Ako ultrazvuková dispergácia zlepšuje výkonnosť mokrej časti a znižuje náklady

Papiernici vedia, že mokrá časť je miestom, kde dobré úmysly zvádzajú boj s fyzikou.
Môžete si kúpiť tie najlepšie retenčné prostriedky, fixačné prostriedky, glejivá, farbivá, plnivá a živice na zvýšenie pevnosti, aké sa dajú za peniaze zohnať – ak sa však v papierovine rýchlo a rovnomerne nerozptýlia, v ďalších fázach procesu za to zaplatíte zhoršenou rovnomernosťou tvorby listu, vyššou spotrebou chemikálií, problémami so živicovými a lepkavými nečistotami, nestabilným odvodňovaním a zbytočnými pretrhmi pásu.
Čoraz viac papierní teraz zvažuje vylepšenie, ktoré znie až príliš jednoducho: ultrazvukovú dispergáciu chemikálií pre mokrú časť. Namiesto spoliehania sa výlučne na mechanický šmyk alebo predĺžený čas miešania vytvára vysokovýkonný ultrazvuk intenzívne mikromiešanie, ktoré rozbíja aglomeráty a rovnomernejšie rozptyľuje účinné zložky – s menšou spotrebou energie než pri bežných miešadlách.
Zistite, prečo to funguje a prečo je to obzvlášť atraktívne pre moderné papierenské stroje.

Čo je ultrazvuková dispergácia chemikálií pre mokrú časť?

Ultrazvuková dispergácia využíva vysokofrekvenčné mechanické vibrácie (ultrazvuk) prenášané do kvapaliny prostredníctvom sonotródy (sondy). V priemyselných systémoch je kľúčovým mechanizmom akustická kavitácia – rýchly vznik a kolaps mikroskopických bublín. Tento kolaps vytvára lokálne šmykové sily a mikroprúdy, ktoré môžu:

• Rozrušovať aglomeráty v práškoch a minerálnych suspenziách
• Homogenizovať emulzie a roztoky polymérov
• Zlepšovať zmáčanie a obmedzovať tvorbu „rybích očí“ v ťažko miešateľných chemikáliách
• Rovnomernejšie rozptyľovať prísady pri vysokom obsahu tuhých látok

V podmienkach mokrej časti to znamená, že prísady môžu plniť úlohu, za ktorú platíte – bez toho, aby zostávali zachytené v zhlukoch, boli nedostatočne zmáčané alebo nerovnomerne rozptýlené.

Priemyselné ultrazvukové dispergátory, ako je Hielscher UIP6000hdT, zabezpečujú rovnomernú dispergáciu chemikálií v mokrej časti výroby papiera, čo vedie k vyššej efektívnosti procesu a nižšej spotrebe chemikálií, vody a energie.

Prečo je sonikácia prínosom pre mokrú časť

Ak existuje jedna oblasť, kde sa kvalita dispergácie priamo premieta do peňazí, je to mokrá časť. Výroba papiera je pretekom medzi chémiou a hydrodynamikou:

• Reakcie pri retencii a odvodňovaní prebiehajú rýchlo
• Šmykové podmienky sa výrazne líšia podľa miesta pridávania
• Prísady môžu vzájomne reagovať alebo sa navzájom neutralizovať, ak dávkovanie nie je riadené
• Z malých problémov s miešaním sa stávajú veľké problémy so strojom

Ultrazvuk možno nasadiť ako riadený prietokový dispergačný krok – na spracovanie prúdu prísady, riediaceho prúdu alebo recirkulačného okruhu pred miestom pridávania. Cieľom nie je „viac miešania všade“, ale lepšie miešanie presne tam, kde na ňom záleží.

 
 
Praktické výhody, na ktorých papierňam záleží:

1. Lepšia dispergácia znamená účinnejšie využitie chemikálií
   Keď sú polyméry, minerálne suspenzie alebo emulzie lepšie dispergované, často pozorujete:
   • Nižšiu spotrebu chemikálií na dosiahnutie rovnakej výkonnosti
   • Stabilnejší priebeh retencie a odvodňovania
   • Lepšiu rovnomernosť tvorby listu a menšiu variabilitu
   • Menej usadenín súvisiacich s nedostatočne dispergovanými lepkavými nečistotami, latexom alebo programami na reguláciu živicových usadenín

   V mnohých prípadoch papierne chemikálie nepoddávkujú – predávkujú ich, aby kompenzovali nerovnomernú dispergáciu.

2. Rýchlejšie zmáčanie, menej „prekvapení pri miešaní“
   Niektoré prísady pre mokrú časť sú známe tvorbou gélových guľôčok, rybích očí alebo mikrozhlukov (najmä pri vyšších koncentráciách). Mikrošmyk vyvolaný ultrazvukovou kavitáciou môže výrazne skrátiť čas potrebný na dosiahnutie stabilného, rovnomerného stavu – čo je užitočné pri:
   • Príprave roztokov polymérov
   • Dispergovaní plnív a pigmentov
   • Stabilizácii emulzií a systémov súvisiacich s voskom/ASA (v závislosti od procesu)
   • Zlepšovaní rovnomernosti rozptýlenia farbív a optických prísad
3. Obmedzenie príčin prestojov (usadeniny, pretrhy pásu, variabilita)
   Rovnomerná dispergácia pomáha obmedzovať lokálne predávkovanie a „miesta s vysokou koncentráciou“, ktoré prispievajú k tvorbe usadenín, zanášaniu plstencov a výkyvom kvality. Aj mierne zlepšenie stability sa môže premietnuť do menšieho počtu pretrhov pásu a menšieho objemu výroby nezodpovedajúcej špecifikáciám.

Lineárna škálovateľnosť: Prečo ultrazvuk nie je len pre laboratórium

Častou obavou pri nových technológiách miešania je zväčšovanie mierky: „V kadičke to funguje… ale môže to fungovať aj na papierenskom stroji?“
Priemyselné ultrazvukové systémy možno navrhnúť tak, aby umožňovali lineárne zväčšovanie mierky, pretože kapacita sa rozširuje modulárnym pridávaním výkonu a objemu prietokového reaktora. V praxi to znamená:
Môžete začať s jednou ultrazvukovou jednotkou zapojenou priamo do potrubia jedného prúdu prísady
Zvýšiť kapacitu pridaním ďalších sonotród/prietokových komôr a výkonu generátora
Zachovať porovnateľnú intenzitu procesu návrhom, ktorý zabezpečí konzistentný prívod energie na jednotku objemu a konzistentný čas zdržania
To je obzvlášť atraktívne pre papierne, ktoré chcú postupovať s nízkym rizikom: vykonať pilotnú skúšku na jednom chemickom okruhu, overiť kľúčové ukazovatele výkonnosti (KPI) a následne rozšíriť kapacitu.

Energetická účinnosť a výrazné účinky

Ultrazvukové dispergovanie je často energeticky účinnejšie, než sa predpokladá, pretože sa nesnažíte intenzívnejšie premiešavať celý obsah látkovej nádrže – energiu privádzate presne tam, kde prebieha dispergovanie.
Namiesto zvyšovania zaťaženia miešadla v celej veľkej nádrži (a dúfania, že šmykové pôsobenie zasiahne každý mikrozhluk) ultrazvuk zabezpečuje vysoko intenzívne mikrošmykové pôsobenie pri sonotróde a v kavitačnej zóne, zvyčajne v kompaktnom procesnom kroku priamo v potrubí.
Pre papierne, ktoré dbajú na spotrebu energie, je princíp jednoduchý:

• Riešiť problém dispergovania priamo v prúde prísady
• Obmedziť recirkuláciu, čas miešania a opätovné spracovanie
• Zvýšiť účinnosť chemikálií (čo môže znížiť celkovú energiu vloženú do ich výroby a náklady na ne)

Riešenia pre priemyselnú prevádzku od Hielscher Ultrasonics

Pri výbere zariadenia do papierenskej prevádzky nejde o otázku „dokáže dispergovať“, ale „dokáže spoľahlivo pracovať v priemyselných pracovných cykloch, priamo v potrubí a vo výrobnom závode“.
Hielscher Ultrasonics ponúka platformy priemyselných sonikátorov navrhnuté na nepretržitú prevádzku a zväčšovanie mierky vrátane:

• Stolových a pilotných systémov na skúšky realizovateľnosti a vývoj parametrov
• Priemyselných procesorov vhodných na dispergovanie priamo v potrubí pri výrobných prietokoch
• Konfigurácií prietokových reaktorov na integráciu do rámových zostáv na prípravu a dávkovanie chemikálií pre mokrú časť
• Modulárneho zvyšovania výkonu na rozšírenie kapacity bez nutnosti zásadne meniť proces

Inými slovami: ultrazvukové dispergovanie môžete vyhodnotiť v malej mierke a potom ho rozšíriť na plnú výrobnú kapacitu pomocou priemyselných zariadení určených do prevádzkových podmienok – nie pomocou laboratórnych prístrojov upravených na iný účel.

Kde papierne zvyčajne využívajú ultrazvukové dispergovanie

Mokrá časť každej papierne je jedinečná, ultrazvukové dispergovanie sa však bežne posudzuje pre:

• Disperzie plnív a pigmentov (napr. na zlepšenie deaglomerácie a rozloženia)
• Prípravu a aktiváciu polymérnych roztokov (obmedzenie tvorby gélov, zlepšenie rovnomernosti)
• Okruhy na prípravu náterových zmesí alebo chemických prípravkov na povrchovú úpravu (keď kvalita dispergovania obmedzuje účinnosť)
• Ťažko spracovateľné emulzie alebo suspenzie s vysokým obsahom pevných látok, pri ktorých konvenčné miešanie naráža na ťažkosti

Najvhodnejšie sú zvyčajne prúdy, pri ktorých kvalita dispergovania obmedzuje účinnosť a pri ktorých možno nainštalovať jednotku priamo do potrubia bez narušenia celkovej rovnováhy mokrej časti.

Lepšie výsledky a výrazné úspory vďaka ultrazvukovému dispergovaniu

Ultrazvukové sonikátory Hielscher umožňujú papierňam výrazne znížiť – alebo dokonca úplne odstrániť – potrebu čerstvej vody alebo číreho filtrátu pri dodatočnom riedení prísad pre mokrú časť, čím prinášajú úsporu vody približne 10–18% z celkovej spotreby papierne. Dosiahnutím vysoko účinného a rovnomerného dispergovania tieto priemyselné ultrazvukové systémy zabezpečujú oveľa efektívnejšie využitie chemikálií a prísad, čo vedie k čistejšiemu procesu v mokrej časti, lepšej kvalite papiera a podstatne nižšej potrebe chemikálií – zvyčajne zníženej o 20–60% alebo viac.
Pri výrobe papiera môžu malé zmeny kvality dispergovania priniesť neúmerne veľké zlepšenia prevádzkovej spoľahlivosti, účinnosti chemikálií a stability kvality. Ultrazvukové dispergovanie chemikálií pre mokrú časť si získava pozornosť, pretože je:

• Škálovateľné lineárnym, modulárnym spôsobom
• Energeticky úsporná, zameraná na mikrošmyk tam, kde skutočne dochádza k dispergácii
• Pripravená na priemyselné použitie so sonikačnými systémami navrhnutými na kontinuálne spracovanie

Pre papierne, ktoré už nebaví kompenzovať nerovnomerné miešanie väčším množstvom chemikálií, ponúka ultrazvuk inú filozofiu: zabezpečiť účinnejšie pôsobenie chemikálií ešte predtým, ako sa vôbec dostanú do papieroviny.