Riešenie problémov s chémiou na mokrom konci: penenie, usadeniny a zlé odvodnenie v papierňach

Mokrý koniec papierenského stroja je miesto, kde sa chémia, fyzika a strojárstvo zbližujú pod neúprosným časovým tlakom. To je tiež miesto, kde vzniká väčšina problémov s prevádzkou. Penenie v nátokovej skrini, lepkavé usadeniny na formovacích tkaninách a lisovacích plstiach a pomalé odvádzanie vody z drôtu – tieto tri problémy majú na svedomí neúmerný podiel neplánovaných prestojov, lámaní plechov a nekvalitnej výroby v závodoch po celom svete. Každý z nich má odlišný profil základnej príčiny a každý si vyžaduje skôr cielený diagnostický prístup než reflexívne zvýšenie dávky chemikálií. Táto príručka vás prevedie mechanizmami všetkých troch režimov zlyhania a poskytuje praktické rámce na riešenie problémov založené na princípoch chémie na mokré časti.

▶Penenie: zdroje, mechanizmy a stratégie chemickej kontroly

Pena v mokrej časti nie je jediným problémom – je to príznak povrchovo aktívneho materiálu, ktorý sa hromadí rýchlejšie, ako ho systém dokáže rozptýliť. Primárne zdroje penotvorných povrchovo aktívnych látok v modernej výrobe papiera zahŕňajú extraktívne látky z dreva (mastné kyseliny, živicové kyseliny, steroly), nečistoty z recyklovaných vlákien, reintegráciu zlomkov, recirkuláciu procesnej vody a nadbytočné alebo nesprávne rozpustené polymérne prísady. Keď sa tieto povrchovo aktívne zlúčeniny koncentrujú na rozhraní vzduch-voda, stabilizujú vzduchové bubliny do perzistentných penových štruktúr, ktoré narúšajú rovnomernosť toku rezu, spôsobujú prekážky v liste a zavádzajú vzduch, ktorý oslabuje spojenie vlákien.

Kritickým a často prehliadaným príspevkom k peneniu za mokra je predávkovanie alebo nesprávne rozpúšťanie retenčných a drenážnych prostriedkov na báze polyakrylamidu. Keď sa prášok PAM pridá do systému bez adekvátneho predbežného rozpustenia – najmä ak koncentrácia roztoku presiahne 0,3 % alebo teplota rozpúšťacej vody je príliš nízka – nerozpustené gélové častice a čiastočne hydrolyzované fragmenty polyméru môžu zvýšiť povrchovú viskozitu rozhrania vzduch-voda. Toto stabilizuje penu namiesto toho, aby ju potláčalo. Správny protokol prípravy aditív na báze PAM je 0,1 – 0,2 % vodný roztok rozpustený v čistej vode s teplotou 20 – 40 °C za jemného miešania minimálne 60 minút pred dávkovaním.

Riešenie problémov s penením si vyžaduje izoláciu, či je zdroj chemický (náplň povrchovo aktívnej látky) alebo mechanický (nasávanie vzduchu cez tesnenia čerpadla, vírenie v hrudníku stroja alebo nedostatočné odvzdušnenie v nátokovej skrini). Praktickým prvým krokom je Ross-Miles penový test s použitím vzoriek odobratých zo sania ventilátora a nátokového systému. Ak sa perzistencia peny medzi týmito dvoma bodmi prudko zvýši, primárnym prispievateľom je požitie vzduchu v približovacom systéme. Ak sú hladiny peny už vysoké na hrudi stroja, problém spočíva v manipulácii s úlomkami, recirkulácii alebo chémii prísad.

Kontrola peny: Kompatibilita odpeňovača so systémami PAM

Minerálny olej a odpeňovače na báze silikónu sú účinné pri rozbíjaní vytvorenej peny, ale ich bod pridávania a dávkovanie sa musia starostlivo riadiť v mlynoch aj s použitím retenčných pomôcok PAM. Predávkovanie odpeňovačom – najmä pri produktoch na báze oleja – môže ukladať hydrofóbny materiál na formovacie tkaniny, čím sa znižuje rýchlosť odvodňovania a vytvára sa sekundárny problém. Najrobustnejším prístupom je riešiť hlavnú príčinu riadením zaťaženia povrchovo aktívnymi látkami prostredníctvom čírenia bielej vody, umývania prasklín a pravidelného čistenia systému, pričom sa odpeňovač používa iba ako nástroj na úpravu, a nie ako primárny riadiaci mechanizmus. Keď je PAM správne zvolený a dávkovaný, jeho premosťovací a flokulačný účinok môže skutočne znížiť koncentráciu voľnej povrchovo aktívnej látky v bielej vode koflokuláciou povrchovo aktívnych koloidov s jemnými vláknami, čo nepriamo prispieva k redukcii peny.

▶Smola a lepkavé usadeniny: Diagnostika chémie za oslepovaním textílií

Problémy s usadzovaním na mokrom konci sa prejavujú v dvoch široko odlišných formách: anorganické usadeniny (uhličitan vápenatý, síran vápenatý, oxid kremičitý) a organické lepivé látky alebo smola. Obidve môžu zaslepiť tvarovacie tkaniny a póry plsti, znížiť odvodnenie, spôsobiť chyby plechu a v závažných prípadoch spôsobiť nekontrolované prasknutie plechu. Na rozdiele záleží, pretože chémia potrebná na riešenie každého z nich je zásadne odlišná.

Tvorba anorganického vodného kameňa

Anorganický vodný kameň sa tvorí, keď koncentrácia ťažko rozpustných solí prekročí ich produkt rozpustnosti v slučke bielej vody. V alkalickom papierenskom priemysle – celosvetovo dominantnom systéme od prechodu z kyslého na neutrálne/alkalické glejenie – je usadzovanie uhličitanu vápenatého najbežnejším anorganickým nánosom. Podporuje ho vysoké uzatvorenie systému (znížené riedenie sladkou vodou), zvýšené teploty a odstraňovanie CO₂ z bielej vody, ktoré všetky posúvajú rovnováhu CaCO3 smerom k zrážkam. Okujovanie oxidu kremičitého je druhotným problémom v mlynoch, ktoré používajú procesnú vodu obsahujúcu kremičitany alebo úlomky obsahujúce kremičitan sodný z recyklovaných obalov.

Prvým diagnostickým krokom pri podozrení na anorganický vodný kameň je testovanie straty vznietením na látke alebo nánosoch plsti: anorganické usadeniny zanechávajú značné zvyšky popola, zatiaľ čo organické lepkavé látky horia čisto. Identifikácia špecifických druhov iónov pomocou ICP analýzy rozpustených pevných látok vo vzorkách bielej vody riadi výber chémie inhibítora vodného kameňa. Aniónový polyakrylamid s veľmi nízkou molekulovou hmotnosťou (menej ako 500 000 g/mol) môže fungovať ako modifikátor rastu kryštálov, ktorý bráni kryštálom CaCO3 dosiahnuť kritickú veľkosť potrebnú pre povrchovú adhéziu – čo je odlišná funkcia od jeho úlohy ako pomocného flokulačného prostriedku s vysokou molekulovou hmotnosťou. Výber nesprávneho stupňa molekulovej hmotnosti APAM na kontrolu tvorby vodného kameňa je bežnou chybou, ktorá vedie k neúčinnej úprave a plytvaniu chemickými nákladmi.

Organické Stickies a Pitch Control

Organické lepkavé látky pochádzajú z dvoch zdrojov: primárna smola z drevnej živice (esterifikované mastné kyseliny a živicové kyseliny uvoľnené počas mechanického rozvlákňovania a vysokoteplotnej rafinácie) a sekundárne lepivé látky z recyklovaných vláknitých nečistôt (lepidlá citlivé na tlak, tavné lepidlá, latexové nátery, vosk a zvyšky atramentu). Obidve sa stávajú problematickými, keď je narušená koloidná stabilita systému bielej vody – zvyčajne počas zmien pH, teploty, vodivosti alebo programu aditív – čo spôsobuje, že predtým rozptýlené častice koloidnej smoly sa aglomerujú a ukladajú na hydrofóbnych povrchoch.

Najúčinnejším chemickým prístupom ku kontrole smoly a lepkavosti je fixácia: použitie katiónového polyméru na adsorpciu na záporne nabité častice koloidnej smoly, obrátenie ich náboja a ich pripojenie k povrchu vlákna skôr, ako sa môžu uložiť na tkaniny. Tu zohráva rozhodujúcu úlohu katiónový polyakrylamid. Katiónové PAM produkty spoločnosti Hengfeng na výrobu papiera sú špecificky formulované s riadenou hustotou náboja a profilmi molekulovej hmotnosti, aby sa dosiahla súčasná fixácia smoly, retencia jemných vlákien a zlepšenie odvodnenia – čím sa zabráni kompromisu medzi kontrolou lepkavosti a odvodňovacím výkonom, ktorý sa často vyskytuje pri použití generických katiónových polymérov, ktoré nie sú optimalizované pre systémy buničiny.

Kľúčové diagnostické kroky pri podozrení na lepkavé usadeniny:

• Zmerajte zeta potenciál bielej vody na čerpadle ventilátora – zápornejšia hodnota ako -15 mV indikuje nedostatočné pokrytie katiónovej spotreby a vysokú mobilitu koloidného tónu;
• Vykonajte titráciu katiónovej potreby (koloidnú titráciu) na vzorkách bielej vody, aby ste kvantifikovali aniónový náboj, ktorý musí byť neutralizovaný katiónovými prísadami;
• Skontrolujte poradie pridávania aditíva – katiónový PAM sa musí pridať po prúde aniónového odpadu (aniónové dispergátory, škrob, CMC), aby sa zabránilo predčasnej neutralizácii náboja a zrážaniu polyméru predtým, ako sa dostane do kontaktu s vláknitým kobercom;
• Skontrolujte programy kondicionovania tkanín – usadeniny, ktoré sa už nachádzajú na formujúcich sa tkaninách, vyžadujú enzymatické alebo alkalické čistenie predtým, ako zmeny chémie môžu obnoviť výkon drenáže.

▶Zlá drenáž: Systematická diagnostika nad rámec jednoduchého pridávania viac polyméru

Slabá drenáž je najzávažnejším problémom mokrej časti, pretože jej účinky sa premietajú priamo do nákladov na energiu sušenia, obmedzení rýchlosti stroja a nerovnomernosti profilu vlhkosti v hotovom liste. Keď sa odtok zhorší, inštinktívnou reakciou v mnohých závodoch je zvýšenie dávky retenčného prostriedku PAM – to však často problém zhoršuje. Pochopenie prečo si vyžaduje jasný model toho, čo drenáž PAM vlastne robí a čo nedokáže.

Rýchlosť odvádzania vody na formovacom drôte je riadená tromi odpormi: odporom samotnej vláknitej rohože, odporom drenážnej textílie a hydrodynamickým odporom vody, ktorá sa vytláča cez obidva. Retenčné pomôcky – vrátane PAM – primárne ovplyvňujú prvý faktor tým, že agregujú jemné vlákna a plnivá do väčších vločkových štruktúr, ktoré sú menej náchylné na migráciu a blokovanie pórov tkaniny. Ak je však hlavnou príčinou zlej drenáže už zaslepená tkanina, preťažený systém bielej vody s nadmernou koncentráciou jemných častíc alebo buničina s nadmerným sekundárnym vláknom znižujúcim vlhkosť, pridanie väčšieho množstva PAM nevyrieši základný problém a môže zhoršiť tvorbu rohože vytvorením nadmerného zadržiavania jemných častíc, ktoré ďalej zvyšujú odolnosť rohože.

Protokol na riešenie problémov s drenážou krok za krokom

Štruktúrovaný prístup k odstraňovaniu problémov s drenážou by mal začať meraním, nie úpravou chémie. Hodnoty Schopper-Riegler (SR) alebo Canadian Standard Freeness (CSF) vstupných zásob poskytujú základnú úroveň mrazivosti bez akéhokoľvek chemického spracovania. Ak sa odvodnenie znížilo v porovnaní s historickými referenčnými hodnotami pri rovnakom zložení zanášky, príčinou je buď zmena kvality vlákna (stupeň rafinácie, pomer sekundárnych vlákien, distribúcia dĺžky vlákna) alebo zmena chemického zloženia bielej vody (vodivosť, pH, zaťaženie koloidným nábojom). Obidve sa musia kvantifikovať pred modifikáciou chémie.

Drenážny príspevok programu PAM možno izolovať pomocou dynamickej drenážnej nádoby (DDJ) alebo testu Brittovej nádoby: testujte vzorky s a bez súčasných prídavkov polyméru v aktuálnych bodoch pridávania, potom otestujte sekvenčný efekt zmenou poradia katiónových a aniónových zložiek. V správne fungujúcom mikročasticovom alebo dvojpolymérovom retenčnom systéme je možné dosiahnuť zlepšenie drenáže o 10–25 % jednotiek SR v porovnaní s neošetrenou základnou líniou. Ak testy v nádobách neukazujú žiadnu merateľnú odozvu odvodnenia na pridanie PAM, problém spočíva mimo chemického programu – v stave tkaniny, uzavretí systému alebo príprave zásob.

Dispergačné PAM produkty spoločnosti Hengfeng pre papierne sú navrhnuté tak, aby znížili viskozitu kašovitej buničiny a zlepšili rovnomernosť disperzie vlákien ako nevyhnutný krok, ktorý umožňuje efektívnejšie fungovanie retenčných a drenážnych pomôcok. Znížením agregácie vlákien v približovacom systéme vytvára disperzant PAM homogénnejšiu hmotu, ktorá vytvára rovnomernejšiu, menej odolnú podložku na drôte – priamo zlepšuje rýchlosť odvodnenia bez zvýšenia dávky retenčnej pomôcky. Toto je obzvlášť účinná stratégia v mlynoch, v ktorých sa prevádzkuje vysoko ušľachtilá surovina sekundárneho vlákna alebo surovina s vysokou stratou beztuhosti.

Bežné scenáre problémov s odvodňovaním a ich hlavné príčiny:

• Postupný pokles drenáže v priebehu niekoľkých týždňov: typicky oslepovanie látky usadeninami – riešenie s čistením látky pred úpravou chémie;
• Náhla strata drenáže po výmene materiálu alebo prerušenej reintegračnej vlne: nerovnováha koloidného náboja – zmerajte katiónový dopyt a zeta potenciál pred úpravou dávky PAM;
• Zlepšenie odvodnenia, ktoré sa zvráti v priebehu niekoľkých hodín po zvýšení dávky PAM: nadmerné zadržiavanie spôsobujúce zhutnenie rohože – znížte dávku PAM a vyhodnoťte stupeň molekulovej hmotnosti;
• Slabé odvádzanie vody pri štarte po dlhšom odstavení: nerovnováha chémie systému v dôsledku prerušenej reintegrácie – pred spustením na rýchlosť vypláchnite a vyvážte bielu vodu;
• Sezónny pokles odvodňovania korelujúci so zmenami teploty vody: vplyv viskozity na rýchlosť odvodňovania – zvážte teplotne kompenzované dávkovacie programy.

▶Integrácia chémie PAM do programu stabilného riadenia mokrého konca

Tri vyššie opísané problémy s mokrým koncom – penenie, usadeniny a zlé odvodňovanie – sú vzájomne prepojené prostredníctvom koloidnej chémie systému bielej vody. Mlyn, ktorý dôsledne riadi rovnováhu náboja v systéme (potenciál zeta), zaťaženie aniónovým odpadom a postupnosť pridávania polyméru, bude mať všetky tri problémy menej často a vyrieši ich rýchlejšie, keď sa vyskytnú. Spoločným bodom je, že chémia založená na PAM je najúčinnejšia, keď sa aplikuje na dobre charakterizovaný systém a nepoužíva sa reaktívne na maskovanie symptómov hlbších nerovnováh.

Jiangsu Hengfeng dodáva kompletný rad produktov PAM na výrobu papiera – vrátane retenčných pomôcok, drenážnych pomôcok, dispergačných činidiel a katiónových fixačných činidiel – so službami technickej podpory navrhnutými tak, aby pomohli závodom vybudovať stabilné programy mokrého konca založené na meraniach. Pre mlyny, ktoré sa stretávajú s pretrvávajúcimi problémami s penením, usadzovaním alebo odvodňovaním, môžu aplikační inžinieri spoločnosti Hengfeng vykonať analýzu vody na mieste, testovanie nádob a optimalizáciu sekvencie aditív, aby identifikovali minimálne efektívny chemický program pre vašu špecifickú konfiguráciu materiálu a stroja. Kontaktujte náš tím s údajmi o analýze bielej vody a aktuálnym programom aditív pre nezáväzné technické posúdenie.