PJL-17

Nuovi studi fanno chiarezza in materia di pressatura

Valmet ha condotto una ricerca sulla pressatura: ecco i risultati.

Magnus Hultcrantz e Ingvar Klerelid (Valmet R&D)


In questi ultimi anni la voluminosità dei prodotti tissue è stata un argomento molto discusso anche in relazione alla sempre più frequente offerta di prodotti TAD ed alle ricerche condotte dai costruttori di macchine continue per migliorare la voluminosità della carta tissue prodotta col sistema tradizionale. Con l'intento di capire meglio lo sviluppo della voluminosità nel foglio di carta tissue, Valmet-Karlstad ha effettuato di recente una serie di studi con un simulatore di pressa da laboratorio e con una completa PM pilota. Obiettivo della ricerca: come si sviluppa la voluminosità? quali configurazioni di linea consentono di ottenere una maggiore voluminosità? La tecnologia TAD è indubbiamente la migliore per la produzione di tissue con caratteristiche d'elevata voluminosità e morbidezza. Questa tecnologia, però, comporta investimenti che certi produttori non sono ancora disposti ad affrontare. Per questo motivo alcuni ricercatori hanno suggerito che per ottenere una maggiore voluminosità con degli impianti tradizionali può essere utilizzata una pressa-scarpa (shoe press) che prema il velo di carta contro il cilindro monolucido. Tuttavia i risultati della ricerca di Valmet sembrano indicare che il fattore critico potrebbe non essere rappresentato dalla pressatura sul cilindro monolucido, ma dalla fase di pre-essiccazione con la pressa aspirante.


IL PRESENTE STUDIO È STATO CONDOTTO IN DUE FASI. La prima ricerca preliminare è stata effettuata a Stoccolma su una pressa da laboratorio in scala ridotta presso l'STFI (Istituto Svedese di Ricerche sulla Cellulosa e la Carta). La seconda fase è stata realizzata su una PM pilota della Valmet a Karlstad. Per le prove sulla macchina pilota sono state adottate due configurazioni: la prima montava una pressa-scarpa contro il cilindro monolucido; la seconda presentava in tale posizione un rullo pressa pieno. Un rullo aspirante è stato usato per la pre-essiccazione prima del rullo pressa. La prova di laboratorio in scala ridotta è servita per verificare l'effetto della sola pressatura, eliminando quindi l'impatto della patinatura e del processo di crespatura. L'STFI ha un simulatore di pressa molto sofisticato già usato in precedenza su altri prodotti tissue per verificare in che modo parametri diversi, come il tipo di cellulosa, il carico, l'inclinazione ecc., incidano sul risultato della pressa. Per i test è stato utilizzato un foglio di carta di grammatura pari a 19 grammi al metro quadro ottenuto da un impasto composto all'80% da SW (Soft Wood) e al 20% da CTMP (Chemo-Thermo-Mechanical Pulp). La temperatura di superficie della pressa è stata mantenuta costante a 90°C per simulare la temperatura superficiale del cilindro monolucido.

Gli altri parametri della sperimentazione erano i seguenti:


Grado di secco in entrata: Due livelli 20% e 25%

Umidità nel feltro: Due livelli 0,3 e 0,5 Kg. acqua/Kg. feltro

Impulso pressa: Pressa a rullo 12 e 21 MPa; Pressa -scarpa 14 e 28 MPa


Come previsto (Fig. 1), i risultati hanno seguito la tendenza già osservata per altri prodotti tissue. Ovvero: con un aumento costante del grado di secco, si otteneva un incremento della voluminosità compreso tra il 4 e il 7% associato ad un tempo di pressatura più lungo.


LA PRE-ESSICCAZIONE È UN FATTORE CHIAVE. Considerando i risultati delle prove con diversa umidità del feltro, si è rilevato che è proprio il grado di umidità del feltro, perlomeno sulla linea di contatto estesa, ad avere un impatto importante (Fig. 2). Questo indica che una certa parte dell'aumento della voluminosità può dipendere dalla pre-essiccazione che avviene sul rullo aspirante invece che dalla pressatura vera e propria. Una spiegazione possibile potrebbe essere che la pre-essiccazione del foglio e del feltro determina un asciugamento più delicato durante la pressatura, cosa che permette di conservare una maggiore voluminosità. Le prove di laboratorio hanno fatto concludere che una pressa con una linea di contatto estesa può potenzialmente aumentare la voluminosità del foglio di carta tissue, così come succede per altri tipi di prodotto. I test condotti con la macchina pilota avevano come obiettivo la valutazione dell'effetto della pressa-scarpa sulla qualità della carta e, in particolare, sulla voluminosità, ma anche sul grado di secco del foglio dopo la pressa. Le prove sono state effettuate sulla macchina pilota adottando una configurazione C-Former a doppia tela (Fig. 3). Per la prima parte della sperimentazione è stata utilizzata una pressa - scarpa SymBelt TM e per la seconda parte un semplice rullo pressa pieno. La macchina pilota è, dunque, di tipo C-Former con cassa d'afflusso a tre strati e profilo di diluizione, un cilindro monolucido da 15 piedi con cappa ad alta capacità, calandra e bobinatrice con avvolgimento centrale servo-comandato sul carrello primario e secondario. Per le prove con la pressa-scarpa contro il cilindro monolucido, il foglio è stato asciugato con un rullo aspirante posizionato prima della linea di contatto della pressa. Si era cercato in precedenza di far funzionare una pressa SymBelt TM in una configurazione di pressa preliminare mono-feltro posizionata prima del monolucido senza asciugamento del foglio e del feltro prima della pressa preliminare. Tuttavia questo tentativo è fallito in quanto il foglio si è rotto in corrispondenza della linea di contatto. I gradi di secco tipici durante la sperimentazione sono stati i seguenti:


Dopo il pick-up: 15%

Dopo il rullo aspirante: 25%

Dopo la pressa: 40-45%

Durante la sperimentazione sono stati cambiati i seguenti parametri: Prodotto:

Asciugatutto: 22 gsm, 80% SW / 20% CTMP

Rotoli igienici: 17 gsm, 40% SW / 60% HW

Salviette "Facial": 15,5 gsm, 40% SW / 60% HW

Carico linea di contatto: 80 - 150 kN/m

Inclinazione: 1,0 - 1,3

Lunghezza scarpa: 55 e 90 mm.


La Fig. 4 mostra il grado di secco dopo la pressa per due diverse dimensioni della scarpa. Come previsto, il grado di secco per la scarpa più corta è maggiore in presenza di un carico alla linea di contatto costante. Con lo stesso carico alla linea di contatto, il grado di secco è stato del 2% circa superiore per la scarpa più corta a seguito di una pressione massima più elevata.

Cambiando l'inclinazione da 1,0 a 1,3, il grado di secco aumenta dell'1% circa con lo stesso carico alla linea di contatto. Anche questo risultato è dovuto ad una pressione massima più elevata.


DIMINUZIONE DEL CARICO DI ROTTURA DELLA CARTA. L'aumento della voluminosità è stato eccellente, ma il carico di rottura della carta è diminuito mentre è aumentata la voluminosità. Nelle prove, si è ridotta della metà con un grado di secco del 40% (Figure 5 e 6). Può darsi che i risultati siano stati influenzati in una certa misura dal fatto che la crespatura non è stata mantenuta costante, cosa piuttosto difficile quando si effettua una sperimentazione di questo genere. La conclusione è nondimeno che c'è un prezzo da pagare per l'aumento della voluminosità e che questo prezzo è rappresentato dal carico di rottura. Dati questi risultati, è stata effettuata una prova con un rullo pressa pieno che sostitutiva la pressa SymBeltTM. Il rullo pressa era uguale a quello usato nella macchina TAD pilota. La durezza del rivestimento è di 25 P&J. La durezza di un rullo pressa di una macchina tradizionale è compresa tra 30 e 40 P&J. Per un rullo più duro come questo, il risultato sarebbe un maggior grado di secco e una resistenza più elevata, nonché una voluminosità inferiore per lo stesso carico alla linea di contatto. (Nota: Sarebbe stato preferibile il confronto diretto dei risultati della pressa - scarpa rispetto alla configurazione con un singolo rullo pressa aspirante tradizionale, ma non è stata possibile una tale riconfigurazione della macchina pilota per limitazioni di tempo).


VOLUMINOSITÀ ANCORA MAGGIORE CON IL RULLO PRESSA PIENO. Con il rullo pressa pieno installato, è stato valutato un prodotto igienico che in precedenza era stato ottenuto con la scarpa da 55 mm. Come si vede nella Fig. 7, la voluminosità ottenuta nella prova con il rullo pressa solido è stata ancora maggiore in presenza dello stesso aumento del grado di secco. Data una durezza di 25 P&J per il rivestimento del rullo pressa solido, la linea di contatto della pressa non dovrebbe superare i 55 mm. Di conseguenza, questo risultato è stato abbastanza sorprendente: voluminosità maggiore del 20% circa per il rullo pressa pieno con un aumento uguale del grado di secco. In questo caso, si nota parimenti l'effetto della raffinazione. Una diminuzione della raffinazione da 26 a 21 SR ha fatto aumentare la voluminosità del 14%. Il livello del grado di secco è pressoché analogo per il rullo pressa pieno e la scarpa da 55 mm. Il carico di rottura è scesa del 20% per lo stesso grado di secco, ossia ad un valore inferiore a quello dei rotoli asciugatutto. Il livello di umidità del feltro può esserne una delle ragioni. È probabile che la pre-essiccazione del feltro faccia sì che l'acqua venga pressata via dal foglio e, di conseguenza, l'asciugamento diventa più delicato a seguito della minore pressione idraulica rispetto a quanto si riscontra in una macchina tradizionale. Uno dei risultati della prova di laboratorio in scala ridotta è stato che un basso livello di umidità del feltro ha dato un maggiore aumento della voluminosità. La capacità di assorbimento è stata provata su un prodotto asciugatutto e non si sono riscontrati miglioramenti rispetto a un foglio pressato con il sistema tradizionale. I livelli sono stati di circa 5 grammi d'acqua per grammo di fibra, valore normale per un rotolo asciugatutto ottenuto con una macchina tradizionale. La capacità di assorbimento del foglio TAD è significativamente maggiore, raggiungendo 10-12 grammi d'acqua per grammo di fibra. Per quanto concerne l'andamento della macchina nel suo complesso si devono fare due osservazioni. In primo luogo, esiste il rischio di danneggiare il feltro a causa dei grumi di carta che restano presi sull'entrata della pressa SymBelt TM. Questo è successo durante le prove e si è bruciata la superficie del feltro. La differenza rispetto a una pressa tradizionale risiede nel fatto che la scarpa non è flessibile quanto il rivestimento di gomma su un rullo pressa che consente, invece, il passaggio dei grumi. La seconda osservazione è che è più difficile tenere il feltro pulito. La pressa aspirante realizza una più efficace pulizia del feltro in quanto l'acqua viene pressata attraverso il feltro e porta con sé le sostanze inquinanti. Quando si usa la pressa aspirante per la pre-essiccazione del feltro, si rischia che il condizionamento del feltro non sia uniforme su tutta la macchina.


CONCLUSIONI. A seguito dello studio sono state tratte le seguenti conclusioni:


-È possibile aumentare la voluminosità con una pressa SymBelt TM a livelli costanti del grado di secco rispetto a quanto si ottiene con una pressa tradizionale.

-Il rullo aspirante è molto efficace per ridurre il contenuto d'acqua del feltro prima della pressa - scarpa.

-Come previsto, il carico di rottura scende con la diminuzione della pressione massima, mentre aumenta la voluminosità. Queste caratteristiche risultano probabilmente più appropriate per i prodotti tissue tipo carta igienica in cui il carico di rottura è meno importante.

-Con la pressa - scarpa si ottiene solo un aumento molto limitato della voluminosità.

-Non si osserva un aumento della capacità di assorbimento dell'acqua per i rotoli asciugatutto.


Il maggior vantaggio assicurato dall'uso di una pressa SymBeltTM è un incremento della produzione a seguito dei maggiori livelli del grado di secco.

La compensazione della bombatura è un vantaggio importante della pressa scarpa, in quanto consente una pressione idraulica diversa nella direzione trasversale risolvendo così il problema della bombatura. Tuttavia lo stesso risultato si può ottenere anche con un rullo che compensa il bombé come il SymRoll TM.


-Con un rullo pressa pieno invece di una pressa SymBeltTM, si può ottenere lo stesso aumento della voluminosità, ma con un grado di secco leggermente inferiore.

-La pressa con rullo pieno offre una più facile gestione della macchina grazie ad un funzionamento più semplice.


PROVE A SCALA NATURALE. Dopo la sperimentazione descritta, è stato possibile confermare i risultati delle ricerche condotta da Valmet sul concetto di asciugamento con pressa preliminare (brevetto in corso di registrazione) con installazione su una macchina in produzione (pre-essiccazione con il rullo pressa aspirante e rullo pressa pieno sul cilindro monolucido). I risultati di questa prova a scala naturale indicano un aumento della voluminosità compreso tra l'11 e il 15% per un foglio di 25 gsm.

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