Устранение неполадок в химическом процессе проточной части: пенообразование, отложения и плохой дренаж на бумажных фабриках

Мокрая часть бумагоделательной машины — это место, где химия, физика и машиностроение сходятся в условиях неослабевающей нехватки времени. Именно здесь возникает большинство проблем с работоспособностью. Пена в напорном ящике, липкие отложения на формовочных тканях и сукне для прессования, а также медленный дренаж на сетке — эти три проблемы являются причиной непропорционально большой доли незапланированных простоев, разрывов листов и некачественной продукции на фабриках по всему миру. Каждый из них имеет свой профиль первопричины, и каждый требует целенаправленного диагностического подхода, а не рефлекторного увеличения дозировки химических веществ. В этом руководстве рассматриваются механизмы, лежащие в основе всех трех видов отказов, и предлагаются практические схемы устранения неполадок, основанные на принципах химии проточной части.

▶Пенообразование: источники, механизмы и стратегии химического контроля

Пена в мокрой части — это не единственная проблема — это признак того, что поверхностно-активный материал накапливается быстрее, чем система может его рассеять. Основными источниками пенообразующих поверхностно-активных веществ в современном производстве бумаги являются экстрактивные вещества древесины (жирные кислоты, смоляные кислоты, стерины), загрязняющие вещества из переработанных волокон, реинтеграция разрывов, рециркуляция технологической воды и избыточные или неправильно растворенные полимерные добавки. Когда эти поверхностно-активные соединения концентрируются на границе раздела воздух-вода, они стабилизируют пузырьки воздуха, образуя стойкие пенистые структуры, которые нарушают однородность потока срезов, вызывают образование заломов в листе и вызывают захват воздуха, который ослабляет соединение волокон.

Критическим и часто упускаемым из виду фактором вспенивания мокрой части является передозировка или неправильное растворение удерживающих и дренажных добавок на основе полиакриламида. Когда порошок ПАМ добавляется в систему без надлежащего предварительного растворения — особенно если концентрация раствора превышает 0,3% или температура воды для растворения слишком низкая — нерастворенные частицы геля и частично гидролизованные фрагменты полимера могут увеличить поверхностную вязкость границы раздела воздух-вода. Это стабилизирует пену, а не подавляет ее. Правильный протокол приготовления добавок на основе ПАМ — это 0,1–0,2% водный раствор, растворенный в чистой воде при температуре 20–40°C при осторожном перемешивании в течение как минимум 60 минут перед дозированием.

Для устранения проблем с пенообразованием необходимо определить, является ли источник химическим (загрузка поверхностно-активных веществ) или механическим (засасывание воздуха через уплотнения насоса, завихрение в камере машины или недостаточная деаэрация в напорном ящике). Первым практическим шагом является испытание пены Росса-Майлза с использованием образцов, взятых из всасывающего патрубка вентиляторного насоса и системы напорного ящика. Если стойкость пены резко возрастает между этими двумя точками, основной причиной является засасывание воздуха в подходящую систему. Если уровень пены в камере машины уже высок, проблема заключается в обработке отходов, рециркуляции или химических добавках.

Контроль пенообразования: совместимость пеногасителя с системами PAM

Пеногасители на основе минерального масла и силикона эффективны для разрушения устоявшейся пены, но время их добавления и дозировка должны тщательно контролироваться на заводах, также использующих средства удержания ПАМ. Передозировка пеногасителя, особенно продуктов на масляной основе, может привести к отложению гидрофобного материала на формовочных тканях, что уменьшит скорость дренажа и создаст вторичную проблему. Самый надежный подход заключается в устранении основной причины путем контроля содержания поверхностно-активных веществ посредством осветления сточной воды, промывки сломанной воды и периодической очистки системы, используя пеногаситель только в качестве средства регулировки, а не основного механизма контроля. Когда ПАМ правильно выбран и дозирован, его связывающее и флокуляционное действие может фактически снизить концентрацию свободных поверхностно-активных веществ в оборотной воде за счет совместной флокуляции поверхностно-активных коллоидов с мелкими волокнами, что косвенно способствует снижению пенообразования.

▶Смола и липкие отложения: диагностика химического состава тканевого покрытия

Проблемы с отложениями на мокрой части проявляются в двух совершенно разных формах: неорганические отложения (карбонат кальция, сульфат кальция, кремнезем) и органические липкие вещества или смола. Оба могут закрывать поры формовочной ткани и войлока, уменьшать дренаж, вызывать дефекты листов, а в тяжелых случаях вызывать неконтролируемые разрывы листов. Это различие имеет значение, поскольку химия, необходимая для решения каждого из них, фундаментально различна.

Образование неорганической накипи

Неорганические накипи образуются, когда концентрация труднорастворимых солей превышает произведение их растворимости в контуре оборотной воды. В щелочном производстве бумаги — доминирующей системе во всем мире с момента перехода от кислотной к нейтральной/щелочной проклейке — накипь карбоната кальция является наиболее распространенным неорганическим отложением. Этому способствует сильное закрытие системы (пониженное разбавление пресной воды), повышенные температуры и удаление CO₂ из сточной воды, все из которых смещают равновесие CaCO₃ в сторону выпадения осадков. Окалина кремнезема является второстепенной проблемой на заводах, использующих технологическую воду, содержащую силикат, или фракцию, содержащую силикат натрия, из переработанной упаковки.

Первым этапом диагностики при подозрении на наличие неорганической накипи является проверка на потерю возгорания на тканевых или войлочных отложениях: неорганические отложения оставляют значительный остаток золы, а органические липкие вещества сгорают полностью. Идентификация конкретных видов ионов с помощью ICP-анализа растворенных твердых веществ в пробах сточной воды определяет выбор химического состава ингибитора отложений. Анионный полиакриламид с очень низкой молекулярной массой (ниже 500 000 г/моль) может действовать как модификатор роста кристаллов, предотвращая достижение кристаллами CaCO₃ критического размера, необходимого для поверхностной адгезии, что является отличной функцией от его роли вспомогательного средства для флокуляции с высокой молекулярной массой. Выбор неправильного класса APAM по молекулярной массе для контроля отложений является распространенной ошибкой, которая приводит к неэффективной очистке и напрасным затратам химикатов.

Органические стикеры и контроль высоты тона

Органические клейкие вещества происходят из двух источников: первичные клейкие вещества из древесной смолы (этерифицированные жирные кислоты и смоляные кислоты, выделяющиеся при механической варке целлюлозы и высокотемпературном рафинировании) и вторичные клейкие вещества из переработанных загрязнителей волокна (клеи, чувствительные к давлению, термоплавкие клеи, латексные покрытия, воск и остатки чернил). И то, и другое становится проблематичным, когда коллоидная стабильность системы водоснабжения нарушается — обычно во время изменений pH, температуры, проводимости или программы добавок — что приводит к агломерации ранее диспергированных частиц коллоидного пека и отложению на гидрофобных поверхностях.

Наиболее эффективным химическим подходом к контролю смолы и липкости является фиксация: использование катионного полимера для адсорбции на отрицательно заряженных частицах коллоидной смолы, изменения их заряда и прикрепления их к поверхности волокна до того, как они смогут отложиться на ткани. Именно здесь катионный полиакриламид играет решающую роль. Катионные PAM-продукты Hengfeng для производства бумаги специально разработаны с контролируемой плотностью заряда и профилями молекулярной массы для достижения одновременной фиксации пека, удержания мелких волокон и улучшения дренажа - избегая компромисса между контролем липкости и эффективностью дренажа, который часто возникает при использовании обычных катионных полимеров, не оптимизированных для систем целлюлозы.

Ключевые диагностические шаги при подозрении на наличие липких отложений:

• Измерьте зета-потенциал чистой воды на вентиляторном насосе — значение более отрицательное, чем -15 мВ, указывает на недостаточное покрытие потребности в катионах и высокую подвижность коллоидного пека;
• Выполните титрование по потребности в катионах (коллоидное титрование) образцов белой воды, чтобы количественно определить анионный заряд, который необходимо нейтрализовать катионными добавками;
• Проверьте последовательность добавления добавок — катионный ПАМ необходимо добавлять после анионных отходов (анионных диспергаторов, крахмала, КМЦ), чтобы предотвратить преждевременную нейтрализацию заряда и осаждение полимера до того, как он вступит в контакт с волокнистым матом;
• Проверьте программы кондиционирования тканей — отложения, уже присутствующие на формирующих тканях, требуют ферментативной или щелочной очистки, прежде чем химические изменения смогут восстановить эффективность дренажа.

▶Плохой дренаж: систематическая диагностика, помимо простого добавления большего количества полимера

Плохой дренаж является наиболее серьезной проблемой мокрой части, поскольку его последствия напрямую связаны с затратами на электроэнергию для сушки, ограничениями скорости машины и неравномерностью профиля влажности в готовом листе. Когда дренаж ухудшается, на многих заводах инстинктивной реакцией является увеличение дозировки средств, способствующих удержанию ПАМ, но это часто усугубляет проблему. Понимание того, почему, требует четкой модели того, что на самом деле делает дренажный PAM, а чего он не может.

Скорость дренажа формирующей проволоки определяется тремя сопротивлениями: сопротивлением самого волокнистого мата, сопротивлением дренажной ткани и гидродинамическим сопротивлением воды, вытесняемой через них. Средства удержания, в том числе ПАМ, в первую очередь влияют на первый фактор, объединяя мелкие волокна и наполнители в более крупные хлопьевидные структуры, которые менее склонны к миграции и блокированию пор ткани. Однако, если основной причиной плохого дренажа является уже запотевшая ткань, перегруженная система оборотного водоснабжения с чрезмерной концентрацией мелких частиц или целлюлозная композиция с чрезмерным вторичным волокном, снижающим помол, добавление большего количества ПАМ не решит основную проблему и может ухудшить образование мата, создавая чрезмерное удержание мелких частиц, что еще больше увеличивает сопротивление мату.

Пошаговый протокол устранения неполадок с дренажем

Структурированный подход к устранению неисправностей дренажа должен начинаться с измерения, а не с корректировки химического состава. Значения Шоппера-Риглера (SR) или канадской стандартной помола (CSF) поступающего сырья обеспечивают базовую степень помола без какой-либо химической обработки. Если степень помола снизилась по сравнению с историческими контрольными показателями при том же составе смеси, то причиной является либо изменение качества волокна (степень очистки, соотношение вторичных волокон, распределение волокон по длине), либо изменение химического состава чистой воды (проводимость, pH, коллоидная зарядовая нагрузка). Оба должны быть определены количественно, прежде чем химические изменения будут изменены.

Вклад программы PAM в дренаж можно выделить с помощью динамического дренажного сосуда (DDJ) или теста с сосудом Бритта: прогоните образцы с текущими добавками полимера и без них в текущих точках добавления, затем проверьте эффект последовательности, изменяя порядок катионных и анионных компонентов. В правильно функционирующей системе удерживания микрочастиц или двухполимеров достижимо улучшение дренажа на 10–25% единиц SR по сравнению с необработанным исходным уровнем. Если тесты в банках не показывают измеримой реакции дренажа на добавки ПАМ, проблема лежит за пределами программы химии — в состоянии ткани, закрытии системы или подготовке массы.

Диспергаторы PAM от Hengfeng для бумажных фабрик предназначены для снижения вязкости пульпы и улучшения однородности дисперсии волокон в качестве предварительного шага, который позволяет средствам удержания и дренажа работать более эффективно. Уменьшая агрегацию волокон в системе подхода, диспергатор PAM создает более однородную композицию, которая образует более однородный и менее прочный мат на сетке, что напрямую улучшает скорость дренажа без увеличения дозировки удерживающего средства. Это особенно эффективная стратегия на предприятиях, работающих с высокорафинированными вторичными волокнами или с высокой степенью потери помола.

Распространенные сценарии проблем с дренажем и их основные причины:

• Постепенное снижение дренажа в течение нескольких недель: обычно ткань покрывается отложениями — перед химией следует очистить ткань;
• Внезапная потеря дренажа после смены смеси или нарушение реинтеграционного всплеска: дисбаланс коллоидного заряда — измерьте катионную потребность и зета-потенциал перед корректировкой дозировки ПАМ;
• Улучшение дренажа, которое меняется в течение нескольких часов после увеличения дозы ПАМ: чрезмерное удержание, вызывающее уплотнение мата — уменьшите дозировку ПАМ и оцените степень молекулярной массы;
• Плохой дренаж при запуске после длительного простоя: химический дисбаланс системы из-за сломанной реинтеграции — промойте и восстановите баланс чистой воды перед запуском на высокой скорости;
• Сезонное снижение дренажа, коррелирующее с изменениями температуры воды: влияние вязкости на скорость дренажа — рассмотрите программы дозирования с температурной компенсацией.

▶Интеграция PAM-химии в программу стабильного контроля проточной части

Три описанные выше проблемы проточной части — пенообразование, отложения и плохой дренаж — связаны между собой коллоидным химическим составом системы водоснабжения. Завод, который строго контролирует баланс заряда своей системы (дзета-потенциал), загрузку анионных отходов и последовательность добавления полимера, будет реже сталкиваться со всеми тремя проблемами и быстрее решать их, когда они возникают. Общим является то, что химия на основе ПАМ наиболее эффективна, когда она применяется к хорошо изученной системе, а не используется реактивно для маскировки симптомов более глубокого дисбаланса.

Jiangsu Hengfeng поставляет полный спектр продуктов PAM для производства бумаги, включая средства удержания, средства дренажа, диспергаторы и катионные фиксирующие агенты, а также услуги технической поддержки, призванные помочь предприятиям создавать стабильные, основанные на измерениях программы мокрой части. На заводах, испытывающих постоянные проблемы с пенообразованием, отложениями или дренажем, инженеры по применению Hengfeng могут провести анализ воды на месте, тестирование в банках и оптимизацию последовательности добавок, чтобы определить минимальную эффективную химическую программу для вашей конкретной композиции и конфигурации машины. Свяжитесь с нашей командой и предоставьте данные анализа чистой воды и действующую программу присадок для получения технической оценки без каких-либо обязательств.