Solución de problemas químicos del extremo húmedo: formación de espuma, depósitos y drenaje deficiente en fábricas de papel

La parte húmeda de una máquina de papel es donde la química, la física y la ingeniería mecánica convergen bajo la implacable presión del tiempo. También es donde se originan la mayoría de los problemas de funcionamiento. Espuma en la caja de entrada, depósitos pegajosos en las telas de formación y fieltros de prensa, y drenaje lento en el alambre: estos tres problemas representan una parte desproporcionada del tiempo de inactividad no planificado, roturas de láminas y producción de mala calidad en las fábricas de todo el mundo. Cada uno tiene un perfil de causa raíz distinto y cada uno exige un enfoque de diagnóstico específico en lugar de un aumento reflejo de la dosis química. Esta guía explica los mecanismos detrás de los tres modos de falla y proporciona marcos prácticos para la resolución de problemas basados ​​en principios químicos del extremo húmedo.

▶Espuma: fuentes, mecanismos y estrategias de control químico

La espuma en el extremo húmedo no es un problema único: es un síntoma de que el material tensioactivo se acumula más rápido de lo que el sistema puede disiparlo. Las principales fuentes de tensioactivos que generan espuma en la fabricación de papel moderna incluyen extractos de madera (ácidos grasos, ácidos resínicos, esteroles), contaminantes de fibras recicladas, reintegración de roturas, recirculación de agua de proceso y aditivos poliméricos en exceso o disueltos incorrectamente. Cuando estos compuestos tensioactivos se concentran en la interfaz aire-agua, estabilizan las burbujas de aire en estructuras de espuma persistentes que alteran la uniformidad del flujo de corte, provocan barras en la lámina e introducen aire atrapado que debilita la unión de las fibras.

Una contribución crítica y frecuentemente pasada por alto a la formación de espuma en el extremo húmedo es la sobredosificación o disolución inadecuada de agentes de retención y drenaje a base de poliacrilamida. Cuando se agrega polvo de PAM al sistema sin una disolución previa adecuada, particularmente si la concentración de la solución excede el 0,3 % o la temperatura del agua de disolución es demasiado baja, las partículas de gel no disueltas y los fragmentos de polímero parcialmente hidrolizados pueden aumentar la viscosidad de la superficie de la interfaz aire-agua. Esto estabiliza la espuma en lugar de suprimirla. El protocolo de preparación correcto para los aditivos a base de PAM es una solución acuosa al 0,1-0,2%, disuelta en agua limpia a 20-40°C con agitación suave durante un mínimo de 60 minutos antes de la dosificación.

Para solucionar los problemas de formación de espuma es necesario aislar si la fuente es química (carga de surfactante) o mecánica (ingesta de aire a través de los sellos de la bomba, agitación en el cofre de la máquina o desaireación insuficiente en la caja de entrada). Un primer paso práctico es la prueba de espuma Ross-Miles utilizando muestras extraídas de la succión de la bomba del ventilador y del sistema de aproximación a la caja de entrada. Si la persistencia de la espuma aumenta bruscamente entre estos dos puntos, la ingestión de aire en el sistema de aproximación es un contribuyente principal. Si los niveles de espuma ya son altos en la caja de la máquina, el problema radica en el manejo de roturas, la recirculación o la química de los aditivos.

Control de espuma: compatibilidad de antiespumantes con sistemas PAM

Los antiespumantes a base de aceite mineral y silicona son eficaces para romper la espuma establecida, pero su punto de adición y tasa de dosificación deben gestionarse cuidadosamente en las fábricas que también utilizan agentes de retención de PAM. La sobredosis de antiespumante, particularmente con productos a base de aceite, puede depositar material hidrofóbico en las telas en formación, reduciendo las tasas de drenaje y creando un problema secundario. El enfoque más sólido es abordar la causa raíz controlando la carga de surfactante mediante clarificación de aguas blancas, lavado de roturas y limpiezas periódicas del sistema, utilizando el antiespumante solo como una herramienta de recorte en lugar de un mecanismo de control principal. Cuando el PAM se selecciona y dosifica adecuadamente, su acción de formación de puentes y floculación puede en realidad reducir la concentración de surfactante libre en el agua blanca al coflocular coloides tensioactivos con finos de fibra, lo que contribuye indirectamente a la reducción de la espuma.

▶Alquitrán y depósitos pegajosos: diagnóstico de la química detrás del cegamiento de telas

Los problemas de depósito en el extremo húmedo se manifiestan en dos formas muy diferentes: incrustaciones inorgánicas (carbonato de calcio, sulfato de calcio, sílice) y sustancias pegajosas o brea orgánicas. Ambos pueden obstruir los tejidos formados y los poros del fieltro, reducir el drenaje, provocar defectos en las láminas y, en casos graves, provocar roturas incontroladas de las láminas. La distinción es importante porque la química necesaria para abordar cada uno es fundamentalmente diferente.

Formación de incrustaciones inorgánicas

Las incrustaciones inorgánicas se forman cuando la concentración de sales poco solubles excede su producto de solubilidad en el circuito de agua blanca. En la fabricación de papel alcalino, el sistema dominante a nivel mundial desde la transición del encolado ácido al neutro/alcalino, las incrustaciones de carbonato de calcio son el depósito inorgánico más común. Se ve favorecido por un alto cierre del sistema (dilución reducida en agua dulce), temperaturas elevadas y extracción de CO₂ del agua blanca, todo lo cual desplaza el equilibrio de CaCO₃ hacia la precipitación. Las incrustaciones de sílice son una preocupación secundaria en las fábricas que utilizan agua de proceso que contiene silicato o roturas que contienen silicato de sodio procedente de envases reciclados.

El primer paso para diagnosticar la sospecha de incrustaciones inorgánicas es la prueba de pérdida por ignición en depósitos de tela o fieltro: los depósitos inorgánicos dejan un residuo sustancial de ceniza, mientras que las sustancias orgánicas pegajosas se queman limpiamente. La identificación de especies iónicas específicas mediante análisis ICP de sólidos disueltos en muestras de aguas blancas dirige la elección de la química inhibidora de incrustaciones. La poliacrilamida aniónica de peso molecular muy bajo (por debajo de 500 000 g/mol) puede funcionar como modificador del crecimiento de cristales que evita que los cristales de CaCO₃ alcancen el tamaño crítico necesario para la adhesión a la superficie, una función distinta de su función como auxiliar de floculación de alto MW. Seleccionar el grado de peso molecular incorrecto de APAM para el control de incrustaciones es un error común que conduce a un tratamiento ineficaz y a un desperdicio de productos químicos.

Stickies orgánicos y control de tono

Los adhesivos orgánicos se originan de dos fuentes: pez primario de la resina de madera (ácidos grasos esterificados y ácidos resínicos liberados durante la fabricación de pulpa mecánica y el refinado a alta temperatura) y adhesivos secundarios de contaminantes de fibras recicladas (adhesivos sensibles a la presión, adhesivos termofusibles, recubrimientos de látex, cera y residuos de tinta). Ambos se vuelven problemáticos cuando se altera la estabilidad coloidal del sistema de aguas blancas (generalmente durante cambios en el pH, la temperatura, la conductividad o el programa de aditivos), lo que provoca que las partículas de brea coloidal previamente dispersadas se aglomeren y se depositen en superficies hidrofóbicas.

El enfoque basado en química más eficaz para el control de la brea y las sustancias pegajosas es la fijación: utilizar un polímero catiónico para adsorber las partículas coloidales de brea cargadas negativamente, invirtiendo su carga y uniéndolas a la superficie de la fibra antes de que puedan depositarse en las telas. Aquí es donde la poliacrilamida catiónica juega un papel decisivo. Productos catiónicos PAM de Hengfeng para la fabricación de papel están formulados específicamente con perfiles de densidad de carga y peso molecular controlados para lograr fijación simultánea de la brea, retención de finos de fibra y mejora del drenaje, evitando el equilibrio entre el control de la pegajosidad y el rendimiento del drenaje que a menudo ocurre cuando se utilizan polímeros catiónicos genéricos no optimizados para sistemas de pulpa.

Pasos clave de diagnóstico cuando se sospecha de depósitos pegajosos:

• Mida el potencial zeta del agua blanca en la bomba del ventilador; un valor más negativo que -15 mV indica una cobertura insuficiente de la demanda catiónica y una alta movilidad de la brea coloidal;
• Realizar una titulación de demanda catiónica (titulación de coloide) en muestras de aguas blancas para cuantificar la carga aniónica que debe ser neutralizada por aditivos catiónicos;
• Verifique la secuencia de adición de aditivos: se debe agregar PAM catiónico después de la basura aniónica (dispersantes aniónicos, almidón, CMC) para evitar la neutralización prematura de la carga y la precipitación del polímero antes de que entre en contacto con la estera de fibra;
• Inspeccione los programas de acondicionamiento de telas: los depósitos ya presentes en las telas en formación requieren una limpieza enzimática o alcalina antes de que los cambios químicos puedan restaurar el rendimiento del drenaje.

▶Drenaje deficiente: diagnóstico sistemático más allá de simplemente agregar más polímero

El drenaje deficiente es el problema más importante del extremo húmedo porque sus efectos se traducen directamente en costos de energía de secado, limitaciones de velocidad de la máquina y falta de uniformidad del perfil de humedad en la lámina terminada. Cuando el drenaje se deteriora, la respuesta instintiva en muchas fábricas es aumentar la dosis del agente de retención de PAM, pero esto frecuentemente empeora el problema. Comprender por qué requiere un modelo claro de lo que realmente hace el PAM de drenaje y lo que no puede hacer.

La tasa de drenaje en el alambre de formación se rige por tres resistencias: la resistencia de la propia estera de fibra, la resistencia de la tela de drenaje y la resistencia hidrodinámica del agua que se desplaza a través de ambas. Los auxiliares de retención, incluido el PAM, influyen principalmente en el primer factor al agregar finos de fibra y rellenos en estructuras de flóculos más grandes que son menos propensas a migrar hacia los poros de la tela y bloquearlos. Sin embargo, si la causa fundamental del drenaje deficiente es una tela que ya está ciega, un sistema de aguas blancas sobrecargado con una concentración excesiva de finos o una pasta de papel con fibra secundaria excesiva que reduce la libertad, agregar más PAM no resolverá el problema subyacente y puede empeorar la formación de la estera al crear una retención excesiva de finos que aumenta aún más la resistencia de la estera.

Protocolo de solución de problemas de drenaje paso a paso

Un enfoque estructurado para la resolución de problemas de drenaje debe comenzar con la medición, no con el ajuste químico. Los valores Schopper-Riegler (SR) o Canadian Standard Freeness (CSF) del stock entrante proporcionan el estado libre de referencia sin ningún tratamiento químico. Si la pureza ha disminuido en comparación con los puntos de referencia históricos en la misma composición de materia prima, la causa es un cambio en la calidad de la fibra (grado de refinación, proporción de fibra secundaria, distribución de la longitud de la fibra) o un cambio en la química del agua blanca (conductividad, pH, carga de carga coloidal). Ambos deben cuantificarse antes de modificar la química.

La contribución de drenaje del programa PAM se puede aislar usando un frasco de drenaje dinámico (DDJ) o una prueba de frasco Britt: ejecute muestras con y sin adiciones de polímeros actuales en los puntos de adición actuales, luego pruebe el efecto de la secuencia variando el orden de los componentes catiónicos y aniónicos. En un sistema de retención de micropartículas o de polímero dual que funcione correctamente, se puede lograr una mejora del drenaje de entre un 10% y un 25% de unidades SR en relación con la línea base sin tratar. Si las pruebas de frascos no muestran una respuesta de drenaje mensurable a las adiciones de PAM, el problema está fuera del programa químico: en la condición de la tela, el cierre del sistema o la preparación del material.

Productos dispersantes PAM de Hengfeng para fábricas de papel están diseñados para reducir la viscosidad de la pulpa y mejorar la uniformidad de la dispersión de la fibra como un paso previo que permite que los auxiliares de retención y drenaje funcionen de manera más eficiente. Al reducir la agregación de fibras en el sistema de aproximación, el dispersante PAM crea una materia prima más homogénea que forma una estera más uniforme y menos resistente en el alambre, lo que mejora directamente la tasa de drenaje sin aumentar la dosis de ayuda de retención. Esta es una estrategia particularmente eficaz en fábricas que utilizan materias primas de fibras secundarias altamente refinadas o con una alta pérdida de libertad.

Escenarios comunes de problemas de drenaje y sus causas principales:

• Disminución gradual del drenaje a lo largo de varias semanas: típicamente, la tela se obstruye por depósitos; aborde con la limpieza de la tela antes del ajuste químico;
• Pérdida repentina de drenaje después de un cambio de suministro o un aumento repentino de reintegración: desequilibrio de carga coloidal: mida la demanda catiónica y el potencial zeta antes de ajustar la dosis de PAM;
• Mejora del drenaje que se revierte a las pocas horas de aumentar la dosis de PAM: retención excesiva que provoca la densificación de la estera: reduzca la dosis de PAM y evalúe el grado de peso molecular;
• Drenaje deficiente al inicio después de un apagado prolongado: desequilibrio químico del sistema debido a una reintegración fallida: enjuague y reequilibre el agua blanca antes de correr a gran velocidad;
• Disminución estacional del drenaje que se correlaciona con los cambios en la temperatura del agua: efectos de la viscosidad en la tasa de drenaje; considere programas de dosificación con temperatura compensada.

▶Integración de la química PAM en un programa de control estable del extremo húmedo

Los tres problemas del extremo húmedo descritos anteriormente (espuma, depósitos y drenaje deficiente) están interconectados a través de la química coloidal del sistema de aguas blancas. Un molino que gestiona rigurosamente el equilibrio de carga de su sistema (potencial zeta), la carga de desechos aniónicos y la secuencia de adición de polímeros experimentará los tres problemas con menos frecuencia y los resolverá más rápidamente cuando ocurran. El hilo común es que la química basada en PAM es más eficaz cuando se aplica a un sistema bien caracterizado, y no se utiliza de forma reactiva para enmascarar síntomas de desequilibrios más profundos.

Jiangsu Hengfeng suministra una gama completa de productos PAM para la fabricación de papel, incluidos auxiliares de retención, auxiliares de drenaje, dispersantes y agentes de fijación catiónicos, con servicios de soporte técnico diseñados para ayudar a las fábricas a crear programas de extremo húmedo estables y basados ​​en mediciones. Para los molinos que experimentan desafíos persistentes de formación de espuma, depósitos o drenaje, los ingenieros de aplicaciones de Hengfeng pueden realizar análisis de agua en el sitio, pruebas de jarras y optimización de la secuencia de aditivos para identificar el programa químico mínimo efectivo para su configuración específica de máquina y equipamiento. Comuníquese con nuestro equipo con los datos de su análisis de aguas blancas y el programa de aditivos actual para una evaluación técnica sin compromiso.