Як ультразвукова дисперсія покращує продуктивність мокрого кінця та зменшує витрати

Виробники паперу знають, що мокрий кінець - це місце, де добрі наміри борються з фізикою.
Ви можете придбати найкращі ретенційні засоби, фіксатори, адгезиви, барвники, наповнювачі та міцні смоли, які тільки можна купити за гроші – але якщо вони не розсіюються швидко і рівномірно на складі, ви заплатите за це поганим формуванням, підвищеною потребою в хімікатах, головним болем від смоли і налипань, нестабільним дренажем і непотрібними перервами в роботі.
Зараз все більше паперових фабрик розглядають модернізацію, яка звучить майже занадто просто: ультразвукова дисперсія хімічних речовин для мокрого способу виробництва. Замість того, щоб покладатися виключно на механічний зсув або тривалий час змішування, потужний ультразвук створює інтенсивне мікрозмішування, яке розбиває агломерати і більш рівномірно розподіляє активні інгредієнти. – з меншим споживанням енергії, ніж звичайні міксери.
Дізнайтеся, чому це працює і чому це особливо привабливо для сучасних папероробних машин.

Що таке ультразвукова дисперсія мокрого кінця хімічних речовин?

Ультразвукова дисперсія використовує високочастотні механічні коливання (ультразвук), що передаються в рідину через сонотрод (зонд). У промислових системах ключовим механізмом є акустична кавітація – швидке утворення і колапс мікроскопічних бульбашок. Цей колапс генерує локальні зсувні сили та мікрострумені, які можуть:

• Деагломератні порошки та мінеральні суспензії
• Гомогенізувати емульсії та розчини полімерів
• Покращити змочування та зменшити “Риб'ячі очі” у хімічних речовинах, що важко змішуються
• Більш рівномірний розподіл добавок при високому вмісті твердих частинок

У термінах мокрого кінцевого продукту це означає, що добавки можуть виконувати роботу, за яку ви їм платите - без утворення грудок, поганого змочування або нерівномірного розподілу.

Промислові ультразвукові диспергатори, такі як Hielscher UIP6000hdT, забезпечують рівномірну хімічну дисперсію мокрого кінця у виробництві паперу, що призводить до підвищення ефективності процесу та зменшення споживання хімічних речовин, води та енергії.

Чому мокрий кінець отримує вигоду від ультразвукової обробки

Якщо і є одна зона, де якість дисперсії безпосередньо впливає на гроші, то це мокрий кінець. Виробництво паперу - це змагання між хімією та гідродинамікою:

• Реакції утримання та дренажу відбуваються швидко
• Умови зсуву сильно відрізняються в залежності від точки додавання
• Добавки можуть взаємодіяти або нейтралізувати одна одну, якщо не контролювати дозування
• Невеликі проблеми зі змішуванням стають великими проблемами машини

Ультразвук може бути застосований як контрольований, поетапний процес диспергування в лінії - обробка потоку добавки, потоку розведення або циклу рециркуляції перед точкою додавання. Метою не є “більше змішування скрізь,” але краще змішувати саме там, де це важливо.

 
 
Практичні переваги, про які дбають млини:

1. Краща дисперсність означає кращу ефективність хімії
   Коли полімери, мінеральні суспензії або емульсії краще диспергуються, ви часто бачите:
   • Менше споживання хімікатів для досягнення тієї ж продуктивності
   • Більш стабільна поведінка утримання/дренажу
   • Покращене формування та зменшена мінливість
   • Менше відкладень, пов'язаних з погано диспергованими клейкими речовинами, латексом або програмами контролю висоти тону

   У багатьох випадках млини не дозують хімікати недостатньо - вони передозують, щоб компенсувати непостійну дисперсію.

2. Швидше змочування, менше “змішуємо сюрпризи”
   Деякі добавки з мокрим кінцем відомі тим, що утворюють гелеві кульки, риб'ячі очі або мікрозгустки (особливо при високих концентраціях). Ультразвуковий мікрозсув, керований кавітацією, може значно скоротити час, необхідний для досягнення стабільного, однорідного стану, придатного для використання:
   • Приготування полімерних розчинів
   • Диспергування наповнювачів і пігментів
   • Стабілізація емульсій і систем, пов'язаних з воском/ASA (залежно від процесу)
   • Покращення рівномірності розподілу барвника та оптичних добавок
3. Зменшення факторів простою (депонування, перерви, варіабельність)
   Рівномірна дисперсія допомагає зменшити локальне передозування та “Гарячі точки” які призводять до відкладень, навантаження на повсть і коливань якості. Навіть незначне покращення стабільності може призвести до зменшення кількості обривів і зниження кількості браку.

Лінійна масштабованість: Чому ультразвук не тільки для лабораторії

Загальною проблемою нових технологій змішування є масштабування: “Це працює в склянці... але чи може це працювати на папероробній машині?”
Промисловий ультразвук може бути спроектований для лінійного масштабування, оскільки потужність розширюється шляхом додавання потужності та об'єму реактора в модульному режимі. На практиці це означає:
Ви можете почати з одного вбудованого ультразвукового пристрою на одному потоці добавок
Розширити потужність, додавши додаткові сонотроди/проточні комірки та потужність генератора
Підтримуйте порівнянну інтенсивність процесу шляхом проектування з урахуванням постійного споживання енергії на об'єм і часу витримки
Це особливо привабливо для заводів, які хочуть піти шляхом з низьким рівнем ризику: запустити пілотний проект на одному хімічному циклі, перевірити ключові показники ефективності, а потім розширити масштаби.

Енергоефективність та сильні ефекти

Ультразвукова дисперсія часто є більш енергоефективною, ніж люди думають, тому що ви не намагаєтесь сильніше рухати всю грудну клітку – ви застосовуєте енергію саме там, де відбувається розсіювання.
Замість того, щоб збільшувати навантаження на мішалку у великому резервуарі (і сподіватися, що зсув досягне кожного мікрозгустку), ультразвук забезпечує високоінтенсивний мікрозсув на сонотроді та в кавітаційній зоні, як правило, в компактному вбудованому технологічному етапі.
Для енергоощадних млинів логіка проста:

• Сфокусуйте проблему дисперсії на адитивному потоці
• Зменшити рециркуляцію, час змішування та переробку
• Покращення хімічної ефективності (що може зменшити загальну хімічну енергію та вартість)

Опції промислового класу від Hielscher Ultrasonics

Для виробництва паперу вибір обладнання - це не лише “чи може воно розсіятися,” але “чи може він надійно працювати в промислових робочих циклах, в лінії та на технологічних установках.”
Hielscher Ultrasonics пропонує промислові платформи сокатора, призначені для безперервної роботи і масштабування, в тому числі:

• Стендові та пілотні системи для техніко-економічного обґрунтування та розробки параметрів
• Промислові процесори, придатні для потокового диспергування при виробничих швидкостях потоку
• Конфігурації проточних реакторів для інтеграції в системи підготовки та дозування хімікатів мокрого способу
• Модульне масштабування потужності для збільшення продуктивності без винаходу нових технологій

Іншими словами: ви можете оцінити ультразвукову дисперсію в малих масштабах, а потім масштабувати до повного виробництва, використовуючи промислове обладнання, призначене для заводських умов – а не перероблені лабораторні інструменти.

Де паперові фабрики зазвичай застосовують ультразвукову дисперсію

Кожен мокрий кінець млина унікальний, але ультразвукова дисперсія зазвичай оцінюється за:

• Дисперсії наповнювачів і пігментів (наприклад, для покращення деагломерації та розподілу)
• Приготування та активація полімерних розчинів (зменшення гелів, покращення консистенції)
• Цикли нанесення покриттів або підготовки поверхневої хімії (коли якість дисперсії обмежує продуктивність)
• Складні емульсії або суспензії з високим вмістом твердих частинок, де звичайне змішування є проблематичним

Найкращими кандидатами зазвичай є потоки, де якість диспергування обмежує продуктивність і де можна встановити вбудовану установку, не порушуючи загальний баланс вологого кінця.

Кращі результати та значна економія за допомогою ультразвукової дисперсії

Ультразвукові сокатори Hielscher дозволяють паперовим фабрикам значно зменшити – або навіть усунути – потреба у свіжій воді або чистому фільтраті після розведення добавок для мокрого способу виробництва, що забезпечує економію води приблизно на 10-18% від загального обсягу споживання на фабриці. Досягаючи високоефективної та рівномірної дисперсії, ці ультразвукові системи промислового класу забезпечують набагато ефективніше використання хімічних речовин та добавок, що призводить до більш чистого процесу мокрого кінця, покращення якості паперу та суттєвого зниження попиту на хімічні речовини. – зазвичай знижується на 20-60% і більше.
У виробництві паперу невеликі зміни в якості дисперсії можуть призвести до значного поліпшення працездатності, хімічної ефективності та стабільності якості. Ультразвукова дисперсія хімічних речовин мокрого кінця привертає увагу, тому що це так:

• Масштабується лінійно, модульно
• Енергозберігаючий, спрямований на мікрозсув там, де дійсно відбувається розсіювання
• Промислова готовність, з ультразвуковими системами, розробленими для безперервної обробки

Для заводів, які втомилися компенсувати непослідовне змішування більшою кількістю хімікатів, ультразвук пропонує іншу філософію: покращити роботу хімікатів ще до того, як вони потраплять у масу.