Како ултразвучно дисперговање побољшава учинак мокрог дела и смањује трошкове

Произвођачи папира знају да је мокри део место где се добре намере сукобљавају са физиком.
Можете купити најбоља средства за ретенцију, фиксативе, средства за проклејивање, боје, пунила и смоле за повећање чврстоће које новац може да купи – али ако се не диспергују брзо и равномерно у папирној маси, то касније у процесу плаћате лошим формирањем папирног листа, већом потрошњом хемикалија, проблемима са смоластим и лепљивим нечистоћама, нестабилним одводњавањем и непотребним прекидима папирне траке.
Сада све већи број фабрика папира разматра унапређење које звучи готово превише једноставно: ултразвучно дисперговање хемикалија за мокри део. Уместо ослањања искључиво на механичко смицање или продужено време мешања, ултразвук велике снаге ствара интензивно микромешање које разбија агломерате и равномерније распоређује активне састојке – уз мању потрошњу енергије него код конвенционалних мешалица.
Сазнајте зашто овај поступак делује и зашто је посебно привлачан за савремене машине за производњу папира.

Шта је ултразвучно дисперговање хемикалија за мокри део?

Ултразвучно дисперговање користи механичке вибрације високе фреквенције (ултразвук) које се преко сонотроде (сонде) преносе у течност. У индустријским системима кључни механизам је акустична кавитација – брзо настајање и колапс микроскопских мехурића. Тај колапс ствара локализоване силе смицања и микромлазеве који могу да:

• Разбију агломерате у праховима и минералним суспензијама
• Хомогенизују емулзије и растворе полимера
• Побољшају квашење и смање појаву „рибљих очију“ код хемикалија које се тешко мешају
• Равномерније распореде адитиве при високом садржају чврсте материје

У контексту мокрог дела, то значи да адитиви могу да обављају посао за који их плаћате – без задржавања у грудвицама, недовољног квашења или неравномерног распоређивања.

Индустријски ултразвучни диспергатори, као што је Hielscher UIP6000hdT, обезбеђују равномерно дисперговање хемикалија за мокри део у производњи папира, што побољшава ефикасност процеса и смањује потрошњу хемикалија, воде и енергије.

Зашто мокри део има користи од соникације

Ако постоји једна зона у којој се квалитет дисперговања директно претвара у новац, то је мокри део. Производња папира је трка између хемије и хидродинамике:

• Реакције ретенције и одводњавања одвијају се брзо
• Услови смицања знатно варирају у зависности од места додавања
• Адитиви могу међусобно да реагују или да неутралишу једни друге ако дозирање није контролисано
• Мали проблеми са мешањем постају велики проблеми у раду машине

Ултразвук се може применити као контролисана фаза проточног дисперговања – за обраду тока адитива, тока за разблаживање или рециркулационе петље пре места додавања. Циљ није „више мешања свуда“, већ боље мешање управо тамо где је важно.

 
 
Практичне предности које су важне фабрикама папира:

1. Боље дисперговање значи ефикасније деловање хемикалија
   Када су полимери, минералне суспензије или емулзије боље дисперговани, често се уочавају:
   • Мања потрошња хемикалија за постизање истог учинка
   • Стабилније одвијање ретенције и одводњавања
   • Побољшано формирање папирног листа и смањена варијабилност
   • Мање наслага повезаних са лоше диспергованим лепљивим нечистоћама, латексом или програмима за контролу смоластих нечистоћа

   У многим случајевима фабрике папира не дозирају премало хемикалија – дозирају их превише како би надокнадиле неуједначено дисперговање.

2. Брже квашење, мање „изненађења при мешању“
   Неки адитиви за мокри део познати су по стварању гелних куглица, „рибљих очију“ или микрогрудвица (нарочито при вишим концентрацијама). Микросмицање изазвано ултразвучном кавитацијом може драстично да скрати време потребно за постизање стабилног, уједначеног стања – што је корисно за:
   • Припрему раствора полимера
   • Дисперговање пунила и пигмената
   • Стабилизацију емулзија и система са воском или ASA (у зависности од процеса)
   • Постизање уједначеније расподеле боја и оптичких адитива
3. Смањење узрока застоја (наслаге, прекиди папирне траке, варијабилност)
   Равномерно дисперговање помаже у смањењу локализованог прекомерног дозирања и „жаришта“ која доприносе стварању наслага, оптерећењу филца наслагама и осцилацијама квалитета. Чак и умерена побољшања стабилности могу довести до мањег броја прекида папирне траке и мање производње која не испуњава спецификације.

Линеарно повећање капацитета: зашто ултразвучна технологија није само за лабораторију

Честа недоумица у вези са новим технологијама мешања јесте повећање размера процеса: „Ради у лабораторијској чаши… али може ли да ради на машини за производњу папира?“
Индустријски ултразвучни системи могу се пројектовати за линеарно повећање капацитета јер се капацитет проширује модуларним додавањем снаге и запремине проточног реактора. У пракси то значи:
Можете почети са једном ултразвучном јединицом уграђеном у линију, на једном току адитива
Повећати капацитет додавањем додатних сонотрода/проточних ћелија и снаге генератора
Одржавати упоредив интензитет процеса пројектовањем које обезбеђује уједначен унос енергије по јединици запремине и уједначено време задржавања
Ово је посебно привлачно фабрикама које желе приступ са малим ризиком: спровести пилот-испитивање на једном циркулационом кругу хемикалије, потврдити кључне показатеље учинка, а затим проширити капацитет.

Енергетска ефикасност и снажни ефекти

Ултразвучно дисперговање је често енергетски ефикасније него што се претпоставља, јер не покушавате да интензивније покрећете целокупну масу у резервоару – енергију примењујете управо тамо где се одвија дисперговање.
Уместо повећања оптерећења мешалице у великом резервоару (уз наду да ће смицање допрети до сваке микрогрудвице), ултразвук ствара микросмицање високог интензитета на сонотроди и у зони кавитације, обично у компактној процесној фази у линији.
За фабрике које воде рачуна о потрошњи енергије, логика је једноставна:

• Решавајте проблем дисперговања на току адитива
• Смањите рециркулацију, време мешања и поновну обраду
• Побољшајте делотворност хемикалија (што може смањити укупну енергију утрошену за њихову производњу и трошкове)

Решења компаније Hielscher Ultrasonics за индустријске услове

У условима производње папира, избор опреме не своди се на питање „може ли да диспергује“, већ на питање „може ли поуздано да ради у индустријским радним циклусима, у линији и у процесном постројењу“.
Hielscher Ultrasonics нуди платформе индустријских ултразвучних уређаја пројектоване за континуирани рад и повећање размера процеса, укључујући:

• Столне и пилот-системе за испитивање изводљивости и утврђивање параметара
• Индустријске процесоре погодне за дисперговање у линији при производним протоцима
• Конфигурације проточних реактора за интеграцију у модуле на заједничком постољу за припрему и дозирање хемикалија за мокри део
• Модуларно повећање снаге ради проширења капацитета без поновног осмишљавања процеса

Другим речима: можете проценити ултразвучно дисперговање у малим размерама, а затим га проширити до пуног производног обима користећи индустријску опрему намењену условима у постројењу – а не пренамењене лабораторијске уређаје.

Где фабрике папира обично примењују ултразвучно дисперговање

Мокри део сваке фабрике је јединствен, али се ултразвучно дисперговање обично испитује за:

• Дисперзије пунила и пигмената (нпр. побољшање деагломерације и расподеле)
• Припрему и активацију раствора полимера (смањење количине гелова, побољшање уједначености)
• Циркулационе кругове за припрему премаза или хемикалија за површинску обраду (када квалитет дисперговања ограничава учинак)
• Емулзије које се тешко обрађују или суспензије са високим садржајем чврсте материје код којих конвенционално мешање наилази на тешкоће

Најбољи кандидати су обично токови у којима квалитет дисперговања ограничава учинак и у којима се јединица може уградити у линију без нарушавања укупне равнотеже мокрог дела.

Бољи резултати и значајне уштеде уз ултразвучно дисперговање

Ултразвучни уређаји Hielscher омогућавају фабрикама папира да знатно смање – или чак елиминишу – потребу за свежом водом или бистрим филтратом при накнадном разблаживању адитива за мокри део, остварујући уштеде воде од приближно 10–18% укупне потрошње фабрике. Постизањем високо ефикасног и уједначеног дисперговања, ови ултразвучни системи индустријске класе обезбеђују далеко делотворније коришћење хемикалија и адитива, што доводи до чистијег процеса у мокром делу, побољшаног квалитета папира и знатно мање потребе за хемикалијама – обично смањене за 20–60% или више.
У производњи папира, мале промене квалитета дисперговања могу донети несразмерно велика побољшања стабилности рада машине, ефикасности коришћења хемикалија и стабилности квалитета. Ултразвучно дисперговање хемикалија за мокри део привлачи све већу пажњу јер је:

• Погодно за линеарно, модуларно повећање капацитета
• Енергетски ефикасна, усмерава микросмицање тамо где се дисперговање заиста одвија
• Спремна за индустријску примену, са системима соникатора пројектованим за континуирану обраду

Фабрикама папира којима је доста надокнађивања неуједначеног мешања већим количинама хемикалија, ултразвук нуди другачију филозофију: побољшајте деловање хемикалија пре него што уопште доспеју у папирну масу.