Ультразвуковое диспергирование улучшает характеристики мокрого конца и сокращает расходы

Производители бумаги знают, что мокрый конец - это место, где благие намерения идут вразрез с физикой.
Вы можете купить лучшие средства для фиксации, фиксаторы, разделители, красители, наполнители и прочностные смолы, которые только можно купить. – Но если они не рассеиваются быстро и равномерно на складе, вы расплачиваетесь за это плохой формовкой, повышенной потребностью в химикатах, головной болью от смол и липкости, нестабильным дренажем и ненужными перерывами.
Теперь все большее число бумажных фабрик рассматривают возможность модернизации, которая звучит слишком просто: ультразвуковое диспергирование влажных конечных химикатов. Вместо того чтобы полагаться исключительно на механический сдвиг или увеличенное время смешивания, мощный ультразвук создает интенсивное микроперемешивание, которое разрушает агломераты и более равномерно распределяет активные ингредиенты. – с меньшими затратами энергии по сравнению с обычными миксерами.
Узнайте, почему это работает и почему это особенно привлекательно для современных бумагоделательных машин.

Что такое ультразвуковое диспергирование мокрых химических веществ?

Ультразвуковое диспергирование использует высокочастотные механические колебания (ультразвук), передаваемые в жидкость через сонотрод (зонд). В промышленных системах ключевым механизмом является акустическая кавитация – быстрое образование и схлопывание микроскопических пузырьков. Этот коллапс создает локальные сдвиговые силы и микроструи, которые могут:

• Деагломерация порошков и минеральных суспензий
• Гомогенизация эмульсий и растворов полимеров
• Улучшение смачиваемости и снижение “Рыбий глаз” в трудно смешиваемых химических веществах
• Более равномерное распределение добавок при высоком содержании твердых частиц

В переводе на язык мокрых продуктов это означает, что добавки могут выполнять работу, за которую вы им платите, не собираясь в комки, не смачиваясь и не распределяясь неравномерно.

Промышленные ультразвуковые диспергаторы, такие как Hielscher UIP6000hdT, обеспечивают равномерное диспергирование химических веществ в мокрой части бумажного производства, что позволяет повысить эффективность процесса и снизить потребление химикатов, воды и энергии.

Почему мокрый конец выигрывает от ультразвукового воздействия

Если и есть зона, где качество дисперсии напрямую связано с деньгами, то это мокрая часть. Производство бумаги - это гонка между химией и гидродинамикой:

• Реакции удержания и дренажа происходят быстро
• Условия сдвига сильно различаются в зависимости от точки добавления
• Добавки могут взаимодействовать или нейтрализовать друг друга, если не контролировать дозировку
• Небольшие проблемы со смешиванием превращаются в большие проблемы с машинами

Ультразвук можно использовать в качестве контролируемой, поточной ступени диспергирования, обрабатывая поток добавок, поток разбавления или контур рециркуляции перед точкой добавления. Цель состоит не в том, чтобы “больше смешивания повсюду,” но лучше смешивать именно там, где это важно.

 
 
Практические преимущества, о которых заботятся мельницы:

1. Лучшая дисперсия означает лучшую эффективность химии
   Когда полимеры, минеральные суспензии или эмульсии лучше диспергируются, вы часто видите:
   • Снижение расхода химикатов для достижения той же производительности
   • Более стабильный режим удержания и дренажа
   • Улучшенное формирование и уменьшенная изменчивость
   • Меньше вкладов, связанных с плохо распределенными липким веществом, латексом или программами по борьбе с питчем

   Во многих случаях фабрики не занижают дозировку химикатов, а завышают ее, чтобы компенсировать неравномерную дисперсию.

2. Быстрое смачивание, меньшее количество “сюрпризы при смешивании”
   Некоторые добавки для мокрых концов печально известны тем, что образуют гелевые шарики, рыбки или микросгустки (особенно при высоких концентрациях). Микросдвиг под действием ультразвука, вызванный кавитацией, может значительно сократить время, необходимое для достижения стабильного, однородного состояния - полезно для:
   • Приготовление растворов полимеров
   • Диспергирующие наполнители и пигменты
   • Стабилизация эмульсий и систем, связанных с воском/ASA (зависит от процесса)
   • Повышение согласованности в распределении красителей и оптических добавок
3. Сокращение времени простоя (отложения, перерывы, непостоянство)
   Равномерная дисперсия помогает уменьшить локальную передозировку и “горячие точки” которые способствуют образованию отложений, нагрузке на войлок и снижению качества. Даже незначительное улучшение стабильности может привести к уменьшению числа разрывов и снижению количества некондиционной продукции.

Линейная масштабируемость: Почему ультразвук - не только для лаборатории

При использовании новых технологий смешивания часто возникает проблема масштабирования: “Он работает в мензурке... но может ли он работать на бумагоделательной машине?”
Промышленный ультразвук может быть спроектирован для линейного масштабирования, поскольку мощность увеличивается за счет модульного добавления мощности и объема проходного реактора. На практике это означает:
Вы можете начать с одного поточного ультразвукового устройства для одного потока добавок
Расширение мощности за счет добавления дополнительных сонотродов/проточных камер и мощности генератора
Поддерживайте сопоставимую интенсивность процесса, проектируя его с учетом постоянных затрат энергии на объем и время пребывания
Это особенно привлекательно для предприятий, которые хотят пойти по пути низкого риска: провести пилотный проект на одном химическом цикле, проверить KPI, а затем расширить масштабы.

Энергоэффективность и сильные эффекты

Ультразвуковая дисперсия часто более энергоэффективна, чем люди предполагают, потому что вы не пытаетесь перемещать всю грудь сильнее. – вы прикладываете энергию именно там, где происходит рассеивание.
Вместо того чтобы увеличивать нагрузку на мешалку в большом резервуаре (и надеяться, что сдвиг достигнет каждого микрокомка), ультразвук обеспечивает высокоинтенсивный микросдвиг на сонотроде и в зоне кавитации, как правило, в рамках компактной поточной технологической операции.
Для энергосберегающих фабрик логика проста:

• Решение проблемы дисперсии в потоке добавок
• Сокращение времени рециркуляции, смешивания и повторной обработки.
• Повышение эффективности химикатов (что может снизить общую энергию и стоимость химикатов)

Опции промышленного класса от Hielscher Ultrasonics

В условиях бумажного производства выбор оборудования не сводится к “может рассеяться,” но “может надежно работать в промышленном режиме, на линии и в технологической установке.”
Hielscher Ultrasonics предлагает промышленные соникаторы, предназначенные для непрерывной работы и увеличения масштаба, в том числе:

• Стендовые и пилотные системы для проверки осуществимости и разработки параметров
• Промышленные процессоры подходят для поточного диспергирования при производственных расходах
• Проточные конфигурации реакторов для интеграции в системы подготовки и дозирования химикатов на мокром конце
• Модульное масштабирование мощности для увеличения производительности без необходимости изобретать новые технологии

Другими словами: вы можете оценить ультразвуковую дисперсию в малых масштабах, а затем перейти к полноценному производству, используя промышленное оборудование, предназначенное для заводских условий. – а не переработанные лабораторные инструменты.

Где обычно применяют ультразвуковое диспергирование на бумажных фабриках

Мокрый конец каждой мельницы уникален, но ультразвуковая дисперсия обычно оценивается для:

• Дисперсии наполнителей и пигментов (например, улучшение деагломерации и распределения)
• Приготовление и активация раствора полимера (уменьшение гелей, улучшение консистенции)
• Контуры подготовки покрытий или химии поверхности (когда качество дисперсии ограничивает производительность)
• Сложные эмульсии или суспензии с высоким содержанием твердых частиц, когда обычное смешивание затруднено

Лучшими кандидатами обычно являются потоки, где качество дисперсии ограничивает производительность и где можно установить поточное устройство, не нарушая общего баланса мокрой части.

Лучшие результаты и значительная экономия благодаря ультразвуковому диспергированию

Ультразвуковые соникаторы Hielscher позволяют бумажным фабрикам значительно сократить – или даже устранить – необходимость в свежей воде или чистом фильтрате для последующего разбавления добавок на мокром конце, обеспечивая экономию воды примерно на 10-18% от общего потребления на фабрике. Благодаря высокоэффективному и равномерному диспергированию эти ультразвуковые системы промышленного класса обеспечивают более эффективное использование химикатов и добавок, что приводит к более чистому процессу мокрой отделки, улучшению качества бумаги и значительному снижению потребности в химикатах. – обычно снижается на 20-60% и более.
В производстве бумаги небольшие изменения в качестве дисперсии могут привести к значительному улучшению текучести, химической эффективности и стабильности качества. Ультразвуковое диспергирование мокрых конечных химикатов привлекает все большее внимание, поскольку оно:

• Масштабируемость линейно-модульным способом
• Энергосберегающие, направленные на микросдвиг в местах, где действительно происходит диспергирование
• Готовность к промышленному производству, системы соникаторов, разработанные для непрерывной обработки

Для мельниц, которые устали компенсировать нестабильное смешивание большим количеством химии, ультразвук предлагает другую философию: сделать химию более эффективной еще до того, как она попадет на склад.