Solução de problemas químicos na parte úmida: formação de espuma, depósitos e má drenagem em fábricas de papel

A parte úmida de uma máquina de papel é onde a química, a física e a engenharia mecânica convergem sob implacável pressão do tempo. É também onde se origina a maioria dos problemas de operabilidade. Espuma na caixa de entrada, depósitos pegajosos em tecidos de formação e feltros de prensagem e drenagem lenta no fio – esses três problemas são responsáveis ​​por uma parcela desproporcional de paradas não planejadas, quebras de chapas e produção de qualidade inferior em fábricas em todo o mundo. Cada um tem um perfil de causa raiz distinto e exige uma abordagem diagnóstica direcionada, em vez de um aumento reflexivo na dosagem química. Este guia aborda os mecanismos por trás de todos os três modos de falha e fornece estruturas práticas de solução de problemas baseadas nos princípios químicos da parte úmida.

▶Espuma: Fontes, Mecanismos e Estratégias de Controle Químico

A espuma na parte úmida não é um problema único – é um sintoma de que o material tensoativo se acumula mais rápido do que o sistema consegue dissipá-lo. As principais fontes de surfactantes geradores de espuma na fabricação de papel moderna incluem extrativos de madeira (ácidos graxos, ácidos resínicos, esteróis), contaminantes de fibras recicladas, reintegração de refugos, recirculação de água de processo e aditivos poliméricos dissolvidos em excesso ou indevidamente. Quando esses compostos tensoativos se concentram na interface ar-água, eles estabilizam as bolhas de ar em estruturas de espuma persistentes que perturbam a uniformidade do fluxo da fatia, causam barramentos na folha e introduzem aprisionamento de ar que enfraquece a ligação das fibras.

Uma contribuição crítica e frequentemente negligenciada para a formação de espuma na parte úmida é a sobredosagem ou dissolução inadequada de auxiliares de retenção e drenagem à base de poliacrilamida. Quando o pó de PAM é adicionado ao sistema sem pré-dissolução adequada - particularmente se a concentração da solução exceder 0,3% ou a temperatura da água de dissolução for muito baixa - partículas de gel não dissolvidas e fragmentos de polímero parcialmente hidrolisados ​​podem aumentar a viscosidade superficial da interface ar-água. Isso estabiliza a espuma em vez de suprimi-la. O protocolo de preparação correto para aditivos à base de PAM é uma solução aquosa de 0,1–0,2%, dissolvida em água limpa a 20–40°C com agitação suave por um mínimo de 60 minutos antes da dosagem.

A solução de problemas de formação de espuma requer o isolamento se a fonte é química (carga de surfactante) ou mecânica (ingestão de ar através das vedações da bomba, vórtice na caixa da máquina ou desaeração insuficiente na caixa de entrada). Um primeiro passo prático é o teste de espuma Ross-Miles usando amostras retiradas da sucção da bomba do ventilador e do sistema de aproximação da caixa de entrada. Se a persistência da espuma aumentar acentuadamente entre esses dois pontos, a ingestão de ar no sistema de abordagem será o principal contribuinte. Se os níveis de espuma já estiverem altos na caixa da máquina, o problema está no manuseio de refugos, na recirculação ou na química dos aditivos.

Controle de Espuma: Compatibilidade do Antiespumante com Sistemas PAM

Os antiespumantes à base de óleo mineral e silicone são eficazes para quebrar a espuma estabelecida, mas seu ponto de adição e taxa de dosagem devem ser cuidadosamente gerenciados em fábricas que também usam auxiliares de retenção de PAM. A sobredosagem do antiespumante – especialmente com produtos à base de óleo – pode depositar material hidrofóbico nos tecidos formadores, reduzindo as taxas de drenagem e criando um problema secundário. A abordagem mais robusta é abordar a causa raiz controlando a carga de surfactante por meio de clarificação de água branca, lavagem de refugos e limpezas periódicas do sistema, usando o antiespumante apenas como uma ferramenta de corte em vez de um mecanismo de controle primário. Quando o PAM é adequadamente selecionado e dosado, sua ação de formação de ponte e floculação pode, na verdade, reduzir a concentração de surfactante livre na água branca, co-floculando colóides tensoativos com fibras finas, contribuindo indiretamente para a redução de espuma.

▶Pitch e depósitos pegajosos: diagnosticando a química por trás da cegueira do tecido

Os problemas de depósito na extremidade úmida se manifestam em duas formas amplamente diferentes: incrustações inorgânicas (carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, sílica) e pegajosas orgânicas ou piche. Ambos podem cegar os tecidos formadores e os poros do feltro, reduzir a drenagem, causar defeitos nas folhas e, em casos graves, provocar quebras descontroladas das folhas. A distinção é importante porque a química necessária para abordar cada um deles é fundamentalmente diferente.

Formação de Escala Inorgânica

A incrustação inorgânica se forma quando a concentração de sais pouco solúveis excede seu produto de solubilidade no circuito de água branca. Na fabricação de papel alcalino – o sistema dominante globalmente desde a transição da colagem ácida para neutra/alcalina – a incrustação de carbonato de cálcio é o depósito inorgânico mais comum. É promovido pelo alto fechamento do sistema (diluição reduzida de água doce), temperaturas elevadas e remoção de CO₂ da água branca, todos os quais alteram o equilíbrio do CaCO₃ em direção à precipitação. A incrustação de sílica é uma preocupação secundária em fábricas que utilizam água de processo contendo silicato ou resíduos contendo silicato de sódio de embalagens recicladas.

A primeira etapa de diagnóstico para suspeita de incrustação inorgânica é o teste de perda de ignição em depósitos de tecido ou feltro: os depósitos inorgânicos deixam um resíduo substancial de cinzas, enquanto os adesivos orgânicos queimam de forma limpa. A identificação das espécies de íons específicas por meio da análise ICP de sólidos dissolvidos em amostras de água branca direciona a escolha da química do inibidor de incrustação. A poliacrilamida aniônica de peso molecular muito baixo (abaixo de 500.000 g/mol) pode funcionar como um modificador de crescimento de cristais que evita que os cristais de CaCO₃ atinjam o tamanho crítico necessário para a adesão à superfície - uma função distinta de seu papel como auxiliar de floculação de alto MW. Selecionar o grau de peso molecular errado de APAM para controle de incrustação é um erro comum que leva a um tratamento ineficaz e desperdício de produtos químicos.

Stickies Orgânicos e Controle de Pitch

Os adesivos orgânicos se originam de duas fontes: piche primário de resina de madeira (ácidos graxos esterificados e ácidos resínicos liberados durante a polpação mecânica e refino em alta temperatura) e adesivos secundários de contaminantes de fibras recicladas (adesivos sensíveis à pressão, adesivos termofusíveis, revestimentos de látex, cera e resíduos de tinta). Ambos se tornam problemáticos quando a estabilidade coloidal do sistema de água branca é perturbada - normalmente durante mudanças no pH, temperatura, condutividade ou programa de aditivos - fazendo com que partículas coloidais de piche previamente dispersas se aglomerem e se depositem em superfícies hidrofóbicas.

A abordagem química mais eficaz para o controle de pitch e stickies é a fixação: usar um polímero catiônico para adsorver nas partículas coloidais de pitch carregadas negativamente, revertendo sua carga e fixando-as à superfície da fibra antes que possam se depositar nos tecidos. É aqui que a poliacrilamida catiônica desempenha um papel decisivo. Produtos catiônicos PAM da Hengfeng para fabricação de papel são formulados especificamente com densidade de carga controlada e perfis de peso molecular para obter fixação simultânea de pitch, retenção de finos de fibra e melhoria de drenagem - evitando a compensação entre controle de stickies e desempenho de drenagem que geralmente ocorre quando se usam polímeros catiônicos genéricos não otimizados para sistemas de celulose.

Principais etapas de diagnóstico quando há suspeita de depósitos de stickies:

• Medir o potencial zeta da água branca na bomba do ventilador - um valor mais negativo que -15 mV indica cobertura insuficiente da demanda catiônica e alta mobilidade do piche coloidal;
• Realizar uma titulação por demanda catiônica (titulação coloidal) em amostras de água branca para quantificar a carga aniônica que deve ser neutralizada por aditivos catiônicos;
• Verifique a sequência de adição de aditivos – o PAM catiônico deve ser adicionado a jusante do lixo aniônico (dispersantes aniônicos, amido, CMC) para evitar a neutralização prematura da carga e a precipitação do polímero antes de entrar em contato com a manta de fibra;
• Inspecione os programas de condicionamento de tecidos — os depósitos já presentes nos tecidos em formação requerem limpeza enzimática ou alcalina antes que as alterações químicas possam restaurar o desempenho da drenagem.

▶Drenagem deficiente: diagnóstico sistemático além da simples adição de mais polímero

A má drenagem é o problema mais importante da parte úmida porque seus efeitos se refletem diretamente nos custos de energia de secagem, nas limitações de velocidade da máquina e na não uniformidade do perfil de umidade na chapa acabada. Quando a drenagem se deteriora, a resposta instintiva em muitas fábricas é aumentar a dosagem do auxiliar de retenção de PAM – mas isto frequentemente piora o problema. Compreender o porquê requer um modelo claro do que a drenagem PAM realmente faz e o que não pode fazer.

A taxa de drenagem no fio formador é governada por três resistências: a resistência da própria esteira de fibra, a resistência do tecido de drenagem e a resistência hidrodinâmica da água sendo deslocada através de ambos. Os auxiliares de retenção – incluindo o PAM – influenciam principalmente o primeiro fator, agregando finos de fibra e enchimentos em estruturas de flocos maiores que são menos propensas a migrar e bloquear os poros do tecido. No entanto, se a causa raiz da má drenagem for um tecido já cego, um sistema de água branca sobrecarregado com concentração excessiva de finos ou um fornecimento de polpa com fibra secundária excessiva que reduz a liberdade, a adição de mais PAM não resolverá o problema subjacente e poderá piorar a formação de manta, criando retenção excessiva de finos que aumentam ainda mais a resistência da manta.

Protocolo passo a passo para solução de problemas de drenagem

Uma abordagem estruturada para solução de problemas de drenagem deve começar com a medição e não com o ajuste químico. Os valores de Schopper-Riegler (SR) ou Canadian Standard Freeness (CSF) do estoque recebido fornecem a liberdade de base sem qualquer tratamento químico. Se a liberdade tiver diminuído em comparação com os valores de referência históricos para a mesma composição de fornecimento, a causa será uma mudança na qualidade da fibra (grau de refinamento, proporção de fibra secundária, distribuição do comprimento da fibra) ou uma mudança na química da água branca (condutividade, pH, carga de carga coloidal). Ambos devem ser quantificados antes que a química seja modificada.

A contribuição de drenagem do programa PAM pode ser isolada usando um jarro de drenagem dinâmico (DDJ) ou um teste de jarro Britt: execute amostras com e sem adições atuais de polímero nos pontos de adição atuais e, em seguida, teste o efeito de sequência variando a ordem dos componentes catiônicos e aniônicos. Em um sistema de retenção de micropartículas ou de polímero duplo funcionando corretamente, é possível obter uma melhoria na drenagem de 10–25% de unidades SR em relação à linha de base não tratada. Se os testes de jarro não mostrarem nenhuma resposta de drenagem mensurável às adições de PAM, o problema está fora do programa químico – na condição do tecido, no fechamento do sistema ou na preparação do estoque.

Produtos dispersantes PAM da Hengfeng para fábricas de papel são projetados para reduzir a viscosidade da pasta de celulose e melhorar a uniformidade da dispersão da fibra como uma etapa de pré-requisito que permite que os auxiliares de retenção e drenagem funcionem com mais eficiência. Ao reduzir a agregação de fibras no sistema de abordagem, o dispersante PAM cria um material mais homogêneo que forma uma camada mais uniforme e menos resistente no fio – melhorando diretamente a taxa de drenagem sem aumentar a dosagem do auxiliar de retenção. Esta é uma estratégia particularmente eficaz em fábricas que operam com fibras secundárias altamente refinadas ou com alta perda de liberdade.

Cenários comuns de problemas de drenagem e suas principais causas:

• Declínio gradual da drenagem ao longo de várias semanas: normalmente cegamento do tecido por depósitos – resolver com limpeza do tecido antes do ajuste químico;
• Perda repentina de drenagem após uma troca de fornecimento ou surto de reintegração quebrada: desequilíbrio de carga coloidal – medir a demanda catiônica e o potencial zeta antes de ajustar a dosagem de PAM;
• Melhoria da drenagem que reverte horas após o aumento da dosagem de PAM: retenção excessiva causando densificação da camada — reduza a dosagem de PAM e avalie o grau de peso molecular;
• Drenagem deficiente na partida após desligamento prolongado: desequilíbrio químico do sistema devido à reintegração de rupturas - lave e reequilibre a água branca antes de operar em alta velocidade;
• Declínio sazonal da drenagem correlacionado com mudanças na temperatura da água: efeitos da viscosidade na taxa de drenagem — considere programas de dosagem com compensação de temperatura.

▶Integração da química PAM em um programa estável de controle de zonas úmidas

Os três problemas da zona húmida descritos acima – formação de espuma, depósitos e má drenagem – estão interligados através da química coloidal do sistema de águas brancas. Um moinho que gerencia rigorosamente o equilíbrio de carga do sistema (potencial zeta), carga de lixo aniônico e sequência de adição de polímero experimentará todos os três problemas com menos frequência e os resolverá mais rapidamente quando ocorrerem. O ponto comum é que a química baseada em PAM é mais eficaz quando aplicada a um sistema bem caracterizado, e não usada de forma reativa para mascarar sintomas de desequilíbrios mais profundos.

A Jiangsu Hengfeng fornece uma linha completa de produtos PAM para fabricação de papel — incluindo auxiliares de retenção, auxiliares de drenagem, dispersantes e agentes de fixação catiônicos — com serviços de suporte técnico projetados para ajudar as fábricas a construir programas de wet-end estáveis ​​e baseados em medição. Para fábricas que enfrentam desafios persistentes de formação de espuma, depósito ou drenagem, os engenheiros de aplicação da Hengfeng podem realizar análises de água no local, testes de frascos e otimização de sequência de aditivos para identificar o programa químico mínimo eficaz para seu fornecimento específico e configuração de máquina. Entre em contato com nossa equipe com seus dados de análise de água branca e programa de aditivos atual para uma avaliação técnica sem compromisso.