Depanarea chimiei la capătul umed: spumare, depuneri și drenaj slab în fabricile de hârtie

Capătul umed al unei mașini de hârtie este locul în care chimia, fizica și ingineria mecanică converg sub presiunea timpului. De asemenea, este locul unde provin majoritatea problemelor de rulare. Spumă în cutia de cap, depuneri lipicioase pe țesăturile formate și pe pâsle de presare și drenarea lenta pe sârmă - aceste trei probleme reprezintă o pondere disproporționată a timpului de oprire neplanificat, ruperea foii și producția necalitată în fabricile din întreaga lume. Fiecare are un profil distinct al cauzei principale și fiecare necesită o abordare de diagnosticare direcționată, mai degrabă decât o creștere reflexă a dozei chimice. Acest ghid prezintă mecanismele din spatele tuturor celor trei moduri de defecțiune și oferă cadre practice de depanare bazate pe principiile chimiei de tip wet-end.

▶Spumarea: surse, mecanisme și strategii de control chimic

Spuma din capătul umed nu este o singură problemă - este un simptom al materialului activ la suprafață care se acumulează mai repede decât îl poate disipa sistemul. Sursele primare de surfactanți generatori de spumă în fabricarea modernă a hârtiei includ extractii din lemn (acizi grași, acizi rășini, steroli), contaminanți din fibre reciclate, reintegrarea sparte, recircularea apei de proces și aditivi polimerici în exces sau dizolvați incorect. Când acești compuși activi de suprafață se concentrează la interfața aer-apă, ei stabilizează bulele de aer în structuri persistente de spumă care perturbă uniformitatea fluxului de felii, provoacă blocare în foiță și introduc captarea aerului care slăbește legarea fibrelor.

O contribuție critică și frecvent neglijată la spumarea la capătul umed este supradozajul sau dizolvarea necorespunzătoare a ajutoarelor de retenție și drenaj pe bază de poliacrilamidă. Când pulberea PAM este adăugată în sistem fără o pre-dizolvare adecvată - în special dacă concentrația soluției depășește 0,3% sau temperatura apei de dizolvare este prea scăzută - particulele de gel nedizolvate și fragmentele de polimer parțial hidrolizate pot crește vâscozitatea de suprafață a interfeței aer-apă. Acest lucru stabilizează spuma în loc să o suprima. Protocolul corect de preparare pentru aditivii pe bază de PAM este o soluție apoasă 0,1–0,2%, dizolvată în apă curată la 20–40°C cu agitare ușoară timp de minim 60 de minute înainte de dozare.

Depanarea spumei necesită izolarea dacă sursa este chimică (încărcare de agent tensioactiv) sau mecanică (ingestie de aer prin garniturile pompei, agitată în cutia mașinii sau dezaerare insuficientă în cutia principală). Un prim pas practic este testul de spumă Ross-Miles folosind mostre prelevate de la aspirația pompei ventilatorului și sistemul de abordare a cutiei de cap. Dacă persistența spumei crește brusc între aceste două puncte, ingestia de aer în sistemul de apropiere este un factor principal care contribuie. Dacă nivelurile de spumă sunt deja ridicate la nivelul mașinii, problema se află în amonte în manipularea spartelor, recirculare sau chimie aditivă.

Controlul spumei: Compatibilitate antispumant cu sistemele PAM

Uleiurile minerale și antispumante pe bază de silicon sunt eficienți la spargerea spumei stabilite, dar punctul lor de adăugare și rata de dozare trebuie gestionate cu atenție în mori folosind și ajutoare de reținere PAM. Supradozajul cu antispumant – în special în cazul produselor pe bază de ulei – poate depune material hidrofob pe țesăturile formate, reducând ratele de drenaj și creând o problemă secundară. Cea mai robustă abordare este de a aborda cauza principală prin controlul încărcării cu surfactant prin limpezirea apei albe, spălarea spartelor și curățarea periodică a sistemului, folosind antispumantul doar ca instrument de tăiere, mai degrabă decât un mecanism de control primar. Atunci când PAM este selectat și dozat corespunzător, acțiunea sa de pontare și floculare poate reduce de fapt concentrația de surfactant liber în apa albă prin coflocularea coloizilor activi de suprafață cu fibre fine, contribuind indirect la reducerea spumei.

▶Depunerile de smoală și lipicioase: diagnosticarea chimiei din spatele orbirii țesăturilor

Problemele de depozit de la capătul umed se manifestă în două forme diferite: calcar anorganic (carbonat de calciu, sulfat de calciu, silice) și lipicioase sau smoală organică. Ambele pot orbi formând țesăturile și porii din pâslă, pot reduce scurgerea, pot provoca defecte ale foii și, în cazuri severe, pot declanșa rupturi necontrolate ale foii. Distincția contează, deoarece chimia necesară pentru a aborda fiecare este fundamental diferită.

Formarea scării anorganice

Calcarul anorganic se formează atunci când concentrația de săruri puțin solubile depășește produsul lor de solubilitate în bucla de apă albă. În fabricarea hârtiei alcaline - sistemul dominant la nivel global de la trecerea de la dimensionare acidă la neutru/alcalin - detartrajul de carbonat de calciu este cel mai frecvent depozit anorganic. Este promovat de închiderea ridicată a sistemului (diluție redusă a apei proaspete), temperaturi ridicate și eliminarea CO₂ din apa albă, toate acestea deplasând echilibrul CaCO₃ către precipitații. Detartrajul cu silice este o preocupare secundară în morile care utilizează apă de proces care conține silicați sau sparturi care conțin silicat de sodiu din ambalaje reciclate.

Primul pas de diagnosticare pentru suspectarea calcarului anorganic este testarea pierderii la aprindere pe depuneri de material sau pâslă: depozitele anorganice lasă un reziduu substanțial de cenușă, în timp ce lipiciurile organice ard curat. Identificarea speciilor de ioni specifici prin analiza ICP a solidelor dizolvate în probele de apă albă direcționează alegerea chimiei inhibitorului de calcar. Poliacrilamida anionică cu greutate moleculară foarte mică (sub 500.000 g/mol) poate funcționa ca un modificator de creștere a cristalelor care împiedică cristalele de CaCO₃ să atingă dimensiunea critică necesară pentru aderența la suprafață - o funcție distinctă de rolul său ca ajutor de floculare cu MW mare. Selectarea unui grad greșit de greutate moleculară a APAM pentru controlul scalarii este o eroare comună care duce la un tratament ineficient și la cheltuiala chimică irosită.

Organic Stickies și Pitch Control

Produsele lipicioase organice provin din două surse: smoală primară din rășină de lemn (acizi grași esterificați și acizi rășini eliberați în timpul pulverizării mecanice și rafinării la temperatură înaltă) și lipicioase secundare din contaminanții din fibre reciclate (adezivi sensibili la presiune, adezivi topibili, acoperiri de latex, ceară și reziduuri de cerneală). Ambele devin problematice atunci când stabilitatea coloidală a sistemului de apă albă este perturbată - de obicei în timpul schimbărilor de pH, temperatură, conductivitate sau program de aditivi - determinând particulele de smoală coloidală dispersate anterior să se aglomereze și să se depună pe suprafețele hidrofobe.

Cea mai eficientă abordare bazată pe chimie pentru controlul smoală și stickies este fixarea: folosind un polimer cationic pentru a se adsorbi pe particulele de smoală coloidal încărcate negativ, inversând sarcina acestora și atașându-le la suprafața fibrei înainte ca acestea să se poată depune pe țesături. Aici poliacrilamida cationică joacă un rol decisiv. Produsele PAM cationice de la Hengfeng pentru fabricarea hârtiei sunt special formulate cu profiluri de densitate de încărcare și greutate moleculară controlate pentru a obține fixarea simultană a pasului, reținerea finelor de fibre și îmbunătățirea drenajului - evitând compromisul între controlul lipiciilor și performanța de drenaj care apare adesea atunci când se utilizează polimeri cationici generici neoptimizați pentru sistemele de pastă.

Pași cheie de diagnosticare atunci când sunt suspectate depuneri lipicioase:

• Măsurați potențialul zeta al apei albe la pompa ventilatorului - o valoare mai negativă decât -15 mV indică o acoperire insuficientă a cererii de cationi și o mobilitate ridicată a pasului coloidal;
• Efectuați o titrare cu cerere cationică (titrare coloid) pe probe de apă albă pentru a cuantifica încărcătura anionică care trebuie neutralizată de aditivi cationici;
• Verificați secvența de adăugare a aditivilor - PAM cationic trebuie adăugat în aval de gunoiul anionic (dispersanți anionici, amidon, CMC) pentru a preveni neutralizarea prematură a sarcinii și precipitarea polimerului înainte de a intra în contact cu stratul de fibre;
• Inspectați programele de condiționare a țesăturilor - depunerile deja prezente pe țesăturile formate necesită curățare enzimatică sau alcalină înainte ca modificările chimice să poată restabili performanța de drenaj.

▶ Drenaj slab: diagnostic sistematic dincolo de simpla adăugare a mai multor polimeri

Drenajul deficitar este cea mai importantă problemă la capătul umed, deoarece efectele sale se încadrează direct în costurile energiei de uscare, limitările de viteză ale mașinii și neuniformitatea profilului de umiditate în tabla finită. Când drenajul se deteriorează, răspunsul instinctiv în multe mori este de a crește doza de ajutor pentru retenția PAM - dar acest lucru agravează frecvent problema. Înțelegerea de ce necesită un model clar a ceea ce face de fapt PAM de drenaj și ce nu poate face.

Viteza de drenaj pe firul de formare este guvernată de trei rezistențe: rezistența covorașului de fibre în sine, rezistența țesăturii de drenaj și rezistența hidrodinamică a apei care este deplasată prin ambele. Ajutoarele de reținere – inclusiv PAM – influențează în primul rând primul factor prin agregarea fibrelor fine și a materialelor de umplutură în structuri mai mari de floc, care sunt mai puțin predispuse să migreze și să blocheze porii țesăturii. Cu toate acestea, dacă cauza principală a drenajului slab este o țesătură deja orbită, un sistem de apă albă supraîncărcat cu concentrație excesivă de fine sau o pulpă cu fibre secundare excesive care reduc libertatea, adăugarea de mai mult PAM nu va rezolva problema de bază și poate agrava formarea covorașului prin crearea supraretenției finelor care cresc și mai mult rezistența covorașului.

Protocol de depanare pas cu pas de drenaj

O abordare structurată a depanării de drenaj ar trebui să înceapă cu măsurare, nu cu ajustarea chimică. Valorile Schopper-Riegler (SR) sau Canadian Standard Freeness (CSF) ale stocului de intrare oferă libertatea de bază fără niciun tratament chimic. Dacă libertatea a scăzut în comparație cu reperele istorice la aceeași compoziție de furnir, cauza este fie o modificare a calității fibrei (grad de rafinare, raportul fibrelor secundare, distribuția lungimii fibrei), fie o modificare a chimiei apei albe (conductivitate, pH, sarcină coloidală). Ambele trebuie cuantificate înainte ca chimia să fie modificată.

Contribuția la drenaj a programului PAM poate fi izolată utilizând un borcan de drenaj dinamic (DDJ) sau un test cu borcan Britt: rulați probe cu și fără adaosuri curente de polimer la punctele de adăugare curente, apoi testați efectul secvenței variind ordinea componentelor cationice și anionice. Într-un sistem de reținere de microparticule sau dublu polimer care funcționează corespunzător, este posibilă îmbunătățirea drenajului cu 10-25% unități SR față de linia de bază netratată. Dacă testele borcanelor nu arată un răspuns măsurabil de drenaj la adăugările de PAM, problema se află în afara programului de chimie - în starea țesăturii, închiderea sistemului sau pregătirea stocului.

Produsele PAM dispersante de la Hengfeng pentru fabricile de hârtie sunt concepute pentru a scădea vâscozitatea nămolului de pulpă și pentru a îmbunătăți uniformitatea dispersiei fibrelor ca o etapă prealabilă care permite ajutoarelor de retenție și drenaj să funcționeze mai eficient. Prin reducerea agregării fibrelor în sistemul de abordare, dispersantul PAM creează o acoperire mai omogenă care formează un covor mai uniform, mai puțin rezistent pe fir - îmbunătățind direct rata de drenaj fără a crește doza de ajutor de retenție. Aceasta este o strategie deosebit de eficientă în fabricile care utilizează fibre secundare foarte rafinate sau cu pierderi mari de liber.

Scenariile comune cu probleme de drenaj și cauzele lor primare:

• Scăderea treptată a drenajului pe parcursul mai multor săptămâni: în mod obișnuit orbirea țesăturii prin depuneri - se adresează cu curățarea țesăturii înainte de ajustarea chimică;
• Pierderea bruscă a drenajului în urma unei schimbări a furnizării sau a unei explozii de reintegrare întreruptă: dezechilibru de încărcare coloidală - măsurați cererea cationică și potențialul zeta înainte de ajustarea dozei de PAM;
• Îmbunătățirea drenajului care se inversează în câteva ore de la creșterea dozei de PAM: supraretenție care provoacă densificarea mat - reduceți doza de PAM și evaluați gradul de greutate moleculară;
• Drenaj slab la pornire după oprire prelungită: dezechilibru chimic al sistemului de la reintegrarea întreruptă — spălați și reechilibrați apa albă înainte de a rula la viteză;
• Declinul sezonier al drenajului corelat cu schimbările de temperatură a apei: efectele vâscozității asupra ratei de drenaj - luați în considerare programele de dozare compensate cu temperatură.

▶Integrarea chimiei PAM într-un program stabil de control al zonei umede

Cele trei probleme de capăt umed descrise mai sus - spumare, depuneri și drenaj slab - sunt interconectate prin chimia coloidală a sistemului de apă albă. O moară care își gestionează în mod riguros echilibrul de încărcare a sistemului (potențial zeta), sarcina de gunoi anionic și secvența de adăugare a polimerului va întâmpina toate cele trei probleme mai rar și le va rezolva mai rapid atunci când apar. Firma comună este că chimia bazată pe PAM este cea mai eficientă atunci când este aplicată la un sistem bine caracterizat, neutilizată în mod reactiv pentru a masca simptomele dezechilibrelor mai profunde.

Jiangsu Hengfeng furnizează o gamă completă de produse PAM pentru fabricarea hârtiei - inclusiv ajutoare de reținere, ajutoare de drenaj, dispersanți și agenți de fixare cationică - cu servicii de asistență tehnică concepute pentru a ajuta fabricile să construiască programe stabile, bazate pe măsurare. Pentru morile care se confruntă cu provocări persistente de spumare, depozitare sau drenare, inginerii de aplicații Hengfeng pot efectua analize la fața locului a apei, testarea borcanelor și optimizarea secvenței de aditivi pentru a identifica programul de chimie minim eficient pentru configurația specifică a echipamentelor și a mașinii. Contactați echipa noastră cu datele dvs. de analiză a apei albe și programul actual de aditivi pentru o evaluare tehnică fără obligații.