PJL-46

Intervista con Ed Graf

L’inventore di una nuova tecnologia denominata air-dried-tissue (adt) ci parla dei vantaggi, delle configurazioni e del futuro ad alta velocità della sua creazione

Air dried tissue, ADT, è una tecnologia semplice ma potenzialmente rivoluzionaria per fabbricare tis-sue. Il primo impianto con questa configurazione sta funzionando su scala ridotta presso uno stabilimento statunitense di cui non viene rivelato il nome. Abbiamo intervistato Ed Graf, inventore e detentore del brevetto per la configurazione ADT, per sapere da dove proviene questa tecnologia, come sta funzionando e dove potrebbe arrivare in futuro. Venite a scoprirlo anche voi.


Perini Journal


Cos’è l’ADT e quali vantaggi offre rispetto ad altre configurazioni per la fabbricazione di tissue?

Ed Graf: ADT rappresenta un nuovo modo di produrre tissue & towel, un sistema nato dall’attuale tecnologia di fabbricazione della carta, anche se non specificamente carta tissue. Il metodo tradizionale di produzione del tissue presuppone l’essiccazione del foglio su un cilindro monolucido, dove la superficie riscaldata del cilindro fa evaporare l’umidità, che a sua volta incontra un flusso d’aria ad alta velocità indirizzato sul foglio.

Ho iniziato a pensare a questo processo e mi sono chiesto: cosa succede se indirizziamo l’aria, aria calda priva di umidità, su entrambi i lati del foglio? Abbiamo ipotizzato che ciò avrebbe potuto estrarre l’umidità dal foglio e creare al contempo un leggero sollevamento della fibra o voluminosità. Abbiamo fatto qualche semplice prova e ha funzionato.

Normalmente, l’essiccazione con monolucido avviene in senso unidirezionale. Noi invece volevamo sperimentare un’essiccazione bi-direzionale che potesse assicurare vantaggi in termini di energia, voluminosità nonché rotture del foglio/macchinabilità, fatto questo molto importante. Siamo riusciti a realizzare il progetto con un nastro trasportatore che fa scorrere il foglio attraverso un essiccatore a flottazione d’aria, il che significa che, se si verifica una rottura, il nastro carica autonomamente il foglio senza perdita di tempo, contri-buendo anche a ridurre i tempi di cambio per tipologie diverse di prodotto.


Prima di addentrarci ulteriormente nei dettagli, ci può dire qual è il suo background?

Ed Graf: Per 30 anni ho lavorato per grandi aziende produttrici di macchine continue. Ho iniziato nel settore Ricerca e Sviluppo di Beloit Corporation, dove sono rimasto cinque anni, poi sono passato a Voith come capo ingegnere per i servizi tecnici, lavorando principalmente su sviluppi e attrezzature della parte umida nonché sui monolucidi. Successivamente sono stato vice-presidente dello sviluppo prodotto in Escher Wyss per poi diventare responsabile tecnico in Black Clawson e infine sono ritornato in Voith, occupando-mi di progettazione applicata e direzione dello sviluppo prodotto. Nel 2005 mi sono messo in proprio.


Allora, quando ha iniziato a pensare al proesso ADT?

Ed Graf: Per molto tempo ho pensato che ci doveva essere un modo migliore per essiccare il foglio e ottenere voluminosità, il quale sostituisse l’enorme e complicato tamburo usato nel processo TAD ad alto consumo energetico. Gli essiccatori a flottazione d’aria hanno attirato la mia attenzione poiché sapevo che venivano usati sia per regolare il calore delle tavole di formazione per la fabbricazione della carta sia per essiccare i rivestimenti in argilla delle carte da stampa patinate leggere (LWC). Ho pensato che si poteva modificare quel processo, ma invece di insufflare il foglio, cosa impossibile a causa della ridotta grammatura e resistenza, potevamo metterlo su un nastro realizzato con plastica termoresistente. Bisognava direzionare l’aria in modo da spingerla verso il nastro per evitare che venisse insufflata fuori dal nastro. Lo abbiamo fatto posizionando una parte del foglio sul nastro e sollevando l’altra parte, così da garantire uno scambio intensivo tra aria e umidità. Il risultato di questo leggero squilibrio del foglio è un aumento di voluminosità e morbidezza.

Secondo il mio progetto, il sistema ADT richiede una struttura costruttiva più piccola e quindi molto meno costosa. Per esempio, siamo in grado di far funzionare l’ADT completamente senza monolucido, anche se non è quello che abbiamo fatto con la prima macchina. Se manca il monolucido, non c’è neanche bisogno di un carroponte. Il componente più pesante sarebbe allora la cassa d’afflusso, che può essere installata mediante gru mobili. In realtà, non c’è nemmeno bisogno di un basamento, se non lo si vuole, bastano due cavità nel pavimento, una per lo spappolatore e l’altra per la pompa di alimentazione. Senza il monolucido e la caldaia, si ha un incredibile risparmio di infrastruttura e dunque di costi.


Ha inventato questo nuovo sistema da solo o in team?

Ed Graf: Sono l’unico inventore e ho presentato domanda per due brevetti, concessi, su questa tecnologia e configurazione. Ho iniziato a lavorare all’idea nell’agosto del 2005, mi sono consultato con amici fidati del settore e a fine 2010 abbiamo installato la prima macchina ADT. Attualmente sta funzionando bene in un luogo degli Stati Uniti che non posso rivelare per via dei miei accordi con l’azienda.

Gli essiccatori a flottazione d’aria, che funzionano in modo simile alla configurazione ADT, sono stati impiegati a lungo sulle macchine per la produzione di carte da stampa patinate leggere (LWC). La tecnologia di base esisteva già, dunque, ma non era mai stata usata per il tissue. Naturalmente abbiamo dovuto apportare alcune modifiche. Ho parlato con un’azienda leader mondiale in questo tipo di tecnologia, con sede a Green Bay, Wisconsin USA, e si sono detti disponibili a fare la modifica perché funzionasse anche con il tissue.

Attualmente abbiamo un unico impianto in funzione e avevamo progetti importanti con altre aziende più piccole. Sfortunatamente, però, queste aziende erano così piccole da non riuscire a reperire le risorse, quindi i progetti non sono stati completati. Ma questo non è avvenuto perché la tecnologia non andava bene e si voleva qualcosa di diverso, si è trattato semplicemente di mancanza di fondi. Grazie ai vantaggi che offre, l’interesse per la tecnologia ADT è stato comunque elevato, continua a esserlo e sta crescendo, come testimoniano le numerose richieste e telefonate che ho ricevuto nei mesi scorsi riguardo a possibili modalità di applicazione.


Nello specifico, quali sono dunque i vantaggi?

Ed Graf: L’ADT permette di realizzare un foglio voluminoso molto simile al TAD, però con un risparmio del 17% sull’intero processo, in termini di energia per tonnellata. Naturalmente la qualità del foglio dipende dalla qualità delle fibre impiegate. L’impasto ha un ruolo fondamentale, ma, a parità di condizioni, riusciamo a produrre un foglio simile al TAD con molta meno energia. Cosa determina il risparmio energetico? Ed Graf: Se guardiamo al processo di produzione attuale, con il cilindro monolucido al centro della scena, sappiamo che, a velocità più elevate, in realtà è la cappa ad assicurare il lavoro di essiccazione ed evaporazione, non lo Yankee vero e proprio. Le cappe moderne sono molto efficienti in termini di rapporto di energia in ingresso contro evaporazione in uscita.


Qual è la configurazione della sua prima macchina?

Ed Graf: Impiega una cassa d’afflusso con tecnologia attuale, seguita dalla parte umida nella configurazione crescent former standard. Il monolucido è molto piccolo e la sezione viene sfruttata per trasferire il foglio e portarlo a un grado di secco del 75% circa. Da qui il foglio arriva all’unità ADT, costituita in realtà da un essiccatore a flottazione d’aria a fiamma diretta, policombustibile: gas naturale, propano od olio combustibile. Nella prima installazione abbiamo utilizzato un bruciatore Maxon.

Abbiamo la possibilità di aumentare o diminuire il grado di secco nella sezione dell’essiccatore a flottazione d’aria con maggiore controllo poiché il riscaldamento può essere gestito in maniera molto flessibile in più zone.

Infine, la bobina di questa macchina è un classico dispositivo ad avvolgimento periferico ed è stato uno dei pochi pezzi usati/ricondizionati. In alternativa si potrebbe usare un modello più recente ad avvolgimento assiale, con trasferimento “turn up” del foglio programmato digitalmente. La meccanica di questo nuovo tipo di bobina è semplificata rispetto ai modelli attuali. Le macchine strette possono utilizzare anche alberi espandibili, in modo da bypassare l’avvolgitore e inviare i rotoli direttamente alla trasformazione. Si potrebbe anche integrare una sezione di taglio longitudinale nella bobina per consentire la produzione di una serie di rotoli finiti stretti.


Sono un po’ confuso. Il cilindro monolucido è necessario o no?

Ed Graf: Ottima domanda. Alcune delle nostre prove suggeriscono che in realtà possiamo fare a meno del monolucido e far scorrere il foglio con il crescent former, passando per una sezione di pressatura modificata e poi direttamente nell’unità ADT. Mi domando solo se sarà possibile e forse l’uso di energia potrebbe aumentare un po’, ma se l’obiettivo è la voluminosità, questa si ottiene di sicuro. Senza contare l’enorme risparmio di investimento grazie all’eliminazione della caldaia, del monolucido e anche della gru nel capannone della macchina.

Per una macchina di larghezza nominale pari a 2,7 m, l’unità ADT costa circa la metà di un tamburo TAD. Non solo l’unità è meno co-stosa, ma lo spazio in verticale, cioè l’altezza del soffitto della struttura, è molto ridotto, non serve un fabbricato alto.


L’ADT può sostituire il TAD?

Ed Graf: Noi pensiamo di sì. La qualità è pari al TAD, ma il consumo energetico è più basso. Il foglio che si ottiene ha un’ottima voluminosità perché non viene trattenuto sulla superficie del monolucido. Ciò ci permette di “sollevare la fibra”, cioè le fibre sporgono dalla superficie, il che certo non va bene per una carta da stampa, ma per il tissue può essere un notevole vantaggio in termini di voluminosità e morbidezza per effetto delle fibre che si sollevano dalla superficie libera. 


Secondo lei, dunque, qual è lo sviluppo ideale delle applicazioni ADT nel settore tissue & towel?

Ed Graf: Riteniamo che il modo economicamente più efficiente di impiegare l’ADT sia in uno stabilimento che ha già una macchina tissue attrezzata con monolucido e lama di crespatura, cui si può aggiungere un’unità ADT. Si tratta semplicemente di spostare la bobina per fare spazio all’ADT, trasformando immediatamente la macchina in una capace di produrre sia tissue che towel, con tempi di cambio rapidi. Inoltre, integrando l’essiccatore ADT, si ottiene un incremento quantitativo del 20% rispetto alla capacità produttiva originale della macchina.


Quali sono le massime velocità che lei pensa si possano raggiungere?

Ed Graf: Abbiamo dichiarato di poter raggiungere 2 120+ mpm, in questo caso senza Yankee, che limiterebbe la velocità per la resistenza materiale del ferro. Con i monolucidi può succedere che la combinazione tra elevata pressione interna e forze centrifughe provochi la rottura dello Yankee. Forse, dunque, non sono necessari né un monolucido né la lama, magari ci sono altri modi per creare un rilievo topografico nel foglio.


A cos’altro sta pensando in questi giorni?

Ed Graf: Ho alcune idee interessanti, ma non voglio parlarne in pubblico ancora, meglio mantenere un profilo basso. Tuttavia, posso dire di essere abbastanza sicuro che oggi le macchine tissue sono in genere troppo complicate per quello che sono chiamate a fare, credo vi siano modalità più semplici da attuare. Idealmente, si potrebbero ottenere velocità molto più elevate rispetto a quelle attuali. Per esempio, sto lavorando per rendere la parte umida più veloce e se mettiamo insieme questo con l’essiccatore ADT, possiamo immagi-nare un foglio a velocità elevatissime, senza alcun complicato monolucido o tamburo.


Di cos’altro si occupa la sua attività?

Ed Graf: Il mio lavoro quotidiano consiste nel fornire consulenza sulle casse d’afflusso. Per oltre 40 anni mi sono occupato di progettazione e operatività di casse d’afflusso, tanto per continue che per macchine tissue, e possiedo numerosi brevetti in questo settore, più di 50. Oltre al progetto ADT, il mio lavoro principale riguarda la tecnologia e la risoluzione dei problemi legati alle casse d’afflusso, principalmente per aziende nordamericane ed europee.


Nel lungo termine, quale pensa sarà l’evoluzione della tecnologia nel settore delle continue?

Ed Graf: Credo di aver già risposto in parte, ma direi semplicemente «più larghe e più veloci, facendo a meno di monolucidi e TAD». Nello specifico, con i monolucidi in ferro siamo al limite per quel che riguarda la larghezza, 7,6 m, forse ci sono Yankee più larghi, ma non ne sono sicuro. Per contro, gli essiccatori del tipo ADT per altre applicazioni sono stati realizzati con larghezze fino a 10 m. Potremmo dunque realizzare tranquillamente un essiccatore ADT per il tissue di questa larghezza, considerato che si tratta di una tecnologia collaudata. Metta insieme questo con una cassa d’afflusso di pari larghezza progettata per funzionare a velocità elevatissima e avrà un’idea di quello potrebbe essere il futuro del tissue. *



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