Kako ultrazvočna disperzija izboljša učinkovitost mokrega konca in zmanjša stroške

Izdelovalci papirja vedo, da je mokra stran tista, kjer se dobri nameni borijo s fiziko.
Kupite lahko najboljša sredstva za zadrževanje, fiksirna sredstva, sredstva za določanje velikosti, barvila, polnila in trdnostne smole, ki jih je mogoče kupiti. – če pa se v zalogi ne razpršijo hitro in enakomerno, plačate za to v nadaljevanju s slabim oblikovanjem, večjo potrebo po kemikalijah, glavoboli zaradi smol in lepljenja, nestabilnim odvajanjem vode in nepotrebnimi prekinitvami.
Zdaj vse več papirnic razmišlja o nadgradnji, ki se sliši skoraj preveč preprosta: ultrazvočna disperzija mokrih končnih kemikalij. Namesto da bi se zanašali zgolj na mehansko striženje ali podaljšan čas mešanja, ultrazvok visoke moči ustvarja intenzivno mikromešanje, ki razbije aglomerate in enakomerneje porazdeli aktivne sestavine. – z manj energije kot običajni mešalniki.
Raziščite, zakaj deluje in zakaj je še posebej privlačna za sodobne papirne stroje.

Kaj je ultrazvočna disperzija kemikalij z mokrim koncem?

Pri ultrazvočni disperziji se uporabljajo visokofrekvenčne mehanske vibracije (ultrazvok), ki se prek sonotrode (sonde) prenašajo v tekočino. V industrijskih sistemih je ključni mehanizem akustična kavitacija – hitro nastajanje in razpadanje mikroskopskih mehurčkov. To sesedanje povzroča lokalne strižne sile in mikrotočke, ki lahko:

• Deaglomeriranje prahov in mineralnih suspenzij
• Homogenizacija emulzij in raztopin polimerov
• Izboljšanje navlaževanja in zmanjšanje “Ribje oči” pri kemikalijah, ki jih je težko mešati.
• enakomernejša porazdelitev dodatkov pri visokih vsebnostih trdnih delcev

To pomeni, da lahko aditivi opravijo nalogo, za katero jih plačate, ne da bi bili ujeti v kepah, slabo navlaženi ali neenakomerno porazdeljeni.

Industrijski ultrazvočni dispergerji, kot je Hielscher UIP6000hdT, zagotavljajo enakomerno disperzijo kemikalij na mokrem koncu pri izdelavi papirja, kar izboljša učinkovitost postopka in zmanjša porabo kemikalij, vode in energije.

Zakaj je sonikacija koristna za mokri konec

Če obstaja področje, kjer kakovost razpršitve neposredno pomeni denar, je to mokri konec. Proizvodnja papirja je tekma med kemijo in hidrodinamiko:

• Reakcije zadrževanja in odvajanja potekajo hitro
• Pogoji striženja se močno razlikujejo glede na točko dodajanja
• Dodatki lahko medsebojno delujejo ali se nevtralizirajo, če odmerjanje ni nadzorovano.
• Majhne težave pri mešanju postanejo velike težave stroja

Ultrazvok se lahko uporabi kot nadzorovana stopnja disperzije v liniji, pri kateri se obdeluje tok dodatka, tok redčenja ali recirkulacijska zanka pred točko dodajanja. Cilj ni “več mešanja povsod,” vendar je bolje mešati točno tam, kjer je to pomembno.

 
 
Praktične prednosti, za katere skrbijo mlini:

1. Boljša disperzija pomeni boljšo učinkovitost kemije
   Kadar so polimeri, mineralne suspenzije ali emulzije bolje razpršeni, pogosto opazite:
   • Manjša poraba kemikalij za doseganje enake učinkovitosti
   • Bolj stabilno zadrževanje/dreniranje
   • Izboljšano oblikovanje in manjša variabilnost
   • Manj vlog, povezanih s slabo razpršenimi lepljivimi materiali, lateksom ali programi za nadzor smole

   V številnih primerih tovarne ne odmerjajo premalo kemikalij - temveč jih odmerjajo preveč, da bi nadomestili nedosledno razpršitev.

2. Hitrejše namakanje, manj “mešanje presenečenj”
   Nekateri dodatki za mokro obdelavo so znani po tem, da tvorijo gelske kroglice, ribje oči ali mikrogrudice (zlasti pri višjih koncentracijah). Ultrazvočna kavitacija, ki jo poganja mikrotrganje, lahko bistveno skrajša čas, potreben za doseganje stabilnega, enakomernega stanja, kar je uporabno za:
   • Izdelava polimernih raztopin
   • Dispergiranje polnil in pigmentov
   • Stabiliziranje emulzij in sistemov, povezanih z voskom/ASA (odvisno od postopka)
   • Izboljšanje doslednosti pri distribuciji barvil in optičnih dodatkov
3. Zmanjšanje razlogov za izpade (depoziti, prekinitve, variabilnost)
   Enakomerna razpršitev pomaga zmanjšati lokalno predoziranje in “vroče točke” ki prispevajo k usedlinam, polsteni obremenitvi in nihanju kakovosti. Že skromne izboljšave stabilnosti lahko pomenijo manj prelomov in manj proizvodnje brez kakovosti.

Linearna razširljivost: Zakaj ultrazvok ni samo za laboratorij

Pogosta težava pri novih tehnologijah mešanja je povečanje obsega: “Deluje v čaši, a ali lahko deluje na papirnem stroju?”
Industrijska ultrazvočna naprava je lahko zasnovana za linearno razširljivost, saj se zmogljivost povečuje z modularnim dodajanjem moči in prostornine pretočnega reaktorja. V praksi to pomeni:
Začnete lahko z eno samo ultrazvočno enoto v liniji za en tok dodatkov.
Povečanje zmogljivosti z dodajanjem dodatnih sonotrod/točnih celic in moči generatorja
Ohranjanje primerljive intenzivnosti postopka z načrtovanjem za dosledno porabo energije na prostornino in čas zadrževanja
To je še posebej privlačno za tovarne, ki si želijo poti z nizkim tveganjem: poskusno delovanje na eni kemični zanki, potrditev KPI in nato razširitev.

Energetska učinkovitost in močni učinki

Ultrazvočna disperzija je pogosto energetsko učinkovitejša, kot ljudje domnevajo, saj ne poskušate težje premakniti celotnega prsnega koša. – energijo uporabljate prav tam, kjer prihaja do disperzije.
Namesto da bi povečali obremenitev mešalnika v velikem rezervoarju (in upali, da striženje doseže vsako mikrokrčico), ultrazvok zagotavlja visoko intenzivno mikro striženje na sonotrodi in v kavitacijskem območju, običajno v kompaktnem postopku v liniji.
Za energetsko ozaveščene tovarne je logika preprosta:

• Reševanje problema disperzije v toku aditivov
• Zmanjšajte recirkulacijo, čas mešanja in predelavo
• Izboljšanje učinkovitosti kemikalij (kar lahko zmanjša skupno vgrajeno energijo in stroške kemikalij).

Možnosti industrijskega razreda iz Hielscher Ultrasonics

Pri izdelavi papirja izbira opreme ni odvisna od “se lahko razprši,” vendar “lahko zanesljivo deluje pri industrijskih obratovalnih ciklih, v liniji in v procesnem obratu.”
Hielscher Ultrasonics ponuja industrijske sonikatorske platforme, zasnovane za neprekinjeno delovanje in povečanje obsega, vključno z:

• Laboratorijski in pilotni sistemi za testiranje izvedljivosti in razvoj parametrov
• Industrijski procesorji, primerni za disperzijo v liniji pri proizvodnih pretokih
• Konfiguracije pretočnega reaktorja za vključitev v mokre naprave za pripravo in doziranje kemikalij
• Modularno povečevanje moči za povečanje zmogljivosti brez ponovnega izumljanja procesa

Z drugimi besedami: ultrazvočno disperzijo lahko ocenite v majhnem obsegu, nato pa jo razširite na polno proizvodnjo z uporabo industrijske strojne opreme, namenjene za obratovalne pogoje. – in ne predelanih laboratorijskih orodij.

Kje papirnice običajno uporabljajo ultrazvočno disperzijo

Mokri konec vsakega mlina je edinstven, vendar se ultrazvočna disperzija običajno ocenjuje za:

• disperzije polnil in pigmentov (npr. izboljšanje deaglomeracije in porazdelitve)
• priprava in aktivacija polimerne raztopine (zmanjšanje števila gelov, izboljšanje konsistence)
• zanke za pripravo premazov ali površinske kemije (kadar kakovost disperzije omejuje učinkovitost)
• Zahtevne emulzije ali suspenzije z visoko vsebnostjo trdnih delcev, pri katerih je običajno mešanje težavno.

Najboljši kandidati so običajno tokovi, kjer kakovost disperzije omejuje učinkovitost in kjer je mogoče vgraditi linijsko enoto, ne da bi pri tem porušili celotno ravnovesje mokrega konca.

Boljši rezultati in znatni prihranki z ultrazvočno disperzijo

Hielscherjevi ultrazvočni sonikatorji omogočajo papirnicam, da znatno zmanjšajo – ali celo odpraviti – potrebo po sveži vodi ali čistem filtratu pri naknadnem redčenju mokrih končnih dodatkov, kar omogoča prihranek vode v višini približno 10-18 % celotne porabe mlina. Ti ultrazvočni sistemi industrijske kakovosti z visoko učinkovito in enakomerno disperzijo zagotavljajo veliko učinkovitejšo uporabo kemikalij in dodatkov, kar vodi k čistejšemu procesu mokrega konca, boljši kakovosti papirja in bistveno manjšim potrebam po kemikalijah. – običajno zmanjša za 20-60 % ali več.
Pri izdelavi papirja lahko majhne spremembe v kakovosti disperzije prinesejo velike izboljšave pri tekočnosti, kemični učinkovitosti in stabilnosti kakovosti. Ultrazvočna disperzija kemikalij za mokro končno obdelavo je vedno bolj priljubljena, ker je:

• Linearno in modularno skaliranje
• Energijsko pametno usmerjanje mikroobremenitev tam, kjer dejansko pride do disperzije
• Pripravljenost za industrijsko uporabo, saj so sonikatorski sistemi zasnovani za neprekinjeno obdelavo

Tovarne, ki so se naveličale nadomeščati nedosledno mešanje z več kemije, lahko z ultrazvokom uporabijo drugačno filozofijo: poskrbite, da kemija deluje bolje, še preden pride v skladišče.