Odstraňování problémů s mokrou chemií: pěnění, usazeniny a špatná drenáž v papírnách

Mokrý konec papírenského stroje je místo, kde se chemie, fyzika a strojírenství sbíhají pod neúprosným časovým tlakem. Zde také vzniká většina problémů s chodem. Pěnění v nátokové skříni, lepkavé usazeniny na formovacích tkaninách a lisovacích plstěních a pomalé odvodňování drátu – tyto tři problémy mají na svědomí neúměrný podíl neplánovaných prostojů, lomů plechů a nekvalitní výroby v závodech po celém světě. Každý z nich má odlišný profil hlavní příčiny a každý vyžaduje cílený diagnostický přístup spíše než reflexivní zvýšení chemického dávkování. Tato příručka vás provede mechanismy za všemi třemi režimy selhání a poskytuje praktické rámce pro odstraňování problémů založené na principech mokré chemie.

▶Pěnování: zdroje, mechanismy a strategie kontroly chemikálií

Pěna v mokré části není jediným problémem – je to příznak povrchově aktivního materiálu, který se hromadí rychleji, než jej systém dokáže rozptýlit. Primární zdroje povrchově aktivních látek vytvářejících pěnu v moderní výrobě papíru zahrnují extraktivní látky ze dřeva (mastné kyseliny, pryskyřičné kyseliny, steroly), nečistoty z recyklovaných vláken, reintegraci zlomků, recirkulaci procesní vody a nadbytečné nebo nesprávně rozpuštěné polymerní přísady. Když se tyto povrchově aktivní sloučeniny koncentrují na rozhraní vzduch-voda, stabilizují vzduchové bubliny do trvalých pěnových struktur, které narušují rovnoměrnost toku řezu, způsobují překážky v listu a zavádějí vzduchové zachycení, které oslabuje vazbu vláken.

Kritickým a často přehlíženým příspěvkem k pěnění za mokra je předávkování nebo nesprávné rozpouštění retenčních a drenážních pomůcek na bázi polyakrylamidu. Když je prášek PAM přidán do systému bez adekvátního předběžného rozpuštění – zejména pokud koncentrace roztoku překročí 0,3 % nebo je teplota rozpouštěcí vody příliš nízká – nerozpuštěné gelové částice a částečně hydrolyzované fragmenty polymeru mohou zvýšit povrchovou viskozitu rozhraní vzduch-voda. Tím se pěna stabilizuje namísto jejího potlačení. Správný postup přípravy přísad na bázi PAM je 0,1–0,2% vodný roztok, rozpuštěný v čisté vodě o teplotě 20–40 °C za mírného míchání po dobu minimálně 60 minut před dávkováním.

Odstraňování problémů s pěněním vyžaduje izolaci, zda je zdroj chemický (naplnění povrchově aktivní látky) nebo mechanický (nasávání vzduchu přes těsnění čerpadla, víření v nádrži stroje nebo nedostatečné odvzdušnění v nátokové skříni). Praktickým prvním krokem je Ross-Milesův pěnový test pomocí vzorků odebraných ze sání ventilátorového čerpadla a nátokového systému. Pokud se perzistence pěny prudce zvýší mezi těmito dvěma body, primárním přispěvatelem je požití vzduchu v přibližovacím systému. Pokud jsou hladiny pěny již vysoké na hrudi stroje, problém spočívá v manipulaci s úlomky, recirkulaci nebo chemii přísad.

Řízení pěny: Kompatibilita odpěňovače se systémy PAM

Minerální olej a odpěňovače na bázi silikonu jsou účinné při rozbíjení vytvořené pěny, ale jejich bod přidávání a rychlost dávkování musí být pečlivě řízeny v mlýnech také s použitím retenčních prostředků PAM. Předávkování odpěňovačem – zejména u produktů na bázi oleje – může ukládat hydrofobní materiál na formovací tkaniny, což snižuje rychlost odvodnění a vytváří sekundární problém. Nejrobustnějším přístupem je řešit hlavní příčinu řízením zatížení povrchově aktivní látky prostřednictvím čištění bílé vody, mytí prasklin a pravidelného čištění systému, přičemž se odpěňovač používá pouze jako nástroj pro úpravu, nikoli jako primární kontrolní mechanismus. Když je PAM správně vybrán a dávkován, jeho přemosťovací a flokulační účinek může ve skutečnosti snížit koncentraci volné povrchově aktivní látky v bílé vodě koflokulací povrchově aktivních koloidů s jemnými vlákny, což nepřímo přispívá ke snížení pěnivosti.

▶Smola a lepkavé usazeniny: Diagnostika chemie za oslepováním tkanin

Problémy s usazováním na mokrém konci se projevují ve dvou široce odlišných formách: anorganické okují (uhličitan vápenatý, síran vápenatý, oxid křemičitý) a organické lepkavé látky nebo smola. Obojí může zaslepit tvarovací tkaniny a póry plsti, snížit odvodnění, způsobit defekty plechu a ve vážných případech způsobit nekontrolované praskání plechu. Na rozdílu záleží, protože chemie potřebná k řešení každého z nich je zásadně odlišná.

Anorganická tvorba vodního kamene

Anorganický kotel se tvoří, když koncentrace málo rozpustných solí překročí jejich součin rozpustnosti ve smyčce bílé vody. V alkalické výrobě papíru – celosvětově dominantním systému od přechodu z kyselého na neutrální/alkalické klížení – je usazování uhličitanu vápenatého nejběžnějším anorganickým usazeninami. Je podporováno vysokým uzavřením systému (snížené ředění sladkou vodou), zvýšenými teplotami a stripováním CO₂ z bílé vody, které všechny posouvají rovnováhu CaCO3 směrem ke srážkám. Okujování oxidu křemičitého je druhotným problémem v závodech používajících procesní vodu obsahující křemičitany nebo drť obsahující křemičitan sodný z recyklovaných obalů.

Prvním diagnostickým krokem pro podezření na anorganický kotel je testování ztráty vznícení na tkaninách nebo plstěných usazeninách: anorganické usazeniny zanechávají značné zbytky popela, zatímco organické lepkavé látky hoří čistě. Identifikace specifických druhů iontů pomocí ICP analýzy rozpuštěných pevných látek ve vzorcích bílé vody řídí výběr chemie inhibitoru vodního kamene. Aniontový polyakrylamid s velmi nízkou molekulovou hmotností (pod 500 000 g/mol) může fungovat jako modifikátor růstu krystalů, který zabraňuje krystalům CaCO3 dosáhnout kritické velikosti potřebné pro povrchovou adhezi – což je odlišná funkce od jeho role jako pomocného flokulačního prostředku s vysokou MW. Výběr nesprávné třídy molekulové hmotnosti APAM pro kontrolu tvorby vodního kamene je běžnou chybou, která vede k neúčinné úpravě a plýtvání chemickými prostředky.

Organické Stickies a Pitch Control

Organické lepkavé hmoty pocházejí ze dvou zdrojů: primární smůla z dřevěné pryskyřice (esterifikované mastné kyseliny a pryskyřičné kyseliny uvolňované během mechanického rozvlákňování a vysokoteplotní rafinace) a sekundární lepivé hmoty z recyklovaných vláknitých nečistot (lepidla citlivá na tlak, tavná lepidla, latexové nátěry, vosk a zbytky inkoustu). Obojí se stává problematickým, když je narušena koloidní stabilita systému bílé vody – typicky během změn pH, teploty, vodivosti nebo aditivního programu – což způsobuje, že dříve rozptýlené částice koloidní smoly se shlukují a ukládají na hydrofobních površích.

Nejúčinnějším chemickým přístupem ke kontrole smůly a lepivosti je fixace: použití kationtového polymeru k adsorbci na záporně nabité částice koloidní smoly, obrácení jejich náboje a jejich připojení k povrchu vlákna dříve, než se mohou usadit na tkaninách. Zde hraje rozhodující roli kationtový polyakrylamid. Kationtové produkty PAM společnosti Hengfeng pro výrobu papíru jsou specificky formulovány s řízenou hustotou náboje a profily molekulové hmotnosti, aby bylo dosaženo současné fixace smoly, retence jemných vláken a zlepšení odvodnění – vyhýbají se kompromisu mezi kontrolou lepivosti a výkonem odvodnění, ke kterému často dochází při použití generických kationtových polymerů, které nejsou optimalizovány pro systémy buničiny.

Klíčové diagnostické kroky při podezření na lepkavé usazeniny:

• Změřte zeta potenciál bílé vody na čerpadle ventilátoru — hodnota zápornější než -15 mV indikuje nedostatečné pokrytí kationtové poptávky a vysokou mobilitu koloidního tónu;
• Proveďte titraci kationtové poptávky (koloidní titraci) na vzorcích bílé vody, abyste kvantifikovali aniontový náboj, který musí být neutralizován kationtovými přísadami;
• Zkontrolujte pořadí přidávání přísad – kationtový PAM musí být přidán za aniontovým odpadem (aniontové dispergátory, škrob, CMC), aby se zabránilo předčasné neutralizaci náboje a vysrážení polymeru předtím, než se dostane do kontaktu s vláknitou rohoží;
• Zkontrolujte programy kondicionování tkanin – usazeniny již přítomné na formovacích tkaninách vyžadují enzymatické nebo alkalické čištění, než chemické změny mohou obnovit odvodňovací výkon.

▶Špatná drenáž: Systematická diagnostika nad rámec pouhého přidávání více polymeru

Špatné odvodnění je nejzávažnějším problémem mokrého konce, protože jeho účinky kaskádovitě klesají přímo do nákladů na energii sušení, omezení rychlosti stroje a nerovnoměrnosti profilu vlhkosti v hotovém listu. Když se odvodnění zhorší, instinktivní odezvou v mnoha závodech je zvýšení dávky retenčního prostředku PAM – to však často problém zhoršuje. Pochopení proč vyžaduje jasný model toho, co drenáž PAM skutečně dělá a co nemůže.

Rychlost odvodnění na formovacím drátu je řízena třemi odpory: odporem samotné vláknité rohože, odporem drenážní tkaniny a hydrodynamickým odporem vody vytlačované oběma. Retenční pomůcky – včetně PAM – primárně ovlivňují první faktor tím, že agregují jemné částice vláken a plniva do větších vločkových struktur, které jsou méně náchylné k migraci do a blokování pórů tkaniny. Pokud je však hlavní příčinou špatného odvodnění již zaslepená tkanina, přetížený systém bílé vody s nadměrnou koncentrací jemných částic nebo buničina s nadměrným sekundárním vláknem snižujícím odvodnění, přidání dalšího PAM nevyřeší základní problém a může zhoršit tvorbu rohoží vytvořením nadměrného zadržování jemných částic, které dále zvyšují odolnost rohože.

Protokol pro odstraňování problémů s odvodněním krok za krokem

Strukturovaný přístup k odstraňování problémů s drenáží by měl začínat měřením, nikoli úpravou chemie. Hodnoty Schopper-Riegler (SR) nebo Canadian Standard Freeness (CSF) vstupních zásob poskytují základní prostupnost bez jakéhokoli chemického ošetření. Pokud se odvodnění snížilo ve srovnání s historickými referenčními hodnotami při stejném složení zanášky, příčinou je buď změna kvality vlákna (stupeň rafinace, poměr sekundárních vláken, distribuce délek vláken) nebo změna chemického složení bílé vody (vodivost, pH, zatížení koloidním nábojem). Obojí musí být kvantifikováno před modifikací chemie.

Drenážní příspěvek programu PAM lze izolovat pomocí dynamické drenážní nádoby (DDJ) nebo testu Brittové nádoby: analyzujte vzorky s aktuálními přídavky polymeru a bez nich v aktuálních bodech přidávání, poté otestujte sekvenční efekt změnou pořadí kationtových a aniontových složek. Ve správně fungujícím mikročásticovém nebo dvoupolymerovém retenčním systému je dosažitelné zlepšení drenáže o 10–25 % jednotek SR ve srovnání s neošetřenou základní linií. Pokud testy nádob nevykazují žádnou měřitelnou odezvu odvodnění na přídavky PAM, problém leží mimo chemický program – ve stavu tkaniny, uzavření systému nebo přípravě zásob.

Dispergační PAM produkty společnosti Hengfeng pro papírny jsou navrženy tak, aby snížily viskozitu kaše buničiny a zlepšily rovnoměrnost disperze vláken jako nezbytný krok, který umožňuje účinnější funkci retenčních a odvodňovacích prostředků. Snížením agregace vláken v přibližovacím systému vytváří dispergační činidlo PAM homogennější zanášku, která tvoří rovnoměrnější, méně odolnou podložku na drátě – přímo zlepšuje odvodňovací rychlost bez zvýšení dávky retenčního prostředku. Toto je zvláště účinná strategie v mlýnech provozujících vysoce rafinované nebo vysoce bezztrátové sekundární vlákna.

Běžné scénáře problémů s odvodněním a jejich primární příčiny:

• Postupný pokles drenáže během několika týdnů: typicky oslepení tkaniny usazeninami — řešte čištění tkaniny před úpravou chemie;
• Náhlá ztráta odvodnění po změně dodávky nebo přerušené reintegrační vlně: nerovnováha koloidního náboje – změřte kationtovou poptávku a zeta potenciál před úpravou dávkování PAM;
• Zlepšení odvodnění, které se změní během několika hodin po zvýšení dávky PAM: nadměrné zadržování způsobující zhuštění rohože — snižte dávkování PAM a vyhodnoťte stupeň molekulové hmotnosti;
• Špatné odvodnění při startu po delším odstavení: nerovnováha chemie systému způsobená rozbitou reintegrací – před spuštěním na rychlost propláchněte a znovu vyrovnejte bílou vodu;
• Sezónní pokles odvodnění korelující se změnami teploty vody: vliv viskozity na rychlost odvodnění – zvažte teplotně kompenzované dávkovací programy.

▶Integrace chemie PAM do stabilního programu kontroly mokrého konce

Tři výše popsané problémy s vlhkým koncem – pěnění, usazeniny a špatná drenáž – jsou vzájemně propojeny prostřednictvím koloidní chemie systému bílé vody. Mlýn, který důsledně řídí rovnováhu náboje v systému (potenciál zeta), zatížení aniontovým odpadem a sekvenci přidávání polymeru, bude mít všechny tři problémy méně často a vyřeší je rychleji, když nastanou. Společným tématem je, že chemie založená na PAM je nejúčinnější, když je aplikována na dobře charakterizovaný systém a nepoužívá se reaktivně k maskování příznaků hlubších nerovnováh.

Jiangsu Hengfeng dodává kompletní řadu produktů PAM pro výrobu papíru – včetně retenčních pomůcek, drenážních pomůcek, dispergačních činidel a kationtových fixačních činidel – se službami technické podpory navrženými tak, aby pomohly závodům vybudovat stabilní programy mokrého konce založené na měření. U mlýnů, které se potýkají s přetrvávajícími problémy s pěněním, usazováním nebo odvodňováním, mohou aplikační inženýři společnosti Hengfeng provést analýzu vody na místě, testování nádob a optimalizaci sekvence aditiv, aby určili minimální účinný chemický program pro vaši specifickou konfiguraci materiálu a stroje. Kontaktujte náš tým s údaji o analýze bílé vody a aktuálním aditivním programem pro nezávazné technické posouzení.