Rješavanje problema Wet-End kemije: pjenjenje, naslage i loša drenaža u tvornicama papira

Mokri kraj papirnog stroja mjesto je gdje se kemija, fizika i strojarstvo spajaju pod nemilosrdnim vremenskim pritiskom. Odatle također nastaje većina problema s pokretljivošću. Pjenjenje u spremniku, ljepljive naslage na tkaninama za oblikovanje i filcu za prešanje i spora drenaža na žici — ova tri problema uzrokuju nerazmjeran udio neplaniranih zastoja, lomljenja limova i nekvalitetne proizvodnje u tvornicama diljem svijeta. Svaki od njih ima poseban profil temeljnog uzroka i svaki zahtijeva ciljani dijagnostički pristup, a ne refleksno povećanje doze kemikalije. Ovaj vodič prolazi kroz mehanizme iza sva tri načina kvara i pruža praktične okvire za rješavanje problema utemeljene na načelima wet-end kemije.

▶Pjenjenje: izvori, mehanizmi i strategije kemijske kontrole

Pjena u mokrom kraju nije jedinstveni problem — to je simptom površinski aktivnog materijala koji se nakuplja brže nego što ga sustav može raspršiti. Primarni izvori površinski aktivnih tvari koje stvaraju pjenu u modernoj proizvodnji papira uključuju ekstrakte drva (masne kiseline, smolne kiseline, sterole), kontaminante od recikliranih vlakana, reintegraciju lomljenja, recirkulaciju procesne vode i višak ili nepravilno otopljene polimerne aditive. Kada se ti površinski aktivni spojevi koncentriraju na granici zrak-voda, oni stabiliziraju mjehuriće zraka u postojane pjenaste strukture koje narušavaju jednolikost protoka kriški, uzrokuju zapreke u limu i uvode zarobljavanje zraka koje slabi vezivanje vlakana.

Kritičan i često zanemaren doprinos mokrom pjenjenju je predoziranje ili nepravilno otapanje sredstava za zadržavanje i drenažu na bazi poliakrilamida. Kada se PAM prah doda u sustav bez odgovarajućeg prethodnog otapanja — osobito ako koncentracija otopine prelazi 0,3 % ili je temperatura vode za otapanje preniska — neotopljene čestice gela i djelomično hidrolizirani polimerni fragmenti mogu povećati površinsku viskoznost sučelja zrak-voda. Ovo stabilizira pjenu umjesto da je suzbija. Ispravan protokol pripreme za aditive na bazi PAM-a je 0,1–0,2% vodena otopina, otopljena u čistoj vodi na 20–40°C uz lagano miješanje najmanje 60 minuta prije doziranja.

Rješavanje problema s pjenjenjem zahtijeva izolaciju je li izvor kemijski (punjenje surfaktantom) ili mehanički (gutanje zraka kroz brtve pumpe, vrtloženje u prsnom dijelu stroja ili nedovoljno odzračivanje u naglavnoj kutiji). Praktičan prvi korak je Ross-Milesov test pjene pomoću uzoraka izvučenih iz usisne pumpe ventilatora i pristupnog sustava glavnog sandučića. Ako se postojanost pjene naglo poveća između ove dvije točke, gutanje zraka u sustavu prilaza je primarni faktor. Ako su razine pjene već visoke u prsnom dijelu stroja, problem leži uzvodno u rukovanju kvarom, recirkulaciji ili kemiji aditiva.

Kontrola pjene: Antifoamer Kompatibilnost s PAM sustavima

Sredstva protiv pjenjenja na bazi mineralnog ulja i silikona učinkovita su u razbijanju uspostavljene pjene, ali njihova točka dodavanja i brzina doziranja moraju se pažljivo upravljati u mlinovima koji također koriste pomoćna sredstva za zadržavanje PAM-a. Predoziranje sredstva protiv pjenjenja — osobito kod proizvoda na bazi ulja — može taložiti hidrofobni materijal na tkanine za oblikovanje, smanjujući stopu drenaže i stvarajući sekundarni problem. Najrobusniji pristup je rješavanje temeljnog uzroka kontroliranjem opterećenja surfaktanta kroz bistrenje bijele vode, pranje otpada i periodično čišćenje sustava, koristeći sredstvo protiv pjenjenja samo kao alat za podešavanje, a ne primarni mehanizam kontrole. Kada je PAM pravilno odabran i doziran, njegovo djelovanje premošćivanja i flokulacije može zapravo smanjiti koncentraciju slobodnih površinski aktivnih tvari u bijeloj vodi ko-flokulacijom površinski aktivnih koloida s finim vlaknima, pridonoseći neizravno smanjenju pjene.

▶Smola i ljepljive naslage: dijagnosticiranje kemije iza zasljepljivanja tkanine

Problemi s naslagama na mokrom dijelu očituju se u dva široko različita oblika: anorganski kamenac (kalcijev karbonat, kalcijev sulfat, silicij) i organski ljepljivi kamenac ili smola. I jedno i drugo može začepiti tkanine i pore od pusta, smanjiti drenažu, uzrokovati defekte listova, au teškim slučajevima izazvati nekontrolirano lomljenje listova. Razlika je bitna jer je kemija potrebna za rješavanje svake od njih bitno drugačija.

Stvaranje anorganskog kamenca

Anorganski kamenac nastaje kada koncentracija teško topljivih soli premaši njihov umnožak topljivosti u krugu bijele vode. U alkalnoj proizvodnji papira — dominantnom sustavu na globalnoj razini od prijelaza s kiselog na neutralno/alkalno oblikovanje — kamenac kalcijevog karbonata najčešći je anorganski talog. Potiče ga visoka zatvorenost sustava (smanjeno razrjeđivanje slatke vode), povišene temperature i uklanjanje CO₂ iz bijele vode, što sve pomiče ravnotežu CaCO₃ prema oborini. Silikatni kamenac sekundarna je briga u mlinovima koji koriste procesnu vodu koja sadrži silikat ili otpad koji sadrži natrijev silikat iz recikliranog pakiranja.

Prvi dijagnostički korak za sumnju na anorganski kamenac je ispitivanje gubitka paljenja na naslagama tkanine ili filca: anorganske naslage ostavljaju znatne ostatke pepela, dok organske ljepljive tvari čisto izgaraju. Identificiranje specifične vrste iona putem ICP analize otopljenih krutih tvari u uzorcima bijele vode usmjerava izbor kemije inhibitora kamenca. Anionski poliakrilamid vrlo niske molekularne težine (ispod 500 000 g/mol) može djelovati kao modifikator rasta kristala koji sprječava kristale CaCO₃ da dosegnu kritičnu veličinu potrebnu za površinsko prianjanje — što se razlikuje od njegove uloge pomoćnika flokulacije s visokim MW. Odabir pogrešnog stupnja molekularne težine APAM-a za kontrolu kamenca uobičajena je pogreška koja dovodi do neučinkovitog tretmana i uzaludnog trošenja kemikalija.

Organski Stickies i Pitch Control

Organske ljepljive tvari potječu iz dva izvora: primarna smola iz drvne smole (esterificirane masne kiseline i smolne kiseline koje se oslobađaju tijekom mehaničke proizvodnje celuloze i visokotemperaturnog rafiniranja) i sekundarne ljepljive tvari iz kontaminanata recikliranih vlakana (ljepila osjetljiva na pritisak, ljepila koja se tope, premazi od lateksa, vosak i ostaci tinte). Oboje postaje problematično kada se koloidna stabilnost sustava bijele vode poremeti - obično tijekom promjena u pH, temperaturi, vodljivosti ili programu aditiva - uzrokujući aglomeraciju i taloženje prethodno raspršenih čestica koloidne smole na hidrofobnim površinama.

Najučinkovitiji kemijski pristup kontroli smole i ljepljivosti je fiksacija: korištenje kationskog polimera za adsorpciju na negativno nabijene koloidne čestice smole, mijenjajući njihov naboj i pričvršćujući ih na površinu vlakana prije nego što se mogu taložiti na tkaninama. Ovdje kationski poliakrilamid igra odlučujuću ulogu. Hengfengovi kationski PAM proizvodi za proizvodnju papira posebno su formulirani s profilima kontrolirane gustoće naboja i molekularne težine kako bi se postigla istovremena fiksacija nagiba, zadržavanje sitnih vlakana i poboljšanje drenaže — izbjegavajući kompromis između kontrole ljepljivosti i performansi drenaže koji se često događa kada se koriste generički kationski polimeri koji nisu optimizirani za sustave pulpe.

Ključni dijagnostički koraci kada se sumnja na ljepljive naslage:

• Izmjerite zeta potencijal bijele vode na pumpi ventilatora — vrijednost negativnija od -15 mV ukazuje na nedovoljnu pokrivenost kationske potražnje i visoku pokretljivost koloidne visine;
• Provedite kationsku titraciju zahtjeva (koloidnu titraciju) na uzorcima bijele vode kako biste kvantificirali anionski naboj koji se mora neutralizirati kationskim dodacima;
• Provjerite redoslijed dodavanja aditiva — kationski PAM mora se dodati nizvodno od anionskog otpada (anionski disperzanti, škrob, CMC) kako bi se spriječila preuranjena neutralizacija naboja i taloženje polimera prije nego što dođe u kontakt s vlaknastom podlogom;
• Pregledajte programe za kondicioniranje tkanine — naslage koje su već prisutne na tkaninama za oblikovanje zahtijevaju enzimsko ili alkalno čišćenje prije nego što kemijske promjene mogu obnoviti performanse odvodnje.

▶Loša drenaža: sustavna dijagnostika osim jednostavnog dodavanja više polimera

Loša drenaža najposljedičniji je problem vlažnog kraja jer se njezini učinci izravno prelijevaju u troškove energije za sušenje, ograničenja brzine stroja i neujednačenost profila vlage u gotovom limu. Kada se drenaža pogorša, instinktivni odgovor u mnogim mlinovima je povećanje doze PAM-a za pomoć zadržavanju - ali to često pogoršava problem. Razumijevanje zašto zahtijeva jasan model onoga što drenažni PAM zapravo radi, a što ne može.

Brzina drenaže na žici za oblikovanje je određena trima otporima: otporom same vlaknaste podloge, otporom drenažne tkanine i hidrodinamičkim otporom vode koja se istiskuje kroz oba. Sredstva za zadržavanje — uključujući PAM — primarno utječu na prvi čimbenik skupljanjem finih vlakana i punila u veće strukture pahuljica koje su manje sklone migriranju u pore tkanine i blokiranju njih. Međutim, ako je temeljni uzrok loše drenaže tkanina koja je već slijepa, preopterećeni sustav bijele vode s prekomjernom koncentracijom sitnih čestica ili pulpa s prekomjernom količinom sekundarnih vlakana koja smanjuju svježinu, dodavanje više PAM-a neće riješiti temeljni problem i može pogoršati stvaranje prostirke stvarajući prekomjerno zadržavanje sitnih čestica koje dodatno povećavaju otpornost tkanine.

Protokol za rješavanje problema s drenažom korak po korak

Strukturirani pristup rješavanju problema s odvodnjom trebao bi započeti mjerenjem, a ne podešavanjem kemijskog sastava. Vrijednosti Schopper-Riegler (SR) ili kanadskog standarda slobodnosti (CSF) ulazne zalihe daju osnovnu razinu slobodnosti bez ikakvog kemijskog tretmana. Ako je slobodnost opala u usporedbi s povijesnim referentnim vrijednostima pri istom sastavu namirnice, uzrok je ili promjena u kvaliteti vlakana (stupanj rafinacije, omjer sekundarnih vlakana, raspodjela duljine vlakana) ili promjena u kemiji bijele vode (vodljivost, pH, opterećenje koloidnim nabojem). Oba se moraju kvantificirati prije nego što se kemijski sastav promijeni.

Doprinos drenaže PAM programa može se izolirati korištenjem dinamičke drenažne posude (DDJ) ili testa Britt jar: provedite uzorke sa i bez trenutnih dodataka polimera na trenutnim točkama dodavanja, zatim testirajte učinak sekvence mijenjanjem redoslijeda kationskih i anionskih komponenti. U pravilno funkcionirajućem retencijskom sustavu mikročestica ili dvostrukog polimera, moguće je postići poboljšanje drenaže za 10–25% SR jedinica u odnosu na netretiranu osnovnu liniju. Ako testovi staklenki ne pokažu mjerljivu reakciju drenaže na dodatke PAM-a, problem leži izvan kemijskog programa — u stanju tkanine, zatvaranju sustava ili pripremi zalihe.

Hengfengovi disperzanti PAM proizvodi za tvornice papira su dizajnirani da smanje viskoznost kaše pulpe i poboljšaju jednolikost disperzije vlakana kao preduvjet za korak koji omogućuje učinkovitije funkcioniranje pomagala za zadržavanje i drenažu. Smanjenjem agregacije vlakana u pristupnom sustavu, disperzant PAM stvara homogeniji sloj koji oblikuje ujednačeniju, manje otpornu podlogu na žici — izravno poboljšavajući brzinu drenaže bez povećanja doze retencionog sredstva. Ovo je posebno učinkovita strategija u mlinovima koji rade s visoko rafiniranim sekundarnim vlaknima ili s visokim gubitkom slobodne tvari.

Uobičajeni scenariji problema s odvodnjom i njihovi primarni uzroci:

• Postupno opadanje drenaže tijekom nekoliko tjedana: obično tkanina zaslijepljena naslagama — riješite čišćenje tkanine prije podešavanja kemijskog sastava;
• Iznenadni gubitak drenaže nakon promjene sastava ili prekida reintegracijskog udara: neravnoteža koloidnog naboja — izmjerite kationski zahtjev i zeta potencijal prije prilagođavanja doze PAM-a;
• Poboljšanje drenaže koje se poništava u roku od nekoliko sati od povećanja doze PAM-a: prekomjerno zadržavanje koje uzrokuje zgušnjavanje matice — smanjite dozu PAM-a i procijenite stupanj molekularne težine;
• Loša drenaža pri pokretanju nakon produljenog isključivanja: neuravnoteženost kemije sustava zbog pokvarene reintegracije — isperite i ponovno uravnotežite bijelu vodu prije rada velikom brzinom;
• Sezonsko opadanje drenaže u korelaciji s promjenama temperature vode: učinci viskoznosti na brzinu drenaže — razmotrite programe doziranja s kompenzacijom temperature.

▶Integracija PAM kemije u stabilan Wet-End kontrolni program

Tri gore opisana problema mokrog kraja — pjenjenje, naslage i loša drenaža — međusobno su povezani kroz koloidnu kemiju sustava bijele vode. Mlin koji rigorozno upravlja ravnotežom naboja sustava (zeta potencijal), opterećenjem anionskog otpada i redoslijedom dodavanja polimera rjeđe će se susresti sa sva tri problema i brže će ih riješiti kada se pojave. Zajednička nit je da je kemija temeljena na PAM-u najučinkovitija kada se primjenjuje na dobro okarakteriziran sustav, a ne koristi se reaktivno za maskiranje simptoma dubljih neravnoteža.

Jiangsu Hengfeng isporučuje kompletan asortiman PAM proizvoda za proizvodnju papira — uključujući pomoćna sredstva za zadržavanje, pomoćna sredstva za drenažu, sredstva za raspršivanje i kationska sredstva za fiksiranje — uz usluge tehničke podrške dizajnirane da pomognu tvornicama u izradi stabilnih wet-end programa temeljenih na mjerenju. Za mlinove koji se susreću s upornim izazovima pjenjenja, taloženja ili drenaže, Hengfengovi inženjeri za primjenu mogu provesti analizu vode na licu mjesta, testiranje posude i optimizaciju slijeda aditiva kako bi identificirali minimalni učinkoviti kemijski program za vašu specifičnu opremu i konfiguraciju stroja. Obratite se našem timu s vašim podacima analize bijele vode i trenutnim programom aditiva za tehničku procjenu bez obveza.