CA1055755A - Procede et dispositif pour la fabrication de pate a papier - Google Patents
Procede et dispositif pour la fabrication de pate a papierInfo
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Abstract
Procédé de traitement d'une matière première lignocellulosique pour la fabrication d'une pâte à papier, caractérisé en ce que l'on effectue en continu l'ensemble des opérations de défibrage et/ou de délignification par passage de la matière première réduite en morceaux entre des surfaces hélicoïdales pénétrant l'une dans l'autre et entrainées en rotation synchrone à l'intérieur d'un fourreau.
Description
~OS57SS
L'invention a pour objet un procéd~ de fabrication en continu de pâte~ à papier à partir de matières première~
ligno-cellulosique6 (bois, végétaux annuels, vieux papiers, etc.) apte ~ produire toute pâte papetière courante.
~es procédés de fabrication de pâtes à papier consistent à ramener ce~ matières ~ l'état de fibre~ indi-vidualisées et contenant une proportion de cellulose plus ou moins grande selon les caractéristiques que l~on souhaite conférer aux pâte~ ainsi obtenue.
Ils comportent essentiellement des traitements de défibrage, essentiellement mécaniques, éventuellement a~-'!'. sociés à des traitements de délignification plus ou moins pou~sée, essentiellement chimique~.
Selon l'importance relative de ce~ de~x types de ; traitements, on distingue cing grandes sortes de p~tes:
- pâte8 mécaniques : obtenues par défibrage sans prétraitement ~ ~ -chimique de la matière première.
- pâtes thermomécaniques: obtenues par défibrage sous pres-sion, facilité par un étuvage préalable de la matière pre-mière à la vapeur destiné à ramollir la ligne. ;-~ - pâte~ mécano-chimiques : obtenues par défibrage combiné
à de~ prétraitements in-situ ou ex-situ de la matière pre-mi~re avec des réactifs chimiques.
~ - pâtes mi-chimiques : obtenues par défibrage de la matière i première préalablement soumise ~ une "cuisson~ chimique partielle sous pression.
- pâtes chimiques : pour le3quelles le traitement chimique, beaucoup plus poussé, réalise à la fois la délignification et la partie essentielle du d~fibrage.
~ 30 Au fur et à mesure que l~on va des p~tes mécaniques ; proprement dites aux p~te~ chimiques proprement dites, l~im-portance relative (et la difficulté) du défibrage dans le ~055755 procédé de fabrication décro~t et les caractéri~tique~ mé-caniques des pâte~ augmentent. Mais, parallèlement, le rendement poids de p~te/poids de matière première décroit et le procédé devient plus polluant du fait des solutions de lignine et autres produits d'extraction des végétaux qu'il faut traiter.
Sous la contrainte de différents paramètres et notamment la raréfaction des ressources forestières tradi-tionnelles et la lutte anti-pollution, les fabricants de pâtes ont été amenés à rechercher sans cesse l'amélioration du rapport qualité/rendement, notamment par la valorisation des pâtes mécaniques, thermomécaniques et mi-chimiques.
C'e~t ainsi qu'ont ét~ mis au point en particulier les défibreurs à disques capables de défibrer de6 copeaux en les soumettant à de~ oontraintes ¢onjuguées de compression et de cisaillement.
Ces appareils produisent des p~tes mécaniques qui, ,~ . .
;'~ pour un même rendement, sont plus solides que les pâtes classiques de meules en raison de la proportion plu~ impor-tante de fibres longues qu'elles contiennent.
De plus, ces d~fibreurs traitent de~ matières pre-mières en copeaux, ce qui permet d'utiliser pour la fabrication de p~te~ mécaniques des bols de forme irrégullère (notamment des bois feuillus, de~ déohets de scierie, des sciures, etc.) alors que les défibreur~ à meules employé~ Jusque 1~ exigent des rondins droits et calibrés (le plus souvent des résineux).
Les défibreurs à disques sont ~galement employés avantageusement pour la production des pâtes thermomécaniques, mécanochimique~, mi-chimiques et chimiques (particulièrement dans les proc~dés chimiques en deux sta*es avec défibrage intermédiaire).
Cependant, dans ces procédés ils n'assument que
L'invention a pour objet un procéd~ de fabrication en continu de pâte~ à papier à partir de matières première~
ligno-cellulosique6 (bois, végétaux annuels, vieux papiers, etc.) apte ~ produire toute pâte papetière courante.
~es procédés de fabrication de pâtes à papier consistent à ramener ce~ matières ~ l'état de fibre~ indi-vidualisées et contenant une proportion de cellulose plus ou moins grande selon les caractéristiques que l~on souhaite conférer aux pâte~ ainsi obtenue.
Ils comportent essentiellement des traitements de défibrage, essentiellement mécaniques, éventuellement a~-'!'. sociés à des traitements de délignification plus ou moins pou~sée, essentiellement chimique~.
Selon l'importance relative de ce~ de~x types de ; traitements, on distingue cing grandes sortes de p~tes:
- pâte8 mécaniques : obtenues par défibrage sans prétraitement ~ ~ -chimique de la matière première.
- pâtes thermomécaniques: obtenues par défibrage sous pres-sion, facilité par un étuvage préalable de la matière pre-mière à la vapeur destiné à ramollir la ligne. ;-~ - pâte~ mécano-chimiques : obtenues par défibrage combiné
à de~ prétraitements in-situ ou ex-situ de la matière pre-mi~re avec des réactifs chimiques.
~ - pâtes mi-chimiques : obtenues par défibrage de la matière i première préalablement soumise ~ une "cuisson~ chimique partielle sous pression.
- pâtes chimiques : pour le3quelles le traitement chimique, beaucoup plus poussé, réalise à la fois la délignification et la partie essentielle du d~fibrage.
~ 30 Au fur et à mesure que l~on va des p~tes mécaniques ; proprement dites aux p~te~ chimiques proprement dites, l~im-portance relative (et la difficulté) du défibrage dans le ~055755 procédé de fabrication décro~t et les caractéri~tique~ mé-caniques des pâte~ augmentent. Mais, parallèlement, le rendement poids de p~te/poids de matière première décroit et le procédé devient plus polluant du fait des solutions de lignine et autres produits d'extraction des végétaux qu'il faut traiter.
Sous la contrainte de différents paramètres et notamment la raréfaction des ressources forestières tradi-tionnelles et la lutte anti-pollution, les fabricants de pâtes ont été amenés à rechercher sans cesse l'amélioration du rapport qualité/rendement, notamment par la valorisation des pâtes mécaniques, thermomécaniques et mi-chimiques.
C'e~t ainsi qu'ont ét~ mis au point en particulier les défibreurs à disques capables de défibrer de6 copeaux en les soumettant à de~ oontraintes ¢onjuguées de compression et de cisaillement.
Ces appareils produisent des p~tes mécaniques qui, ,~ . .
;'~ pour un même rendement, sont plus solides que les pâtes classiques de meules en raison de la proportion plu~ impor-tante de fibres longues qu'elles contiennent.
De plus, ces d~fibreurs traitent de~ matières pre-mières en copeaux, ce qui permet d'utiliser pour la fabrication de p~te~ mécaniques des bols de forme irrégullère (notamment des bois feuillus, de~ déohets de scierie, des sciures, etc.) alors que les défibreur~ à meules employé~ Jusque 1~ exigent des rondins droits et calibrés (le plus souvent des résineux).
Les défibreurs à disques sont ~galement employés avantageusement pour la production des pâtes thermomécaniques, mécanochimique~, mi-chimiques et chimiques (particulièrement dans les proc~dés chimiques en deux sta*es avec défibrage intermédiaire).
Cependant, dans ces procédés ils n'assument que
-2-,., : . : . - . , . . .
: 1055755 la fonction de d~fibrage mécanique, les traitements par la vapeur ou par le~ réactifs chimiques devant ~tre r~alisés dans d~autres appareils associés à ce d~fibreurs.
Les défibreurs à disques, bien qulutilis~s main-- tenant couramment dans l~industrie, ne sont toute~ois pas - parfaitement adaptés à leur fonction. En effet, les copeaux s~orientent dan~ le~ disques dans de~ directions aléatoires par rapport notamment ~ la direction des forces de cisail-lement. Ce défaut~'accentue aufur et~ mesurede l'uaurede~
disques et nuit a la ré~ularlt~ du défibxago (taux de b~chettes .
importantqui néces~ite plusieurs passages dans le défibreur).
~'usure rapide des disques et la mattrise imparfaite ~-:~ de la température contribuent également à l~hétérogénéité
de la pâte obtenue.
De plus, ces appareils sont gros consommateurs d'é-nergie. Ainsi, pour une tonne de pâte mécanique produite par 1 un défibreur à di~que~, l'énergie consommée est de l'ordre .:. , .de 1 700 à 1 800 kwh (contre environ 1 200 kwh/t pourune pâte de même qualité produite dans un défibreur à meules), une faible partie seulement de cette énergie étant utilisée ~ pour la désintégration de~ copeaux.
;~ D'autres inoonv~nients dé¢oulent de la conception mécanique de ces appareils : ils doivent être très robu~tes, capables de supporter de~ efforts axiaux important~, de garder un bon paralléli~me et de pouvoir se dilater ~ans déformation.
D'autre part, depuis de nom'breuses années, il a été propo~é d'utiliser des appareils à vis pour le traitement des incuits (noeuds et reJets de classage). Ce~ appareils se composent gén~ralement de vis pén~trant l'une dan~ l'autre
: 1055755 la fonction de d~fibrage mécanique, les traitements par la vapeur ou par le~ réactifs chimiques devant ~tre r~alisés dans d~autres appareils associés à ce d~fibreurs.
Les défibreurs à disques, bien qulutilis~s main-- tenant couramment dans l~industrie, ne sont toute~ois pas - parfaitement adaptés à leur fonction. En effet, les copeaux s~orientent dan~ le~ disques dans de~ directions aléatoires par rapport notamment ~ la direction des forces de cisail-lement. Ce défaut~'accentue aufur et~ mesurede l'uaurede~
disques et nuit a la ré~ularlt~ du défibxago (taux de b~chettes .
importantqui néces~ite plusieurs passages dans le défibreur).
~'usure rapide des disques et la mattrise imparfaite ~-:~ de la température contribuent également à l~hétérogénéité
de la pâte obtenue.
De plus, ces appareils sont gros consommateurs d'é-nergie. Ainsi, pour une tonne de pâte mécanique produite par 1 un défibreur à di~que~, l'énergie consommée est de l'ordre .:. , .de 1 700 à 1 800 kwh (contre environ 1 200 kwh/t pourune pâte de même qualité produite dans un défibreur à meules), une faible partie seulement de cette énergie étant utilisée ~ pour la désintégration de~ copeaux.
;~ D'autres inoonv~nients dé¢oulent de la conception mécanique de ces appareils : ils doivent être très robu~tes, capables de supporter de~ efforts axiaux important~, de garder un bon paralléli~me et de pouvoir se dilater ~ans déformation.
D'autre part, depuis de nom'breuses années, il a été propo~é d'utiliser des appareils à vis pour le traitement des incuits (noeuds et reJets de classage). Ce~ appareils se composent gén~ralement de vis pén~trant l'une dan~ l'autre
3~ et entrainée~ en rotation de sens contraire.
Mai~, m~me dans leur version la plus élaborée, ..', o .
~ - . .
lOSS755 ces appareils ne peUYent procurer un effet de défibrage qu'à
partir de matiares dans lesquelles les forces de liaisons entre les fibres ont eté préalablement réduites dans des proportions importantes par un traitement chimique. Ils ne sont pas utilisés pour la fabrication de pâtes mécaniques, thermomécaniques et mécano-chimiques mais seulement pour le traitement des incuits et des rejets de classage de pâtes mi-chimiques et chimiques prépa-rees de façon classique.
Ainsi, tous les procédés connus nécessitent soit un long traitement chimique, soit une grande énergie mécanique.
En outre, dans tous les cas, la pâte est préparée de façon dis-continue dans un certain nombre d'appareils successifs, générale-ment très encombrants.
L'invention a pour objet un nouveau procédé et un dispositif permettant de préparer la pâte de façon continue et avec une grande économie d'énergie.
Le procédé selon l'invention, dans lequel une matière - première préalablement réduite en copeaux est soumise à un trai-tement mécanique de défibrage par action conjuguée de forces de ~0 compression et de cisaillement, est caractérisé par le fait que ~ le traitement mécanique de défibrage depuis l'état de copeaux v jusqu'à l'état de pâte ~ papier est effectué en continu par passage de la matière entre au moins deux surfaces hélico~dales entrainées en rotation synchrone dans le même sens à l'intérieur d'un fourreau qui les enveloppe, lesdites surfaces hélico~dales 3 comprenant au moins deux zones successives de l'amont à l'aval, une première zone d'entrainement et de préparation dans laquelle ~ les copeaux introduits en amont sont entrainés vers l'aval par i la rotation des vis et une seconde zone de défibrage et d'homo-généisation dans laquelle les filets ont un pas inverse ayant ~ tendance à repousser la matière dans l~autre sens en provoquant ;~ une accumulation de matière et une forte compression, lesdits ,'' ' ~ ' .
1()55755 :~
filets inverses étant munis de fenêt~es permettant l~avancement sélectif de la matière vers llaval au fur et à mesure de son défibrage, une regulation de temp~rature par zones étant assurée par chauffage ou refroidissement contrôlé le long du fourreau, la pate produite étant évacuee par un orifice aval.
Tel que mentionné ci-dessus, l'invention vise egale- ~ -ment une machine de fabrication de papier qui est caracterisee par le fait qu'elle comprend au moins deux arbres sensiblement parallèles le long desquels sont enroulees des surfaces heli-co~dales penetrant l'une dans l'autre, un fourreau d'enveloppement desdites surfaces, un moyen d'entraînement des arbres en rotation ~: -synchronisee dans le même sens, le fourreau étant muni à une extremite d'un orifice d'introduction de matière première en mor-ceaux et à l'autre extremite d'un orifice d'évacuation de la -matière entrainée par la rotation des surfaces hélicoidales, les surfaces hélicoidales ayant des pas determinant, de l'amont à
l'aval, une succession de zones d'entrainement de la matière par ' engrènement des surfaces helicoidales, separées par des zones de freinage dans lesquelles les vis ont un pas inversé tendant à
entrainer la matière en sens inverse et sont munies de fenêtres ~ pour le passage de la matière vers l'aval le fourrea~ étant muni ~ d'orifices d~introduction de fluides en aval des zones de frei-nage et d'orifices d'evacuation de fluides en amont des zones de freinage, la machine comportant des enceintes de régulation de ~! la temperature par zones successives reparties le long du four-~ reau.
., L'invention va maintenant être decrite, en se référant à un mode de realisation particulier, donné à titre r - 4a - .
:, . , ~ . . , - , -: - . , :
, : - . ~ -d'exemple non limitatif et repré~enté sur les dessins annex~.
La figure 1 est une vue de dessus, en coupe lon-gitudinale, d'un exemple de réaliqation de la machine selon l'invention.
La figure 2 comprend à sa partie supérieure une vue en demi-coupe transversale selon II-II de la figure 1 et à
sa partie inférieure une vue en demi-coupe transveri3ale selon III-III, figure 1.
La figure 3 est une vue de côté en coupe longi-tudinale dlune machine plus perfectionnée selon l'invention.
La machine représentée figure 1 comprend deux arbres 1 et 2 sur lesquels sont enroulées des surfaces h~licoidales 3 et 4 pénétrant l'une dans l'a~tre.
Chaque arbre est porté à ses extrémités par deux paliers 11, 12, 21, 22 monté~ eux-m8mes aux extrémités d'un fourreau 5 enveloppant les surfaces héli¢oidales 3 et 4.
~es deux arbres sont entrainés simultanément en ~;
rotation par un moteur 6 par llintermédiaire de deux réduoteurs 61, 62 comprenant chacun un pignon calé sur un prolongement 10, 20, de chaque arbre au-delà de l'un de9 paliers 11, 22, les deux réducteurs étant montés t8te-bêche chacun à une extrémité du fourreau.
Les deux réducteurs sont prévus de telle sorte que les deux arbres soient entrainés à la m8me vitesse et dans le m8me sens de rotation par le moteur 6 ii Deux ouverture~ sont ménag~es dans le fourreau, chacune ~ proximité d'une extr~mité de celui-ci, l'une, 51, au-dessus des surfaces hélicoidales, l'autre, 52, en-dessous.
~es arbres sont entrainés dans le sens de rotation provoquant 3~ l'avancement entre les surfaces hélicoidales de la matière introduite par l'ouverture 51 jusqu'~ l'ouverture aval 52.
~es pas des surfaces hélicoidales varient le long .... ~: , , . . - ~
de~ arbres 1 et 2 de façon à d~terminer de~ zone~ successives à pas diff~rents. Dans le mode de réalisation le plu~ simple, représenté figure 1, les surfaces hélicoidale~ comprennent une zone A à filets écartés provoquant un avancement de l'amont vers l'aval de la matière introduite par l'orifice 51, et une zone dite de "freinage" à filets à pas de sens inversé couvrant sen~iblement le dernier tiers du fourreau jusqu'à l'orifice d'évacuation 52.
On comprend que la matière introduite par l'orifice 51 est entrainée le long des arbres vers l'orifice 52 et ~ freinée en arrivant dans la zone B dont les filets ont ten-dance à repousser la matière dans l'autre sens.
- Dans cette zone de freinage, les filets sont munis de fenêtres 30, 40 qui peuvent s'~tendre depuis l'axe jusqu'au bord externe des filets. Ces fenêtres dont les dimensions et l'~cartement peuvent ~tre déterminés à volonté, permettent notamment la circulation progressive et éventuellement sé-lective de la mati~re vers l'aval au fur et à me~ure de ltavancement du travail de défibrage.
~ 20 La pâte sort par l'orifice 52 pratiquement à la s pression atmo~phérique. ~a machine n'a donc pas à être .~ , ' munie d'un convergent, ce qui permet de monter un palier à
j chaque extrémité des arbre~ et de placer les réducteur~ aux ; deux extrémités du fourreau comme on l'a représenté sur la figure 1.
s ~e long du fourreau peuvent être placées des en-ceintes 7 permettant de faire une r~gulation préci3e de la température par zone, par chauffage ou refroidissement contrôlé. De préférence, on utili~era un chauffage par in-duction permettant un réglage particuli~rement précis de la température.
Dans le procédé selon l'inventiDn, on introduit --6_ ., ,. . . . . . .
, ~ .. . . .
par l~orifice 51 la matière premiare (par exemple, des co-peaux de boi~), avec une faible quantité d~eau.
Cette mati~re est entrainée ver~ l~aval par la rotation des Vi8. De plus, grace à l~utilisation de vis tournant dans le m8me ~ens, il se produit un effet de pompage de la matière qui permet à celle-ci d~être entrain~e vers l'aval, même lorsque les filets ne sont pas pleins.
Ainsi dans la zone A (figure 1) la matière se répand en couches minces le long des filets qui se remplissent ,,~ , progressivement.
~es copeaux ainsi entrainés slorientent de façon homogène et sont soumis, particulièrement dans la partie 34 -~ (figure 2) où les filets se co-pen~trent à des forces con-jugées de compression, principalement dues à la cop~nétration des vis, et de cisaillement, principalement dues à la rotation des vi~ dans le même sens, qui préparent le travail de dé- -fibrage proprement dit.
De plus, la rotation des vis dans le même sens produit un retournement de la matière favorable à son ho-~ 20 mogénéisation.
x ~a température monte du fait du frottement mais elle peut être contrôlée et malntenue au niveau d~siré par refroidissement du fourreau, sans dilution de la matière en-trainée.
i En fin de zone A, les filets se sont remplis pro-gressivement en raison du freinage apporté à la circulation de la matière par l~inverRion de la direction du paq deR
; filets de la zone B.
A l'entrée de la zone B, l~inver~ion des filets provoque une accumulation importante de matière qui cree une ' zone de forte compression.
- C~est dans oette zone B que s'ach~ve le défibrage :-. : - - . , ~ , . .
proprement dit, l'effet de freinage d~ à l'inversion des filets renforçant llaction conjuguée des force~ de compres-sion et de cisaillement.
La matiare est ainRi maintenue danR cette zone pendant un temps plus long et subit un brassage qui favorise l~homogénéisation. Les fenêtres 30, 40 ménagée~ dans le~ -filets permett~nt l~avancement de la matière ~ers l~aval au fur et ~ mesure de son défibrage, les parties encore mal défibrées étant maintenues plus longtemps dans la zone de travail.
On extrait par l'ori$ice aval 52 une p~te mécanique , ,' à haute concentration et ayant de bonne~ caractéristiques mécaniques.
e tableau suivant donne, a titre comparatif, les caractéristiques de plusieurs pates mécaniquss obtenues la première par le procéd~ classique de défibreurs ~ di~ques (A), les autre~ par le procédé et la machine selon l~invention (B, C, D).
Dans tous les cas, la matière première était cons-tituée par de l'épicéa en copeaux.
A B C D
Température en ~C 90-100 80 , 110 90 Rendement en % 98 98 98 98 Caractéristiaues de la 67 65 60 66 p~te mesurées en ~SR
Main en cm3/g 2,7 2,14 2,34 2,28 Longueur de rupture en m 1900 2170 1825 1742 norme NF Q03 004 Indice d~éclatement 0,9 1,1 0,85 0,80 norme NF Q03 014 Indice cent de d~chirement 420 408 553 411 norme N~ Q03 011 , . , .. - , ~ ~
.. ... . - - :
, ~ . : . . ..
E~ergie consommée en kwh/t 2000 1330 840 ~070 de pâte On voit les caractéristiques mécaniques de la pâte obtenue selon l'invention sont comparables à celles de la '~ pâte mécanique de défibreurs. Cependant, on voit que la consom-mation d'énergie peut être réduite pratiquement de moitié.
~ 'économie d'énergie procurée par le procédé selon l'invention est donc très importante grace notamment à la conception mécanique de la mschine mieux adaptée au travail de ' lO défibrage.
L'orientation plu9 adéquate de~ copeaux dans les Vi8 . ", .
'~ et la ma~trise de la température pendant le défibrage permettent ~' en outre d'obtenir une p~te plu8 homogène.
~; De plus, la machine ~'est pas bruyante, ce qui est un ~ autre avantage important par rapport aux défibreurs à di~ques.
.,~ ' Dans le mode de réalisation le plus simple, qui vient d'être décrit, la pâte obtenue est une pâte mécanique.
Mais le procédé selon l'invention est é~alement avan- ~ ;
tageux pour toute opération de défibrag~ entrant dans la fabri- ~ ~ ' ~ 20 cation d'autres types de pâtes à papier.
;~ C'est ainsi par exemple qu'en introduisant de la vapeur dans le fourreau, on peut obtenir des p~tes thermoméca-~ niques de qualité égale à celles obtenues avec des défibreurs ; à di~ques, avec une con90mmation d'énergie fortement réduite.
~ Mais la particularité la plu9 inattendue de l'invention ,.~ :
est qu'elle peut être employée avantageusement pour la fabrica-tion en continu de tous les types de pâtes à papier, ce que ne réali~e à l'heure actuelle aucun procédé connu.
~'3 En effet, en raison de sa conception mécanique qui permet de travailler le cas échéant sous forte pression et à
Y haute température la machine selon l'invention se prête parti-culièrement bien à une combinaison de traitement~ méoaniques .
_ g _ ., .
,,~, . .. ... ,.. , . ~ .: :
; 1055755 (tels le défibrage) et de traitements ohimique~ (cuissons, blanchiment, lavages, etc...).
D'autre part, dans la réalisation des extrudeuses à
vis pour les matières plastiques, on emploie souvent une cons-truction modulaire, chaque Vi8 étant compo~ée de tronçon~ acco-lés enfilés sur un arbre central. Il est possible d'utiliser, dans l'invention, ce mode de con~truction pour réaliser des surfaces hélico~dales pré~entant des zones successives à pas s différents adaptés au but recherché. On pourra, le long des ~ .
vis, faire varier la vite~se d'entrainement et la pression de ' la matière et disposer par exemple plusieurs parties à pa~
-~ inverse munies de fen~tres de passage de la matière qui consti- -~;
tueront des zones de freinage écartée~ les unes des autres dan3 lesquelles se formeront des bouchon~ continus. En jouant sur le pa~ et sur les dimensions et le nombre de~ fenêtres, ces bouchons .;
t peuvent être plus ou moins denses. Il est alors possible, à
~- l'aide d'une pompe sous pression cu de tout autre moyen connu, d'injecter un fluide 90it dans une zone de freinage, soit entre deux bouchons.
.,,.~
,~ 20 Ce fluide peut être par exemple de l'eau surchauffée, soit de la vapeur soit un réactif chimique, chaud de préférence.
Le fait d'injecter ce fluide chaud sou~ pression en fa¢ilite grandement la pénétration dan~ les fibres du bois et accélère le processue de défibrage.
D'autre part, on a constaté que les liquides avaient j tendance à ne pas être entrainés par l'effet de pompage ver~
l'aval dû à l'engranement de~ vis, mals au contraire à remonter ~ vers l'amont. Ce cheminement vers l'amont du liquide de traite-'~ ,ment prépare le bois à l'action qui va avoir lieu au point t 30 d'injection. En outre, il permet l'évacuation de l'excès de liquide en amont du point d'injection.
,, , ; -- 1 0 '' , , .
'' ~ .
' .' . . - ' . ~ , j, , ' ' '' , '' ~ .
:', .
"Inversement, la remontée vers l~i~mont du liquide contenu dans le bois pourrait conduire à un assèchement excessif de la matière, préjudiciable à ~on avancement le long des vi~.
L~injection de liquide ou de vapeur per~et de maintenir le degré
d'humidité de la matière à un niveau correct."
Selon la pression d'injection, la viscosité du fluide réactif injecté et le pa~ des vis, on peut prévoir plusieurs points d'injection avec des fluides différent~ cheminant soit dans le même sens, soit à contre-courant du boii~.
Ainsi, selon l'invention, on pourra réaliser en conti-nu dans une même machine, les phases successives du traitement de préparation de la pâte à papier, en effectuant soit un simple defibrage, soit un traitement plu9 OU moins complet de déligni-fication et obtenir à la sortie de la machine, selon la concep-tion de la machine et les fluides injecté~, une pâte mécanique, thermomécanique ou mi-chimique.
~es machines réalisées iseront donc assez peu diffé-rentes des extrudeuses utilisée~ jusqu'à présent dans la fabri-cation des matières plastiques et le caractère tout à fait surprenant de l'invention réside précisément dans le fait que l'on a de~ matières premières cellulosiques telles que des ; copeaux de bois dans de~ machines prévues pour une utilisation , très différente.
A titre d'exemple, la figure 3 représente, vue de côté en coupe longitudinale, une machine pour la mise en oeuvre de llinvention~ sur laquelle on distingue, de l~amont vers ? l'aval:
? - une zone I à filets assez larges où s'effectuera l'imprégnation de la matière première à la vapeur. Dans cette zone, le fourreau e~t muni d'un élément 71 de chauffage par induction. ~'introduction de la matière ~e fait par un orifice ~,1 .
.i :
~ ,; ~ . ~ . - -., .. - . . . --. . .
51, l'évacuatlon de la vapeur par un orifice 53 plac~ en fin de zone et éventuellement relié ~ une pompe à vide.
- une zone II où l'on pourra effectuer un premier ~tade ~r de cuisson en présence de réactifs chimiques introduits par un orifice 54. On peut créer dans cette zone une pression élevée et obtenir la température désirée au moyen d'un élément de chauffage 72.
- une zone III à filets à pas de sens inversé et munis de fenêtres 30 de passage contrôlé de la matière vers l'aval.
C'est dan~ cette zone que s'effectue essentiellement le défi-brage mécanique de la matière première venant de la zone II.
~e défibrage est réalisé ~elon le proce~sus qui a été décrit plus haut pour la pâte mécanique.
De plus, le freinage de la matière première à l'entrée de cette zone III produit un pressage de la pâte et un retour de l'éventuel excès de liquide vers la zone II dloù l'on pourra Y~; l'évacuer par l'orifice 55 pour un éventuel recyclage.
En effet, on a constaté que le passage de matière 7 humide entre plusieurs vi~ copénétrantes placées à l'intérieur 1j 20 d'un fourreau déterminait une remontée vers l'amont des phases ';~ liquide et gazeuse, la phase solide étant entrainée vers l'aval.
- une zone IV où ~'effectue un deuxième stade de cuisson sous p~ession. Dans cette zone, le pas des filets peut être élargi pour ramener la p~te en couche mince. ~a température désirée est obtenue au moyen d'un élément 73 de chauffage.
- une zone V à filets resserés où la p~te subit un nouveau pressage avec évacuation par un orifice 56 des liquides remontant vers l'amont. On peut de même prévoir en amont un orifice 57 pour le dégazage.
A
_ 12 -., .: : , . - .~ -. .
On peut également dans cette zone prévoir une inver-~ion du pa~ des filet~ et la présence de fenêtres afin d'effec-tuer un dernier défibrage des incuits éventuels.
- une nouvelle zone de traitement chimique non représentée peut également être prévue en aval de la zone V pour effectuer le blanchiment de la pate qui sera enfin évacuée par un orifice de sortie.
Dans la machine décrite ci-dessu~, on réalise avan-tageusement par exemple, un procédé de fabrication de pâte chimique en deux stades, avec défibrage intermédiaire.
; Par l'orifice 51, on introduit la matière première (par exemple des copeaux de bois) avec de l'eau~ ~es copeaux sont entrainés vers l'aval en couche mince en même temps que l'on enlève la température au niveau désiré au moyen de l'élément de chauff~ge du fourreau.
On introduit dans la zone II, par l'orifice 53, i~ ~
des réactifs chimiques con~u~ en 80i comme agent~ délignifiants r,~ (hgdroxyde de sodium, monosulfite ou bisulfite de sodium, ' ? carbonate, etc.). On règle la température et la pression au niveau dé~iré pour effectuer le premier stade de la cuisson.
,.
Comme on l'a indiqué plus haut, l~effet de pompage de la matière entre les Vi9 permet l'entrainement des copeaux en couche~ minces, ce qui favorise considérablement l~acce~sibi-lité des réactifs dans le~ copeaux ainsi qu'une régulation ~ précise de la température de réaction, d'autant plus que ; r 1~ entrainement cn rotation des Vi8 dans le même sens peut déter-miner un retournement des couches dans la zone 34 où les vis se i~ copénètrent ; on peut ainsi obtenir un traitement beaucoup plUB
homogène et bien contrôlé.
Ces avantages permettent également d'effectuer la réaction dans un temps très court. On peut donc travailler à
. , .
, ., ,.. . . : . .-.............. , . ~
lOS5755 des températures sensiblement plu9 élevées que dans les procédé~
chimiques classiques, sans risque de dégradation de la cellulose.
Pour certains réactifs, (hydroxyde de sodium, par exemple) le raccourcis~ement de leur temps de contact avec la cellulose permet d'obtenir une pâte plus claire.
Par ailleurs, le contrôle précis des différents para-mètres autorise la conduite automatique du processus dans d'excellentes conditions.
En entrant d~ns la zone III, les copeaux cuits sont fortement comprimés sous l'effet du freinage dû à l'inversion du8ens du pas des filet~. Ils sont soumis à des forces conju-guées de cisaillement et de compression qui réalisent leur defibrage. ~es fenêtres ménagées dans le~ filets permettent la :$ circulation de la pâte ver~ l'aval au fur et ~ me~ure de l'avan-cement du travail de défibrage.
On ret~ouve à ce stade, comme il a été dit plus haut, les principes et le~ avantages décrits pour la fabrication de p~tes mécaniques selon l'invention.
De plus, il se produit un effet de pressage de la pâte et de remontée des liquides ~ers l'amont qui permet s d'évacuer les liquides par l'orifice 55 pour un éventuel reoyclage et de véhiculer ~ers la zone IV une p~te ~ haute concentration.
' Dans la zone IV, le pas élargi des filets remet la ; pâte en couche mince ce qui favorise (comme il a été dit pour la zone II) l'accessibilité des réactifs chimiques et la régu-lation de la température de réaction.
Les réactifs chimiques introduits dans cette zone ~'t~ sont connus en soi comme agents délignifiants. Ils sont de même ~0 nature que ceux utilisés au premier stade de cuisson.
~, .
.. ~. . .
10557~5 On peut prévoir egalement dan~ cette zone l'introduc-tion d~o~ygène sous pression.
La température et la pres~ion ~ont choisie~ en fonction de la réaction à effectuer et du type de pâte souhaitée.
"Une nouYelle zone de freinage V à filets re~serrés permet d'effectuer un pressage de la matière à la fin de la zone IV de façon à évacuer le~ liqueurs de cuisson par l'orifice 56 pour un traitement éventuel de dépollution et de récupération de~ calories. De même, un dégazage peut être fait par un orifice 57 placé en amont."
La pâte évacuée par l'orifice 52 est une pâte chimique.
On peut également, après la zone III, effectuer un -~
; pressage dans une zone identique à la zone V et recueillir ainsi une pâte mi-chimique.
En plu8 des avantages cités plus haut (économie d'énergie, plus grande accessibilité des réactifs, régulation ;~ plus précise de la température, plus grande homogénéité de la -~ p~te, etc.), le procédé selon l'invention présente aus~i par . . ~ .
'. rapport aux procédés classiques des avantages dus à l'utilisation d'une machine particulièrement bien adaptée à ses fonctions.
La pâte sortant à la pression atmosphérique, les - poussées axiales sont considérablement réduite~. Ceoi facilite grandement la disposition des réduoteurs aux deux extrémité~ de la machine. On n'est donc pa3 limité dan3 le choix du diamètre des pignons, ce qui permet de moins charger les groupes d'entrai-nement.
e9 Vi8 9~U9eIlt beaucoup moins rapidement que le~
disques de défibreurs ce qui est avantageux à la fois du point de vue économique et surlè plan de l'homogénéité du défibrage.
D'autre partles p~tes mécaniques peuvent contenir des particules qui risquent de rayer les cylindreR des machines à papier;
.~
., ~055755 cet inconvénient est écarté dans le traitement selon l'invention.
Le changement de Vi8 pouvant se faire rapidement sans difficulté, on peut adapter aisément une même installation industrielle à la réalisation de traitements différents en disposant Seulement de Vi8 de profils différents.
Naturellement, il est po~sible d~effectuer successi-vement les différentes opérations du traitement, soit dana une seule machine, soit, 8i on le préfère, dans des machine~ disposées les unes à la suite des autres, ce qui permettrait par exemple de faire varier la vitesse de rotation des arbres 3elon les traitements effectués.
Bien entendu, l~invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui n'ont été decrits qu'à titre d'exemples, mai~
elle en englobe au contraire toutes les variantes; la machine selon l'invention devant seulement être adaptée aux phases diverses du traitement que l'on veut faire subir~ la matière première et à la nature du matériau ligno-cellulosique traité.
Ces traitements pourront être très variés, grâce aux possibi-lités d'agencement des différentes zones en fonction des opéra-~ 20 tions à effectuer, grfice aussi aux possibilités de contrôle ;3 précis de la température et de la pression dans les différentes zones de la machine, permettant de combiner à l'effet m~canique des vi~, l'action chimique ou par exemple, biologique de aubstances diverses.
.
; ~, :~s , . . ~. . .
Mai~, m~me dans leur version la plus élaborée, ..', o .
~ - . .
lOSS755 ces appareils ne peUYent procurer un effet de défibrage qu'à
partir de matiares dans lesquelles les forces de liaisons entre les fibres ont eté préalablement réduites dans des proportions importantes par un traitement chimique. Ils ne sont pas utilisés pour la fabrication de pâtes mécaniques, thermomécaniques et mécano-chimiques mais seulement pour le traitement des incuits et des rejets de classage de pâtes mi-chimiques et chimiques prépa-rees de façon classique.
Ainsi, tous les procédés connus nécessitent soit un long traitement chimique, soit une grande énergie mécanique.
En outre, dans tous les cas, la pâte est préparée de façon dis-continue dans un certain nombre d'appareils successifs, générale-ment très encombrants.
L'invention a pour objet un nouveau procédé et un dispositif permettant de préparer la pâte de façon continue et avec une grande économie d'énergie.
Le procédé selon l'invention, dans lequel une matière - première préalablement réduite en copeaux est soumise à un trai-tement mécanique de défibrage par action conjuguée de forces de ~0 compression et de cisaillement, est caractérisé par le fait que ~ le traitement mécanique de défibrage depuis l'état de copeaux v jusqu'à l'état de pâte ~ papier est effectué en continu par passage de la matière entre au moins deux surfaces hélico~dales entrainées en rotation synchrone dans le même sens à l'intérieur d'un fourreau qui les enveloppe, lesdites surfaces hélico~dales 3 comprenant au moins deux zones successives de l'amont à l'aval, une première zone d'entrainement et de préparation dans laquelle ~ les copeaux introduits en amont sont entrainés vers l'aval par i la rotation des vis et une seconde zone de défibrage et d'homo-généisation dans laquelle les filets ont un pas inverse ayant ~ tendance à repousser la matière dans l~autre sens en provoquant ;~ une accumulation de matière et une forte compression, lesdits ,'' ' ~ ' .
1()55755 :~
filets inverses étant munis de fenêt~es permettant l~avancement sélectif de la matière vers llaval au fur et à mesure de son défibrage, une regulation de temp~rature par zones étant assurée par chauffage ou refroidissement contrôlé le long du fourreau, la pate produite étant évacuee par un orifice aval.
Tel que mentionné ci-dessus, l'invention vise egale- ~ -ment une machine de fabrication de papier qui est caracterisee par le fait qu'elle comprend au moins deux arbres sensiblement parallèles le long desquels sont enroulees des surfaces heli-co~dales penetrant l'une dans l'autre, un fourreau d'enveloppement desdites surfaces, un moyen d'entraînement des arbres en rotation ~: -synchronisee dans le même sens, le fourreau étant muni à une extremite d'un orifice d'introduction de matière première en mor-ceaux et à l'autre extremite d'un orifice d'évacuation de la -matière entrainée par la rotation des surfaces hélicoidales, les surfaces hélicoidales ayant des pas determinant, de l'amont à
l'aval, une succession de zones d'entrainement de la matière par ' engrènement des surfaces helicoidales, separées par des zones de freinage dans lesquelles les vis ont un pas inversé tendant à
entrainer la matière en sens inverse et sont munies de fenêtres ~ pour le passage de la matière vers l'aval le fourrea~ étant muni ~ d'orifices d~introduction de fluides en aval des zones de frei-nage et d'orifices d'evacuation de fluides en amont des zones de freinage, la machine comportant des enceintes de régulation de ~! la temperature par zones successives reparties le long du four-~ reau.
., L'invention va maintenant être decrite, en se référant à un mode de realisation particulier, donné à titre r - 4a - .
:, . , ~ . . , - , -: - . , :
, : - . ~ -d'exemple non limitatif et repré~enté sur les dessins annex~.
La figure 1 est une vue de dessus, en coupe lon-gitudinale, d'un exemple de réaliqation de la machine selon l'invention.
La figure 2 comprend à sa partie supérieure une vue en demi-coupe transversale selon II-II de la figure 1 et à
sa partie inférieure une vue en demi-coupe transveri3ale selon III-III, figure 1.
La figure 3 est une vue de côté en coupe longi-tudinale dlune machine plus perfectionnée selon l'invention.
La machine représentée figure 1 comprend deux arbres 1 et 2 sur lesquels sont enroulées des surfaces h~licoidales 3 et 4 pénétrant l'une dans l'a~tre.
Chaque arbre est porté à ses extrémités par deux paliers 11, 12, 21, 22 monté~ eux-m8mes aux extrémités d'un fourreau 5 enveloppant les surfaces héli¢oidales 3 et 4.
~es deux arbres sont entrainés simultanément en ~;
rotation par un moteur 6 par llintermédiaire de deux réduoteurs 61, 62 comprenant chacun un pignon calé sur un prolongement 10, 20, de chaque arbre au-delà de l'un de9 paliers 11, 22, les deux réducteurs étant montés t8te-bêche chacun à une extrémité du fourreau.
Les deux réducteurs sont prévus de telle sorte que les deux arbres soient entrainés à la m8me vitesse et dans le m8me sens de rotation par le moteur 6 ii Deux ouverture~ sont ménag~es dans le fourreau, chacune ~ proximité d'une extr~mité de celui-ci, l'une, 51, au-dessus des surfaces hélicoidales, l'autre, 52, en-dessous.
~es arbres sont entrainés dans le sens de rotation provoquant 3~ l'avancement entre les surfaces hélicoidales de la matière introduite par l'ouverture 51 jusqu'~ l'ouverture aval 52.
~es pas des surfaces hélicoidales varient le long .... ~: , , . . - ~
de~ arbres 1 et 2 de façon à d~terminer de~ zone~ successives à pas diff~rents. Dans le mode de réalisation le plu~ simple, représenté figure 1, les surfaces hélicoidale~ comprennent une zone A à filets écartés provoquant un avancement de l'amont vers l'aval de la matière introduite par l'orifice 51, et une zone dite de "freinage" à filets à pas de sens inversé couvrant sen~iblement le dernier tiers du fourreau jusqu'à l'orifice d'évacuation 52.
On comprend que la matière introduite par l'orifice 51 est entrainée le long des arbres vers l'orifice 52 et ~ freinée en arrivant dans la zone B dont les filets ont ten-dance à repousser la matière dans l'autre sens.
- Dans cette zone de freinage, les filets sont munis de fenêtres 30, 40 qui peuvent s'~tendre depuis l'axe jusqu'au bord externe des filets. Ces fenêtres dont les dimensions et l'~cartement peuvent ~tre déterminés à volonté, permettent notamment la circulation progressive et éventuellement sé-lective de la mati~re vers l'aval au fur et à me~ure de ltavancement du travail de défibrage.
~ 20 La pâte sort par l'orifice 52 pratiquement à la s pression atmo~phérique. ~a machine n'a donc pas à être .~ , ' munie d'un convergent, ce qui permet de monter un palier à
j chaque extrémité des arbre~ et de placer les réducteur~ aux ; deux extrémités du fourreau comme on l'a représenté sur la figure 1.
s ~e long du fourreau peuvent être placées des en-ceintes 7 permettant de faire une r~gulation préci3e de la température par zone, par chauffage ou refroidissement contrôlé. De préférence, on utili~era un chauffage par in-duction permettant un réglage particuli~rement précis de la température.
Dans le procédé selon l'inventiDn, on introduit --6_ ., ,. . . . . . .
, ~ .. . . .
par l~orifice 51 la matière premiare (par exemple, des co-peaux de boi~), avec une faible quantité d~eau.
Cette mati~re est entrainée ver~ l~aval par la rotation des Vi8. De plus, grace à l~utilisation de vis tournant dans le m8me ~ens, il se produit un effet de pompage de la matière qui permet à celle-ci d~être entrain~e vers l'aval, même lorsque les filets ne sont pas pleins.
Ainsi dans la zone A (figure 1) la matière se répand en couches minces le long des filets qui se remplissent ,,~ , progressivement.
~es copeaux ainsi entrainés slorientent de façon homogène et sont soumis, particulièrement dans la partie 34 -~ (figure 2) où les filets se co-pen~trent à des forces con-jugées de compression, principalement dues à la cop~nétration des vis, et de cisaillement, principalement dues à la rotation des vi~ dans le même sens, qui préparent le travail de dé- -fibrage proprement dit.
De plus, la rotation des vis dans le même sens produit un retournement de la matière favorable à son ho-~ 20 mogénéisation.
x ~a température monte du fait du frottement mais elle peut être contrôlée et malntenue au niveau d~siré par refroidissement du fourreau, sans dilution de la matière en-trainée.
i En fin de zone A, les filets se sont remplis pro-gressivement en raison du freinage apporté à la circulation de la matière par l~inverRion de la direction du paq deR
; filets de la zone B.
A l'entrée de la zone B, l~inver~ion des filets provoque une accumulation importante de matière qui cree une ' zone de forte compression.
- C~est dans oette zone B que s'ach~ve le défibrage :-. : - - . , ~ , . .
proprement dit, l'effet de freinage d~ à l'inversion des filets renforçant llaction conjuguée des force~ de compres-sion et de cisaillement.
La matiare est ainRi maintenue danR cette zone pendant un temps plus long et subit un brassage qui favorise l~homogénéisation. Les fenêtres 30, 40 ménagée~ dans le~ -filets permett~nt l~avancement de la matière ~ers l~aval au fur et ~ mesure de son défibrage, les parties encore mal défibrées étant maintenues plus longtemps dans la zone de travail.
On extrait par l'ori$ice aval 52 une p~te mécanique , ,' à haute concentration et ayant de bonne~ caractéristiques mécaniques.
e tableau suivant donne, a titre comparatif, les caractéristiques de plusieurs pates mécaniquss obtenues la première par le procéd~ classique de défibreurs ~ di~ques (A), les autre~ par le procédé et la machine selon l~invention (B, C, D).
Dans tous les cas, la matière première était cons-tituée par de l'épicéa en copeaux.
A B C D
Température en ~C 90-100 80 , 110 90 Rendement en % 98 98 98 98 Caractéristiaues de la 67 65 60 66 p~te mesurées en ~SR
Main en cm3/g 2,7 2,14 2,34 2,28 Longueur de rupture en m 1900 2170 1825 1742 norme NF Q03 004 Indice d~éclatement 0,9 1,1 0,85 0,80 norme NF Q03 014 Indice cent de d~chirement 420 408 553 411 norme N~ Q03 011 , . , .. - , ~ ~
.. ... . - - :
, ~ . : . . ..
E~ergie consommée en kwh/t 2000 1330 840 ~070 de pâte On voit les caractéristiques mécaniques de la pâte obtenue selon l'invention sont comparables à celles de la '~ pâte mécanique de défibreurs. Cependant, on voit que la consom-mation d'énergie peut être réduite pratiquement de moitié.
~ 'économie d'énergie procurée par le procédé selon l'invention est donc très importante grace notamment à la conception mécanique de la mschine mieux adaptée au travail de ' lO défibrage.
L'orientation plu9 adéquate de~ copeaux dans les Vi8 . ", .
'~ et la ma~trise de la température pendant le défibrage permettent ~' en outre d'obtenir une p~te plu8 homogène.
~; De plus, la machine ~'est pas bruyante, ce qui est un ~ autre avantage important par rapport aux défibreurs à di~ques.
.,~ ' Dans le mode de réalisation le plus simple, qui vient d'être décrit, la pâte obtenue est une pâte mécanique.
Mais le procédé selon l'invention est é~alement avan- ~ ;
tageux pour toute opération de défibrag~ entrant dans la fabri- ~ ~ ' ~ 20 cation d'autres types de pâtes à papier.
;~ C'est ainsi par exemple qu'en introduisant de la vapeur dans le fourreau, on peut obtenir des p~tes thermoméca-~ niques de qualité égale à celles obtenues avec des défibreurs ; à di~ques, avec une con90mmation d'énergie fortement réduite.
~ Mais la particularité la plu9 inattendue de l'invention ,.~ :
est qu'elle peut être employée avantageusement pour la fabrica-tion en continu de tous les types de pâtes à papier, ce que ne réali~e à l'heure actuelle aucun procédé connu.
~'3 En effet, en raison de sa conception mécanique qui permet de travailler le cas échéant sous forte pression et à
Y haute température la machine selon l'invention se prête parti-culièrement bien à une combinaison de traitement~ méoaniques .
_ g _ ., .
,,~, . .. ... ,.. , . ~ .: :
; 1055755 (tels le défibrage) et de traitements ohimique~ (cuissons, blanchiment, lavages, etc...).
D'autre part, dans la réalisation des extrudeuses à
vis pour les matières plastiques, on emploie souvent une cons-truction modulaire, chaque Vi8 étant compo~ée de tronçon~ acco-lés enfilés sur un arbre central. Il est possible d'utiliser, dans l'invention, ce mode de con~truction pour réaliser des surfaces hélico~dales pré~entant des zones successives à pas s différents adaptés au but recherché. On pourra, le long des ~ .
vis, faire varier la vite~se d'entrainement et la pression de ' la matière et disposer par exemple plusieurs parties à pa~
-~ inverse munies de fen~tres de passage de la matière qui consti- -~;
tueront des zones de freinage écartée~ les unes des autres dan3 lesquelles se formeront des bouchon~ continus. En jouant sur le pa~ et sur les dimensions et le nombre de~ fenêtres, ces bouchons .;
t peuvent être plus ou moins denses. Il est alors possible, à
~- l'aide d'une pompe sous pression cu de tout autre moyen connu, d'injecter un fluide 90it dans une zone de freinage, soit entre deux bouchons.
.,,.~
,~ 20 Ce fluide peut être par exemple de l'eau surchauffée, soit de la vapeur soit un réactif chimique, chaud de préférence.
Le fait d'injecter ce fluide chaud sou~ pression en fa¢ilite grandement la pénétration dan~ les fibres du bois et accélère le processue de défibrage.
D'autre part, on a constaté que les liquides avaient j tendance à ne pas être entrainés par l'effet de pompage ver~
l'aval dû à l'engranement de~ vis, mals au contraire à remonter ~ vers l'amont. Ce cheminement vers l'amont du liquide de traite-'~ ,ment prépare le bois à l'action qui va avoir lieu au point t 30 d'injection. En outre, il permet l'évacuation de l'excès de liquide en amont du point d'injection.
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"Inversement, la remontée vers l~i~mont du liquide contenu dans le bois pourrait conduire à un assèchement excessif de la matière, préjudiciable à ~on avancement le long des vi~.
L~injection de liquide ou de vapeur per~et de maintenir le degré
d'humidité de la matière à un niveau correct."
Selon la pression d'injection, la viscosité du fluide réactif injecté et le pa~ des vis, on peut prévoir plusieurs points d'injection avec des fluides différent~ cheminant soit dans le même sens, soit à contre-courant du boii~.
Ainsi, selon l'invention, on pourra réaliser en conti-nu dans une même machine, les phases successives du traitement de préparation de la pâte à papier, en effectuant soit un simple defibrage, soit un traitement plu9 OU moins complet de déligni-fication et obtenir à la sortie de la machine, selon la concep-tion de la machine et les fluides injecté~, une pâte mécanique, thermomécanique ou mi-chimique.
~es machines réalisées iseront donc assez peu diffé-rentes des extrudeuses utilisée~ jusqu'à présent dans la fabri-cation des matières plastiques et le caractère tout à fait surprenant de l'invention réside précisément dans le fait que l'on a de~ matières premières cellulosiques telles que des ; copeaux de bois dans de~ machines prévues pour une utilisation , très différente.
A titre d'exemple, la figure 3 représente, vue de côté en coupe longitudinale, une machine pour la mise en oeuvre de llinvention~ sur laquelle on distingue, de l~amont vers ? l'aval:
? - une zone I à filets assez larges où s'effectuera l'imprégnation de la matière première à la vapeur. Dans cette zone, le fourreau e~t muni d'un élément 71 de chauffage par induction. ~'introduction de la matière ~e fait par un orifice ~,1 .
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51, l'évacuatlon de la vapeur par un orifice 53 plac~ en fin de zone et éventuellement relié ~ une pompe à vide.
- une zone II où l'on pourra effectuer un premier ~tade ~r de cuisson en présence de réactifs chimiques introduits par un orifice 54. On peut créer dans cette zone une pression élevée et obtenir la température désirée au moyen d'un élément de chauffage 72.
- une zone III à filets à pas de sens inversé et munis de fenêtres 30 de passage contrôlé de la matière vers l'aval.
C'est dan~ cette zone que s'effectue essentiellement le défi-brage mécanique de la matière première venant de la zone II.
~e défibrage est réalisé ~elon le proce~sus qui a été décrit plus haut pour la pâte mécanique.
De plus, le freinage de la matière première à l'entrée de cette zone III produit un pressage de la pâte et un retour de l'éventuel excès de liquide vers la zone II dloù l'on pourra Y~; l'évacuer par l'orifice 55 pour un éventuel recyclage.
En effet, on a constaté que le passage de matière 7 humide entre plusieurs vi~ copénétrantes placées à l'intérieur 1j 20 d'un fourreau déterminait une remontée vers l'amont des phases ';~ liquide et gazeuse, la phase solide étant entrainée vers l'aval.
- une zone IV où ~'effectue un deuxième stade de cuisson sous p~ession. Dans cette zone, le pas des filets peut être élargi pour ramener la p~te en couche mince. ~a température désirée est obtenue au moyen d'un élément 73 de chauffage.
- une zone V à filets resserés où la p~te subit un nouveau pressage avec évacuation par un orifice 56 des liquides remontant vers l'amont. On peut de même prévoir en amont un orifice 57 pour le dégazage.
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On peut également dans cette zone prévoir une inver-~ion du pa~ des filet~ et la présence de fenêtres afin d'effec-tuer un dernier défibrage des incuits éventuels.
- une nouvelle zone de traitement chimique non représentée peut également être prévue en aval de la zone V pour effectuer le blanchiment de la pate qui sera enfin évacuée par un orifice de sortie.
Dans la machine décrite ci-dessu~, on réalise avan-tageusement par exemple, un procédé de fabrication de pâte chimique en deux stades, avec défibrage intermédiaire.
; Par l'orifice 51, on introduit la matière première (par exemple des copeaux de bois) avec de l'eau~ ~es copeaux sont entrainés vers l'aval en couche mince en même temps que l'on enlève la température au niveau désiré au moyen de l'élément de chauff~ge du fourreau.
On introduit dans la zone II, par l'orifice 53, i~ ~
des réactifs chimiques con~u~ en 80i comme agent~ délignifiants r,~ (hgdroxyde de sodium, monosulfite ou bisulfite de sodium, ' ? carbonate, etc.). On règle la température et la pression au niveau dé~iré pour effectuer le premier stade de la cuisson.
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Comme on l'a indiqué plus haut, l~effet de pompage de la matière entre les Vi9 permet l'entrainement des copeaux en couche~ minces, ce qui favorise considérablement l~acce~sibi-lité des réactifs dans le~ copeaux ainsi qu'une régulation ~ précise de la température de réaction, d'autant plus que ; r 1~ entrainement cn rotation des Vi8 dans le même sens peut déter-miner un retournement des couches dans la zone 34 où les vis se i~ copénètrent ; on peut ainsi obtenir un traitement beaucoup plUB
homogène et bien contrôlé.
Ces avantages permettent également d'effectuer la réaction dans un temps très court. On peut donc travailler à
. , .
, ., ,.. . . : . .-.............. , . ~
lOS5755 des températures sensiblement plu9 élevées que dans les procédé~
chimiques classiques, sans risque de dégradation de la cellulose.
Pour certains réactifs, (hydroxyde de sodium, par exemple) le raccourcis~ement de leur temps de contact avec la cellulose permet d'obtenir une pâte plus claire.
Par ailleurs, le contrôle précis des différents para-mètres autorise la conduite automatique du processus dans d'excellentes conditions.
En entrant d~ns la zone III, les copeaux cuits sont fortement comprimés sous l'effet du freinage dû à l'inversion du8ens du pas des filet~. Ils sont soumis à des forces conju-guées de cisaillement et de compression qui réalisent leur defibrage. ~es fenêtres ménagées dans le~ filets permettent la :$ circulation de la pâte ver~ l'aval au fur et ~ me~ure de l'avan-cement du travail de défibrage.
On ret~ouve à ce stade, comme il a été dit plus haut, les principes et le~ avantages décrits pour la fabrication de p~tes mécaniques selon l'invention.
De plus, il se produit un effet de pressage de la pâte et de remontée des liquides ~ers l'amont qui permet s d'évacuer les liquides par l'orifice 55 pour un éventuel reoyclage et de véhiculer ~ers la zone IV une p~te ~ haute concentration.
' Dans la zone IV, le pas élargi des filets remet la ; pâte en couche mince ce qui favorise (comme il a été dit pour la zone II) l'accessibilité des réactifs chimiques et la régu-lation de la température de réaction.
Les réactifs chimiques introduits dans cette zone ~'t~ sont connus en soi comme agents délignifiants. Ils sont de même ~0 nature que ceux utilisés au premier stade de cuisson.
~, .
.. ~. . .
10557~5 On peut prévoir egalement dan~ cette zone l'introduc-tion d~o~ygène sous pression.
La température et la pres~ion ~ont choisie~ en fonction de la réaction à effectuer et du type de pâte souhaitée.
"Une nouYelle zone de freinage V à filets re~serrés permet d'effectuer un pressage de la matière à la fin de la zone IV de façon à évacuer le~ liqueurs de cuisson par l'orifice 56 pour un traitement éventuel de dépollution et de récupération de~ calories. De même, un dégazage peut être fait par un orifice 57 placé en amont."
La pâte évacuée par l'orifice 52 est une pâte chimique.
On peut également, après la zone III, effectuer un -~
; pressage dans une zone identique à la zone V et recueillir ainsi une pâte mi-chimique.
En plu8 des avantages cités plus haut (économie d'énergie, plus grande accessibilité des réactifs, régulation ;~ plus précise de la température, plus grande homogénéité de la -~ p~te, etc.), le procédé selon l'invention présente aus~i par . . ~ .
'. rapport aux procédés classiques des avantages dus à l'utilisation d'une machine particulièrement bien adaptée à ses fonctions.
La pâte sortant à la pression atmosphérique, les - poussées axiales sont considérablement réduite~. Ceoi facilite grandement la disposition des réduoteurs aux deux extrémité~ de la machine. On n'est donc pa3 limité dan3 le choix du diamètre des pignons, ce qui permet de moins charger les groupes d'entrai-nement.
e9 Vi8 9~U9eIlt beaucoup moins rapidement que le~
disques de défibreurs ce qui est avantageux à la fois du point de vue économique et surlè plan de l'homogénéité du défibrage.
D'autre partles p~tes mécaniques peuvent contenir des particules qui risquent de rayer les cylindreR des machines à papier;
.~
., ~055755 cet inconvénient est écarté dans le traitement selon l'invention.
Le changement de Vi8 pouvant se faire rapidement sans difficulté, on peut adapter aisément une même installation industrielle à la réalisation de traitements différents en disposant Seulement de Vi8 de profils différents.
Naturellement, il est po~sible d~effectuer successi-vement les différentes opérations du traitement, soit dana une seule machine, soit, 8i on le préfère, dans des machine~ disposées les unes à la suite des autres, ce qui permettrait par exemple de faire varier la vitesse de rotation des arbres 3elon les traitements effectués.
Bien entendu, l~invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui n'ont été decrits qu'à titre d'exemples, mai~
elle en englobe au contraire toutes les variantes; la machine selon l'invention devant seulement être adaptée aux phases diverses du traitement que l'on veut faire subir~ la matière première et à la nature du matériau ligno-cellulosique traité.
Ces traitements pourront être très variés, grâce aux possibi-lités d'agencement des différentes zones en fonction des opéra-~ 20 tions à effectuer, grfice aussi aux possibilités de contrôle ;3 précis de la température et de la pression dans les différentes zones de la machine, permettant de combiner à l'effet m~canique des vi~, l'action chimique ou par exemple, biologique de aubstances diverses.
.
; ~, :~s , . . ~. . .
Claims (9)
1. Procédé de préparation de pâte à papier dans lequel une matière première préalablement réduite en copeaux est sou-mise à un traitement mécanique de défibrage par action conjuguée de forces de compression et de cisaillement, caractérisé par le fait que le traitement mécanique de défibrage depuis l'état de copeaux jusqu'à l'état de pâte à papier est effectué en continu par passage de la matière entre au moins deux surfaces hélicoïdales entraînées en rotation synchrone dans le même sens à l'intérieur d'un fourreau qui les enveloppe, lesdites surfaces hélicoïdales comprenant au moins deux zones successives de l'amont à l'aval, une première zone d'entraînement et de préparation dans laquelle les copeaux introduits en amont sont entraînés vers l'aval par la rotation des vis et une seconde zone de défibrage et d'homo-généisation dans laquelle les filets ont un pas inversé ayant tendance à repousser la matière dans l'autre sens en provoquant une accumulation de matière et une forte compression, lesdits filets inversés étant munis de fenêtres permettant l'avancement sélectif de la matière vers l'aval au fur et à mesure de son défibrage, une régulation de température par zones étant assurée par chauffage ou refroidissement contrôlé le long du fourreau, la pâte produite étant évacuée par un orifice aval.
2. Procédé de préparation de pâte à papier selon la revendication 1 pour l'obtention d'une pâte par l'une des méthodes thermomécaniques, mécanochimiques ou mi-chimiques, caractérisé par le fait que l'on réalise des surfaces hélicoïdales présentant des zones successives à pas différents pour faire varier la vitesse d'entraînement et la pression de la matière et que l'on dispose d'autres parties à pas inversé munies de fenêtres pour la constitution de zones de freinage écartées les unes des autres et formant des bouchons continus et que l'on conti-nue dans la même machine la préparation en continu, le traitement mécanique, au moins l'un des traitements chimiques connus de cuisson et de délignification par injection dans au moins une zone d'un fluide de réaction susceptible de pénétrer dans les fibres pour l'accélération du processus de défibrage.
3. Procédé de préparation de pâte à papier selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on chauffe le fourreau dans la première zone d'alimentation, la vapeur produite étant évacuée par un orifice placé en fin de zone.
4. Procédé de préparation de pâte à papier selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on réalise en aval de la zone d'alimentation au moins une zone de cuisson de la matière en présence de réactif chimique suivie d'une zone de défibrage à pas inversé, ladite zone de cuisson étant chauffée à la température désirée au moyen d'un élément de chauffage du fourreau et comportant un orifice d'introduction de réactif chimique et un orifice d'évacuation de l'excès de liquide place en amont de l'entrée de la zone à pas inversé.
5. Procédé de préparation de pâte à papier selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'on injecte dans la matière un fluide sous l'une des formes liquide ou vapeur pour le maintien du degré d'humidité
nécessaire à l'avancement le long des surfaces hélicoïdales.
nécessaire à l'avancement le long des surfaces hélicoïdales.
6. Procédé de préparation de pâte à papier selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on injecte dans la matière un fluide sous l'une des formes liquides ou vapeur pour le maintien du degré d'humidité nécessaire à l'avancement le long des surfaces hélicoïdales.
7. procédé de préparation de pâte à papier selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un traitement de blanchiment est effectué dans une zone des surfaces hélicoïdales en aval de la dernière zone de défibrage à pas inversé.
8. Machine de fabrication de pâte à papier, caractéri-sée par le fait qu'elle comprend au moins deux arbres sensible-ment parallèles le long desquels sont enroulées des surfaces héli-coïdales pénétrant l'une dans l'autre, un fourreau d'enveloppement desdites surfaces, un moyen d'entraînement des arbres en rotation synchronisée dans le même sens, le fourreau étant muni à une extrémité d'un orifice d'introduction de matière première en morceaux et à l'autre extrémité d'un orifice d'évacuation de la matière entraînée par la rotation des surfaces hélicoïdales, les surfaces hélicoïdales ayant des pas déterminant, de l'amont à
l'aval, une succession de zones d'entraînement de la matière par engrènement des surfaces hélicoïdales, séparées par des zones de freinage dans lesquelles les vis ont un pas inversé tendant à
entraîner la matière en sens inverse et sont munies de fenêtres pour le passage de la matière vers l'aval le fourreau étant muni d'orifices d'introduction de fluides en aval des zones de frei-nage et d'orifices d'évacuation de fluides en amont des zones de freinage, la machine comportant des enceintes de régulation de la température par zones successives réparties le long du fourreau.
l'aval, une succession de zones d'entraînement de la matière par engrènement des surfaces hélicoïdales, séparées par des zones de freinage dans lesquelles les vis ont un pas inversé tendant à
entraîner la matière en sens inverse et sont munies de fenêtres pour le passage de la matière vers l'aval le fourreau étant muni d'orifices d'introduction de fluides en aval des zones de frei-nage et d'orifices d'évacuation de fluides en amont des zones de freinage, la machine comportant des enceintes de régulation de la température par zones successives réparties le long du fourreau.
9. Machine de fabrication de pâte à papier selon la revendication 8, caractérisée par le fait que chaque arbre est porté à ses extrémités par deux paliers montés sur le fourreau, et entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un réducteur com-prenant un pignon monté sur un prolongement de l'arbre au-delà de l'un des paliers, les réducteurs étant placés tête-bêche chacun à une extrémité du fourreau, lesdits réducteurs étant identiques et entraînés en synchronisme par un même moteur.
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