استكشاف أخطاء كيمياء الأطراف الرطبة وإصلاحها: الرغوة والودائع وسوء الصرف في مصانع الورق

النهاية الرطبة لآلة الورق هي المكان الذي تتلاقى فيه الكيمياء والفيزياء والهندسة الميكانيكية تحت ضغط زمني لا هوادة فيه. وهو أيضًا المكان الذي تنشأ فيه غالبية مشكلات قابلية التشغيل. الرغوة في صندوق الرأس، والرواسب اللزجة على تشكيل الأقمشة ولباد الضغط، والصرف البطيء على الأسلاك - تمثل هذه المشكلات الثلاث حصة غير متناسبة من أوقات التوقف غير المخطط لها، وتكسر الصفائح، والإنتاج ذو الجودة الرديئة في المطاحن في جميع أنحاء العالم. ولكل منها ملف تعريفي للسبب الجذري، ويتطلب كل منها نهجًا تشخيصيًا مستهدفًا بدلاً من زيادة انعكاسية في الجرعة الكيميائية. يستعرض هذا الدليل الآليات الكامنة وراء أوضاع الفشل الثلاثة ويوفر أطر عمل عملية لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها ترتكز على مبادئ الكيمياء الرطبة.

◀ الرغوة: المصادر والآليات واستراتيجيات التحكم الكيميائي

لا تمثل الرغوة الموجودة في الطرف الرطب مشكلة واحدة، بل هي أحد أعراض تراكم المواد النشطة على السطح بشكل أسرع من قدرة النظام على تبديدها. تشمل المصادر الرئيسية للمواد الخافضة للتوتر السطحي المولدة للرغوة في صناعة الورق الحديثة المستخلصات الخشبية (الأحماض الدهنية، وأحماض الراتنج، والستيرول)، وملوثات الألياف المعاد تدويرها، وإعادة تكامل الكسر، وإعادة تدوير مياه المعالجة، والمواد المضافة البوليمرية الزائدة أو المذابة بشكل غير صحيح. عندما تركز هذه المركبات النشطة سطحيًا عند السطح البيني بين الهواء والماء، فإنها تعمل على تثبيت فقاعات الهواء في هياكل رغوية ثابتة تعطل انتظام تدفق الشريحة، وتسبب انسدادًا في الورقة، وتسبب انحباس الهواء الذي يضعف ترابط الألياف.

إن المساهمة الحاسمة والتي يتم التغاضي عنها كثيرًا في رغوة الأطراف الرطبة هي الجرعة الزائدة أو الذوبان غير المناسب لوسائل الاحتفاظ والصرف المعتمدة على البولي أكريلاميد. عند إضافة مسحوق PAM إلى النظام دون الذوبان المسبق الكافي - خاصة إذا تجاوز تركيز المحلول 0.3% أو كانت درجة حرارة الماء المذاب منخفضة جدًا - يمكن لجزيئات الهلام غير الذائبة وشظايا البوليمر المتحلل جزئيًا أن تزيد من اللزوجة السطحية لواجهة الهواء والماء. يؤدي ذلك إلى استقرار الرغوة بدلاً من قمعها. بروتوكول التحضير الصحيح للإضافات المعتمدة على PAM هو محلول مائي بنسبة 0.1-0.2%، مذاب في ماء نظيف عند درجة حرارة 20-40 درجة مئوية مع التقليب اللطيف لمدة 60 دقيقة على الأقل قبل الجرعة.

يتطلب استكشاف أخطاء الرغوة وإصلاحها عزل ما إذا كان المصدر كيميائيًا (تحميل الخافض للتوتر السطحي) أو ميكانيكيًا (ابتلاع الهواء من خلال أختام المضخة، أو الدوامة في صندوق الآلة، أو عدم كفاية نزع الهواء في صندوق الرأس). الخطوة العملية الأولى هي اختبار رغوة Ross-Miles باستخدام عينات مأخوذة من شفط مضخة المروحة ونظام اقتراب صندوق الرأس. إذا زاد ثبات الرغوة بشكل حاد بين هاتين النقطتين، فإن ابتلاع الهواء في نظام الاقتراب هو المساهم الأساسي. إذا كانت مستويات الرغوة مرتفعة بالفعل في صندوق الماكينة، فإن المشكلة تكمن في التعامل مع الكسر أو إعادة التدوير أو الكيمياء المضافة.

التحكم في الرغوة: توافق مزيل الرغوة مع أنظمة PAM

تعد الزيوت المعدنية ومزيلات الرغوة المعتمدة على السيليكون فعالة في تكسير الرغوة الثابتة، ولكن يجب إدارة نقطة الإضافة ومعدل الجرعة بعناية في المطاحن التي تستخدم أيضًا أدوات احتجاز PAM. يمكن لجرعة زائدة من مزيل الرغوة - خاصة مع المنتجات الزيتية - أن تترسب مادة كارهة للماء على الأقمشة المشكلة، مما يقلل من معدلات التصريف ويخلق مشكلة ثانوية. يتمثل النهج الأكثر قوة في معالجة السبب الجذري من خلال التحكم في تحميل المادة الخافضة للتوتر السطحي من خلال تنقية المياه البيضاء، وغسل الكسور، والتنظيف الدوري للنظام، باستخدام مزيل الرغوة فقط كأداة تشذيب بدلاً من آلية التحكم الأساسية. عندما يتم اختيار PAM وتحديد جرعاته بشكل صحيح، فإن عمل التجسير والتلبد الخاص به يمكن أن يقلل في الواقع من تركيز الفاعل بالسطح الحر في المياه البيضاء عن طريق التلبد المشترك للغرويات النشطة السطحية مع الألياف الدقيقة، مما يساهم بشكل غير مباشر في تقليل الرغوة.

◀ الرواسب اللزجة واللزجة: تشخيص الكيمياء وراء عمى القماش

تظهر مشاكل الترسب عند الطرف الرطب في شكلين مختلفين إلى حد كبير: مقياس غير عضوي (كربونات الكالسيوم، كبريتات الكالسيوم، السيليكا) والمواد اللاصقة العضوية أو القار. كلاهما يمكن أن يعمي تشكيل الأقمشة والمسام اللبادية، ويقلل من التصريف، ويسبب عيوبًا في الصفائح، وفي الحالات الشديدة يؤدي إلى تكسر الصفائح بشكل لا يمكن السيطرة عليه. التمييز مهم لأن الكيمياء المطلوبة لمعالجة كل منهما مختلفة بشكل أساسي.

تشكيل مقياس غير عضوي

يتشكل مقياس غير عضوي عندما يتجاوز تركيز الأملاح قليلة الذوبان ناتج ذوبانها في حلقة الماء الأبيض. في صناعة الورق القلوي - النظام السائد عالميًا منذ التحول من التحجيم الحمضي إلى التحجيم المحايد/القلوي - يعد تحجيم كربونات الكالسيوم هو الرواسب غير العضوية الأكثر شيوعًا. يتم تعزيزه من خلال إغلاق النظام العالي (تقليل تخفيف المياه العذبة)، ودرجات الحرارة المرتفعة، وتجريد ثاني أكسيد الكربون من المياه البيضاء، وكلها تعمل على تحويل توازن CaCO₃ نحو هطول الأمطار. تعد قشور السيليكا مصدر قلق ثانوي في المطاحن التي تستخدم مياه معالجة تحتوي على سيليكات أو كسر يحتوي على سيليكات الصوديوم من العبوات المعاد تدويرها.

الخطوة التشخيصية الأولى للمقياس غير العضوي المشتبه به هي اختبار فقدان الاشتعال على القماش أو رواسب اللباد: تترك الرواسب غير العضوية بقايا كبيرة من الرماد، بينما تحترق المواد اللاصقة العضوية بشكل نظيف. إن تحديد الأنواع الأيونية المحددة عبر تحليل برنامج المقارنات الدولية للمواد الصلبة الذائبة في عينات المياه البيضاء يوجه اختيار كيمياء مثبطات الحجم. يمكن أن يعمل بولي أكريلاميد أنيوني ذو وزن جزيئي منخفض جدًا (أقل من 500000 جم/مول) كمعدل نمو بلوري يمنع بلورات CaCO₃ من الوصول إلى الحجم الحرج اللازم لالتصاق السطح - وهي وظيفة متميزة عن دوره كمساعد تلبد عالي القدرة. يعد اختيار درجة الوزن الجزيئي الخاطئة لـ APAM للتحكم في القياس خطأً شائعًا يؤدي إلى معالجة غير فعالة وإهدار للمواد الكيميائية.

المواد اللاصقة العضوية والتحكم في الملعب

تنشأ المواد اللاصقة العضوية من مصدرين: الطبقة الأولية من راتنجات الخشب (الأحماض الدهنية المقدرة وأحماض الراتنج التي يتم إطلاقها أثناء اللب الميكانيكي والتكرير بدرجة حرارة عالية) والمواد اللاصقة الثانوية من ملوثات الألياف المعاد تدويرها (المواد اللاصقة الحساسة للضغط، والمواد اللاصقة المذوبة بالحرارة، وطلاءات اللاتكس، والشمع، وبقايا الحبر). يصبح كلاهما مشكلة عندما يتعطل الاستقرار الغروي لنظام المياه البيضاء - عادةً أثناء التغيرات في الرقم الهيدروجيني أو درجة الحرارة أو الموصلية أو البرنامج الإضافي - مما يتسبب في تكتل جزيئات الملعب الغروية المشتتة مسبقًا وترسبها على الأسطح الكارهة للماء.

إن النهج الأكثر فعالية القائم على الكيمياء للتحكم في طبقة الصوت والمواد اللاصقة هو التثبيت: استخدام بوليمر كاتيوني للامتصاص على جزيئات الطبقة الغروية المشحونة سالبًا، وعكس شحنتها وربطها بسطح الألياف قبل أن تتمكن من الترسب على الأقمشة. هذا هو المكان الذي يلعب فيه بولي أكريلاميد الكاتيوني دورًا حاسمًا. منتجات PAM الكاتيونية من Hengfeng لصناعة الورق تمت صياغتها خصيصًا بكثافة شحن يمكن التحكم فيها وملامح الوزن الجزيئي لتحقيق تثبيت متزامن للطبقة، والاحتفاظ بدقائق الألياف، وتحسين الصرف - لتجنب المفاضلة بين التحكم في المواد اللاصقة وأداء الصرف الذي يحدث غالبًا عند استخدام بوليمرات كاتيونية عامة غير محسنة لأنظمة اللب.

خطوات التشخيص الرئيسية عند الاشتباه في وجود رواسب لزجة:

• قياس إمكانات زيتا للمياه البيضاء في مضخة المروحة - قيمة أكثر سلبية من -15 بالسيارات تشير إلى عدم كفاية تغطية الطلب الكاتيوني وارتفاع حركة الملعب الغروية؛
• إجراء معايرة الطلب الكاتيوني (معايرة الغروانية) على عينات المياه البيضاء لتحديد الشحنة الأنيونية التي يجب تحييدها بواسطة المضافات الكاتيونية؛
• التحقق من تسلسل الإضافة المضافة - يجب إضافة PAM الكاتيوني في اتجاه مجرى النفايات الأنيونية (المشتتات الأنيونية، النشا، CMC) لمنع تحييد الشحنة المبكرة وترسيب البوليمر قبل أن تلامس حصيرة الألياف؛
• افحص برامج تكييف النسيج - تتطلب الرواسب الموجودة بالفعل في تشكيل الأقمشة تنظيفًا إنزيميًا أو قلويًا قبل أن تتمكن التغييرات الكيميائية من استعادة أداء الصرف.

◀ سوء الصرف: التشخيص المنهجي يتجاوز مجرد إضافة المزيد من البوليمر

يعد سوء الصرف مشكلة النهايات الرطبة الأكثر أهمية لأن تأثيراتها تتدفق مباشرة إلى تكاليف طاقة التجفيف، والقيود على سرعة الماكينة، وعدم انتظام ملف الرطوبة في الورقة النهائية. عندما يتدهور الصرف، فإن الاستجابة الغريزية في العديد من المطاحن هي زيادة جرعة مساعد الاحتفاظ بـ PAM - ولكن هذا يؤدي في كثير من الأحيان إلى تفاقم المشكلة. إن فهم السبب يتطلب نموذجًا واضحًا لما يفعله PAM في مجال الصرف الصحي وما لا يمكنه فعله.

يتم التحكم في معدل التصريف على سلك التشكيل من خلال ثلاث مقاومات: مقاومة حصيرة الألياف نفسها، ومقاومة نسيج التصريف، والمقاومة الهيدروديناميكية للمياه التي يتم إزاحتها من خلال كليهما. تؤثر مساعدات الاستبقاء - بما في ذلك PAM - في المقام الأول على العامل الأول من خلال تجميع الألياف الدقيقة والحشوات في هياكل كتلة أكبر تكون أقل عرضة للانتقال إلى مسام النسيج وسدها. ومع ذلك، إذا كان السبب الجذري لسوء الصرف هو نسيج معتم بالفعل، أو نظام مياه بيضاء مثقل بتركيز زائد للغرامات، أو لب مزود بألياف ثانوية مفرطة تقلل من التحرر، فإن إضافة المزيد من PAM لن يحل المشكلة الأساسية وقد يؤدي إلى تفاقم تكوين الحصيرة عن طريق خلق الإفراط في الاحتفاظ بالدقائق التي تزيد من مقاومة الحصيرة.

بروتوكول استكشاف أخطاء الصرف وإصلاحها خطوة بخطوة

يجب أن يبدأ النهج المنظم لاستكشاف أخطاء الصرف وإصلاحها بالقياس، وليس بتعديل الكيمياء. توفر قيم Schopper-Riegler (SR) أو قيم التحرر المعياري الكندي (CSF) للمخزون الوارد درجة التحرر الأساسية دون أي معالجة كيميائية. إذا انخفض التحرر مقارنة بالمعايير التاريخية في نفس التركيبة، فإن السبب هو إما تغير في جودة الألياف (درجة التكرير، نسبة الألياف الثانوية، توزيع طول الألياف) أو تغيير في كيمياء المياه البيضاء (الموصلية، الرقم الهيدروجيني، حمل الشحنة الغروية). يجب قياس كليهما قبل تعديل الكيمياء.

يمكن عزل مساهمة الصرف لبرنامج PAM باستخدام جرة الصرف الديناميكية (DDJ) أو اختبار جرة بريت: تشغيل العينات مع أو بدون إضافات البوليمر الحالية عند نقاط الإضافة الحالية، ثم اختبار تأثير التسلسل عن طريق تغيير ترتيب المكونات الكاتيونية والأنيونية. في نظام الاحتفاظ بالجسيمات الدقيقة أو البوليمر المزدوج الذي يعمل بشكل صحيح، يمكن تحقيق تحسين الصرف بنسبة 10-25٪ من وحدات SR مقارنة بخط الأساس غير المعالج. إذا لم تظهر اختبارات الجرة أي استجابة تصريف قابلة للقياس لإضافات PAM، فإن المشكلة تكمن خارج برنامج الكيمياء - في حالة النسيج، أو إغلاق النظام، أو إعداد المخزون.

منتجات PAM المشتتة من Hengfeng لمصانع الورق تم تصميمها لتقليل لزوجة ملاط اللب وتحسين انتظام تشتت الألياف كخطوة أساسية تسمح لمساعدات الاحتفاظ والصرف بالعمل بكفاءة أكبر. من خلال تقليل تجميع الألياف في نظام الاقتراب، تعمل مادة PAM المشتتة على إنشاء أثاث أكثر تجانسًا يشكل حصيرة أكثر تجانسًا وأقل مقاومة على السلك - مما يعمل بشكل مباشر على تحسين معدل التصريف دون زيادة جرعة مساعدات الاحتفاظ. تعتبر هذه إستراتيجية فعالة بشكل خاص في المطاحن التي تستخدم مفروشات ألياف ثانوية عالية النقاء أو عالية فقدان التحرر.

سيناريوهات مشكلة الصرف الشائعة وأسبابها الرئيسية:

• انخفاض تدريجي في التصريف على مدار عدة أسابيع: عادة ما يؤدي ذلك إلى تعمية النسيج بسبب الرواسب - يتم التعامل مع تنظيف النسيج قبل تعديل الكيمياء؛
• فقدان الصرف المفاجئ بعد تغيير الأثاث أو زيادة إعادة التكامل المكسورة: خلل الشحنة الغروية - قياس الطلب الكاتيوني وإمكانات زيتا قبل ضبط جرعة PAM؛
• تحسين الصرف الذي ينعكس خلال ساعات من زيادة جرعة PAM: الإفراط في الاحتفاظ مما يسبب تكثيف الحصيرة - تقليل جرعة PAM وتقييم درجة الوزن الجزيئي؛
• سوء الصرف عند بدء التشغيل بعد إيقاف التشغيل لفترة طويلة: خلل في كيمياء النظام بسبب إعادة التكامل المكسور - قم بتدفق المياه البيضاء وإعادة توازنها قبل التشغيل بسرعة؛
• انخفاض الصرف الموسمي المرتبط بتغيرات درجة حرارة الماء: تأثيرات اللزوجة على معدل الصرف - فكر في برامج الجرعات المعوضة لدرجة الحرارة.

◀ دمج كيمياء PAM في برنامج تحكم مستقر للرطوبة

إن مشاكل الأطراف الرطبة الثلاثة الموصوفة أعلاه - الرغوة، والرواسب، وسوء الصرف - مترابطة من خلال الكيمياء الغروية لنظام المياه البيضاء. إن المطحنة التي تدير توازن شحن النظام (احتمال زيتا)، وحمل النفايات الأنيونية، وتسلسل إضافة البوليمر بدقة سوف تواجه المشكلات الثلاثة بشكل أقل تكرارًا وتحلها بسرعة أكبر عند حدوثها. والقاسم المشترك هنا هو أن الكيمياء القائمة على حزب الأصالة والمعاصرة تكون أكثر فعالية عندما يتم تطبيقها على نظام جيد التوصيف، ولا تستخدم كرد فعل لإخفاء أعراض الخلل الأعمق في التوازن.

توفر شركة Jiangsu Hengfeng مجموعة كاملة من منتجات PAM لصناعة الورق - بما في ذلك أدوات المساعدة على الاحتفاظ بالورق، ومساعدات الصرف، والمشتتات، وعوامل التثبيت الكاتيوني - مع خدمات الدعم الفني المصممة لمساعدة المطاحن في بناء برامج مستقرة للنهاية الرطبة قائمة على القياس. بالنسبة للمطاحن التي تواجه تحديات مستمرة في الرغوة أو الرواسب أو الصرف، يمكن لمهندسي التطبيقات في Hengfeng إجراء تحليل للمياه في الموقع، واختبار الجرة، وتحسين التسلسل الإضافي لتحديد الحد الأدنى من برنامج الكيمياء الفعال للتجهيزات الخاصة بك وتكوين الماكينة. اتصل بفريقنا وزوده ببيانات تحليل المياه البيضاء وبرنامج الإضافات الحالي لإجراء تقييم فني بدون التزام.