Khắc phục sự cố hóa học ướt: Tạo bọt, cặn và thoát nước kém trong nhà máy giấy

Đầu ướt của máy giấy là nơi hội tụ hóa học, vật lý và cơ khí dưới áp lực thời gian không ngừng nghỉ. Đó cũng là nơi mà phần lớn các vấn đề về khả năng chạy bắt nguồn. Tạo bọt trong hộp đầu, cặn dính trên vải định hình và nỉ ép, và hệ thống thoát nước chậm trên dây — ba vấn đề này chiếm tỷ lệ không cân đối về thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến, đứt tấm và sản xuất không đạt chất lượng tại các nhà máy trên toàn thế giới. Mỗi loại có một hồ sơ nguyên nhân gốc rễ riêng biệt và mỗi loại đều yêu cầu một phương pháp chẩn đoán có mục tiêu hơn là tăng liều lượng hóa chất theo phản xạ. Hướng dẫn này trình bày các cơ chế đằng sau cả ba chế độ hư hỏng và cung cấp các khuôn khổ khắc phục sự cố thực tế dựa trên các nguyên tắc hóa học đầu ướt.

►Tạo bọt: Nguồn, Cơ chế và Chiến lược kiểm soát hóa chất

Bọt ở đầu ướt không phải là vấn đề riêng lẻ - đó là dấu hiệu của việc vật liệu hoạt động bề mặt tích tụ nhanh hơn mức hệ thống có thể làm tiêu tan nó. Các nguồn chính của chất hoạt động bề mặt tạo bọt trong sản xuất giấy hiện đại bao gồm chất chiết xuất từ ​​gỗ (axit béo, axit nhựa, sterol), chất gây ô nhiễm sợi tái chế, tái hòa nhập bị vỡ, tuần hoàn nước trong quá trình xử lý và các chất phụ gia polyme hòa tan dư thừa hoặc hòa tan không đúng cách. Khi các hợp chất hoạt động bề mặt này tập trung ở bề mặt phân cách không khí-nước, chúng ổn định bọt khí thành các cấu trúc bọt dai dẳng, phá vỡ tính đồng nhất của dòng chảy lát cắt, gây cản trở trong tấm và tạo ra bẫy khí làm suy yếu liên kết sợi.

Một đóng góp quan trọng và thường bị bỏ qua trong việc tạo bọt ở đầu ướt là việc sử dụng quá liều hoặc hòa tan không đúng cách các chất hỗ trợ lưu giữ và thoát nước gốc polyacrylamide. Khi bột PAM được thêm vào hệ thống mà không được hòa tan trước đầy đủ - đặc biệt nếu nồng độ dung dịch vượt quá 0,3% hoặc nhiệt độ nước hòa tan quá thấp - các hạt gel không hòa tan và các mảnh polyme thủy phân một phần có thể làm tăng độ nhớt bề mặt của bề mặt tiếp xúc không khí-nước. Điều này giúp ổn định bọt thay vì ức chế nó. Quy trình chuẩn bị chính xác cho các chất phụ gia dựa trên PAM là dung dịch nước 0,1–0,2%, hòa tan trong nước sạch ở 20–40°C và khuấy nhẹ trong tối thiểu 60 phút trước khi dùng.

Việc khắc phục sự cố tạo bọt đòi hỏi phải cách ly nguồn là hóa chất (tải chất hoạt động bề mặt) hay cơ học (không khí đi vào qua phớt bơm, xoáy trong lồng máy hoặc khử khí không đủ trong hộp đầu). Bước thực tế đầu tiên là thử nghiệm bọt Ross-Miles bằng cách sử dụng các mẫu được lấy từ hệ thống hút của bơm quạt và hệ thống tiếp cận hộp đầu. Nếu độ bền của bọt tăng mạnh giữa hai điểm này thì việc hấp thụ không khí vào hệ thống tiếp cận là nguyên nhân chính. Nếu mức bọt trong lồng máy đã cao thì vấn đề nằm ở khâu xử lý bị hỏng, tuần hoàn hoặc hóa học phụ gia.

Kiểm soát bọt: Khả năng tương thích của chất khử bọt với hệ thống PAM

Chất khử bọt gốc dầu khoáng và silicone có hiệu quả trong việc phá vỡ bọt đã tạo thành, nhưng điểm bổ sung và liều lượng của chúng phải được quản lý cẩn thận trong các nhà máy cũng sử dụng chất hỗ trợ lưu giữ PAM. Quá liều lượng chất khử bọt - đặc biệt là với các sản phẩm gốc dầu - có thể lắng đọng vật liệu kỵ nước lên vải định hình, làm giảm tốc độ thoát nước và gây ra vấn đề thứ cấp. Cách tiếp cận mạnh mẽ nhất là giải quyết nguyên nhân gốc rễ bằng cách kiểm soát lượng chất hoạt động bề mặt thông qua quá trình làm sạch bằng nước trắng, rửa sạch và làm sạch hệ thống định kỳ, chỉ sử dụng chất khử bọt như một công cụ cắt tỉa chứ không phải là cơ chế kiểm soát chính. Khi PAM được lựa chọn và định lượng phù hợp, tác dụng bắc cầu và tạo bông của nó thực sự có thể làm giảm nồng độ chất hoạt động bề mặt tự do trong nước trắng bằng cách kết tụ các chất keo hoạt động bề mặt với các hạt mịn của sợi, góp phần gián tiếp vào việc giảm bọt.

▶Cặn bẩn và cặn dính: Chẩn đoán hóa học đằng sau việc làm mù vải

Vấn đề cặn lắng ở đầu ướt biểu hiện ở hai dạng khác nhau: cặn vô cơ (canxi cacbonat, canxi sunfat, silic) và chất dính hữu cơ hoặc hắc ín. Cả hai đều có thể làm mù vải định hình và lỗ nỉ, giảm sự thoát nước, gây ra các khuyết tật của tấm vải và trong những trường hợp nghiêm trọng có thể gây ra tình trạng rách tấm vải không kiểm soát được. Sự khác biệt quan trọng vì tính chất hóa học cần thiết để giải quyết từng vấn đề về cơ bản là khác nhau.

Hình thành quy mô vô cơ

Cặn vô cơ hình thành khi nồng độ của muối ít tan vượt quá tích số hòa tan của chúng trong vòng nước trắng. Trong sản xuất giấy kiềm - hệ thống chiếm ưu thế trên toàn cầu kể từ khi chuyển đổi từ định cỡ axit sang trung tính/kiềm - cặn canxi cacbonat là cặn vô cơ phổ biến nhất. Nó được thúc đẩy bằng cách đóng cửa hệ thống ở mức độ cao (giảm độ pha loãng của nước ngọt), nhiệt độ tăng cao và tách CO₂ khỏi nước trắng, tất cả đều chuyển trạng thái cân bằng CaCO₃ theo hướng kết tủa. Cặn silic là mối quan tâm thứ yếu ở các nhà máy sử dụng nước xử lý có chứa silicat hoặc làm vỡ bao bì chứa natri silicat từ bao bì tái chế.

Bước chẩn đoán đầu tiên đối với cặn vô cơ bị nghi ngờ là kiểm tra khả năng đánh lửa trên vải hoặc nỉ: cặn vô cơ để lại dư lượng tro đáng kể, trong khi chất dính hữu cơ cháy sạch. Việc xác định các loại ion cụ thể thông qua phân tích ICP của chất rắn hòa tan trong các mẫu nước trắng sẽ hướng tới việc lựa chọn hóa chất ức chế cáu cặn. Anion polyacrylamide ở trọng lượng phân tử rất thấp (dưới 500.000 g/mol) có thể hoạt động như một chất điều chỉnh tăng trưởng tinh thể nhằm ngăn chặn các tinh thể CaCO₃ đạt đến kích thước tới hạn cần thiết cho độ bám dính bề mặt - một chức năng khác biệt với vai trò của nó là chất hỗ trợ keo tụ công suất cao. Chọn sai loại trọng lượng phân tử của APAM để kiểm soát cặn là một lỗi phổ biến dẫn đến việc xử lý không hiệu quả và lãng phí hóa chất.

Stickies hữu cơ và kiểm soát cao độ

Chất kết dính hữu cơ có nguồn gốc từ hai nguồn: hắc ín sơ cấp từ nhựa gỗ (axit béo este hóa và axit nhựa được giải phóng trong quá trình nghiền cơ học và tinh chế ở nhiệt độ cao) và chất kết dính thứ cấp từ chất gây ô nhiễm sợi tái chế (chất kết dính nhạy áp lực, chất kết dính nóng chảy, lớp phủ latex, sáp và cặn mực). Cả hai đều trở thành vấn đề khi độ ổn định keo của hệ thống nước trắng bị gián đoạn - thường là khi thay đổi độ pH, nhiệt độ, độ dẫn điện hoặc chương trình phụ gia - khiến các hạt keo phân tán trước đó kết tụ và lắng đọng trên bề mặt kỵ nước.

Phương pháp tiếp cận dựa trên hóa học hiệu quả nhất để kiểm soát độ dính và độ dính là sự cố định: sử dụng polyme cation để hấp phụ lên các hạt keo tích điện âm, đảo ngược điện tích của chúng và gắn chúng vào bề mặt sợi trước khi chúng có thể lắng đọng trên vải. Đây là nơi polyacrylamide cation đóng vai trò quyết định. Sản phẩm PAM cation của Hengfeng dành cho sản xuất giấy được thiết kế đặc biệt với mật độ điện tích và trọng lượng phân tử được kiểm soát để đạt được sự cố định bước đồng thời, giữ lại các hạt mịn và cải thiện khả năng thoát nước - tránh sự đánh đổi giữa khả năng kiểm soát độ dính và hiệu suất thoát nước thường xảy ra khi sử dụng polyme cation thông thường không được tối ưu hóa cho hệ thống bột giấy.

Các bước chẩn đoán chính khi nghi ngờ có cặn dính:

• Đo thế zeta của nước trắng tại bơm quạt - giá trị âm hơn -15 mV cho thấy phạm vi bao phủ nhu cầu cation không đủ và độ linh động cao của keo;
• Thực hiện chuẩn độ nhu cầu cation (chuẩn độ keo) trên các mẫu nước trắng để định lượng điện tích anion phải được trung hòa bằng phụ gia cation;
• Kiểm tra trình tự bổ sung phụ gia - PAM cation phải được thêm vào cuối dòng rác anion (chất phân tán anion, tinh bột, CMC) để ngăn chặn hiện tượng trung hòa điện tích sớm và kết tủa polymer trước khi nó tiếp xúc với thảm sợi;
• Kiểm tra các chương trình điều hòa vải - cặn bám đã có trên vải định hình cần được làm sạch bằng enzym hoặc kiềm trước khi các thay đổi về mặt hóa học có thể khôi phục hiệu suất thoát nước.

► Thoát nước kém: Chẩn đoán có hệ thống ngoài việc đơn giản thêm nhiều polyme hơn

Hệ thống thoát nước kém là vấn đề nghiêm trọng nhất ở đầu ướt vì ảnh hưởng của nó trực tiếp đến chi phí năng lượng sấy, hạn chế tốc độ máy và độ ẩm không đồng đều trong tấm thành phẩm. Khi hệ thống thoát nước kém đi, phản ứng bản năng ở nhiều nhà máy là tăng liều lượng chất hỗ trợ lưu giữ PAM - nhưng điều này thường làm cho vấn đề trở nên tồi tệ hơn. Để hiểu lý do tại sao cần có một mô hình rõ ràng về những gì PAM thoát nước thực sự làm được và những gì nó không thể làm được.

Tốc độ thoát nước trên dây tạo hình bị chi phối bởi ba điện trở: điện trở của bản thân tấm sợi, điện trở của vải thoát nước và điện trở thủy động của nước bị dịch chuyển qua cả hai. Chất hỗ trợ lưu giữ - bao gồm PAM - chủ yếu ảnh hưởng đến yếu tố đầu tiên bằng cách kết tụ các hạt mịn và chất độn vào thành các cấu trúc bông lớn hơn, ít có xu hướng di chuyển vào và làm tắc nghẽn các lỗ chân lông của vải. Tuy nhiên, nếu nguyên nhân cốt lõi của việc thoát nước kém là do vải đã bị mù, hệ thống nước trắng quá tải với nồng độ hạt mịn quá mức hoặc bột giấy có quá nhiều sợi thứ cấp làm giảm độ tự do, thì việc bổ sung thêm PAM sẽ không giải quyết được vấn đề cơ bản và có thể làm xấu đi quá trình hình thành thảm bằng cách tạo ra sự giữ lại quá nhiều hạt mịn làm tăng thêm sức cản của thảm.

Quy trình khắc phục sự cố thoát nước từng bước

Một cách tiếp cận có cấu trúc để khắc phục sự cố thoát nước nên bắt đầu bằng việc đo lường chứ không phải điều chỉnh hóa học. Các giá trị Schopper-Riegler (SR) hoặc Độ tự do theo tiêu chuẩn Canada (CSF) của hàng nhập vào cung cấp độ tự do cơ bản mà không cần xử lý hóa học. Nếu độ tự do giảm so với các tiêu chuẩn lịch sử ở cùng thành phần cung cấp thì nguyên nhân là do thay đổi chất lượng sợi (mức độ tinh chế, tỷ lệ sợi thứ cấp, phân bố chiều dài sợi) hoặc thay đổi về tính chất hóa học của nước trắng (độ dẫn điện, độ pH, tải lượng keo). Cả hai đều phải được định lượng trước khi hóa học được sửa đổi.

Sự đóng góp thoát nước của chương trình PAM có thể được phân lập bằng cách sử dụng bình thoát nước động (DDJ) hoặc thử nghiệm bình Britt: chạy các mẫu có và không có chất bổ sung polymer hiện tại tại các điểm bổ sung hiện tại, sau đó kiểm tra hiệu ứng trình tự bằng cách thay đổi thứ tự của các thành phần cation và anion. Trong hệ thống lưu giữ vi hạt hoặc polyme kép hoạt động bình thường, có thể đạt được sự cải thiện khả năng thoát nước từ 10–25% đơn vị SR so với đường cơ sở chưa được xử lý. Nếu các thử nghiệm trong bình cho thấy không có phản ứng thoát nước có thể đo lường được đối với việc bổ sung PAM thì vấn đề nằm ngoài chương trình hóa học - ở tình trạng vải, đóng cửa hệ thống hoặc chuẩn bị nguyên liệu.

Sản phẩm PAM phân tán của Hengfeng dành cho nhà máy giấy được thiết kế để giảm độ nhớt của bùn bột giấy và cải thiện tính đồng nhất của phân tán sợi như một bước tiên quyết cho phép các chất hỗ trợ lưu giữ và thoát nước hoạt động hiệu quả hơn. Bằng cách giảm sự kết tụ sợi trong hệ thống tiếp cận, chất phân tán PAM tạo ra nguồn cung cấp đồng nhất hơn tạo thành một tấm thảm đồng nhất hơn, ít chịu lực hơn trên dây - trực tiếp cải thiện tốc độ thoát nước mà không cần tăng liều lượng chất hỗ trợ lưu giữ. Đây là một chiến lược đặc biệt hiệu quả trong các nhà máy vận hành vật liệu sợi thứ cấp có độ tinh chế cao hoặc độ không thất thoát cao.

Các tình huống vấn đề thoát nước thường gặp và nguyên nhân chính của chúng:

• Khả năng thoát nước giảm dần trong vài tuần: điển hình là vải bị đóng cặn do cặn bám - giải quyết bằng cách làm sạch vải trước khi điều chỉnh hóa chất;
• Mất thoát nước đột ngột sau khi thay đổi nguồn cung cấp hoặc đột biến tái hòa nhập bị gián đoạn: mất cân bằng điện tích keo - đo nhu cầu cation và tiềm năng zeta trước khi điều chỉnh liều lượng PAM;
• Cải thiện hệ thống thoát nước đảo ngược trong vòng vài giờ sau khi tăng liều lượng PAM: lưu giữ quá mức gây ra hiện tượng cô đặc thảm - giảm liều lượng PAM và đánh giá cấp trọng lượng phân tử;
• Thoát nước kém khi khởi động sau khi tắt máy kéo dài: mất cân bằng hóa học hệ thống do quá trình tái hòa nhập bị hỏng - xả và cân bằng lại nước trắng trước khi chạy ở tốc độ cao;
• Sự suy giảm khả năng thoát nước theo mùa tương quan với sự thay đổi nhiệt độ nước: độ nhớt ảnh hưởng đến tốc độ thoát nước - xem xét các chương trình liều lượng bù nhiệt độ.

▶Tích hợp hóa học PAM vào chương trình kiểm soát đầu ướt ổn định

Ba vấn đề ở đầu ướt được mô tả ở trên - tạo bọt, cặn và thoát nước kém - được kết nối với nhau thông qua tính chất keo của hệ thống nước trắng. Một nhà máy quản lý cân bằng điện tích hệ thống (điện thế zeta), tải rác anion và trình tự bổ sung polymer một cách nghiêm ngặt sẽ gặp phải cả ba vấn đề ít thường xuyên hơn và giải quyết chúng nhanh hơn khi chúng xảy ra. Điểm chung là hóa học dựa trên PAM có hiệu quả nhất khi nó được áp dụng cho một hệ thống có đặc tính rõ ràng, không được sử dụng một cách phản ứng để che giấu các triệu chứng của sự mất cân bằng sâu hơn.

Jiangsu Hengfeng cung cấp đầy đủ các sản phẩm PAM sản xuất giấy - bao gồm chất hỗ trợ lưu giữ, chất hỗ trợ thoát nước, chất phân tán và chất cố định cation - với các dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật được thiết kế để giúp các nhà máy xây dựng các chương trình đầu ướt ổn định, dựa trên phép đo. Đối với các nhà máy gặp phải thách thức liên tục về tạo bọt, lắng cặn hoặc thoát nước, các kỹ sư ứng dụng của Hengfeng có thể tiến hành phân tích nước tại chỗ, thử nghiệm bình và tối ưu hóa trình tự phụ gia để xác định chương trình hóa học hiệu quả tối thiểu cho cấu hình máy và thiết bị cụ thể của bạn. Hãy liên hệ với nhóm của chúng tôi để cung cấp dữ liệu phân tích nước trắng và chương trình phụ gia hiện tại của bạn để được đánh giá kỹ thuật không bắt buộc.