a pigmenților
   • Stabilizarea emulsiilor și a sistemelor legate de ceară/ASA (în funcție de proces)
   • Îmbunătățirea consecvenței în distribuția coloranților și a aditivilor optici
3. Reducerea șoferilor de timp mort (depozite, pauze, variabilitate)
   Dispersia uniformă ajută la reducerea supradozajului localizat și “Fierbinţi” care contribuie la depuneri, încărcări de pâslă și schimbări de calitate. Chiar și îmbunătățirile modeste ale stabilității se pot traduce prin mai puține rupturi și mai puțină producție neconformă.

Scalabilitate liniară: De ce ultrasunetele nu sunt doar pentru laborator

O preocupare comună în ceea ce privește noile tehnologii de amestecare este extinderea: “Funcționează într-un pahar de laborator... dar poate funcționa pe o mașină de hârtie?”
Ultrasunetele industriale pot fi proiectate pentru scalabilitate liniară, deoarece capacitatea este extinsă prin adăugarea puterii și a volumului reactorului de curgere într-un mod modular. În practică, acest lucru înseamnă:
Puteți începe cu o singură unitate ultrasonică în linie pe un flux de aditiv
Extinderea capacității prin adăugarea de sonotrozi/celule de curgere suplimentare și de generator de putere
Menținerea unei intensități comparabile a procesului prin proiectarea pentru un consum de energie consistent per volum și timp de rezidență
Acest lucru este deosebit de atractiv pentru fabricile care doresc o cale cu risc scăzut: pilot pe o buclă chimică, validarea KPI-urilor, apoi extinderea.

Eficiență energetică și efecte puternice

Dispersia cu ultrasunete este adesea mai eficientă din punct de vedere energetic decât presupun oamenii, deoarece nu încercați să mișcați mai tare întregul piept – aplicați energie exact acolo unde are loc dispersia.
În loc să crească sarcina agitatorului într-un rezervor mare (și să spere că forfecarea ajunge la fiecare microaglomerat), ultrasunetele asigură o microforfecare de mare intensitate la sonotrod și în zona de cavitare, de obicei într-o etapă compactă de proces în linie.
Pentru fabricile preocupate de energie, logica este simplă:

• Identificarea problemei dispersiei la fluxul de aditivi
• Reduceți recircularea, timpul de amestecare și reprelucrarea
• Îmbunătățirea eficienței produselor chimice (ceea ce poate reduce energia încorporată și costul total al produselor chimice)

Opțiuni de grad industrial de la Hielscher Ultrasonics

Pentru mediile de fabricare a hârtiei, selectarea echipamentului nu se referă la “se poate dispersa,” dar “poate funcționa fiabil la cicluri de lucru industriale, în linie și într-o instalație de procesare.”
Hielscher Ultrasonics oferă platforme sonicatoare industriale concepute pentru funcționare continuă și scalare, inclusiv:

• Sisteme pilot și de banc pentru testarea fezabilității și dezvoltarea parametrilor
• Procesoare industriale adecvate pentru dispersia în linie la debite de producție
• Configurații ale reactoarelor de tip flow-through pentru integrarea în instalațiile de preparare și dozare a substanțelor chimice de tip wet end
• Scalare modulară a puterii pentru extinderea capacității fără reinventarea procesului

Cu alte cuvinte: puteți evalua dispersia ultrasonică la scară mică, apoi puteți trece la producția completă utilizând hardware industrial destinat condițiilor din fabrică – nu instrumente de laborator repurtate.

În cazul în care fabricile de hârtie aplică în mod obișnuit dispersia cu ultrasunete

Fiecare capăt umed al morii este unic, dar dispersia cu ultrasunete este evaluată în mod obișnuit pentru:

• Dispersii de materiale de umplutură și pigmenți (de exemplu, îmbunătățirea deaglomerării și distribuției)
• Prepararea și activarea soluției de polimeri (reducerea gelurilor, îmbunătățirea consistenței)
• Bucle de pregătire a acoperirii sau a chimiei de suprafață (atunci când calitatea dispersiei limitează performanța)
• Emulsii dificile sau suspensii cu conținut ridicat de solide în care amestecarea convențională este dificilă

Cei mai buni candidați sunt, de obicei, cursurile de apă în care calitatea dispersiei limitează performanța și unde poate fi instalată o unitate în linie fără a perturba echilibrul general al părții umede.

Rezultate mai bune și economii semnificative cu dispersia cu ultrasunete

Sonicatoarele cu ultrasunete Hielscher permit fabricilor de hârtie să reducă semnificativ – sau chiar eliminarea – nevoia de apă proaspătă sau filtrat limpede în post-diluția aditivilor de finisare umedă, oferind economii de apă de aproximativ 10-18% din consumul total al fabricii. Realizând o dispersie extrem de eficientă și uniformă, aceste sisteme ultrasonice de calitate industrială asigură o utilizare mult mai eficientă a substanțelor chimice și a aditivilor, ceea ce duce la un proces mai curat de finisare umedă, la îmbunătățirea calității hârtiei și la o cerere substanțial mai mică de substanțe chimice – reduse de obicei cu 20-60% sau mai mult.
În fabricarea hârtiei, schimbările mici în calitatea dispersiei pot crea îmbunătățiri semnificative în ceea ce privește capacitatea de rulare, eficiența chimică și stabilitatea calității. Dispersia cu ultrasunete a substanțelor chimice de finisare umedă câștigă atenție deoarece este:

• Scalabil într-un mod liniar, modular
• Inteligent din punct de vedere energetic, direcționând micro-îndepărtarea acolo unde are loc de fapt dispersia
• Gata pentru uz industrial, cu sisteme sonicatoare proiectate pentru procesare continuă

Pentru fabricile care s-au săturat să compenseze amestecarea inconsecventă cu mai multă chimie, ultrasunetele oferă o filosofie diferită: faceți chimia să funcționeze mai bine înainte ca aceasta să ajungă vreodată în stoc.