ITMI20110990A1 - Sistema per la produzione di cartone ondulato con recupero energetico integrato - Google Patents

Description

"SISTEMA PER LA PRODUZIONE DI CARTONE ONDULATO CON RECUPERO ENERGETICO INTEGRATOâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema per la produzione di cartone ondulato in assenza di shock termici.

In particolare la presente invenzione si riferisce ad un sistema come sopra definito che prevede inoltre un recupero energetico integrato in detto sistema.

Il cartone ondulato, usato moltissimo nel settore degli imballaggi, à ̈ costituito, nella sua forma più semplice, da almeno un foglio piano di carta (denominato anche copertina) e da almeno un foglio di carta ondulata i quali si legano tra loro con l'utilizzo di collanti naturali, generalmente derivati da amido di mais o fecola.

Attualmente sul mercato sono diffusi diversi tipi di cartone ondulato: a singola onda (i.e. un solo foglio di carta ondulata), a doppia onda oppure a tripla onda, anche se la combinazione delle diverse carte da copertina e da onda con le varie altezze di onde può dare origine ad un numero elevato di cartoni ondulati con differenti prestazioni.

Ogni foglio di carta ondulata, viene prodotto in una specifica unità operativa dotata di apposita macchina chiamata ondulatore: la carta da ondulare viene fatta passare attraverso due cilindri corrugati, riscaldati a vapore intorno ai 180°C, e ammorbidita grazie al calore fornitole dagli stessi. Successivamente ad ogni foglio ondulato viene subito accoppiata una copertina. L’accoppiato, detto canneté, viene poi trasferito ad una unità di incollaggio dove avviene l’accoppiamento tra i canneté e le copertine, ad una temperatura ottimale di circa 90°C. Il cartone ondulato così formato viene poi trasferito nell’unità di essiccamento e successivamente nell’unità di rifilatura dove viene sezionato a misura.

Questo processo di produzione risulta molto sensibile poiché a seconda dell’eccessivo uso di collante o calore, il cartone può imbarcarsi, oppure subire fenomeni di “washboarding†, presentare bolle, attirare polvere, con il conseguente danneggiamento del prodotto e diminuzione delle sue prestazioni meccaniche.

La Richiedente ha inoltre verificato, mediante analisi delle temperature nelle varie unità, che il foglio ondulato à ̈ sottoposto anche a forti shock termici durante il processo che sono altrettanto dannosi per la qualità del prodotto. Infatti dopo l’uscita dai cilindri ondulatori a circa 100°C, il foglio ondulato subisce un raffreddamento rapido fino a circa 40°C, e poi successivamente un improvviso riscaldamento da 40°C a circa 90°C appena prima dell’unità di incollaggio.

Inoltre anche all’interno di ciascuna cabina dell’unità di corrugamento si nota un notevole calo di temperatura all’uscita dai cilindri corrugatori in quanto l’impianto di ventilazione che raffredda i motori va a raffreddare anche il canneté sottoponendolo ad un gradiente di temperatura che non garantisce l’uniformità delle proprietà del ondulato e modifica il processo in atto.

In aggiunta, i suddetti raffreddamenti rappresentano anche un dispendio energetico alla luce del fatto che l’incollaggio deve avvenire a temperature elevate.

Scopo della presente invenzione à ̈ di eliminare, almeno in parte, gli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un sistema che permetta di ottenere un cartone ondulato migliorato evitando shock termici.

Un altro scopo à ̈ quello di fornire un tale sistema che sia economico, facile da realizzare, affidabile, e che eviti dispendi energetici.

Questi scopi sono raggiunti da un sistema che presenta le caratteristiche elencate nella annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Il sistema in accordo all’invenzione à ̈ un impianto che comprende almeno un’unità di corrugamento, preferibilmente due, una di incollaggio a valle delle unità di corrugamento, una unità essiccamento e una unità di trasferimento che collega l’unità di corrugamento ad una unità di incollaggio, dove

- ciascuna unità di corrugamento (cabina) presenta un separatore interno orizzontale per creare una zona superiore a temperatura costante e priva di aspirazione dell’aria, dove far passare il foglio ondulato (canettà ̈) uscente dai rulli corrugatori, e una zona inferiore in cui sono presenti i rulli corrugatori, posta sotto aspirazione per estrarre l’aria riscaldata attraverso un condotto di aspirazione verticale posteriore alla cabina, non collegato a detta zona superiore,

- le unità di corrugamento e l’unità di incollaggio sono collegate tra loro attraverso tunnel, posti sotto aspirazione controllata, per isolare termicamente rispetto all’ambiente esterno, i fogli corrugati in ingresso all’unità di incollaggio, e inoltre

- le unità di incollaggio e di essiccatura del cartone ondulato, anch’esse chiuse all’interno di una rispettiva cabina posta sotto aspirazione, sono collegate attraverso un tunnel che presenta una copertura superiore parziale, posta sotto aspirazione, per isolare termicamente rispetto all’ambiente esterno, il cartone ondulato.

L’aria calda estratta dalle unità di corrugamento viene poi inviata ad uno scambiatore aria-aria, oppure aria-acqua, per riscaldare l’aria entrante nell’edificio contenente l’impianto durante il periodo invernale, mentre l’aria calda estratta dai tunnel e dalla copertura parziale superiore viene inviata ad almeno uno scambiatore aria-acqua per riscaldare l’acqua destinata alle varie utenze dell’edifico e/o impianto.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma di realizzazione puramente esemplificativa e quindi non limitativa, illustrata nei disegni annessi, in cui:

la Fig. 1 à ̈ una vista schematica in sezione longitudinale di due unità di corrugamento e una di incollaggio in accordo all’arte nota;

la Fig. 2 à ̈ una vista schematica in sezione longitudinale di due unità di corrugamento e una di incollaggio in accordo all’invenzione;

la Fig. 3 a)-b) sono viste schematiche in sezione trasversale, rispettivamente frontale e laterale, di una unità di corrugamento in accordo all’invenzione;

la Fig. 4 à ̈ una rappresentazione schematica di uno scambiatore aria-aria all’uscita dell’unità di corrugamento in accordo all’invenzione;

la Fig. 5 à ̈ una vista schematica in sezione longitudinale della zona di trasferimento del cartone ondulato alla unità di essiccamento in accordo all’invenzione;

la Fig. 6 Ã ̈ una vista schematica in sezione trasversale della zona di trasferimento illustrata in fig. 5.

Nella seguente descrizione elementi identici avranno lo stesso numero di riferimento.

Con riferimento alla figura 1, viene illustrato schematicamente un sistema di corrugamento dell’arte nota formato da due unità di corrugamento, indicate in figura con i numeri di riferimento 10 e 20, e da una unità di incollaggio, indicata in figura con il numero di riferimento 100.

Ciascuna unità di corrugamento 10, 20 comprende cilindri corrugatori 4, provvisti di preriscaldatori 5, dai quali fuoriesce il foglio corrugato 1 che viene trasferito alla unità di incollaggio 100 passando attraverso la seconda unità di corrugamento 20.

Detta seconda unità di corrugamento 20 à ̈ praticamente identica alla prima unità di corrugamento 10 e opera nelle stesse condizioni di detta unità 10, producendo un secondo foglio corrugato 2 che viene trasferito anch’esso all’unità di incollaggio 100.

In detta unità di incollaggio 100 i fogli corrugati 1 e 2, e il foglio piano di carta 3 vengono riscaldati da cilindri preriscaldatori 8, ed uniti mediante incollaggio per formare il cartone ondulato desiderato.

Ciascuna di dette unità 10, 20 e 100 à ̈ delimitata da una cabina 6, 7, 7’, la quale à ̈ dotata di aspiratore (non illustrato in figura) che permette di aspirare aria fresca dall’esterno (indicata con la freccia F) per raffreddare i motori dei cilindri preriscaldatori 5, dei gruppi ondulatori 4 e l’elettronica a bordo macchina, e di espellere dal tetto della cabina verso l’esterno l’aria riscaldatasi (indicata con la freccia C).

L’aria fresca F che entra nella cabina 6 e 7 si riscalda sia per la presenza dei cilindri preriscaldatori 5 ma anche perché i cilindri corrugatori 4 operano ad una temperatura intorno ai 180°C circa, e sia perché la carta corrugata 1 che esce da detti cilindri corrugatori 4 ha sostanzialmente la stessa temperatura dei cilindri 4, La temperatura dell’aria calda C uscente da dette unità 10, 20, e 100 à ̈ in genere intorno 40°C: essa viene espulsa direttamente in atmosfera poiché se immessa all’interno dell’edificio delle unità 10, 20 e 100 comporterebbe un innalzamento della temperatura e dell’umidità non sopportabile dal personale operativo, in particolare nei mesi estivi.

E’ da notare che il foglio di carta corrugata 1 presenta normalmente una temperatura di circa 102°C all’uscita dai cilindri corrugatori 4 dell’unità 10, mentre appena fuori dalla cabina 6 dell’unità 10, il suddetto foglio di carta corrugata 1 ha una temperatura di circa 75°C, che diminuisce intorno ai 50°C all’uscita dalla cabina 7 dell’unità 20. Pertanto nel passaggio dall’unità di corrugamento 10 all’unità di incollaggio 100 il primo foglio di carta corrugata 1 perde una notevole quantità di calore che deve essere poi fornito dai cilindri preriscaldatori 8 interni all’unità di incollaggio 100 poiché per ottenere un buon incollaggio tra fogli ondulati 1, 2 e fogli piani 3, detti fogli di carta vengono riscaldati intorno ai 90°C .

In fig. 2 à ̈ illustrato schematicamente il sistema di corrugamento in accordo all’invenzione, anch’esso formato da due unità di corrugamento, indicate in figura con il numero di riferimento 10’ e 20’, e da una unità di incollaggio indicata in figura con il numero di riferimento 100, le cui porzioni superiori sono collegate tra loro mediante tunnel isolanti di collegamento 11.

Le presenti unità di corrugamento 10’ e 20’ differiscono da quelle note 10 e 20 per il fatto di comprendere, ciascuna, un separatore orizzontale 9, interno alla rispettiva cabina 6 e 7, atto a creare una zona o spazio superiore 12 a temperatura costante, dove far passare il foglio ondulato 1 e 2 (canettà ̈) uscente dai rulli corrugatori 4. In detta zona superiore 12 la temperatura del foglio 1 e 2 rimane costante e non diminuisce in quanto tale zona superiore 12 non à ̈ sottoposta ad aspirazione visto che non à ̈ collegata agli aspiratori della cabina 6 e 7.

Il mantenere la temperatura del foglio a livelli elevati garantisce un minor contenuto di umidità sullo stesso e quindi un miglioramento delle prestazioni complessive del cartone ondulato.

Al di sotto di tale zona superiore 12 si trova la zona inferiore 13 dove sono alloggiati i motori e l’elettronica da raffreddare e i rulli corrugatori 4: grazie al fatto che detta zona inferiore 13 à ̈ posta sotto aspirazione attraverso un condotto di aspirazione verticale 14 (fig. 3b)), l’aria fredda (freccia F in figura) entra in detta zona 13 raffreddando solamente i motori dei rulli 4 e l’elettronica, visto che il foglio corrugato 1 va a trovarsi nella zona superiore 12 non collegata a detta zona inferiore 13.

In aggiunta, nel presente sistema à ̈ previsto inoltre un primo tunnel di collegamento 11 termoisolante che unisce tra loro le due zone calde superiori 12 delle due unità di corrugamento 10’ e 20’ adiacenti, al fine di isolare dall’ambiente circostante il trasferimento del foglio corrugato 1 dalla unità 10’ all’unità 20’.

Analogamente, à ̈ previsto anche un secondo tunnel di collegamento 11 che unisce la zona calda 12 della seconda unità di corrugamento 20’ e l’unità di incollaggio 100, isolando così dall’ambiente circostante la zona di trasferimento del foglio corrugato 1 e 2 dalla unità 20’ all’unità di incollaggio 100.

La parte inferiore di ciascuna unità di corrugamento 10’, 20’ non à ̈ collegata da detti tunnel 11 al fine di permettere l’aspirazione di aria fredda (frecce F) all’interno delle cabine 6 e 7.

I tunnel 11 sono anch’essi posti sotto aspirazione ma minore rispetto alle singole cabine 10’, 20’: tale aspirazione à ̈ generata mediante ventilatori (non illustrati in figura) la cui velocità di aspirazione viene regolata a seconda della temperatura che si vuole mantenere all’interno di essi e l’aria aspirata viene espulsa mediante condotti di aspirazione 19.

Ad esempio, se all’interno di un primo tunnel 11 à ̈ prevista la presenza di personale di servizio, si agirà sulla velocità di aspirazione per ridurre la temperatura all· interno del tunnel a valori accettabili.

Il presente sistema prevede inoltre che, durante i mesi invernali, l’aria calda aspirata e uscente da ciascun condotto verticale 14 ad una temperatura di circa 40-45°C, venga inviata, previa filtrazione delle particelle solide, in uno scambiatore aria-aria 200, come illustrato in fig. 4, nel quale parte del suo calore viene ceduto all’aria aspirata dall’esterno ed entrante in detto scambiatore 200, recuperando così il calore dell’aria aspirata uscente da detto condotto 14.

L’aria esterna entrante nello scambiatore 200, preferibilmente del tipo a piastre, ad una temperatura di circa 15°C viene quindi portata ad una temperatura di circa 29°C per poter essere poi immessa nell’edificio come aria di rinnovo, risparmiando sui costi di riscaldamento dell’ edifìcio in cui à ̈ posto il sistema della presente invenzione.

Gli stessi scambiatori aria-aria 200 sono preferibilmente previsti all’uscita dei condotti di aspirazione 19 relativi ai tunnel di collegamento 11.

Nei mesi estivi invece l’aria calda uscente da ciascun condotto verticale 14 ad una temperatura di circa 40-45°C, può essere immessa direttamente in atmosfera prevedendo perciò un by-pass allo scambiatore 200 su ciascun condotto 14.

L’uso combinato di tunnel di collegamento 11 e di separatori 9 nella sezione di corrugamento fa sì che il canneté (o foglio corrugato) 1 e 2 arrivi alla sezione di incollaggio 100 senza shock termici e molto più caldo rispetto agli impianti noti. Ciò determina sia una accelerazione del processo produttivo poiché non à ̈ più necessario portare in temperatura i fogli corrugati, sia un minor consumo di vapore per i cilindri 8 della sezione di incollaggio 100.

Inoltre i tunnel termoisolanti 11 riducono rimmissione di calore nell’ambiente di lavoro poiché riducono l’effetto radiante dei fogli corrugati 1 e 2 uscenti dai rulli 4, particolarmente sgradevole nei mesi estivi.

Come illustrato in figura 5, il sistema della presente invenzione prevede, preferibilmente, che la zona per il trasferimento, dalla unità di incollaggio 100 all’unità di essiccamento 300, del cartone ondulato 15 ottenuto abbia una copertura superiore 16, parziale (fig. 6) e posta sotto leggera aspirazione.

Ciò permette di avere sul cartone in uscita dalla sezione di incollaggio una maggiore quantità di calore in ingresso all’unità di essiccamento 300 aumentando ulteriormente il risparmio energetico già messo in atto con l’utilizzo combinato dei tunnel 11 e dei separatori 9. Inoltre anche in questo caso la copertura permette di ridurre l’effetto radiante del cartone ondulato caldo 15 nell’ambiente di lavoro riducendo quindi il calore nell’ ambiente di lavoro. Inoltre il cartone risulta meno imbarcato, determinando minori scarti di produzione specialmente durante lo startup iniziale.

Detta copertura 16, definita altrimenti tunnel, à ̈ sufficientemente distanziata dai piani caldi 17 di trasporto del cartone ondulato 15 per permettere un buon ricircolo dell’aria fredda (frecce F in figura 6) aspirata dal basso dai ventilatori di aspirazione (non illustrati). L’aria riscaldata (frecce C indicate in figura 5) viene poi estratta attraverso il relativo condotto 18.

In questo modo à ̈ possibile avere differenti temperature in varie zone del tunnel di collegamento 16 dei piani caldi semplicemente variando la velocità di aspirazione di ciascun ventilatore collegato al rispettivo condotto di aspirazione 18.

L’aria calda che transita nei condotti 18 viene poi inviata ad uno o più scambiatori aria-acqua (non illustrati), ciascuno posto in uscita da almeno uno di detti condotti 18 per recuperare il calore dell’aria calda uscente da detti condotti 18. Con tale recupero energetico à ̈ possibile produrre acqua calda utile per le utenze dell’edificio contenente il sistema della presente invenzione.

Un’ulteriore riduzione energetica à ̈ prevista dal sistema in accordo all’invenzione mediante recupero dell’aria calda presente nella sezione di rifilatura, in maniera analoga a quanto descritto per l’aria calda uscente dalle cabine 6 e 7.

Alle presenti forme di realizzazione dell’invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema per la produzione di cartone ondulato (15) comprendente almeno un’unità di corrugamento (10’, 20’), una unità di incollaggio (100) di almeno un foglio corrugato (1, 2) e almeno un foglio piano (3), una unità essiccamento (300) e una unità di trasferimento del cartone ondulato (15) che collega l’unità di incollaggio (100) all’unità di essiccamento (300), caratterizzata dal fatto che - ciascuna cabina (6, 7) di ciascuna unità di corrugamento (10’, 20’) presenta un separatore interno orizzontale (9) per creare una zona superiore (12) a temperatura costante e priva di aspirazione dell’aria, dove far passare il foglio ondulato (1, 2) uscente da rulli corrugatori (4), e una zona inferiore (13) posta sotto aspirazione per estrarre l’aria riscaldata (C) attraverso un condotto di aspirazione (14) non collegato a detta zona superiore (12) e contenente detti rulli corrugatori (4) e i relativi motori, - detta almeno una unità di corrugamento (6,7) e detta unità di incollaggio (100) sono collegate tra loro attraverso tunnel (11) per isolare termicamente rispetto all’ambiente esterno detto almeno un foglio corrugato (1, 2).
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta unità di trasferimento del cartone ondulato (15) prevede una copertura superiore (16) per isolare termicamente, rispetto all’ambiente esterno, detto cartone ondulato (15) uscente dall’unità di incollaggio (100) ed entrante nell’unità di essiccamento (300).
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui le unità di corrugamento (10’, 20’) sono almeno due, collegate tra loro mediante detti tunnel di collegamento (11) termoisolanti.
4. 4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detti tunnel (11) collegano solamente le zone superiori (12) di dette unità di corrugamento (10’, 20’).
5. 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui i tunnel (11) sono posti sotto aspirazione per mezzo di condotti di aspirazione (19).
6. 6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui almeno uno scambiatore (200) à ̈ posto su almeno uno dei condotti (14) per recuperare il calore dell’aria aspirata che attraversa detto condotto (14), previa filtrazione delle particelle solide.
7. 7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui almeno uno scambiatore (200) à ̈ posto all’uscita di almeno un condotto di aspirazione (19) relativo ai tunnel di collegamento (11).
8. 8. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 2 a 7 in cui la copertura superiore (16) dell’unità di trasferimento del cartone ondulato (15) à ̈ parziale e posta sotto aspirazione mediante almeno un condotto di aspirazione (18).
9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 8 in cui in uscita da almeno un condotto di aspirazione (18) à ̈ posto almeno uno scambiatore per il recupero di calore dall’aria calda che attraversa detto almeno un condotto (18).