Problemen oplossen met natte-eindchemie: schuimvorming, afzettingen en slechte afvoer in papierfabrieken

Het natte uiteinde van een papiermachine is waar scheikunde, natuurkunde en werktuigbouwkunde samenkomen onder meedogenloze tijdsdruk. Het is ook de plek waar de meeste problemen met de uitvoerbaarheid ontstaan. Schuimvorming in de oploopkast, kleverige afzettingen op vormstoffen en persvilt, en trage drainage op de draad: deze drie problemen zijn verantwoordelijk voor een onevenredig groot deel van de ongeplande stilstand, plaatbreuken en productie van slechte kwaliteit in fabrieken over de hele wereld. Elk heeft een duidelijk hoofdoorzaakprofiel en vereist een gerichte diagnostische aanpak in plaats van een reflexieve verhoging van de chemische dosering. Deze gids doorloopt de mechanismen achter alle drie de faalwijzen en biedt praktische kaders voor het oplossen van problemen, gebaseerd op wet-end-chemieprincipes.

▶Schuimen: bronnen, mechanismen en chemische controlestrategieën

Schuim in het natte uiteinde is geen enkel probleem; het is een symptoom van oppervlakteactief materiaal dat zich sneller ophoopt dan het systeem het kan afvoeren. De belangrijkste bronnen van schuimgenererende oppervlakteactieve stoffen bij de moderne papierproductie zijn onder meer houtextracten (vetzuren, harszuren, sterolen), verontreinigingen uit gerecycleerde vezels, re-integratie van breuken, recirculatie van proceswater en overtollige of onjuist opgeloste polymeeradditieven. Wanneer deze oppervlakteactieve verbindingen zich concentreren op het lucht-watergrensvlak, stabiliseren ze luchtbellen tot persistente schuimstructuren die de uniformiteit van de plakstroom verstoren, blokkades in de plaat veroorzaken en luchtinsluiting introduceren die de vezelbinding verzwakt.

Een kritische en vaak over het hoofd geziene bijdrage aan nat-end schuimvorming is de overdosering of onjuiste oplossing van op polyacrylamide gebaseerde retentie- en drainagehulpmiddelen. Wanneer PAM-poeder aan het systeem wordt toegevoegd zonder voldoende voorafgaande oplossing - vooral als de concentratie van de oplossing hoger is dan 0,3% of de temperatuur van het oplossingswater te laag is - kunnen onopgeloste geldeeltjes en gedeeltelijk gehydrolyseerde polymeerfragmenten de oppervlakteviscositeit van het lucht-watergrensvlak verhogen. Hierdoor wordt het schuim gestabiliseerd in plaats van onderdrukt. Het juiste bereidingsprotocol voor op PAM gebaseerde additieven is een waterige oplossing van 0,1–0,2%, opgelost in schoon water van 20–40°C onder zacht schudden gedurende minimaal 60 minuten vóór toediening.

Om schuimvorming op te lossen, moet worden vastgesteld of de bron chemisch is (belasting van oppervlakteactieve stoffen) of mechanisch (luchtinname via pompafdichtingen, gewerveld in de machinekast of onvoldoende ontluchting in de oploopkast). Een praktische eerste stap is de Ross-Miles-schuimtest waarbij monsters worden genomen uit de aanzuiging van de ventilatorpomp en het oploopsysteem. Als de schuimpersistentie tussen deze twee punten scherp toeneemt, is de luchtinname in het naderingssysteem hiervan de voornaamste oorzaak. Als het schuimniveau bij de machinekast al hoog is, ligt het probleem stroomopwaarts bij de verwerking van braken, recirculatie of additieve chemie.

Foam Control: Compatibiliteit van ontschuimers met PAM-systemen

Ontschuimers op minerale olie- en siliconenbasis zijn effectief in het afbreken van gevestigd schuim, maar hun toevoegingspunt en doseringssnelheid moeten zorgvuldig worden beheerd in fabrieken die ook PAM-retentiehulpmiddelen gebruiken. Een overdosering van ontschuimers – vooral bij producten op oliebasis – kan hydrofoob materiaal op de vormstoffen afzetten, waardoor de afvoersnelheid afneemt en een secundair probleem ontstaat. De meest robuuste aanpak is het aanpakken van de hoofdoorzaak door de belasting van oppervlakteactieve stoffen onder controle te houden door witwaterzuivering, het wassen van kapotte stukken en periodieke systeemreinigingen, waarbij ontschuimer alleen als trimmiddel wordt gebruikt in plaats van als primair controlemechanisme. Wanneer PAM op de juiste manier wordt geselecteerd en gedoseerd, kan de overbruggende en uitvlokkende werking ervan de concentratie van vrije oppervlakteactieve stoffen in het witte water feitelijk verminderen door oppervlakteactieve colloïden te co-flocculeren met fijne vezels, waardoor indirect wordt bijgedragen aan schuimvermindering.

▶Pitch en plakkerige afzettingen: diagnose van de chemie achter het verblinden van stoffen

Afzettingsproblemen aan de natte kant manifesteren zich in twee breed verschillende vormen: anorganische aanslag (calciumcarbonaat, calciumsulfaat, silica) en organische kleverige stoffen of pek. Beide kunnen vormende stoffen en viltporiën blind maken, de drainage verminderen, plaatdefecten veroorzaken en in ernstige gevallen ongecontroleerde plaatbreuken veroorzaken. Het onderscheid is van belang omdat de chemie die nodig is om elk probleem aan te pakken fundamenteel verschillend is.

Anorganische aanslagvorming

Anorganische aanslag ontstaat wanneer de concentratie van slecht oplosbare zouten hun oplosbaarheidsproduct in de witwaterlus overschrijdt. Bij de alkalische papierproductie – wereldwijd het dominante systeem sinds de overgang van zuur naar neutraal/alkalisch lijmen – is calciumcarbonaatafzetting de meest voorkomende anorganische afzetting. Dit wordt bevorderd door een hoge systeemsluiting (verminderde zoetwaterverdunning), verhoogde temperaturen en CO₂-stripping uit wit water, die allemaal het CaCO₃-evenwicht in de richting van neerslag verschuiven. Afschilfering van silica is een secundair probleem in fabrieken die silicaathoudend proceswater gebruiken of afval dat natriumsilicaat bevat uit gerecyclede verpakkingen.

De eerste diagnostische stap voor vermoedelijke anorganische aanslag is het testen van het ontstekingsverlies op stoffen of viltafzettingen: anorganische afzettingen laten een aanzienlijk asresidu achter, terwijl organische kleefstoffen schoon branden. Het identificeren van de specifieke ionensoort via ICP-analyse van opgeloste vaste stoffen in wildwatermonsters geeft richting aan de keuze voor de chemie van de schaalremmer. Anionisch polyacrylamide met een zeer laag molecuulgewicht (minder dan 500.000 g/mol) kan functioneren als een kristalgroeimodificator die voorkomt dat CaCO₃-kristallen de kritische grootte bereiken die nodig is voor oppervlaktehechting - een onderscheidende functie van zijn rol als flocculatiehulpmiddel met een hoog MW. Het selecteren van het verkeerde molecuulgewicht van APAM voor schaalbeheersing is een veel voorkomende fout die leidt tot ineffectieve behandeling en verspilling van chemicaliën.

Organische Stickies en Pitch Control

Organische stickies zijn afkomstig uit twee bronnen: primaire pek uit houthars (veresterde vetzuren en harszuren die vrijkomen bij mechanisch verpulveren en raffineren bij hoge temperatuur) en secundaire stickies uit gerecyclede vezelverontreinigingen (drukgevoelige lijmen, smeltlijmen, latexcoatings, was en inktresten). Beide worden problematisch wanneer de colloïdale stabiliteit van het wildwatersysteem wordt verstoord – meestal tijdens veranderingen in pH, temperatuur, geleidbaarheid of additief programma – waardoor eerder verspreide colloïdale pekdeeltjes agglomereren en zich afzetten op hydrofobe oppervlakken.

De meest effectieve, op chemie gebaseerde aanpak voor de controle van pek en plakkerige deeltjes is fixatie: het gebruik van een kationisch polymeer om te adsorberen op de negatief geladen colloïdale pekdeeltjes, waarbij hun lading wordt omgedraaid en ze aan het vezeloppervlak worden gehecht voordat ze zich op stoffen kunnen afzetten. Dit is waar kationisch polyacrylamide een beslissende rol speelt. Hengfeng's kationische PAM-producten voor het maken van papier zijn speciaal geformuleerd met gecontroleerde ladingsdichtheid en molecuulgewichtsprofielen om gelijktijdige pekfixatie, behoud van fijne vezels en verbetering van de drainage te bereiken - waardoor de wisselwerking tussen controle over plakkerigheid en drainageprestaties wordt vermeden die vaak optreedt bij het gebruik van generieke kationische polymeren die niet zijn geoptimaliseerd voor pulpsystemen.

Belangrijke diagnostische stappen bij vermoeden van plakkerige afzettingen:

• Meet het zetapotentieel van het witte water bij de ventilatorpomp - een waarde die negatiever is dan -15 mV duidt op onvoldoende kationische vraagdekking en hoge colloïdale pitchmobiliteit;
• Voer een kationische vraagtitratie (colloïdtitratie) uit op witwatermonsters om de anionische lading te kwantificeren die moet worden geneutraliseerd door kationische additieven;
• Controleer de volgorde van de toevoeging van additieven: kationische PAM moet stroomafwaarts van anionisch afval (anionische dispergeermiddelen, zetmeel, CMC) worden toegevoegd om voortijdige ladingsneutralisatie en polymeerprecipitatie te voorkomen voordat het in contact komt met de vezelmat;
• Inspecteer de conditioneringsprogramma's van het textiel. Reeds aanwezige afzettingen op vormende stoffen vereisen enzymatische of alkalische reiniging voordat chemische veranderingen de drainageprestaties kunnen herstellen.

▶Slechte drainage: systematische diagnose die verder gaat dan alleen het toevoegen van meer polymeer

Slechte drainage is het meest voorkomende probleem in het natte uiteinde, omdat de effecten ervan direct doorwerken in de energiekosten voor het drogen, beperkingen in de machinesnelheid en een niet-uniform vochtprofiel in de afgewerkte plaat. Wanneer de drainage verslechtert, is de instinctieve reactie in veel fabrieken het verhogen van de dosering van het PAM-retentiehulpmiddel, maar dit maakt het probleem vaak alleen maar erger. Om te begrijpen waarom, is een duidelijk model vereist van wat drainage PAM feitelijk doet en wat het niet kan doen.

De drainagesnelheid op de vormdraad wordt bepaald door drie weerstanden: de weerstand van de vezelmat zelf, de weerstand van het drainageweefsel en de hydrodynamische weerstand van het water dat door beide wordt verplaatst. Retentiehulpmiddelen – waaronder PAM – beïnvloeden voornamelijk de eerste factor door fijne vezels en vulstoffen samen te voegen tot grotere vlokstructuren die minder snel in de poriën van de stof migreren en deze blokkeren. Als de hoofdoorzaak van een slechte drainage echter een al blind weefsel is, een overbelast wildwatersysteem met een overmatige concentratie fijne deeltjes, of een pulp dat wordt geleverd met overmatige secundaire vezels die de vrijheid verminderen, zal het toevoegen van meer PAM het onderliggende probleem niet oplossen en kan de matvorming verergeren door overmatige retentie van fijne deeltjes te creëren die de matweerstand verder vergroten.

Stapsgewijs protocol voor probleemoplossing bij drainage

Een gestructureerde aanpak voor het oplossen van problemen met drainage moet beginnen met meten, niet met chemische aanpassingen. De waarden van Schopper-Riegler (SR) of Canadian Standard Freeness (CSF) van het binnenkomende materiaal geven de basisvrijheid weer zonder enige chemische behandeling. Als de vrijheid is afgenomen in vergelijking met historische benchmarks bij dezelfde materiaalsamenstelling, is de oorzaak ofwel een verandering in de vezelkwaliteit (graad van raffinage, secundaire vezelverhouding, vezellengteverdeling) of een verandering in de chemie van het witte water (geleidingsvermogen, pH, colloïdale lading). Beide moeten worden gekwantificeerd voordat de chemie wordt gewijzigd.

De drainagebijdrage van het PAM-programma kan worden geïsoleerd met behulp van een dynamische drainagepot (DDJ) of een Britt-jar-test: voer monsters uit met en zonder huidige polymeertoevoegingen op de huidige toevoegingspunten en test vervolgens het sequentie-effect door de volgorde van kationische en anionische componenten te variëren. In een goed functionerend retentiesysteem voor microdeeltjes of twee polymeren is een verbetering van de drainage van 10-25% SR-eenheden ten opzichte van de onbehandelde basislijn haalbaar. Als jar-tests geen meetbare drainagereactie op PAM-toevoegingen laten zien, ligt het probleem buiten het chemieprogramma: de toestand van de stof, de sluiting van het systeem of de voorbereiding van de voorraad.

Hengfeng's dispergeermiddel PAM-producten voor papierfabrieken zijn ontworpen om de viscositeit van de pulpslurry te verlagen en de uniformiteit van de vezeldispersie te verbeteren als een noodzakelijke stap waardoor retentie- en drainagehulpmiddelen efficiënter kunnen functioneren. Door de vezelaggregatie in het benaderingssysteem te verminderen, creëert dispergeermiddel PAM een meer homogene stof die een meer uniforme, minder resistente mat op de draad vormt - waardoor de drainagesnelheid direct wordt verbeterd zonder de dosering van het retentiehulpmiddel te verhogen. Dit is een bijzonder effectieve strategie in fabrieken die zeer geraffineerde secundaire vezelmaterialen gebruiken of een groot verlies aan vrijheidsgraad.

Veelvoorkomende scenario's voor drainageproblemen en hun belangrijkste oorzaken:

• Geleidelijke afname van de drainage gedurende meerdere weken: typisch verblinding van de stof door afzettingen – dit moet worden verholpen door de stof schoon te maken voordat de chemie wordt aangepast;
• Plotseling verlies van drainage na een verandering in het aanbod of een onderbroken re-integratiepiek: onbalans van de colloïdale lading - meet de kationische vraag en het zetapotentieel voordat de PAM-dosering wordt aangepast;
• Verbetering van de drainage die binnen enkele uren na verhoging van de PAM-dosering omkeert: overmatige retentie veroorzaakt matverdichting - verlaag de PAM-dosering en evalueer de molecuulgewichtsklasse;
• Slechte drainage bij het opstarten na langdurige stilstand: onevenwicht in de systeemchemie door mislukte re-integratie - spoel het witte water door en breng het opnieuw in evenwicht voordat het op snelheid draait;
• Seizoensgebonden afname van de drainage correleert met veranderingen in de watertemperatuur: viscositeitseffecten op de drainagesnelheid – overweeg temperatuurgecompenseerde doseringsprogramma’s.

▶PAM-chemie integreren in een stabiel wet-end-controleprogramma

De drie hierboven beschreven natte-eindproblemen – schuimvorming, afzettingen en slechte drainage – zijn met elkaar verbonden via de colloïdale chemie van het wildwatersysteem. Een fabriek die de ladingsbalans van het systeem (zeta-potentieel), de hoeveelheid anionisch afval en de volgorde van de toevoeging van polymeren rigoureus beheert, zal deze drie problemen minder vaak ervaren en ze sneller oplossen als ze zich voordoen. De rode draad is dat op PAM gebaseerde chemie het meest effectief is wanneer deze wordt toegepast op een goed gekarakteriseerd systeem en niet reactief wordt gebruikt om symptomen van diepere onevenwichtigheden te maskeren.

Jiangsu Hengfeng levert een compleet assortiment PAM-producten voor de papierproductie - inclusief retentiehulpmiddelen, drainagehulpmiddelen, dispergeermiddelen en kationische fixatiemiddelen - met technische ondersteuningsdiensten die zijn ontworpen om fabrieken te helpen bij het bouwen van stabiele, op metingen gebaseerde wet-end-programma's. Voor fabrieken die te kampen hebben met aanhoudende uitdagingen op het gebied van schuimvorming, afzetting of drainage, kunnen de toepassingsingenieurs van Hengfeng ter plaatse wateranalyses, pottests en optimalisatie van de additieve sequentie uitvoeren om het minimaal effectieve chemieprogramma voor uw specifieke inrichting en machineconfiguratie te identificeren. Neem contact op met ons team met uw wildwateranalysegegevens en huidig ​​additievenprogramma voor een vrijblijvende technische beoordeling.