การกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของส่วนเปียกและลดต้นทุนได้อย่างไร

ผู้ผลิตกระดาษรู้ดีว่าช่วงเปียกคือจุดที่ความตั้งใจดีต้องต่อสู้กับกฎฟิสิกส์
คุณสามารถซื้อตัวช่วยยึดเกาะที่ดีที่สุด สารยึดติด สารปรับขนาด สีย้อม สารเติมเต็ม และเรซินเพิ่มความแข็งแรงที่ดีที่สุดที่เงินสามารถซื้อได้ – แต่หากพวกมันไม่กระจายตัวอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอในสต็อก คุณจะต้องจ่ายราคาในขั้นตอนถัดไปด้วยปัญหาการก่อตัวที่ไม่ดี ความต้องการสารเคมีที่สูงขึ้น ปัญหาเรื่องกาวเหนียวและคราบเหนียว การระบายน้ำที่ไม่เสถียร และการหยุดชะงักที่ไม่จำเป็น
ขณะนี้โรงงานผลิตกระดาษจำนวนมากขึ้นกำลังพิจารณาการอัปเกรดที่ฟังดูง่ายเกินไป: การกระจายตัวด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงของสารเคมีในส่วนเปียก แทนที่จะพึ่งพาการตัดด้วยเครื่องกลหรือการผสมที่ใช้เวลานานเพียงอย่างเดียว คลื่นเสียงความถี่สูงกำลังสูงจะสร้างการผสมในระดับจุลภาคที่เข้มข้นซึ่งช่วยสลายการจับตัวเป็นก้อนและกระจายส่วนผสมที่มีประสิทธิภาพให้สม่ำเสมอมากขึ้น – ด้วยพลังงานที่น้อยกว่าเครื่องผสมแบบดั้งเดิม
สำรวจว่าทำไมถึงได้ผล และทำไมถึงน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับเครื่องจักรผลิตกระดาษสมัยใหม่

การกระจายตัวด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงของสารเคมีในส่วนเปียกคืออะไร?

การกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกใช้การสั่นสะเทือนทางกลความถี่สูง (คลื่นเสียงอัลตราโซนิก) ที่ส่งผ่านเข้าไปในของเหลวผ่านโซโนโทรด (โพรบ) ในระบบอุตสาหกรรม กลไกหลักคือปรากฏการณ์อะคูสติกคาวิเทชัน – การก่อตัวและการยุบตัวอย่างรวดเร็วของฟองอากาศขนาดเล็กมาก การยุบตัวนั้นก่อให้เกิดแรงเฉือนเฉพาะจุดและไมโครเจ็ตที่สามารถ:

• แยกผงและสารละลายแร่ที่จับตัวเป็นก้อนออกจากกัน
• ทำให้อิมัลชันและสารละลายพอลิเมอร์เป็นเนื้อเดียวกัน
• ปรับปรุงการเปียกและลด “ฟิชอายส์” ในสารเคมีที่ผสมยาก
• กระจายสารเติมแต่งให้สม่ำเสมอมากขึ้นเมื่อมีของแข็งสูง

ในแง่ของส่วนปลายเปียก นั่นหมายความว่าสารเติมแต่งสามารถทำงานที่คุณจ่ายให้พวกเขาทำได้ – โดยไม่ถูกกักอยู่ในก้อน ไม่ถูกน้ำให้เปียกอย่างไม่ดี หรือกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ

เครื่องกระจายสารด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสำหรับอุตสาหกรรม เช่น Hielscher UIP6000hdT ช่วยให้การกระจายสารเคมีในส่วนเปียกของกระบวนการผลิตกระดาษเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ ส่งผลให้ประสิทธิภาพของกระบวนการดีขึ้น และลดการใช้สารเคมี น้ำ และพลังงาน

ทำไมส่วนเปียกจึงได้รับประโยชน์จากการใช้คลื่นเสียง

หากมีพื้นที่หนึ่งที่คุณภาพการกระจายตัวส่งผลโดยตรงต่อเงิน นั่นก็คือส่วนเปียก การผลิตกระดาษเป็นการแข่งขันระหว่างเคมีและพลศาสตร์ของไหล:

• ปฏิกิริยาการกักเก็บและการระบายน้ำเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว
• สภาวะการเฉือนมีความแตกต่างกันอย่างมากตามจุดที่เติม
• สารเติมแต่งอาจทำปฏิกิริยาหรือหักล้างกันเองได้หากไม่มีการควบคุมปริมาณการใช้
• ปัญหาการผสมเล็กน้อยกลายเป็นปัญหาเครื่องจักรใหญ่

อัลตราซาวด์สามารถนำมาใช้เป็นขั้นตอนการกระจายตัวแบบควบคุมและต่อเนื่องในสายการผลิตได้ – โดยสามารถนำมาใช้กับกระแสสารเติม, กระแสสารเจือจาง, หรือระบบหมุนเวียนก่อนจุดเติมสาร. วัตถุประสงค์ไม่ใช่ “มีการผสมผสานมากขึ้นทุกที่” แต่การผสมที่ดีกว่าในจุดที่สำคัญจริงๆ

 
 
ข้อได้เปรียบทางปฏิบัติที่โรงสีให้ความสำคัญ:

1. การกระจายตัวที่ดีขึ้นหมายถึงประสิทธิภาพทางเคมีที่ดีขึ้น
   เมื่อโพลีเมอร์, สารละลายแร่, หรืออิมัลชันถูกกระจายตัวได้ดีขึ้น, คุณมักจะเห็น:
   • ลดการใช้สารเคมีเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพเท่าเดิม
   • พฤติกรรมการกักเก็บ/ระบายที่เสถียรมากขึ้น
   • การก่อตัวที่ดีขึ้นและความแปรปรวนที่ลดลง
   • การเกิดคราบสะสมน้อยลงที่เกี่ยวข้องกับกาวเหนียวที่กระจายตัวไม่ดี, ลาเท็กซ์, หรือโปรแกรมควบคุมยางมะตอย

   ในหลายกรณี โรงงานไม่ได้ใช้สารเคมีในปริมาณที่น้อยเกินไป แต่กลับใช้ในปริมาณที่มากเกินไปเพื่อชดเชยการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอ

2. การเปียกเร็วขึ้น, น้อยลง “การผสมผสานความประหลาดใจ”
   สารเติมแต่งบางชนิดในส่วนเปียกมีชื่อเสียงในด้านการก่อตัวของก้อนเจล, จุดตาปลา, หรือกลุ่มเล็ก ๆ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีความเข้มข้นสูง) การตัดเฉือนขนาดเล็กที่เกิดจากปรากฏการณ์คาวิเทชันของคลื่นเสียงอัลตราโซนิกสามารถลดเวลาที่จำเป็นในการถึงสภาวะที่เสถียรและสม่ำเสมอได้อย่างมาก ซึ่งมีประโยชน์สำหรับ:
   • การลดความเข้มข้นของสารละลายพอลิเมอร์
   • การกระจายตัวสารเติมแต่งและสี
   • การทำให้อิมัลชันและระบบที่เกี่ยวข้องกับขี้ผึ้ง/ASA มีความเสถียร (ขึ้นอยู่กับกระบวนการ)
   • ปรับปรุงความสม่ำเสมอในการกระจายตัวของสีย้อมและสารเติมแต่งทางแสง
3. ลดเวลาหยุดทำงานของผู้ขับขี่ (การสะสม, การหยุดพัก, ความแปรปรวน)
   การกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอช่วยลดการใช้ยาเกินขนาดในบริเวณเฉพาะและ “ฮอตสปอต” ที่ส่งผลต่อการสะสมของตะกอน การสะสมของเส้นใย และความผันผวนของคุณภาพ แม้แต่การปรับปรุงเสถียรภาพเพียงเล็กน้อยก็สามารถลดการหยุดชะงักและการผลิตที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐานได้

ความสามารถในการขยายเชิงเส้น: ทำไมอัลตราโซนิกจึงไม่ใช่แค่สำหรับห้องปฏิบัติการ

ความกังวลทั่วไปเกี่ยวกับเทคโนโลยีการผสมแบบใหม่คือการขยายขนาด: “มันทำงานในบีกเกอร์ได้... แต่มันจะทำงานบนเครื่องกระดาษได้ไหม?”
อัลตราโซนิกอุตสาหกรรมสามารถออกแบบทางวิศวกรรมให้ขยายขนาดเชิงเส้นได้ เนื่องจากความสามารถในการรองรับสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มกำลังไฟฟ้าและปริมาตรของตัวทำปฏิกิริยาแบบไหลผ่านในรูปแบบโมดูลาร์ ในทางปฏิบัติ หมายความว่า:
คุณสามารถเริ่มต้นด้วยเครื่องอัลตราโซนิกแบบอินไลน์เพียงเครื่องเดียวบนสายการเติมสารเติมแต่งหนึ่งสาย
ขยายขีดความสามารถโดยการเพิ่มโซโนโทรด/เซลล์ไหลและกำลังไฟของเครื่องกำเนิด
รักษาความเข้มข้นของกระบวนการที่เทียบเคียงได้โดยการออกแบบให้มีการป้อนพลังงานที่สม่ำเสมอต่อปริมาตรและระยะเวลาการพัก
นี่เป็นสิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับโรงงานที่ต้องการเส้นทางที่มีความเสี่ยงต่ำ: ทดลองใช้ในหนึ่งวงจรเคมี, ตรวจสอบความถูกต้องของตัวชี้วัดหลัก, จากนั้นขยายขนาดออกไป

ประสิทธิภาพพลังงานและผลกระทบที่แข็งแกร่ง

การกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิกมักมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากกว่าที่ผู้คนคิด เพราะคุณไม่ได้พยายามเคลื่อนย้ายทั้งหน้าอกอย่างหนัก – คุณกำลังใช้พลังงานอย่างแม่นยำในจุดที่เกิดการกระจายตัว
แทนที่จะเพิ่มภาระของเครื่องกวนในถังขนาดใหญ่ (และหวังว่าแรงเฉือนจะเข้าถึงทุกกลุ่มจุลภาค) คลื่นเสียงความถี่สูงจะส่งแรงเฉือนขนาดไมโครที่มีความเข้มสูงที่โซโนโทรดและในเขตคาวิเทชัน โดยทั่วไปในขั้นตอนกระบวนการแบบอินไลน์ที่กะทัดรัด
สำหรับโรงสีที่ใส่ใจเรื่องพลังงาน ตรรกะนั้นชัดเจน:

• มุ่งเน้นปัญหาการกระจายตัวที่กระแสสารเติม
• ลดการหมุนเวียนซ้ำ เวลาการผสม และการทำงานซ้ำ
• ปรับปรุงประสิทธิภาพทางเคมี (ซึ่งสามารถลดพลังงานและต้นทุนที่แฝงอยู่ในสารเคมีทั้งหมด)

ตัวเลือกเกรดอุตสาหกรรมจาก Hielscher Ultrasonics

สำหรับสภาพแวดล้อมการผลิตกระดาษ การเลือกอุปกรณ์ไม่ใช่เรื่อง “มันสามารถกระจายตัวได้หรือไม่” แต่ “สามารถทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ในรอบการทำงานระดับอุตสาหกรรม แบบติดตั้งในสายการผลิต และในโรงงานกระบวนการผลิตได้หรือไม่”
Hielscher Ultrasonics นำเสนอแพลตฟอร์มโซนิเคเตอร์อุตสาหกรรมที่ออกแบบมาสำหรับการทำงานต่อเนื่องและการขยายขนาด รวมถึง:

• ระบบทดลองและระบบนำร่องสำหรับการทดสอบความเป็นไปได้และการพัฒนาพารามิเตอร์
• โปรเซสเซอร์อุตสาหกรรมที่เหมาะสำหรับการกระจายตัวแบบอินไลน์ในอัตราการไหลของการผลิต
• การกำหนดค่าของเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านเพื่อบูรณาการเข้ากับระบบเตรียมสารเคมีและระบบจ่ายสารเคมีในส่วนเปียก
• การปรับขนาดพลังงานแบบโมดูลาร์เพื่อขยายกำลังการผลิตโดยไม่ต้องสร้างกระบวนการใหม่

กล่าวอีกนัยหนึ่ง: คุณสามารถประเมินการกระจายตัวด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในระดับขนาดเล็ก แล้วขยายขนาดไปสู่การผลิตเต็มรูปแบบโดยใช้อุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมในโรงงาน – ไม่ใช่เครื่องมือห้องปฏิบัติการที่นำมาใช้ใหม่

ที่ที่โรงงานกระดาษมักใช้การกระจายตัวด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง

ทุกโรงงานมีส่วนปลายเปียกที่ไม่เหมือนกัน แต่การกระจายตัวด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงมักถูกประเมินสำหรับ:

• สารเติมและสารกระจายสี (เช่น การปรับปรุงการกระจายตัวและการกระจาย)
• การลดความเข้มข้นและการกระตุ้นการทำงานของสารละลายพอลิเมอร์ (เจลที่ลดลง, ปรับปรุงความสม่ำเสมอ)
• การเตรียมผิวหรือการเคลือบผิว (เมื่อคุณภาพการกระจายตัวจำกัดประสิทธิภาพ)
• อิมัลชันที่ยากหรือสารแขวนลอยที่มีของแข็งสูงซึ่งการผสมแบบทั่วไปไม่สามารถทำได้

ผู้สมัครที่ดีที่สุดมักจะเป็นสายน้ำที่คุณภาพการกระจายเป็นข้อจำกัดของประสิทธิภาพ และที่สามารถติดตั้งหน่วยในสายได้โดยไม่รบกวนสมดุลของส่วนเปียกโดยรวม

ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นและการประหยัดอย่างมีนัยสำคัญด้วยการกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

เครื่องโซนิคเอเตอร์อัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้โรงงานผลิตกระดาษสามารถลดได้อย่างมีนัยสำคัญ – หรือแม้กระทั่งกำจัด – ความต้องการน้ำสะอาดหรือน้ำที่ผ่านการกรองในขั้นตอนการเจือจางหลังของสารเติมแต่งในส่วนเปียก ส่งผลให้ประหยัดน้ำได้ประมาณ 10–18% ของการใช้น้ำทั้งหมดในโรงงาน ด้วยการกระจายตัวที่มีประสิทธิภาพสูงและสม่ำเสมอ ระบบอัลตราโซนิกเกรดอุตสาหกรรมเหล่านี้ช่วยให้สารเคมีและสารเติมแต่งถูกใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น นำไปสู่กระบวนการในส่วนเปียกที่สะอาดขึ้น คุณภาพกระดาษที่ดีขึ้น และลดความต้องการใช้สารเคมีอย่างมาก – โดยทั่วไปลดลง 20-60% หรือมากกว่า
ในการผลิตกระดาษ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในคุณภาพการกระจายตัวสามารถสร้างการปรับปรุงอย่างมากในความสามารถในการทำงาน ประสิทธิภาพทางเคมี และความเสถียรของคุณภาพ การกระจายตัวด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงของสารเคมีในส่วนเปียกกำลังได้รับความสนใจเนื่องจาก:

• สามารถปรับขนาดได้ในลักษณะเชิงเส้นและเป็นโมดูล
• พลังงานอัจฉริยะ มุ่งเป้าไปที่การเฉือนระดับจุลภาคซึ่งเป็นการกระจายตัวที่เกิดขึ้นจริง
• พร้อมใช้งานในอุตสาหกรรม ด้วยระบบโซนิเคเตอร์ที่ออกแบบมาสำหรับการผลิตอย่างต่อเนื่อง

สำหรับโรงงานที่เบื่อหน่ายกับการชดเชยการผสมที่ไม่สม่ำเสมอด้วยสารเคมีเพิ่มเติม อัลตราซาวด์นำเสนอปรัชญาที่แตกต่าง: ทำให้สารเคมีทำงานได้ดีขึ้นก่อนที่จะเข้าสู่สต็อก