Toschi presenta il nuovo sistema TAD VisionTM

Ing. Stefano Zangolini, Toschi Spa

Nel corso degli ultimi anni il mercato "consumer" dei prodotti tissue ha visto crescere la richiesta di una maggiore qualità, ben oltre ogni precedente previsione. Questo fenomeno da molti anni riguarda gli USA ed il Canada ma interessa ora anche il mercato Europeo. Allo stesso modo, il miglioramento del livello qualitativo dei prodotti è continuato anche nel segmento "Away From Home", spingendo i produttori di carta tissue verso una ricerca di maggiore morbidezza, voluminosità, resistenza e capacità d'assorbimento dei prodotti. La tecnologia Crescent Former (CFR) è stata una risposta recente (e semplice) alle richieste del mercato. La carta igienica prodotta dalle macchine CFR (più soffice e morbida rispetto ai prodotti precedenti) ha invaso quasi tutti i mercati fino al punto che, oggi la maggior parte delle macchine recentemente installate usa questa configurazione. Ma nel frattempo i grandi produttori e le compagnie multinazionali hanno potuto beneficiare di un'altra tecnologia: il "Through Air Drying" (TAD), un processo sviluppato quasi contemporaneamente dalla Procter & Gamble e dalla Kimberly Clark.

IL PROCESSO TAD. Il tissue prodotto con tecnologia TAD è presente sul mercato da oltre trent'anni, ovvero dalla fine degli anni Sessanta quando la Procter & Gamble ne iniziò la produzione. Questi prodotti sono stati collocati nella fascia superiore del mercato grazie alla loro assorbenza e morbidezza. Con l'evoluzione dei mercati, il tissue TAD si è affermato per i rotoli asciugatutto a due veli e per la carta igienica mono-velo. La tecnologia TAD utilizza un getto d'aria calda soffiata attraverso il foglio di tissue prima del cilindro monolucido. Per quanto riguarda l'azione meccanica sul foglio, questo tipo di asciugamento ha un impatto molto lieve, evitando l'azione decisa della pressa aspirante. Questo processo permette di ottenere prodotti con maggior voluminosità, morbidezza e capacità di assorbimento. Non stupisce, quindi, che i maggiori gruppi mondiali abbiano gelosamente custodito il segreto di questa tecnologia fino al momento in cui lo scadere dei brevetti che la proteggevano non l'ha resa disponibile a tutti. Oggi, a causa degli alti costi di installazione, solo alcuni produttori hanno installato impianti TAD, la maggior parte dei quali sono situati in paesi ad alto sviluppo tecnologico. Questi impianti, con produttività comprese tra le 55.000 e le 70.000 tonnellate annue, richiedono ovviamente ampi mercati per assorbire la loro produzione. Inoltre le decisioni strategiche relative al luogo di installazione sono fortemente influenzate dall'alto impatto che i costi di trasporto hanno su prodotti così leggeri e voluminosi. Considerando che negli Stati Uniti la distanza massima dallo stabilimento produttivo al luogo di distribuzione è calcolata attorno ai 1000 -1500 km prima che i costi di trasporto erodano ogni margine di profitto, è facilmente comprensibile come tali grandi produzioni non possano essere assorbite da tutti i mercati. Questa situazione ha reso necessario lo sviluppo e la progettazione di un impianto TAD compatto, efficiente e relativamente economico. Questo tipo di impianto è capace di soddisfare i più rigorosi requisiti di qualità, può essere installato in mercati più piccoli (eventualmente anche in paesi in via di sviluppo) e, cosa ancora più importante, consente ad un'ampia fascia di produttori di carta tissue di accedere finalmente a questa tecnologia.

KNOW-HOW, MESSA A PUNTO DELL'IMPIANTO E RISOLUZIONE DEI PROBLEMI. Un altro fattore limitante per la diffusione della tecnologia TAD in tutto il mondo è stato la difficoltà di ottenere un'alta efficienza produttiva. Solo i maggiori produttori mondiali potevano, infatti, permettersi un lungo periodo di apprendistato nei loro primi impianti TAD. Fino ad oggi i produttori di macchine continue non sono stati in grado di fornire istruzioni e procedure di lavoro ai propri clienti. Per questo motivo ogni produttore di carta è stato costretto a spendere molto tempo nella regolazione dei propri impianti, sviluppando autonomamente soluzioni e modifiche per aumentarne efficienza e funzionalità. Oggi questo limite alla diffusione della tecnologia TAD è stato superato grazie allo sforzo congiunto di un produttore di carta tissue e di un costruttore di macchine continue.

TOSCHI E PROCTER & GAMBLE: IL TADVISIONTM SYSTEM. Recentemente Procter & Gamble e Toschi hanno sviluppato un impianto TAD compatto che permette un'installazione semplice e veloce e che ha un formato tale da consentirne l'installazione anche in mercati diversi da quello Nord Americano o da quelli dei maggiori paesi dell'Europa Occidentale. L'accordo di licenza siglato tra le due aziende ha reso possibile la costruzione e la fornitura in tutto il mondo di impianti completi TAD basati sulla tecnologia P&G che include anche i rinomati cilindri pre-essiccatori "out-flow" (coi quali il flusso d'aria è rivolto dall'interno del cilindro verso l'esterno). Il sistema TADVISIONTM è stato concepito come una risposta semplice ed efficace alla maggior parte dei problemi relativi agli impianti Through-Air-Drying; può essere fornito anche sulla base "chiavi in mano", formula che comprende tutte le attrezzature e gli impianti per la produzione di tissue, sollevando i clienti dal grande impiego di tempo necessario alla gestione diretta dei loro progetti. Parte integrante del pacchetto proposto è il know-how operativo di P&G che include anche il training pratico del personale di cartiera durante le fasi di avviamento. Ciò rappresenta un notevole valore aggiunto al pacchetto di fornitura, capace da solo di ridurre al minimo la curva di apprendimento dei nuovi produttori di carta TAD. È inoltre importante notare che l'accordo consente di beneficiare dell'imponente attività di ricerca e sviluppo costantemente operata da P&G, e ogni volta che un nuovo sviluppo della tecnologia di Procter & Gamble sarà reso disponibile dietro licenza, tale innovazione potrà essere facilmente applicata al sistema TADVISION TM.

ANALISI DEI PRODOTTI. Coloro che leggono assiduamente il Perini Journal sanno bene che altri costruttori di macchine continue hanno già presentato i vantaggi dei prodotti TAD comparati a prodotti convenzionali, come quelli ottenuti con la tecnologia Crescent Former. Ad ogni modo può essere utile riportare in questa sede alcuni dati relativi ai rotoli di carta igienica ed ai rotoli asciugatutto. I vantaggi nel prodotto sono chiari. La Tabella 1 riassume le caratteristiche delle carte prodotte con la tecnologia TAD, confrontandole con dei prodotti convenzionali ottenuti con tecnologia basata sulla pressatura ad umido. Va comunque ricordato che queste caratteristiche non possono essere raggiunte da alcune tipologie di processi TAD a causa della loro configurazione. Come si può vedere, questi prodotti hanno una densità pari al 60% di quella dei prodotti convenzionali. Questo permette al produttore di utilizzare una quantità inferiore di fibre per rotolo di prodotto finito, mantenendo comunque invariato il diametro del rotolo stesso. Portando questo ragionamento all'estremo, sarebbe possibile utilizzare solamente il 60% di fibre mantenendo invariato il diametro finale anche se questo potrebbe arrivare a compromettere altre caratteristiche quali morbidezza e resistenza. È il produttore che deve decidere quali caratteristiche privilegiare nei suoi prodotti. L'aumento del 60% della capacità di assorbimento è un risultato diretto della densità inferiore, a causa del maggior volume vuoto nella struttura della carta: il risultato pratico è una maggiore quantità di acqua assorbita per grammo di fibre. L'aumento del 60% del rapporto tra la densità a secco e quella a umido permette al prodotto di trattenere il liquido, anche quando è completamente bagnato, piuttosto che permettere alla struttura delle fibre di collassare. La maggior morbidezza è dovuta alla caratteristica stessa del prodotto che, al tatto, risulta più simile ad un tessuto. Ciò permette di ottenere la morbidezza tipica dei prodotti "premium" a due veli con un foglio mono-velo, il tutto con una grammatura totale inferiore. Il produttore può decidere quale sia il miglior mix tra le varie caratteristiche in funzione del suo mercato. Questo, ad esempio può variare tra l'utilizzo ridotto al minimo delle fibre per prodotti rivolti al segmento "Away-from-Home", fino alla produzione di rotoli di alta qualità con un inferiore costo specifico per rotolo. I prodotti TAD stanno raggiungendo il 25% del mercato Nord Americano sia "consumer" che "Away-from-Home". Informazioni provenienti da produttori americani ed europei suggeriscono che questo trend di crescita continuerà anche nel prossimo futuro.

CARTA IGIENICA. Guardando più da vicino le caratteristiche dei rotoli di carta igienica, i grafici 1 e 2 indicano chiaramente che i prodotti TAD hanno una morbidezza ed una voluminosità quasi doppie rispetto ai prodotti convenzionali. Il beneficio immediato è che si può ottenere un rotolo igienico mono-velo con caratteristiche analoghe ad un convenzionale due veli con un peso totale pari al 75% - 85% del peso complessivo dei due veli e con un aumento sostanziale del numero di rotolini prodotti per tonnellata. Sebbene la macchina continua TAD produca ad una velocità inferiore rispetto ad una PM convenzionale, dobbiamo considerare l'importanza di produrre bobine di prodotto mono-velo. Non è necessario operare la macchina a 1600-1800 metri al minuto e produrre due o tre veli per ottenere la solita quantità di prodotto finito. I risparmi in termini di efficienza e produzione sono immediatamente percepibili: si considerano nell'ordine del 40%.

ROTOLI ASCIUGATUTTO. I GRAFICI 3 E 4 puntualizzano le caratteristiche rilevanti per analizzare un prodotto asciugatutto. Secondo gli standard di test di P&G la capacità di assorbimento di un prodotto a due veli varia dai 20 ai 22 grammi di acqua per grammo di fibre, comparata a quella dei prodotti convenzionali compresa tra i 9 ed i 12 grammi di acqua per grammo di fibre. Ciò che è stato precedentemente indicato per la carta igienica in termini di voluminosità è applicabile anche ai prodotti asciugatutto e, grazie anche alla minore densità delle fibre, è possibile ottenere prodotti simili o persino migliori con una grammatura inferiore.

ALTRI PRODOTTI. Oggi il mercato offre anche altri prodotti TAD in aggiunta ai rotoli igienici ed all'asciugatutto. P&G propone un suo "facial" TAD col marchio Puffs e sta lanciando, per ora solo negli USA, un prodotto radicalmente nuovo: i tovaglioli a marchio Bounty. Questi prodotti, assieme ad altre indicazioni di nuovi sviluppi da parte dei produttori di tissue, ci fanno capire che l'espansione del mercato della carta TAD non è che all'inizio.

COSTI OPERATIVI: I BENEFICI. Un fattore chiave a supporto della tecnologia TAD è rappresentato dai benefici in termini di costi operativi nella produzione di prodotti tissue di fascia "premium". La Tabella 2 mostra un confronto tra le stime di costi di produzione per tissue convenzionale e TAD. Il costo di produzione medio è più alto del 5-20% rispetto a quanto ottenibile in impianti CFR convenzionali con stessa capacità produttiva (abbiamo considerato, come valore di riferimento, un costo di 700 US$ per tonnellata di cellulosa come materia prima). Grazie alle migliori caratteristiche dei prodotti TAD ed al sostanziale risparmio di fibre, è possibile ottenere circa il 20-25% in più di rotolini da una tonnellata di prodotto, mantenendo costante il diametro finale del rotolino stesso. Il risultato pratico è una sostanziale riduzione del costo specifico di un rotolino fino al 22% in meno per prodotti mono-velo messi a confronto con prodotti convenzionali a due veli dalle stesse caratteristiche qualitative. Non dobbiamo comunque dimenticare che l'alta qualità dei prodotti TAD ne permette il collocamento nella fascia "premium" di mercato aumentando ulteriormente il profitto ricavabile da una tonnellata di prodotto.

COMPARAZIONE DELLE TECNOLOGIE TAD. Come precedentemente indicato, i due principali produttori di tissue con tecnologia TAD tissue (Procter & Gamble e Kimberly Clark) hanno sviluppato ciascuna il proprio progetto TAD nei tardi anni sessanta. Sebbene entrambe le tecnologie usino un getto di aria calda nella prima fase di asciugamento del foglio, esse differiscono sostanzialmente nei principi fondamentali. Come già indicato in altri numeri del Perini Journal, Procter & Gamble utilizza la tecnologia "outflow" mentre Kimberly Clark utilizza quella "inflow". Ci sono molti pro e contro a queste due diverse configurazioni, sia per quanto riguarda la qualità dei prodotti finiti che per la gestione della macchina. Procter & Gamble è stata la prima azienda a muoversi nel campo del TAD ed ha avuto la possibilità di "scegliere" la soluzione tecnologica più semplice: la tecnologia "outflow" che comporta minori problemi operativi e di manutenzione.

I VANTAGGI PRINCIPALI SONO QUI DI SEGUITO RIASSUNTI:

- Il tamburo TAD ha un tipo di costruzione più semplice. Il flusso di aria calda entra nel tamburo da un condotto di alimentazione inferiore e viene aspirata da una cappa superiore aspirante come indicato nella figura (Fig. 1). Grazie a questa configurazione il tamburo TAD è di costruzione più semplice e non richiede alcun elemento interno per convogliare il flusso d'aria dalla superficie del manto allo scarico laterale sul perno (nel caso in cui ci sia l'aspirazione laterale nei tamburi "inflow"). Inoltre non ci sono elementi interni al tamburo che richiedono regolazioni. Per questo motivo il sistema ha una messa a punto più facile.

-Grazie alla direzione del flusso dall'interno all'esterno, c'è un minimo accumulo di fibre all'interno del tamburo.

- Per la stessa ragione risultano minimizzati i problemi nella sezione TAD relativi all'uso di resine per la produzione di carte tissue resistenti all'umido.

- La particolare configurazione della macchina continua non richiede alcun tipo di regolazione della posizione dei rulli di tenuta che, in questo caso, sono fissi. Tutto questo si traduce in un maggior effetto sigillante, aumentando di conseguenza l'efficienza della macchina e riducendo i costi di produzione.

- Grazie alla sua semplicità progettuale, la struttura della sezione TAD permette una facile estrazione dei tamburi TAD per scopi di manutenzione, riducendo così i tempi di fermo macchina.

- La regolazione del profilo trasversale della velocità di soffiatura dell'aria è molto più semplice a confronto di quanto necessario su macchine con concezione "inflow".

- Non c'è alcun contatto tra il rullo di tenuta e il foglio di carta. Nella configurazione "inflow" invece avviene questo contatto che causa un limite operativo: quando il grado di secco del foglio in uscita dal tamburo TAD è troppo basso il tissue si attacca al rullo distruggendo il foglio stesso e causando numerose rotture.

DALL'ALTRA PARTE, I VANTAGGI DELLA TECNOLOGIA "INFLOW" PIÙ GENERALMENTE DISPONIBILE SONO:

- È possibile ottenere maggiori velocità del flusso di aria grazie al supporto fornito dal tamburo stesso (questo, comunque, richiede una potenza maggiore applicata al ventilatore, potenza che cresce in maniera esponenziale con il crescere delle velocità di soffiatura)

- Grazie alle sue caratteristiche è possibile installare un singolo tamburo TAD di grandi dimensioni senza alcuna significativa limitazione di dimensioni. Questo evita la necessità di installare due o tre tamburi pre-essiccatori come richiesto dalla tecnologia "outflow".

ANALISI DEL PROCESSO. Le differenze non si limitano a quanto indicato sopra. La tecnologia di Procter & Gamble è basata su di una consistenza di trasferimento del foglio al cilindro monolucido compresa tra il 60% ed il 70% (grado di secco) e quindi tutto il sistema dei prodotti chimici è diverso. Questa tecnologia è stata brevettata da Procter & Gamble e la trasmissione di questo know-how è parte integrante della licenza TADVISION TM. Come precedentemente indicato, il principale impatto sui prodotti è rappresentato da una maggiore morbidezza ed una maggior voluminosità riscontrabile nel tissue prodotto con tecnologia "outflow". Nell'analisi dei prodotti disponibili sul mercato (Toschi sta completando questa analisi e sarà oggetto di futuri articoli tecnici) abbiamo riscontrato una maggiore capacità di assorbimento nei prodotti ottenuti con tecnologia "outflow" così come una maggior velocità di assorbimento.

Concludendo riteniamo che la tecnologia "outflow" di P&G sia più facile da operare, più efficiente e più semplice dal punto di vista progettuale, mentre gli impianti di tipo "inflow" comunemente disponibili sono più difficili da regolare e mettere in funzione. Per non parlare del diverso impatto di queste due tecnologie sulla qualità del prodotto finito.

TADVISION TM: LA SOLUZIONE. Come si può facilmente vedere ci sono state ottime ragioni per far sì che la tecnologia TAD rimanesse un "segreto" circoscritto a pochi adepti:

-Gli alti costi di investimento

-Una lunga curva di apprendimento

-La modesta offerta di diverse soluzioni da parte dei costruttori di impianti

-Produttività e produzioni elevate che richiedevano mercati maturi e di notevoli dimensioni

-Nessun programma di training ed informazioni operative fornite dai costruttori.

La risposta a tutti questi punti è data da TADVISION TM, un impianto completo "chiavi in mano" che oggi, dopo la firma dell'accordo di licenza tra Toschi e Procter & Gamble, può essere fornita ai produttori di tissue di tutto il mondo. Lo scopo della fornitura è costruito su di un pacchetto completo che include l'impianto preparazione pasta, la macchina continua con i relativi impianti accessori e tutti gli impianti ausiliari della cartiera come l'impianto elettrico, la centrale termica, ecc. Lo scopo di un'offerta così completa è quello di sollevare i produttori di carta tissue da tutti quei problemi che derivano dalla gestione di un progetto di queste dimensioni e dal relativo contatto con i diversi sub-fornitori. La progettazione dell'impianto è stata effettuata con il chiaro intento di fornire un impianto compatto, di alta qualità e capace di coniugare un alto rendimento con un costo di investimento contenuto. I formati macchina proposti da Toschi e Procter & Gamble sono riassunti nella tabella (Tab. 3) e sono stati concepiti per soddisfare un'ampia domanda in termini di flessibilità e capacità produttiva. La presenza di Procter & Gamble, con la sua esperienza ed assistenza, è di vitale importanza per una sostanziale riduzione della curva di apprendimento per i nuovi produttori di carta TAD. Grazie a programmi dedicati di training ed all'assistenza in loco durante le fasi di avviamento sarà possibile ottenere un'entrata in produzione dell'impianto agevole e senza problemi di rilievo.

CONCLUSIONI. Tutti i maggiori produttori di tissue nel mondo stanno già utilizzando la tecnologia TAD. La maggior parte di essi sta investendo solamente in impianti TAD per le nuove installazioni.

I vantaggi sono multipli:

-I prodotti TAD hanno una voluminosità maggiore, sono più soffici e soddisfano l'attuale trend che richiede prodotti di alta qualità sia per il settore "consumer" ("private label" e "branded") che per il settore "Away-from-Home".

-È possibile utilizzare una quantità di fibre inferiore per rotolino con prodotti dalle caratteristiche uguali o migliori di quelle dei prodotti convenzionali.

-Il costo di produzione per rotolino è inferiore a quello dei prodotti convenzionali CFR, ed i prodotti TAD possono essere venduti ad un prezzo superiore. Allo stesso tempo la maggior parte dei fattori limitanti per la diffusione della tecnologia TAD nei vari mercati sono oggi superati dal nuovo sistema TADVISION TM.

TOSCHI S.P.A.

Toschi S.p.A. ha sede nella provincia di Lucca, Italia, e da circa 50 anni produce e vende macchine per la produzione cartaria. Toschi S.p.A. è leader mondiale nella fornitura di impianti "chiavi in mano" di piccole e medie dimensioni per la produzione di carta e di carta tissue. Negli ultimi tempi grazie alla solida collaborazione tra la famiglia Mennucci, proprietaria del pacchetto azionario di maggioranza dell'azienda, e il noto imprenditore italiano del tissue Fabio Perini, oggi proprietario del 49% delle azioni Teschi S.p.A. ha iniziato a produrre anche macchine continue tissue di largo formato e recentemente l'azienda ha ricevuto un primo ordine per una PM modello Ahead 11.45 da 4,54 metri di larghezza. Al settore del tissue è dedicato tutto un compatto aziendale, la Tissue Division, che fornisce impianti per la produzione di tissue con produttività compresa tra le 45 e le 130 tonnellate al giorno e velocità che possono variare da 800 a 1900 metri al minuto. L'azienda, assieme al team tecnico di Faper, ha ridisegnato una sezione Crescent Former di nuovissima concezione che ha portato allo sviluppo della linea Ahead: una gamma di macchine continue da 70 a 130 tonnellate di tissue al giorno che vanta una serie di sviluppi tecnici in grado di migliorare l'efficienza produttiva e di ridurre sensibilmente i tempi di fermo-macchina. Continua inoltre il successo della linea Modulo, impianto proposto in un unico formato da 45 tonnellate di tissue al giorno con velocità di lavoro di 800 metri al minuto di cui è stato recentemente avviato un secondo esemplare. La Divisione Paper and Board di Toschi è invece dedicata alla produzione di impianti per cartoncini, cartoni e carte da comunicazione. La gamma delle macchine a listino include impianti di 3,5 metri di formato, con velocità di lavoro di 800 metri al minuto e produttività fino a 400 tonnellate al giorno. Il prodotto principale di Toschi è il cilindro essiccatore in acciaio, componente che combina un alto livello tecnologico con alte performances d'essiccamento. La Divisione Stock Preparation fornisce una vasta serie di impianti e soluzioni per la preparazione degli impasti sia per la produzione di tissue che degli altri tipi di carta anche da fibra di recupero, con produttività che raggiungono le 400 tonnellate giornaliere. Toschi S.p.A. punta molto sui servizi di assistenza al cliente di cui offre la gamma completa, dai servizi progettazione ed engineering, alla supervisione sull'erezione degli impianti, all'assistenza operativa.