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"'PROCEDE ET APPAREIL DE 2TR4I2Ei''N'P DES M&TIZj9BS FIBREUSES EN VUE DE L'OBTENTION DE FIBRES"..
Cette invention a trait à la production de fibres appropriées à la fabrication du papier et concerne plua par- ticulièrement le traitement du bois et des. autres matières fibreuses. végétales par le procédé et à l'aide de l'appa- reil qui seront décrits: ci-après.
Le procédé suivant l'invention est destiné. au traitement de matières ligneuses ramollies ayant été con-
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verties en un produit intermédiaire ligno-celLuloaique et consiste à pilonner et frotter d'une manière particulière cette matière préalablement préparée de façon à la trana- former en une pâte ou pulpe sans. rompre les fibres et en ne
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réduisant en fragments qu'une proportion insignifiante de ces fibres et des cellules.
On connaît un procédé et un appareil suivant les- quels. on fait usage d'un tambour rotatif dans lequel la pâte est pilonnée et battue par son contact et son mélange avec une série de baguettes. qui s'étendent parallèlement à l'axe du tambour et sont libres de s'élever et de retomber en rou- lant à l'intérieur du tambour sous l'influence du mouvement de rotation dû tambour. Cet appareil perfectionné maintient la longueur des fibres et ne les décompose pas en particules analogues à de la sciure comme on l'observe habituellement dans les procédés dans lesquels l'appareil de traitement est un élément usant ou coupant rotatif.
L'inventeur a découvert qu'il est possible d'obtenir des résultats nettement meilleurs tout en adoptant générale- ment le procédé connu sus-mentionné. Certaines consistances de pâte ,c'est-à-dire certains rapporta entre le poids de la fibre sèche et l'eau , ont une grande influence sur l'ef- ficacité du traitement. Suivant l'invention , une teneur plus élevée en fibres que celle usuellement adoptée dans les procédés de défilage usuels est non seulement désirable, mais préférable. Ceci constitue un contraate marqué avec le systè- me de transformation dans lequel les piles travaillant à des degrés de concentration supérieurs à cinq parties en poids de fibres sèches pour cent parties en poids d'eau sont ex- trêmement rares.
Ordinairement , des concentrations inférieu- res à 5 % ont été appliquées dans. des installations de types actuels.
On atrouvé que dans l'application de la pile à baguettes pour la préparation de la pâte ,les meilleurs résultats sont obtenus lorsque le rapport des fibres sèches à l'eau est maintenu entre les limites d'une échelle définie, savoir entre 7,5 et 9,5 pour cent , ce qui est principalement
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remarquable en raison du fait que les pourcentages de cette échelle sont supérieurs à. ceux qui ont usuellement été ap- pliqués jusqu'à ce jour. Le rapport adopté dans le procédé suivant l'invention améliore la pâte et tend à diminuer l'u- sure de la machine.
On a d'ailleurs constaté que dans. le traitement de la matière à l'aide de la pile à baguettes, il convient de ne pas descendre au-dessous de cinq parties de fibres sèches pour cent parties de liquide. D'autrea genres d'appareil fonctionnent habituellement mieux avec des rapports inférieurs, c'est-à-dire avec. une proportion plus faible de matière fibreuse. On a constaté qu'un rapport trop faible tend à provoquer une perte d'énergie par le frottement des baguettes les unes sur les autres et sur l'in- térieur du tambour.
En même temps, ce rapport trop faible nuit aux fibres dont dépendent la solidité et la ténacité du produit finale D'autres types d'installation peuvent travailler avec succès sur des mélangea fibreux contenant une faible proportion de fibres et les piles travaillant des mélanges de consistance supérieure à cinq parties en poids de fibres sèches pour cent parties d'eau sont extrêmement rares mais ce rapport de 5 % constitue la limite inférieure du procédé suivant l'invention. la table suivante montre la façon dont on peut augmenter la solidité du produit en augmentant le degré de consistance entre certaines limites avec la même vitesse d'alimentation et la marne consommation de force motrice.
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Consistance <SEP> de <SEP> Epreuve <SEP> de <SEP> Muller
<tb> la <SEP> pâte <SEP> en <SEP> % <SEP> Coefficient <SEP> de <SEP> résistance
<tb> par <SEP> unité <SEP> de <SEP> poids
<tb>
<tb> 4.5 <SEP> 5.02
<tb> 6. <SEP> 34 <SEP> 5.42
<tb> 7.32 <SEP> 6.07
<tb> 8.55 <SEP> 6.06
<tb> 9. <SEP> 29 <SEP> 5.79
<tb>
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Non seulement la solidité de lapâte quittant la pile est rendue plus grande par l'application de mélanges dont le rapport entre la matière solide et la matière liquide est supérieur à 5 %, mais la résistance finale développée par un équipement subséquent se trouve augmentée.
Au cours du traitement, un grand nombre de baguettes soulevées et retombant librement les unes sur les autres tombent à travers un mélange de fibres et de liquide dont la force ascensionnelle agit à l'inverse de la chute des baguettes. Cette force ascensionnelle est importante et est plus ou moins proportionnée à la hauteur de la masse de matière que renferme la pile. Dans. le dessin annexé, on a représenté une pile capable de travailler très efficacement une matière relativement très consistante.
La présente invention comprend principalement les phases mécaniques des procédés de production de fibres et la matière fibreuse/, appropriée à la fabrication du papier et à dautres applications, en partant d'une matière pre- mière telle que le bois/après que. cette matière a été pré- parée chimiquement par'une ébullition effectuée sous pression en présence de solutions aqueuses convenablement, concentrées de soude caustique et de sulfure de sodium , de soude caus- tique et de soufre ou de sulfite de sodium et de carbonate de sodium pour ramollir la matière ligneuse et produire le produit intermédiaire ligno-cellulosique sus-mentionné.
Dans l'état actuel de cette industrie, les pro- cédés appliqués pour transformer les matières fibreuses en fibres sont soit du genre mécanique , soit du genre chimi- que. Le procédé mécanique consiste essentiellement à défi- brer des blocs de bois en les pressant contre une meule rotative en présence d'eau, le bois étant ainsi réduit en fibres par une trituration et par la chaleur due au frotte- ment. Dans ce procédé ,l'action est si intense que le
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nombre de fibres restant intactes est relativement petit et qu'une grande partie de la pâte est composée de fragments de fibres ou faisceaux de fibres.
Dans les. procédés chimi- ques ,le bois est découpé en morceaux et est digéré sous pression dans des solutions aqueuses des bisulfites des mé- taux alcalino-terreux et d'acide sulfureux ou ,soude caustique ou de soude caustique et de sulfure de sodium ou sulfite de sodium. La digestion est poussée jusqu'à un point tel que plus de 50 % de la substance du bois se trouve dissoute et qu'il reste un/produit titrant plus de 90 % de cellulose. Dans ces procédés les fibres finales sont intactes, mais la . substance qui les unit a été éliminée de sorte que les fibres se séparent avec le minimum d'agitation mécanique..
Par fibres finales, on entend les cellules allongées qui sont attachées longitudinalement et collées les unes aux autres dans le sens radial par une matière incrustante com- posée en grande partie de lignine et d'hémicelluloses. Il est facile de se rendre compte à l'aide du microscope que les fibres sont intactes et que leur longueur est environ cent fois leur diamètre ou davantage.
Dans le procédé suivant l'invention le bois est aussi découpé en morceaux et les morceaux sont soumis à l'action de solutions aqueuses de produits chimiques con- venables à des températures élevées après avoir subi un trai- tement d'imprégnation. Toutefois ,la digestion n'est pous- sée que jusqu'au point où les lamelles ou matières intermé- diaires unissant les fibres ont été ramollies mais non com- plètement dissoutes. Les morceaux ramollis peuvent alors être réduits à l'état de fibres ou cellules par une ac- tion de pilonnage ou de frottement convenable ou par une combinaisonde ces deux actions , suivant la présente inven- tion.
On obtient une pâte dont l'aspect général est celui de la pâte obtenue par les procédés chimiques susmentionnés ;
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mais au lieu d'obtenir de 40 à 50 % de fibres, on en obtient de 60 à 85 %, selon l'espèce de bois et l'intensité du trai- tement Les pâtes obtenues ont un aspect analogue à celui des pâtes chimiques ,mais possèdent des caractéristiques chimiques distinctes.
Une des caractéristiques importantes du présent procédé réside dans l'application d'appareils de désagréga- tion mécanique qui ,jusqu'à ce jour, n'avaient jamais été appliqués aux matières fibreuses pour le but envisagé. On a trouvé que les piles défileuses, les piles raffineuses ou les appareils d'attrition à barres ou lames rigides qui ont été employés dans la fabrication du papier donnent une matière très peu satisfaisante lorsqu'ils sont appliqués aux matières ligneuses ramollies. Il se produit des faisceaux vasculaires et des fragments de rayons médullaires qui ré- sistent à une réduction dans la direction longitudinale et qui dans la feuille de papier fabriquée à l'aide du produit résultant, se présentent sous forme de zones granulaires et analogues à la sciure, ou de mèches, qui rendent le produit pratiquement inutilisable.
En poussant le traitement jusqu' au point auquel les dimensions de ces particules ont été suffisamment réduites, on diminue aussi la longueur des fi- bres qui , finalement , deviennent incapables de communiquer la solidité désirée au papier. Par contre , si les fragments sont convenablement réduits par pilonnage ou frottement, ils n'apparaissent pas dans le produit fini et l'on peut obtenir une feuille de texture uniforme. Non seulement cette action de pilonnage ou de frottement peut être appliquée à une matière ligneuse ramollie , mais elle peut être appliquée avec d'excellents résultats au défilage des pâtes chimiques normales ou des pâtes de chiffons , de corde ou de jute du commerce. La pile à baguettes a donné des résultats très satisfaisants pour cette application.
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Le procédé suivant l'invention est mis en pratique @ à l'aide d'un appareil particulier employé pour réaliser l'action de pilonnage ou de frottement. Ainsi qu'il a été mentionné précédemment cet appareil a été. appelé "pile à baguettes"'..
La construction de cet appareil sera décrite: briè- vement en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Fig. 1 est un plan d'un tambour- cylindrique al- longé monté par ses extrémités opposées dans des paliers de support convenables,, ce tambour étant muni dans cet exemple, près d*une de ses extrémités, d'une grande roue dentée qui l'entoure et dont les dents sont en prise avec un pignon recevant sa commande d*une source d'énergie: con- venable.
Fig. 2 est une vue de côté de l'appareil de fig. 1 et représente la tubulure d'admission dirigée vers le haut, à l'extrémité de droite.
Fig. 3 est une perspective avec coupe verticale à plus grande échelle du tambour des figs. 1 et 2, en re- gardant de gauche à droite, cette figure représentant des ouvertures extrêmes opposées ayant sensiblement le même diamètre.
Fig. 4 est une vue analogue à Fig. S , mais re- présente à droite une autre forme d'ouverture d'évacuation, cette ouverture étant plus grande que l'ouverture d'admis- sion et placée de telle sorte que le niveau de matière main- tenu dans le tambour est plus bas que celui qui serait main- tenu dans la construction de fig.. 3.
1 désigne l'enveloppe cylindrique d'un tambour rotatif 'dont l'axe longitudinal est sensiblement horizontal et qui est supporté à ses extrémités par des. paliers 3 montés sur des supporta verticaux 3. Si on le désire, le tambour peut être légèrement incliné de façon que l'extrémité d'é-
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vacuation soit aituée un peu plus bas, comme indiqué par la ligne de base de fig. 2, dans le but de faciliter le mouve- ment de la pâte à travers ce tambour. 4 représente la gran- de roue annulaire susmentionnée prévue à l'une des extrémi- tés du tambour et engrenant avec un pignon 4a qui reçoit sa commande d'une source de force motrice convenable à l'aide d'un arbre 4b et d'une poulie 4c,
Comme représenté à droite des figs.
1 et 2,l'ex- trémité d'admission est munie d'une tubulure de remplissage 5 s'étendant vers le haut à partir du niveau de l'axe du tambour et se terminant par une bride horizontale 6 destinée à être fixée à un tuyau d'alimentation convenable. Le con- duit d'évacuation du tambour passe à travers une partie supportée dans les paliers et est muni de registres ou d'au- tres obturateurs convenables (non représentés dans les figs.
1 et 2) munis de dispositifs de commande et de support ? , 8 , ces dispositifs étant situés à l'extérieur de l'appareil et comportant des liaisons qui pénètrent dans l'extrémité, du tambour et s'étendent jusqu'aux obturateurs.
On se réfèrera maintenant à la fig. 3. L'extrémité d'admission , situé à gauche , se termine par un rebord extrême propre à faciliter un accouplement entre cette ex- trémité rotative et le tuyau fixe 5 des figs. i et 2. Un élément de support enveloppant 2a, disposé comme indiqué autour de l'extrémité d'admission , est destiné à être monté dans le palier 2 des figs. 1 et 2. La fig. 3 repré- sente la position qu'occupent les baguettes 9 que renferme le tambour pendant le mouvement du tambour dans le sens de la flèche . Une des extrémités de fig.3 est brisée pour montrer le mode de construction. L'enveloppe métallique 1 du tambour est munie d'une garniture convenable composée de préférence de planches de bois 10.
A l'intérieur se trouve une surface d'usure convenable, composée d'éléments
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longitudinaux 11 qui peuvent être arqués pour s'adapter à la courbure externe du tambour ou être du type ondulé comme re- présenté dans les figs. 3 et 4. Ces éléments 11 sont de pré- férence métalliques.
Aux extrémités du tambour et à l'inté- rieur se trouvent des éléments. d'usure 12 qui sont aussi préfé. rablement en métal et qui présentent , comme représenté ,une surface interne conique convergeant vers l'extérieur, le sommet du cône étant situé sur l'axe du tambour. De cette façon , il est possible d'éviter que les baguettes soient placées de telle manière,que leurs extrémités s'étendent dans un même plan sensiblement vertical ,position qui rendrait plus difficile la pénétration de la matière fibreuse à trai- ter entre les baguettes,, En inclinant les surfaces internes des parois extrêmes comme représenté , les extrémités des baguettes sont situées dans des positions différentes, et la matière fibreuse peut, à l'extrémité.
d'entrée s'étendre sur une partie d'une baguette , puis lorsque les baguettes su- périeures tombent ,cette matière est recueillie entre les baguettes et arrive finalement à l'extrémité opposée du tambour , ladite matière recevant le traitement désiré dans ce parcours..
Dans l'appareil de fig. 4 , l'ouverture de l'extré- mité de sortie est plus grande que l'ouverture de l'extra- mité d'entrée et possède des parois périphériques 13. Dans cette disposition , il peut être désirable d'éviter l'emploi de tourillons relativement petits tels que ceux indiqués en 2 et 3 dans les figs. 1 et 2 et à l'extrémité de gauche de fig. 4. Dans ce Cas,on peut employer un anneau 14 en- tourant le tambour. Cet anneau sera normalement monté sur des galets de support non représentés. A titre de variante, les parois 13 pourraient être prolongées axialement et l'on pourrait prévoir un tourillon convenable pour les supporter.
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Ces détails ne sont pas essentiels pour la présente inven- tion. Une caractéristique importante de la disposition de fig. 4 réside dans l'emploi d'une plaque extrême 15 rete- nant les baguettes, cette plaque étant supportée de l'exté- rieur'et étant située dans l'ouverture constituée par les parois 13 , mais à un certain écartement de ces parois (Fig. 4) , de façon que la pâte sortant du tambour ait suf- fisamment de place. pour passer entre la plaque 15 et la sur- face rotative des parois 13. la plaque 15 présente une surfa- ce. interne plate du côté des baguettes: et résiste à la ten- dance des baguettes à se mouvoir avec la pâte vers l'ouver- ture d'évacuation.
Une des caractéristiques du présent pro- cédé est subordonnée au fait que le traitement est rendu pos- sible par le niveau du bord de déversement de la surface 13 par rapport au niveau des baguettes que renferme le tambour et au niveau de la matière passant à travers l'extrémité d'entrée , ainsi que par la vitesse d'écoulement de la matière à son entrée. Avec la disposition de fig. 4 , il est possi- ble de disposer le niveau supérieur des baguettes plus haut que le bord de déversement à l'ouverture d'évacuation , et il est ainsi possible d'assurer un traitement positi.f par l'action des baguettes sur la totalité de la matière péné- trant par l'ouverture d'admission.
Une disposition contraire serait celle dans laquelle les baguettes placées au-dessous du bord de déversement de l'ouverture d'évacuation seraient situées à la même distance de ce bord que du bord de l'ou- verture réceptrice , étant donné que la matière pourrait alors se déverser par-dessus les baguettes de l'entrée à la sortie sans avoir besoin de passer entre les baguettes. la plaque 15 peut être employée pour obturer partiellement l'ouverture de sortie et limiter ainsi l'évacuation de la. pâte traitée .en augmentant d'une façon correspondante la
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durée du traitement. La plaque 15 peut être supportée par l'extrémité interne des bras 7 comme indiqué, schémati- quement dans les figs. 1 et 2.
On introduit dans l'extrémité d'entrée du tambour, par la tubulure 5 ,des morceaux qui , de préférence ,ont été préférablement ramollis conformément aux diverses phases précédemment décrites. Pendant la rotation du tambour 1 , la matière se meut graduellement vers l'extrémité de sortie et s'échappe par l'ouverture 13 , la vitesse d'évacuation étant proportionnelle à la, vitesse d'admission. Le tambour renfer me une série de baguettes 2- prévues en nombre suffisant pour remplir la moitié du tambour et reposant sur le fond du tam- bour et les unes sur les autres. Ces baguettes ont de pré- férence 5 à 10 centimètres, de diamètre, et leur longueur est d'environ 5 centimètres plus petite que la longueur in- terne du tambour.
Le aontour de la garniture interne du tam- bour peut varier selon le type de fibres à traiter. Une garniture du type ondulé a donné de bons résultats et ,dans cette construction particulière, il existe par endroits des , saillies arrondies s'étendant dans le sens longitudinal de l'enveloppe ou tambour et contribuant à soulever les ba- guettes et la matière fibreuse à partir de la partie infé- rieure pendant la rotation du tambour. la surface lisse de la garniture ondulée présente l'avantage d'assurer l'inté- grité de la longueur entière des fibres., par opposition aux garnitures angulaires qui tendent à couper et détruire les fibres.
Pendant le fonctionnement de l'appareil , les ba- guettes et la matière fibreuse sont soulevées au cours du mouvement du tambour ,et la masse entière de matière fibreuse mélangée avec les baguettes roule du haut en bas de la pile vers le côté. opposé du tambour. Ce mouvement de roulement et de culbute des baguettes a pour effet de frotter, pilon-
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ner et battre les fibres végétales ramollies pour les amener à un état relativement ouvert , de telle sorte qu'on obtient une pâte ou pulpe satisfaisante.
Il est évident qu'il ne se produit guère ou pas d'action de découpage ,laquelle action nuirait à la propriété de feutrage des fibres , et il est aussi évident que , aussi longtemps qu'il existe dans la masse des faisceaux ou blocs non réduits , ces faisceaux ou blocs seront soumis à l'action sensiblement entière des ba- guettes et , d'une façon correspondante , leparties qui sont suffisamment réduites seront protégées par les blocs contre une nouvelle réduction. Il est par conséquent évident que la pile défleuse à baguettes exerce une action sélective, de sorte que la quantité d'énergie dépensée sur une matière déjà amenée à l'état voulu est réduite au minimum. Il s'en- suit que cette pile diffère aussi des appareils. à commande positive actuellement employés pour le broyage ou le défilage de la pâte.
L'action des baguettes dans la pile à baguettes sur les particules de matière végétale peut être comparée au trai- tement que les particules recevraient sur une surface incli- née pendant que des éléments pilonneurs roulent de haut en bas en travers de la surface inclinée en laminant , écrasant et pilonnant les particules.
La. pile de baguettes conserve une surface inclinée plus ou moins uniforme ,mais , en ce qui concerne la relation des baguettes entre elles, les baguettes changent continuellement de position , celles qui sont en bas à un moment envisagé étant entraînées vers le sommet de la pile dans le mouvement de rotation du tam- bour, et la baguette la plus haute étant entraînée si haut qu'elle cesse d'être retenue par les baguettes situées direc- tement au-dessous et tombe en travers de la surface inclinée des baguettes animées d'un mouvement plus lent ,jusqu'au moment où la baguette envisagée atteint le c8té de la pile
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et vient reposer près de la paroi du tambour sur le côté de la pile opposâ à celui d'où elle a. commencé son mauve- ment d'élévation.
Dans ce mouvement continuel des baguettes de la partie inférieure à la partie supérieure puis plus rapidement en travers de la face inclinée de la masse de baguettes , il est évident que les diverses baguettes consti- tuant la face inclinée se meuvent aussi vers le bas quoique la plupart de ces baguettes se meuvent plus lentement que celles qui ont été transportées au sommet de la pile et qui retombent ensuite en travers de ladite face jusqu'au côté opposé. Il est aussi évident que la surface inclinée ainsi constituée par une série de baguettes est ondulée.
Par con- séquent des particules de matière végétale arrivant sur la surface inclinée de la pile sont soumises au choc des ba- guettes animées. d'un mouvement rapide au moment où ces ba- guettes tombent de la partie supérieure et roulent en tra- vers de la surface ondulée vers le côté inférieur en heur- tant ainsi le coté externe des divers éléments qui consti- tuent ladite surface ondulée.
Il est aussi évident que non seulement les particules de matière végétale recevront ainsi un traitement particulier entre les baguettes et à l'inté- rieur de la masse des baguettes en raison du mouvement de translation continuel de la masse mouvante de baguettes$ mais que ,en outre ,toutes les particules de matière vé- gétale qui reposeront sur la surface supérieure seront soumises à un traitement de percussion dû au contact direct d'une masse dont les éléments tombant roulent et culbu- tent librement..
On décrira- ci-après un procédé de traitement qui convient dans le cas d'une matière fibreuse telle que le bois frais pour produire la matière ligno-cellulosique dé- crite. On réduit d'abord le bois en morceaux de la même manière que dans les piles chimiques ,et on introduit ces
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morceaux dans un digesteur dans lequel on les traite par de la vapeur d'eau introduit ensuite une solution amollissante et oblige cette solution à pénétrer dans la matière par une pression hydrostatique créée à l'aide d'une pompe , de va- peur d'eau , d'air ou de tout autre procédé connu.
Après ce traitement d'imprégnation réalisé pendant une demi-heure ou davantage sous une pression de 7 kgs., on constate que la so- lution amclissante a pénétré suffisamment dans les fragments de bois et l'on enlève alors l'excès de solution. En emplo- yant 10 parties de sulfite de sodium et 4 parties/debicabo- nate de sodium pour 100 parties de fragments de bois (ces parties étant calculées en poids sur la oase des fibres sèches), on a obtenu d'excellents résultats.. La substitu- tion du carbonate de sodium au bicarbonate a aussi donné de bons résultats.. Le remplacement du bicarbonate par deux par- ties de soude caustique a donné de bons résultats avec le pin de "loblolly" (pinus toeda).
Dans le cas de pâtes pré- parées à l'aide de bois de pins et dans le cas desquelles on désirait obtenir une concentration plus.grande, on a obtenu des résultats satisfaisants avec 8 parties de soude caustique et une partie de soufre. 8 de bisulfite de calcium et 3. % d'acide sulfureux ont donné de bons résultats avec le bois de tamarack. On voit ainsi qu'on peut employer une grande variété de produits chimiques.. Cette caracté- ristique d'imprégnation est importante parce qu'elle rend possible de ramollir le bois uniformément sur toute son épaisseur. Par le terme "uniformément", on veut dire que la matière est ramollie sensiblement au même degré de l'ex- térieur au centre de chaque pièce de bois.
Ainsi, après traitement. les morceaux de bois sont pratiquement aussi mous au centre qu'à l'extérieur Si l'on n'appliquait pas cette imprégnation préalable et appliquait seulement
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la cuisson directe ,la matière ligneuse serait sujette à être détériorée par une cuisson exagérée des parties externes avant que l'intérieur ait été convenablement ramolli. Ainsi, dans les méthodes de cuisson ordinaires, les morceaux non di- gérés seront presque complètement cuitsà l'extérieur et , dans quelques cas extrêmes , le centre n'aura même pas été décoloré par la liqueun de cuisson.
Par conséquent étant donné que la séparation mécanique subséquente particulière qui fait l'objet de cette invention exige un ramollissement uniforme ,il est extrêmement important que le traitement de ramollissement soit réalisé conformément au procédé qui vient d'être décrite
Lorsque l'excès de liqueur a été enlevé , on porte le contenu du digesteur à une température supérieure à 120 C. et l'on maintient le contenu à cette température jusqu'à ce que le ramollissement désiré ait eu lieu. Dans les trois exemples indiqués en premier lieu , deux heures de cuisson à 1600 C. ont été suffisantes. Quatre heures à 160 C. ont été suffisantes dans le quatrième et six heures à 120 C. ont été suffisantes dans le dernier.
On enlève alors le contenu du digesteur et ,on le soumet au défilage par son passage à travers la pile défileuse à baguette précédemment décrite.
Une des caractéristiques de la présente invention réside dans le rapport entre la quantité de fibres et la quan- tité de liquide. Comme indiqué précédemment , ce rapport est compris, entre 5 et 9,5 parties en poids de fibres sèches pour 100 parties de fluide. Lorsqu'on soumet un mélange de ce genre au traitement de la pile à baguettes , les condi- tions les'plus avantageuses sont réalisées. L'échelle la plus favorable pour ce traitement est de 7,5 parties environ de fibres sèches pour 100 parties de liquide. Cette quantité de fibres est élevée en comparaison avec celle des mélanges.
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traités jusqu'à ce jour par les défileuses usuelles.
Les pâtes obtenues sont alors lavées et amenées à l'état voulu par les procédés habituellement appliqués dans cette indus- trie. Lorsqu'on fait usage de dispositifs de frottement et de pilonnage , des tamis sont désirables pour permettre aux fibres ou cellules finales de quitter le dispositif et permettre à la matière qui n'a pas été suffisamment dé- sagrégée d'être ramenée en vue d'un nouveau traitement de frottement et de pilonnage , suivant un cycle fermé.
Non seulement la pile à baguettes se prête à la fabrication des pâtes de bois , mais elle se prête aussi à la transformation en pâtes des pailles de céréales cuites ou ramollies , ainsi que des tiges de bambou , tiges de mais, bagasses résiduelles de canne à sucre,sorgho , lin chanvre alfa , oréodoxe et autres palmiers, roseaux , etc..... En fait, presque toutes les plantes fibreuses peuvent être soumises à ce traitement. Non seulement on peut traiter les plantes fibreuses ramollies dans la pile à baguettes , mais le ra- mollissement peut être effectué pendant que la matière est frottée ou pilonnée par l'admission-d'eau chaude ou de vapeur d'eau à l'intérieur de la pile en vue de maintenir une tem- pérature élevée.
On peut aussi introduire avec les fibres brutes du carbonate de sodium, un lait de chaux ou l'un quel- conque des agents ou mélanges amollissants connus de ces fi- bres.
Non seulement le traitement à la pile à baguettes convient pour séparer les unes des autres par frottement les fibres d'une matière fibreuse ramollie ou pour effectuer à la fois le ramollissement et le frottement lorsque la ma- tière doit être employée pour la fabrication du papier à l'é- tat non blanchi et non purifié, mais il peut être appliqué lorsque le produit de cet appareil doit être soumis à une é-
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puration supplémentaire par un lavage ,par un traitement au chlore ou à l'eau de chlore ou par une ébullition avec du sulfite de sodium, du carbonate de sodium, de la soude caus- tique ou un autre composé analogue capable de dissoudre les produits de la chloruration. Le produit fibreux peut alors être soumis à une répétition du même traitement ,puis blan- chi par les procédés usuels, mais,
on peut se dispenser de répéter la chloruration si ce n'est pas nécessaire. Ces procédés de purification ne font partie de la présente in- vention qu'en tant que la pile à baguettes est employée pour amener la matière à l'étatvoulu. L'application de cet appareil pour préparer la paille cuite à la chaux et destinée aux produits de papeterie ou en vue d'une purification sup- plémentaire par la, chloruration est particulièrement impor- tante.
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"'METHOD AND APPARATUS FOR 2TR4I2Ei''NP FIBROUS M & TIZj9BS WITH A VIEW TO OBTAINING FIBERS" ..
This invention relates to the production of fibers suitable for papermaking and more particularly relates to the treatment of wood and wood. other fibrous materials. plants by the process and with the aid of the apparatus which will be described: below.
The method according to the invention is intended. to the treatment of softened woody material which has been
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verties into a ligno-celluloaic intermediate product and consists in pounding and rubbing in a particular way this material prepared beforehand so as to transform it into a paste or pulp without. breaking the fibers and not
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fragmenting only an insignificant proportion of these fibers and cells.
A method and apparatus are known according to which. use is made of a rotating drum in which the dough is pounded and beaten by its contact and its mixing with a series of sticks. which run parallel to the axis of the drum and are free to rise and fall as it rolls inside the drum under the influence of the rotational movement of the drum. This improved apparatus maintains the length of the fibers and does not break them down into sawdust-like particles as is usually seen in processes where the processing apparatus is a rotating wear or cutting member.
The inventor has discovered that it is possible to obtain significantly better results while generally adopting the aforementioned known method. Certain pulp consistencies, that is, certain ratios between the weight of dry fiber and water, have a great influence on the efficiency of the treatment. According to the invention, a higher fiber content than that usually adopted in the usual defiling processes is not only desirable, but preferable. This constitutes a marked contrast with the converting system in which stacks operating at concentrations greater than five parts by weight of dry fibers per hundred parts by weight of water are extremely rare.
Usually, concentrations of less than 5% have been applied in. installations of current types.
It has been found that in the application of the chopstick pile for the preparation of the dough, the best results are obtained when the ratio of dry fibers to water is kept within the limits of a defined scale, namely between 7.5 and 9.5 percent, which is mainly
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remarkable due to the fact that the percentages on this scale are greater than. those which have usually been applied to date. The ratio adopted in the process according to the invention improves the dough and tends to reduce the wear of the machine.
It was also found that in. When treating the material with the stick pile, it is advisable not to go below five parts of dry fibers per hundred parts of liquid. Other kinds of apparatus usually work better with lower gears, that is, with. a lower proportion of fibrous material. It has been found that too low a ratio tends to cause energy loss through the friction of the rods against each other and on the inside of the drum.
At the same time, this too low ratio is detrimental to the fibers on which the strength and tenacity of the final product depend. Other types of installation can work successfully on fibrous mixes containing a low proportion of fibers and stacks working with mixtures of consistency. greater than five parts by weight of dry fibers per hundred parts of water are extremely rare, but this ratio of 5% constitutes the lower limit of the process according to the invention. the following table shows how one can increase the solidity of the product by increasing the degree of consistency between certain limits with the same feeding speed and the consumption of motive force.
EMI3.1
<tb>
Consistency <SEP> of <SEP> Test <SEP> of <SEP> Muller
<tb> the <SEP> paste <SEP> in <SEP>% <SEP> Coefficient <SEP> of <SEP> resistance
<tb> by <SEP> unit <SEP> of <SEP> weight
<tb>
<tb> 4.5 <SEP> 5.02
<tb> 6. <SEP> 34 <SEP> 5.42
<tb> 7.32 <SEP> 6.07
<tb> 8.55 <SEP> 6.06
<tb> 9. <SEP> 29 <SEP> 5.79
<tb>
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Not only is the strength of the dough leaving the stack made greater by the application of mixtures with a solid to liquid ratio greater than 5%, but the final strength developed by subsequent equipment is increased.
During the treatment, a large number of chopsticks raised and falling freely on top of each other fall through a mixture of fibers and liquid whose upward force acts in the opposite direction to the fall of the chopsticks. This upward force is significant and is more or less proportional to the height of the mass of matter contained in the pile. In. the accompanying drawing shows a battery capable of working very efficiently a relatively very consistent material.
The present invention mainly comprises the mechanical phases of the fiber production processes and the fibrous material /, suitable for papermaking and other applications, starting from a raw material such as wood / after that. this material has been chemically prepared by boiling under pressure in the presence of suitably concentrated aqueous solutions of caustic soda and sodium sulfide, of causative soda and sulfur or of sodium sulfite and sodium carbonate to soften the woody material and produce the above-mentioned lignocellulosic intermediate.
In the present state of this industry, the processes applied for converting fibrous materials into fibers are either of the mechanical type or of the chemical type. The mechanical process essentially consists of breaking up blocks of wood by pressing them against a rotating grinding wheel in the presence of water, the wood thus being reduced to fibers by trituration and by the heat caused by friction. In this process, the action is so intense that the
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number of fibers remaining intact is relatively small and much of the pulp is made up of fiber fragments or fiber bundles.
In the. chemical processes, the wood is cut into pieces and is digested under pressure in aqueous solutions of bisulphites of alkaline earth metals and sulphurous acid or, caustic soda or caustic soda and sodium sulphide or sulphite of sodium. The digestion is carried to such a point that more than 50% of the substance of the wood is dissolved and there remains a product containing more than 90% cellulose. In these processes the final fibers are intact, but the. substance which unites them has been removed so that the fibers separate with the minimum of mechanical agitation.
By end fibers is meant the elongated cells which are attached longitudinally and glued to each other in the radial direction by an encrusting material composed largely of lignin and hemicelluloses. It is easy to see with the help of the microscope that the fibers are intact and that their length is about a hundred times their diameter or more.
In the process according to the invention the wood is also cut into pieces and the pieces are subjected to the action of aqueous solutions of suitable chemicals at elevated temperatures after having undergone an impregnation treatment. However, digestion is only continued to the point where the lamellae or intermediates joining the fibers have been softened but not completely dissolved. The softened pieces can then be reduced to the state of fibers or cells by a suitable pounding or rubbing action or by a combination of these two actions, according to the present invention.
A paste is obtained, the general appearance of which is that of the paste obtained by the above-mentioned chemical processes;
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but instead of obtaining 40 to 50% fibers, 60 to 85% are obtained, depending on the species of wood and the intensity of the treatment. The pulps obtained have an appearance similar to that of chemical pulps, but have distinct chemical characteristics.
One of the important features of the present process resides in the application of mechanical disintegration apparatus which heretofore had never been applied to fibrous materials for the intended purpose. It has been found that the scrolling stacks, refining stacks or rigid bar or blade attrition apparatus which have been employed in papermaking give very unsatisfactory material when applied to softened woody materials. Vascular bundles and fragments of medullary rays occur which resist reduction in the longitudinal direction and which in the sheet of paper made with the resultant product appear as granular and similar areas. sawdust, or wicks, which render the product practically unusable.
By extending the processing to the point at which the size of these particles has been sufficiently reduced, the length of the fibers is also reduced, which ultimately becomes incapable of imparting the desired strength to the paper. On the other hand, if the fragments are suitably reduced by pounding or rubbing, they do not appear in the finished product and a sheet of uniform texture can be obtained. Not only can this pounding or rubbing action be applied to softened woody material, it can be applied with excellent results in unraveling normal chemical pulps or commercial rag, rope or jute pulps. The chopstick pile has given very satisfactory results for this application.
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The method according to the invention is put into practice with the aid of a particular apparatus employed to achieve the action of ramming or rubbing. As was previously mentioned this device was. called "stack with chopsticks" '..
The construction of this apparatus will be described: briefly with reference to the accompanying drawings in which:
Fig. 1 is a plan of an elongated cylindrical drum mounted at its opposite ends in suitable support bearings, this drum being provided in this example, near one end, with a large toothed wheel which l 'surrounds and whose teeth are engaged with a pinion receiving its command from a source of energy: suitable.
Fig. 2 is a side view of the apparatus of FIG. 1 and shows the intake manifold facing upwards, at the right end.
Fig. 3 is a perspective with a vertical section on a larger scale of the drum of FIGS. 1 and 2, looking from left to right, this figure showing opposite end openings having substantially the same diameter.
Fig. 4 is a view similar to FIG. S, but to the right represents another form of discharge opening, this opening being larger than the inlet opening and placed so that the level of material maintained in the drum is greater. lower than that which would be maintained in the construction of fig. 3.
1 denotes the cylindrical casing of a rotating drum 'whose longitudinal axis is substantially horizontal and which is supported at its ends by. bearings 3 mounted on vertical supports 3. If desired, the drum can be tilted slightly so that the end of the
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discharge is placed a little lower, as indicated by the base line in fig. 2, in order to facilitate the movement of the dough through this drum. 4 shows the above-mentioned large annular wheel provided at one end of the drum and meshing with a pinion 4a which receives its command from a suitable source of motive force by means of a shaft 4b and a 4c pulley,
As shown to the right of figs.
1 and 2, the inlet end is provided with a filler neck 5 extending upwards from the level of the axis of the drum and terminating in a horizontal flange 6 intended to be fixed to a suitable supply hose. The discharge duct of the drum passes through a part supported in the bearings and is provided with registers or other suitable plugs (not shown in figs.
1 and 2) provided with control and support devices? , 8, these devices being located outside the apparatus and comprising connections which penetrate into the end of the drum and extend to the shutters.
Reference will now be made to FIG. 3. The inlet end, located on the left, terminates in an extreme flange suitable for facilitating coupling between this rotating end and the fixed pipe 5 of figs. i and 2. An enveloping support element 2a, arranged as indicated around the inlet end, is intended to be mounted in the bearing 2 of FIGS. 1 and 2. FIG. 3 represents the position occupied by the rods 9 contained in the drum during the movement of the drum in the direction of the arrow. One of the ends of fig. 3 is broken off to show the method of construction. The metal casing 1 of the drum is provided with a suitable lining preferably composed of wooden planks 10.
Inside is a suitable wear surface, made up of elements
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longitudinal 11 which may be arched to match the external curvature of the drum or be of the corrugated type as shown in Figs. 3 and 4. These elements 11 are preferably metallic.
At the ends of the drum and inside there are elements. wear 12 which are also preferred. rabl metal and which have, as shown, a conical internal surface converging outwardly, the top of the cone being located on the axis of the drum. In this way, it is possible to prevent the rods from being placed in such a way that their ends extend in the same substantially vertical plane, a position which would make it more difficult for the fibrous material to be treated to penetrate between the rods. By tilting the inner surfaces of the end walls as shown, the ends of the rods are located in different positions, and the fibrous material can at the end.
entry to extend over part of a rod, then when the upper rods fall, this material is collected between the rods and finally arrives at the opposite end of the drum, said material receiving the desired treatment in this path ..
In the apparatus of fig. 4, the opening of the outlet end is larger than the opening of the inlet end and has peripheral walls 13. In this arrangement, it may be desirable to avoid use. relatively small journals such as those indicated at 2 and 3 in figs. 1 and 2 and at the left end of fig. 4. In this case, a ring 14 surrounding the drum can be used. This ring will normally be mounted on support rollers, not shown. As a variant, the walls 13 could be extended axially and a suitable journal could be provided to support them.
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These details are not essential to the present invention. An important feature of the arrangement of fig. 4 resides in the use of an end plate 15 retaining the rods, this plate being supported from the outside and being located in the opening formed by the walls 13, but at a certain distance from these walls. (Fig. 4), so that the dough coming out of the drum has enough space. to pass between the plate 15 and the rotating surface of the walls 13. the plate 15 has a surface. Internal flat on the side of the chopsticks: and resists the tendency of the chopsticks to move with the dough towards the discharge opening.
One of the characteristics of the present process depends on the fact that the treatment is made possible by the level of the pouring edge of the surface 13 in relation to the level of the rods contained in the drum and the level of the material passing through. the inlet end, as well as by the flow speed of the material at its inlet. With the arrangement of fig. 4, it is possible to have the upper level of the rods higher than the discharge edge at the discharge opening, and it is thus possible to ensure a positive treatment by the action of the rods on the all of the material entering through the inlet opening.
A contrary arrangement would be one in which the rods placed below the discharge edge of the discharge opening would be located at the same distance from this edge as from the edge of the receiving opening, since the material could then pour over the chopsticks from entry to exit without having to pass between the chopsticks. the plate 15 can be used to partially close the outlet opening and thus limit the evacuation of the. treated dough by correspondingly increasing the
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duration of treatment. The plate 15 can be supported by the inner end of the arms 7 as indicated, schematically in figs. 1 and 2.
Pieces are introduced into the inlet end of the drum, via the pipe 5, which preferably have been preferably softened in accordance with the various phases previously described. During the rotation of the drum 1, the material gradually moves towards the outlet end and escapes through the opening 13, the discharge speed being proportional to the inlet speed. The drum contains a series of rods 2- provided in sufficient number to fill half of the drum and resting on the bottom of the drum and on top of each other. These rods are preferably 5 to 10 centimeters in diameter, and their length is about 5 centimeters less than the internal length of the drum.
The circumference of the internal lining of the drum may vary according to the type of fibers to be treated. A corrugated type packing has given good results and in this particular construction there are in places rounded protrusions extending longitudinally of the casing or drum and helping to lift the rods and fibrous material. from the lower part while the drum is rotating. the smooth surface of the corrugated liner has the advantage of ensuring the integrity of the entire length of the fibers, as opposed to angular gaskets which tend to cut and destroy the fibers.
During operation of the apparatus, the rods and fibrous material are lifted during the movement of the drum, and the entire mass of fibrous material mixed with the rods rolls up and down the stack to the side. opposite of the drum. This rolling and tumbling movement of the rods has the effect of rubbing, pestle-
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ner and beat the softened vegetable fibers to bring them to a relatively open state, so that a satisfactory pulp or pulp is obtained.
It is evident that little or no cutting action occurs, which action would adversely affect the felting property of the fibers, and it is also evident that, as long as there are non-bundles or blocks in the mass. reduced, these beams or blocks will be subjected to substantially the entire action of the rods and, correspondingly, those parts which are sufficiently reduced will be protected by the blocks against further reduction. It is therefore evident that the rod deflator stack exerts a selective action, so that the amount of energy expended on material already brought to the desired state is minimized. It follows that this battery also differs from devices. positively controlled currently used for grinding or rolling dough.
The action of the chopsticks in the chopstick stack on the particles of plant material can be compared to the treatment the particles would receive on an inclined surface as rammer elements roll up and down across the inclined surface at the bottom. rolling, crushing and pounding particles.
The stack of chopsticks maintains a more or less uniform sloping surface, but, with regard to the relation of the chopsticks to each other, the chopsticks continually change position, those which are down at a contemplated time being dragged upwardly. stack in the rotating motion of the drum, and the uppermost rod being pulled so high that it ceases to be retained by the rods directly below and falls across the sloping surface of the animated rods of a slower movement, until the moment when the considered rod reaches the side of the stack
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and comes to rest near the wall of the drum on the side of the stack opposite to the one from which it has. started his mauve elevation.
In this continual movement of the chopsticks from the lower part to the upper part and then more rapidly across the inclined face of the mass of chopsticks, it is evident that the various chopsticks constituting the inclined face also move downwards, although the Most of these chopsticks move more slowly than those which were carried to the top of the stack and which then fall across said face to the opposite side. It is also evident that the inclined surface thus constituted by a series of rods is corrugated.
Consequently, particles of plant material arriving on the inclined surface of the pile are subjected to the impact of the moving rods. of a rapid movement as these rods fall from the upper part and roll across the corrugated surface towards the lower side thus striking the outer side of the various elements which constitute said corrugated surface.
It is also evident that not only will the particles of plant matter thus receive a special treatment between the rods and within the mass of the rods due to the continual translational movement of the moving mass of rods $ but that, in In addition, all the particles of plant material which will rest on the upper surface will be subjected to a percussion treatment due to direct contact with a mass whose falling elements roll and tumble freely.
The following describes a method of treatment which is suitable in the case of a fibrous material such as fresh wood to produce the lignocellulosic material described. We first break the wood into pieces in the same way as in chemical piles, and we introduce these
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pieces in a digester in which they are treated with water vapor then introduces a softening solution and forces this solution to penetrate into the material by a hydrostatic pressure created by means of a pump, of vapor. water, air or any other known process.
After this impregnation treatment carried out for half an hour or more under a pressure of 7 kgs., It is found that the slimming solution has sufficiently penetrated into the wood fragments and the excess solution is then removed. By using 10 parts of sodium sulphite and 4 parts / sodium bicabonate per 100 parts of wood chips (these parts being calculated by weight on the basis of dry fibers), excellent results have been obtained. Substitution of sodium carbonate for bicarbonate has also given good results. Substitution of bicarbonate by two parts of caustic soda has given good results with loblolly pine (pinus toeda).
In the case of pastes prepared with the aid of pine wood and in the case of which it was desired to obtain a higher concentration, satisfactory results have been obtained with 8 parts of caustic soda and one part of sulfur. 8 calcium bisulfite and 3.% sulfurous acid have given good results with tamarack wood. It is thus seen that a wide variety of chemicals can be employed. This impregnation characteristic is important because it makes it possible to soften the wood uniformly throughout its thickness. By the term "uniformly" is meant that the material is softened to substantially the same extent from the outside to the center of each piece of wood.
So after treatment. the pieces of wood are practically as soft in the center as on the outside If one did not apply this preliminary impregnation and only applied
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on direct cooking, the woody material would be prone to deterioration by overcooking the exterior parts before the interior has been properly softened. Thus, in ordinary cooking methods, the undigested pieces will be almost completely cooked on the outside, and in some extreme cases the center will not even have been discolored by the cooking liquor.
Therefore, since the particular subsequent mechanical separation which is the object of this invention requires uniform softening, it is extremely important that the softening treatment be carried out in accordance with the process just described.
When the excess liquor has been removed, the contents of the digester are brought to a temperature above 120 ° C. and the contents are maintained at this temperature until the desired softening has taken place. In the three examples given first, two hours of cooking at 1600 ° C. were sufficient. Four hours at 160 C. were sufficient in the fourth and six hours at 120 C. were sufficient in the last.
The content of the digester is then removed and it is subjected to scrolling by its passage through the scrolling stack with rod previously described.
One of the characteristics of the present invention resides in the ratio between the quantity of fibers and the quantity of liquid. As indicated above, this ratio is between 5 and 9.5 parts by weight of dry fibers per 100 parts of fluid. When such a mixture is subjected to the rod stack treatment, the most advantageous conditions are achieved. The most favorable scale for this treatment is about 7.5 parts of dry fiber per 100 parts of liquid. This quantity of fibers is high in comparison with that of the blends.
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processed to date by the usual scrolling machines.
The pulps obtained are then washed and brought to the desired state by the processes usually applied in this industry. When using rubbing and ramming devices, screens are desirable to allow the final fibers or cells to leave the device and to allow material which has not been sufficiently broken up to be brought back for use. 'a new friction and ramming treatment, following a closed cycle.
Not only is the chopstick stack suitable for making wood pulp, but it is also suitable for transforming cooked or softened cereal straws into pulp, as well as bamboo stalks, corn stalks, residual bagasses of cane. sugar, sorghum, flax, alfa hemp, oreodox and other palms, reeds, etc. ... In fact, almost all fibrous plants can be subjected to this treatment. Not only can the softened fibrous plants be treated in the chopstick pile, but the softening can be effected while the material is rubbed or pounded by the admission of hot water or water vapor therein. battery to maintain a high temperature.
It is also possible to introduce with the crude fibers sodium carbonate, lime milk or any of the known softening agents or mixtures of these fibers.
Not only is the stick pile treatment suitable for rubbing apart fibers of a softened fibrous material from one another or for effecting both softening and rubbing when the material is to be used for papermaking. in the unbleached and unpurified state, but it can be applied when the product of this apparatus is to be subjected to
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further purification by washing, treatment with chlorine or chlorine water or by boiling with sodium sulphite, sodium carbonate, sodium hydroxide or other similar compound capable of dissolving the products of chlorination. The fibrous product can then be subjected to a repetition of the same treatment, then bleached by the usual methods, but,
repeating the chlorination can be dispensed with if this is not necessary. These purification methods are only part of the present invention in so far as the rod stack is employed to bring the material to its intended state. Of particular importance is the application of this apparatus for preparing lime baked straw for paper products or for further purification by chlorination.