Ako ultrazvuková disperzia zlepšuje výkonnosť mokrého konca a znižuje náklady

Výrobcovia papiera vedia, že mokrý koniec je miestom, kde dobré úmysly bojujú s fyzikou.
Môžete si kúpiť tie najlepšie pomôcky na udržiavanie, fixačné prostriedky, činidlá na úpravu veľkosti, farbivá, plnivá a pevnostné živice, ktoré sa dajú kúpiť za peniaze. – ale ak sa nerozptýlia rýchlo a rovnomerne v zásobách, zaplatíte za to v ďalšom priebehu toku zlým formovaním, vyššou potrebou chemikálií, bolesťami hlavy z výmolov a lepenia, nestabilným odtokom a zbytočnými prestávkami.
Teraz sa čoraz viac papierní zaoberá vylepšením, ktoré znie až príliš jednoducho: ultrazvuková disperzia mokrých koncových chemikálií. Namiesto toho, aby sa spoliehali len na mechanický strih alebo predĺžený čas miešania, vysokovýkonný ultrazvuk vytvára intenzívne mikromiešanie, ktoré rozbíja aglomeráty a rovnomernejšie rozdeľuje aktívne zložky. – s menšou spotrebou energie ako bežné miešačky.
Preskúmajte, prečo to funguje a prečo je to obzvlášť atraktívne pre moderné papierenské stroje.

Čo je ultrazvuková disperzia chemických látok na mokrom konci?

Ultrazvuková disperzia využíva vysokofrekvenčné mechanické vibrácie (ultrazvuk) prenášané do kvapaliny prostredníctvom sonotródy (sondy). V priemyselných systémoch je kľúčovým mechanizmom akustická kavitácia – rýchla tvorba a rozpad mikroskopických bublín. Tento kolaps vytvára lokálne strihové sily a mikrotrysky, ktoré môžu:

• Deaglomerácia práškov a minerálnych suspenzií
• Homogenizácia emulzií a roztokov polymérov
• Zlepšenie zmáčania a zníženie “Rybie oči” v ťažko zmiešateľných chemikáliách
• Rovnomernejšia distribúcia aditív pri vysokom obsahu pevných látok

V terminológii mokrého konca to znamená, že aditíva môžu vykonávať prácu, za ktorú im platíte - bez toho, aby boli zachytené v zhlukoch, zle zmáčané alebo nerovnomerne rozmiestnené.

Priemyselné ultrazvukové dispergátory, ako je Hielscher UIP6000hdT, zabezpečujú rovnomernú chemickú disperziu na mokrom konci pri výrobe papiera, čo vedie k zvýšeniu účinnosti procesu a zníženiu spotreby chemikálií, vody a energie.

Prečo je sonikácia prospešná pre mokrý koniec

Ak existuje oblasť, v ktorej sa kvalita rozptylu priamo premieta do peňazí, je to mokrý koniec. Výroba papiera je pretek medzi chémiou a hydrodynamikou:

• Reakcie zadržiavania a odvodňovania prebiehajú rýchlo
• Smykové podmienky sa v závislosti od miesta pridania veľmi líšia
• Prísady sa môžu navzájom ovplyvňovať alebo neutralizovať, ak sa dávkovanie nekontroluje
• Z malých problémov s miešaním sa stávajú veľké problémy so strojmi

Ultrazvuk sa môže nasadiť ako riadený disperzný krok na linke - úprava prúdu aditíva, riediaceho prúdu alebo recirkulačnej slučky pred bodom pridávania. Cieľom nie je “viac miešania všade,” ale lepšie miešanie presne tam, kde je to dôležité.

 
 
Praktické výhody, o ktoré sa starajú mlyny:

1. Lepšia disperzia znamená lepšiu chemickú účinnosť
   Keď sú polyméry, minerálne suspenzie alebo emulzie lepšie rozptýlené, často vidíte:
   • Nižšia spotreba chemikálií na dosiahnutie rovnakého výkonu
   • Stabilnejšie správanie pri zadržiavaní/odvádzaní vody
   • Zlepšená tvorba a znížená variabilita
   • Menej nánosov spojených so zle rozptýlenými lepidlami, latexom alebo programami na kontrolu smoly

   V mnohých prípadoch mlyny nedávkujú chemikálie nedostatočne - dávkujú ich nadmerne, aby kompenzovali nekonzistentnú disperziu.

2. Rýchlejšie zmáčanie, menej “miešanie prekvapení”
   Niektoré prísady na mokrý koniec sú známe tým, že vytvárajú gélové guľôčky, rybie oká alebo mikrogranuly (najmä pri vyšších koncentráciách). Ultrazvukom poháňané kavitačné mikrostrihy môžu výrazne skrátiť čas potrebný na dosiahnutie stabilného, rovnomerného stavu - čo je užitočné pri:
   • Zloženie roztokov polymérov
   • Disperzné plnivá a pigmenty
   • Stabilizácia emulzií a systémov súvisiacich s voskom/ASA (v závislosti od procesu)
   • Zlepšenie konzistentnosti distribúcie farbív a optických prísad
3. Zníženie počtu prestojov (zálohy, prestávky, variabilita)
   Rovnomerný rozptyl pomáha znižovať lokálne predávkovanie a “horúce miesta” ktoré prispievajú k usadeninám, plstenému zaťaženiu a výkyvom kvality. Dokonca aj mierne zlepšenie stability sa môže prejaviť v menšom počte zlomov a menšom množstve výroby mimo špecifikácie.

Lineárna škálovateľnosť: Prečo ultrazvuk nie je len pre laboratórium

Častým problémom nových technológií miešania je rozšírenie rozsahu: “Funguje to v kadičke... ale môže to fungovať na stroji na papier?”
Priemyselné ultrazvukové zariadenia sa dajú navrhnúť tak, aby sa dali lineárne rozširovať, pretože kapacita sa rozširuje modulárnym pridávaním výkonu a objemu prietokového reaktora. V praxi to znamená:
Môžete začať s jednou ultrazvukovou jednotkou na jednom prúde aditív
Rozšírenie kapacity pridaním ďalších sonotród/prietokových buniek a výkonu generátora
Zachovanie porovnateľnej intenzity procesu navrhnutím konzistentného príkonu energie na objem a čas zdržania
To je obzvlášť atraktívne pre závody, ktoré chcú ísť cestou nízkeho rizika: pilotovať jednu chemickú slučku, overiť kľúčové ukazovatele výkonnosti a potom ju rozšíriť.

Energetická účinnosť a silné účinky

Ultrazvuková disperzia je často energeticky účinnejšia, než sa predpokladá, pretože sa nesnažíte hýbať celým hrudníkom ťažšie. – používate energiu presne tam, kde dochádza k rozptylu.
Namiesto zvyšovania zaťaženia miešadla vo veľkej nádrži (a dúfania, že strih dosiahne každú mikrogranulku) ultrazvuk zabezpečuje vysoko intenzívny mikro strih na sonotrode a v kavitačnej zóne, zvyčajne v kompaktnom in-line kroku procesu.
Pre energeticky uvedomelé mlyny je logika jednoduchá:

• Zamerajte sa na problém rozptylu v prúde aditív
• Zníženie recirkulácie, času miešania a prepracovania
• Zlepšenie chemickej účinnosti (čo môže znížiť celkovú vloženú energiu a náklady na chemikálie).

Možnosti priemyselnej triedy od spoločnosti Hielscher Ultrasonics

Pri výrobe papiera nie je výber zariadenia o “môže rozptýliť,” ale “dokáže spoľahlivo pracovať v priemyselných pracovných cykloch, v prevádzke a v technologickom zariadení.”
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka priemyselné sonikátorové platformy určené na nepretržitú prevádzku a rozširovanie, vrátane:

• Stolové a pilotné systémy na testovanie uskutočniteľnosti a vývoj parametrov
• Priemyselné procesory vhodné na in-line dispergáciu pri výrobných prietokoch
• Prietokové konfigurácie reaktorov na integráciu do mokrých koncových chemických prípravkov a dávkovacích zariadení
• Modulárne škálovanie výkonu na rozšírenie kapacity bez vynájdenia nového procesu

Inými slovami: ultrazvukovú disperziu môžete vyhodnotiť v malom meradle a potom ju rozšíriť na plnú výrobu pomocou priemyselného hardvéru určeného pre podmienky závodu. – nie opätovne použité laboratórne nástroje.

Kde papierne zvyčajne používajú ultrazvukovú disperziu

Mokrý koniec každého mlyna je jedinečný, ale ultrazvuková disperzia sa bežne hodnotí pre:

• disperzie plnív a pigmentov (napr. zlepšenie deaglomerácie a distribúcie)
• Zloženie a aktivácia roztoku polyméru (zníženie tvorby gélov, zlepšenie konzistencie)
• Slučky prípravy náteru alebo povrchovej chémie (ak kvalita disperzie obmedzuje výkon)
• Obtiažne emulzie alebo suspenzie s vysokým obsahom pevných látok, pri ktorých je bežné miešanie problematické

Najlepšími kandidátmi sú zvyčajne prúdy, kde je kvalita rozptylu limitujúca pre výkon a kde je možné nainštalovať in-line jednotku bez narušenia celkovej rovnováhy mokrého konca.

Lepšie výsledky a výrazná úspora vďaka ultrazvukovej disperzii

Ultrazvukové sonikátory Hielscher umožňujú papierňam výrazne znížiť – alebo dokonca odstrániť – potrebu čerstvej vody alebo číreho filtrátu pri následnom riedení mokrých koncových prísad, čím sa dosiahne úspora vody vo výške približne 10-18 % celkovej spotreby mlyna. Dosiahnutím vysoko účinnej a rovnomernej disperzie tieto ultrazvukové systémy priemyselnej triedy zabezpečujú oveľa efektívnejšie využívanie chemikálií a prísad, čo vedie k čistejšiemu procesu mokrého konca, lepšej kvalite papiera a podstatne nižším nárokom na chemikálie. – sa zvyčajne zníži o 20-60 % alebo viac.
Pri výrobe papiera môžu malé zmeny v kvalite disperzie spôsobiť výrazné zlepšenie priebežnosti, chemickej účinnosti a stability kvality. Ultrazvuková dispergácia chemikálií na mokrú konečnú úpravu získava čoraz väčšiu pozornosť, pretože je:

• Lineárne a modulárne škálovateľné
• Energeticky inteligentný, zameraný na mikrotrhanie v miestach, kde skutočne dochádza k rozptylu
• Pripravené na priemyselné použitie, so sonikátorovými systémami navrhnutými na kontinuálne spracovanie

Pre mlyny, ktoré sú unavené z kompenzácie nekonzistentného miešania väčším množstvom chémie, ponúka ultrazvuk inú filozofiu: zlepšite fungovanie chémie ešte predtým, ako sa dostane do zásoby.