Nell'intero processo di produzione della carta, ovvero "spappolatura - fabbricazione della carta - finitura", la raffinatrice è un'apparecchiatura chiave che determina le prestazioni delle fibre e la qualità della carta. Attraverso azioni fisiche, chimiche o una combinazione di azioni meccaniche e chimiche, taglia, fibrilla, fibrilla e raffina le fibre della cellulosa, consentendo alle fibre originariamente sciolte di formare una forza legante più forte e, in definitiva, conferendo alla carta prestazioni fondamentali come resistenza, uniformità e capacità di assorbimento dell'inchiostro. Dai tradizionali mulini a pietra alle moderne apparecchiature intelligenti, l'evoluzione tecnologica delle raffinerie si è sempre concentrata sui tre principi fondamentali di "alta efficienza, precisione e risparmio energetico", diventando un importante supporto per l'ammodernamento dell'industria cartaria.

I. Funzioni principali e principio di funzionamento delle raffinerie

La missione principale di un raffinatore è quella di "ottimizzare la morfologia delle fibre" e il suo principio di funzionamento può essere riassunto come "modifica delle fibre sotto azione meccanica":

• Principio di base: Quando la pasta passa tra i dischi (o rulli) del raffinatore, è sottoposta a forze meccaniche combinate come taglio, estrusione e impastamento. Le pareti cellulari delle fibre vengono lacerate per formare microfibrille e la superficie genera una densa struttura fibrillata. Allo stesso tempo, le fibre eccessivamente lunghe vengono opportunamente tagliate, rendendo la distribuzione della lunghezza delle fibre più in linea con i requisiti di fabbricazione della carta.
• Funzioni principali: In primo luogo, migliorare la forza di legame delle fibre per fare in modo che la carta abbia una sufficiente resistenza alla trazione, allo strappo e allo scoppio; in secondo luogo, migliorare l'uniformità dell'intreccio delle fibre per garantire la planarità e la regolarità della carta; in terzo luogo, adattarsi alle esigenze di diversi tipi di carta, come la carta da coltura che richiede fibre fini per migliorare la stampabilità e la carta da imballaggio che richiede fibre spesse e lunghe per aumentare la rigidità.

II. Principali tipologie e caratteristiche tecniche delle raffinerie

In base alla progettazione strutturale, al metodo di lavoro e agli scenari applicativi, i raffinatori più comuni nell'industria cartaria sono principalmente suddivisi nelle seguenti quattro categorie, ciascuna con il proprio focus tecnico e ambito di applicazione:

1. Raffinatore di dischi

• Caratteristiche strutturali: Composto da un disco fisso (disco fisso) e da un disco rotante (disco rotante). La superficie del disco è distribuita con zone di molatura di diverse forme dei denti (ad esempio seghettate, trapezoidali, a spirale) e l'intensità di raffinazione è controllata regolando la distanza tra i dischi.
• Vantaggi tecnici: Elevata efficienza di raffinazione, modifica uniforme delle fibre. Può adattarsi a diverse paste (pasta di legno, pasta di paglia, pasta di carta da macero) sostituendo le forme dei denti del disco, rendendolo l'attrezzatura di raffinazione più ampiamente utilizzata per la carta da coltura, la carta da imballaggio, la carta igienica e altri tipi di carta.
• Sottotipi: Raffinatore a disco singolo (che agisce su un lato del disco), raffinatore a doppio disco (che agisce simultaneamente su entrambi i lati del disco), raffinatore a triplo disco (disco centrale fisso + due dischi laterali rotanti, maggiore efficienza).

2. Raffinatore conico

• Caratteristiche strutturali: Adotta una combinazione di statore e rotore conici. La pasta avanza a spirale lungo la fessura conica, sottoposta a taglio ed estrusione continui. L'intensità di raffinazione può essere controllata con precisione regolando la fessura conica.
• Vantaggi tecnici: Minore taglio delle fibre, buon effetto di fibrillazione, adatto a tipi di carta che richiedono un'elevata ritenzione della lunghezza delle fibre (come carta kraft, cartone per copertine). Presenta inoltre un'elevata stabilità operativa e un basso consumo energetico, ed è comunemente utilizzato per la raffinazione secondaria della pasta di carta da macero o per la lavorazione fine della pasta di carta di alta qualità.

3. Raffinatore cilindrico

• Caratteristiche strutturali: Composto da un rullo di macinazione cilindrico e da una piastra di macinazione arcuata. La superficie del rullo di macinazione è dotata di denti di macinazione trasversali o a spirale. La rotazione del rullo di macinazione aziona il flusso della polpa e completa il processo di raffinazione.
• Vantaggi tecnici: Elevata tolleranza alle impurità (come granelli di sabbia, frammenti di plastica) nella polpa, non facile da intasare. Adatto alla macinazione grossolana della polpa di carta da macero o al pretrattamento di materie prime fibrose grossolane come la polpa di paglia, spesso utilizzata nel processo di raffinazione iniziale delle linee di produzione della polpa.

4. Raffinatore ad alta consistenza

• Caratteristiche strutturali: Adatto per ambienti con polpa ad alta consistenza (15%-40%). Utilizza uno speciale dispositivo di alimentazione (come un alimentatore a coclea) per garantire un ingresso uniforme della polpa nella zona di macinazione. La forma dei denti del disco è prevalentemente a denti larghi e con un design a grande spaziatura per migliorare l'effetto di impastamento delle fibre.
• Vantaggi tecnici: Elevato grado di fibrillazione delle fibre, elevata forza di legame, che può migliorare significativamente la resistenza della carta. In ambienti ad alta consistenza, il taglio delle fibre è inferiore e il consumo energetico è basso. È adatto per la raffinazione fine di tipi di carta di alta qualità (come carta patinata, carta speciale) o per la lavorazione della cellulosa che richiede un legame delle fibre ad alta resistenza.

III. Parametri tecnici chiave e principi di selezione delle raffinerie

1. Parametri tecnici principali

• Raffinazione della coerenza: Suddiviso in bassa consistenza (≤8%), media consistenza (8%-15%) e alta consistenza (≥15%). La consistenza influenza direttamente l'efficienza di raffinazione e la morfologia delle fibre, come la raffinazione ad alta consistenza che si concentra sulla fibrillazione e la raffinazione a bassa consistenza che si concentra sul taglio.
• Spazio tra i dischi: Un parametro chiave che determina l'intensità di raffinazione. Minore è la differenza, maggiore è l'intensità di raffinazione. Deve essere regolato dinamicamente in base ai requisiti del tipo di carta e alle caratteristiche della polpa (solitamente controllata a 0,1-1,0 mm).
• Forma del dente del disco e larghezza del dente: La forma del dente influenza il modo in cui le fibre vengono sollecitate (la forma del dente a taglio è adatta al taglio, la forma del dente a impastamento è adatta alla fibrillazione). La larghezza del dente determina l'area di contatto della zona di macinazione, che deve corrispondere al tipo di polpa e all'obiettivo di raffinazione.
• Potenza del motore e velocità di rotazione: La potenza determina la capacità di raffinazione (solitamente 55-1000 kW), mentre la velocità di rotazione influenza la velocità lineare del disco (generalmente 1500-3000 giri/min). Una velocità lineare più elevata comporta una maggiore forza di taglio, adatta per esigenze di raffinazione ad alta intensità.
• Capacità: Selezionato in base alla scala della linea di produzione. La capacità di una singola apparecchiatura è solitamente di 5-100 t/giorno e le linee di produzione su larga scala possono adottare configurazioni multi-unità in serie o in parallelo.

2. Principi di selezione del nucleo

• Adattarsi ai requisiti del tipo di carta: Per la carta da imballaggio ad alta resistenza, la priorità è data ai raffinatori ad alta consistenza o ai raffinatori conici; per la carta culturale fine, è possibile scegliere raffinatori a doppio disco o raffinatori a triplo disco; per la lavorazione della polpa di carta da macero, sono preferiti i raffinatori cilindrici o i raffinatori a disco resistenti alle impurità.
• Caratteristiche della polpa di corrispondenza: La polpa di legno ha fibre lunghe, quindi è opportuno concentrarsi sulla fibrillazione; sono facoltativi i raffinatori ad alta consistenza o i raffinatori conici; la polpa di paglia ha fibre corte, quindi è necessario controllare il grado di taglio, e sono facoltativi i raffinatori a dischi a bassa consistenza; la polpa di carta da macero contiene molte impurità, quindi è opportuno scegliere attrezzature resistenti all'intasamento.
• Efficienza e consumo energetico bilanciati: In base ai requisiti di capacità della linea di produzione, selezionare apparecchiature con basso consumo energetico unitario ed elevata efficienza di raffinazione. Ad esempio, le linee di produzione su larga scala possono utilizzare raffinatori a triplo disco, mentre le linee di produzione di piccole e medie dimensioni possono utilizzare raffinatori a disco singolo o a doppio disco.
• Considerare l'adattabilità intelligente: Le raffinerie moderne sono per lo più dotate di sistemi di controllo PLC, in grado di monitorare in tempo reale il processo di raffinazione (ad esempio, lunghezza delle fibre, consistenza della polpa, stato di usura dei dischi) e di gestire automaticamente il controllo a circuito chiuso. Nella scelta, è necessario tenere conto del livello di intelligenza della linea di produzione e dare priorità ad apparecchiature che possano essere collegate in rete e di facile manutenzione.

IV. Tendenze di sviluppo tecnologico delle raffinerie

Con la trasformazione dell'industria cartaria verso un'“intelligenza verde, a basse emissioni di carbonio, ad alta efficienza e di alta qualità”, la tecnologia di raffinazione presenta tre principali direzioni di sviluppo:

• Aggiornamento intelligente: Integrare sensori, Internet delle cose e tecnologia AI per realizzare il monitoraggio in tempo reale del processo di raffinazione e il controllo automatico a circuito chiuso, migliorando la precisione e la stabilità della raffinazione.
• Miglioramento del risparmio energetico: Ottimizzazione della struttura del disco (ad esempio, la forma dei denti bionici), adozione di motori ad alta efficienza e tecnologia di regolazione della velocità con conversione di frequenza per ridurre il consumo energetico dell'unità di raffinazione. Alcuni raffinatori di nuova generazione riducono il consumo energetico del 15-30% rispetto alle apparecchiature tradizionali.
• Integrazione multifunzionale: Sviluppare apparecchiature integrate di "raffinazione - setacciatura - purificazione" per ridurre i processi di produzione e lo spazio occupato dalle apparecchiature; soddisfare le esigenze di carta speciale, sviluppare raffinatori speciali (come raffinatori di fibre ultrafini, raffinatori speciali di polpa biomeccanica) per ampliare gli scenari applicativi.

In quanto "fondamentali" della produzione cartaria, il livello tecnico delle raffinerie è direttamente correlato alla qualità della carta, all'efficienza produttiva e ai benefici ambientali. Nel contesto dell'industria cartaria che persegue uno sviluppo di alta qualità, la selezione di tipologie di raffinerie idonee, l'ottimizzazione dei parametri tecnici chiave e il mantenimento del passo con le tendenze di sviluppo in materia di intelligenza artificiale e risparmio energetico diventeranno un'importante garanzia per le imprese per migliorare la propria competitività di base.