FR2609067A1 - PROCESS FOR THE OZONE TREATMENT OF A CELLULOSIC PULP - Google Patents

Abstract

LE PROCEDE CONSISTE A TRAITER A L'OZONE UNE PATE A HAUT RENDEMENT, FINIE, C'EST-A-DIRE PREALABLEMENT RAFFINEE ET EPUREE JUSQU'A UN DEGRE DE RAFFINAGE REQUIS PAR SON UTILISATION FINALE. LE TRAITEMENT EST EFFECTUE DANS UN REACTEUR CONSTITUE PAR UNE MACHINE BI-VIS, CONNUE EN SOI, COMPRENANT, A L'INTERIEUR D'UN FOURREAU, DEUX VIS A AXES 3, 5 PARALLELES S'ENGRENANT L'UNE DANS L'AUTRE, ENTRAINEES DANS UN MEME SENS DE ROTATION, ET DONT LES FILETAGES HELICOIDAUX COMPORTENT DES ZONES SUCCESSIVES A PAS DIFFERENTS. LA PATE EST INTRODUITE DANS LE REACTEUR A UNE SICCITE ELEVEE, DE PREFERENCE COMPRISE ENTRE 40 ET 45 . LE TAUX D'OZONE PEUT ETRE DE 2 A 8 . PAR CE PROCEDE ON OBTIENT, EN CONTINU ET DE FACON SIMPLE, UNE PATE A HAUT RENDEMENT AUX PROPRIETES DE RESISTANCE MECANIQUE AMELIOREES.THE PROCESS CONSISTS OF TREATING WITH OZONE A HIGH-YIELD, FINISHED DOUGH, THAT IS TO SAY PREVIOUSLY REFINED AND STRIPED TO A DEGREE OF REFINING REQUIRED BY ITS END USE. THE TREATMENT IS CARRIED OUT IN A REACTOR CONSTITUTED BY A TWO-SCREW MACHINE, KNOWN IN ITSELF, INCLUDING, INSIDE A HOLDER, TWO SCREWS WITH 3, 5 PARALLEL AXES ENGAGING WITH ONE THE OTHER, DRIVEN IN THE SAME DIRECTION OF ROTATION, AND WHOSE HELICOIDAL THREADS HAVE SUCCESSIVE ZONES WITH DIFFERENT PITCHES. THE PASTE IS INTRODUCED INTO THE REACTOR AT A HIGH SICCITY, PREFERREDLY BETWEEN 40 AND 45. THE OZONE RATE CAN BE 2 TO 8. BY THIS PROCEDURE, A HIGH-PERFORMANCE PASTE WITH IMPROVED MECHANICAL STRENGTH PROPERTIES IS OBTAINED CONTINUOUSLY AND IN A SIMPLE WAY.

Description

PROCEDE POUR LE TRAITEMENT A L'OZONEPROCESS FOR OZONE TREATMENT

D'UNE PATE CELLULOSIQUECELLULOSIC PULP

L'invention se rapporte à un procédé pour le traitement à l'ozone, en continu, d'une pâte à haut rendement entrant dans la fabrication du papier. Pour fabriquer du papier, on utilise jusqu'à présent un mélange de pâtes d'origines diverses, on mélange en particulier une pâte chimique à une pâte mécanique. Les pâtes mécaniques, notamment par leur opacité, offrent de bonnes caractéristiques d'impression mais présentent des propriétés de résistance mécanique insuffisantes pour le passage en machine. Ces dernières sont apportées au mélange par la pâte chimique. Toutefois, les pâtes chimiques sont d'un prix de revient nettement plus élevé que les premières. On a donc cherché à éviter, ou du moins à limiter leur emploi en renforçant les propriétés  The invention relates to a process for the continuous treatment with ozone of a high-yield pulp used in the manufacture of paper. To manufacture paper, a mixture of pasta of various origins has been used until now, a chemical pulp being mixed with a mechanical pulp. Mechanical pulps, in particular by their opacity, offer good printing characteristics but have insufficient mechanical strength properties for the passage in the machine. These are brought to the mixture by the chemical pulp. However, chemical pulps are significantly more expensive than raw ones. It was therefore sought to avoid or at least limit their use by reinforcing the properties

de résistance de la pâte mécanique par un post-traitement chimique.  resistance of mechanical pulp by chemical post-treatment.

Un traitement connu consiste à faire réagir la pâte avec un gaz contenant de l'ozone car ce dernier permet une meilleure liaison des  A known treatment consists in reacting the paste with an ozone-containing gas because the latter allows a better bonding of the

fibres en modifiant leur état de surface et la lignine.  fibers by changing their surface state and lignin.

Malheureusement, les procédés actuels n'ont pas apporté de solution satisfaisante, car si les résultats obtenus en laboratoire sont intéressants, il n'a pas été possible jusqu'à présent de les reproduire à l'échelle industrielle. Il semble que les difficultés rencontrées se  Unfortunately, the current processes have not brought a satisfactory solution, because if the results obtained in the laboratory are interesting, it has not been possible until now to reproduce them on an industrial scale. It seems that the difficulties encountered are

situent tant au niveau du réacteur que des équipements d'ozonation.  located at both the reactor and the ozonation equipment.

L'invention a pour objet un procédé industriel permettant d'obtenir une pâte présentant les qualités requises pour la fabrication de papier, à partir d'une pâte du type mécanique, tout en maintenant le  The subject of the invention is an industrial process making it possible to obtain a pulp having the qualities required for the manufacture of paper, from a pulp of the mechanical type, while maintaining the

rendement à un niveau satisfaisant.  performance at a satisfactory level.

Le procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à raffiner et à épurer la pâte jusqu'à un degré de raffinage requis pour son utilisation, puis à traiter cette pâte, finie, à l'ozone dans un réacteur constitué par  The process is characterized in that it consists of refining and purifying the pulp to a degree of refining required for its use, and then treating this finished pulp with ozone in a reactor consisting of

une machine du type bi-vis.a machine of the twin-screw type.

Dans la pratique, par le raffinage et l'épuration classiques, la pâte est amenée à un degré d'égouttage de 60 à 130 csf (Canadian  In practice, by conventional refining and scrubbing, the pulp is brought to a degree of dewatering of 60 to 130 csf (Canadian

Standard Freeness).Standard Freeness).

Par machine du type bi-vis, on entend dans la demande, une machine correspondant à l'enseignement des brevets - FR 2 319 737 et FR 2 418 295, c'est-à-dire comprenant deux vis à axes parallèles entraînées dans un même sens de rotation à l'intérieur d'un fourreau, et dont les filetages hélicoïdaux comportent des zones successives à  By machine of the twin-screw type, is meant in the application, a machine corresponding to the teaching of the patents - FR 2 319 737 and FR 2 418 295, that is to say comprising two screws with parallel axes driven in a same direction of rotation inside a sheath, and whose helical threads comprise successive zones to

pas différents.not different.

Les vis comprennent, en aval d'un orifice d'introduction de la matière dans le fourreau, successivement au moins une zone d'alimentation à pas direct pour l'entraînement de la matière vers l'aval, une première zone dont le filetage est à pas inversé pour la formation d'un bouchon continu avec compression de la matière, une zone à pas direct de détente et une deuxième zone à pas inversé. Les zones dont le filetage est à pas inversé comportent des fenêtres permettant l'extrusion de la matière. Elles sont toutefois dimensionnées de façon à favoriser la formation d'un bouchon. Entre ces deux zones à pas inversé, le fourreau est pourvu d'un orifice d'alimentation d'un agent réactif. Il est apparu de façon surprenante que l'utilisation d'une machine de ce type comme réacteur pour le traitement à l'ozone d'une pâte à haut rendement, finie, permettait d'obtenir en continu, de façon simple et avec un haut niveau de sécurité, une pâte aux qualités mécaniques améliorées. Pour ce traitement, le gaz contenant l'ozone est introduit dans la zone délimitée par les deux bouchons, par l'orifice  The screws comprise, downstream of an orifice for introducing the material into the sheath, successively at least one feed zone with a direct pitch for driving the material downstream, a first zone whose threading is inverted step for forming a continuous plug with compression of the material, a direct step region and a second step-reversed zone. The zones whose thread is not inverted include windows allowing the extrusion of the material. However, they are sized to promote the formation of a plug. Between these two zones in reverse pitch, the sheath is provided with a supply port of a reagent. Surprisingly, the use of a machine of this type as a reactor for the ozone treatment of a finished, high-yield paste made it possible to obtain continuously, simply and with a high security level, a paste with improved mechanical qualities. For this treatment, the gas containing ozone is introduced into the zone delimited by the two plugs, through the orifice

d'alimentation de l'agent réactif.supplying the reactive agent.

Selon les conditions opératoires, on a pu ainsi obtenir un gain sur l'indice de longueur de rupture de l'ordre de 40% et de 50% sur celui  According to the operating conditions, it was thus possible to obtain a gain on the rupture length index of the order of 40% and of 50% on the

d'éclatement, I'indice de déchirure étant maintenu à sa valeur.  burst, the tear index being maintained at its value.

Alors que dans les procédés antérieurs, faisant intervenir un traitement à l'ozone sur une pâte grossière ou peu raffinée, on constatait que le raffinage final ramenait celle-ci à un état similaire à celui d'une pâte raffinée sans traitement à l'ozone, le procédé de I'invention, o le traitement est effectué sur une pâte finie, non seulement conserve les propriétés de cette dernière mais en améliore  While in previous processes, involving an ozone treatment on a crude or unrefined pulp, it was found that the final refining brought it to a similar state to that of a refined pulp without ozone treatment. the method of the invention, where the treatment is carried out on a finished paste, not only retains the properties of the latter but improves

certaines dont la longueur de rupture et l'éclatement.  some whose breaking length and burst.

Conformément à un autre aspect de l'invention, la pâte introduite dans le réacteur est à un degré de siccité élevé, compris entre 20 et %, de préférence compris entre 40 et 45%. On constate, en effet, que dans le cas d'une pâte à haute siccité, son expansion rapide après une compression suivie d'un malaxage, est très favorable à l'action de l'ozone sur les fibres, celle-ci est pratiquement instantanée. Par ce type de mode opératoire, l'accessibilité aux fibres par l'ozone est bien meilleure que ce qu'on pourrait obtenir dans un  According to another aspect of the invention, the paste introduced into the reactor is at a high degree of dryness, between 20 and%, preferably between 40 and 45%. It is found, in fact, that in the case of a high-dry pulp, its rapid expansion after compression followed by mixing, is very favorable to the action of ozone on the fibers, it is practically instant. By this type of procedure, the accessibility to the fibers by the ozone is much better than what could be obtained in a

réacteur statique industriel.industrial static reactor.

La description qui suit porte sur un mode de réalisation non limitatif  The following description relates to a non-limiting embodiment

de l'invention. Elle est accompagnée de dessins qui représentent schématiquement, - A la figure 1 une vue en coupe longitudinale d'une machine bi-vis dont le principe est en soi connu, et qui permet la mise en oeuvre du procédé et de l'invention. - A la figure 2 une vue en coupe transversale selon Il Il de la  of the invention. It is accompanied by drawings which show schematically, - In Figure 1 a longitudinal sectional view of a twin-screw machine whose principle is known in itself, and which allows the implementation of the method and the invention. - In Figure 2 a cross-sectional view along Il Il of the

figure 1.figure 1.

La machine 1 vue en coupe longitudinale par l'axe d'une vis comporte deux vis à axes parallèles 3, 5 s'engrenant l'une dans l'autre et  The machine 1 seen in longitudinal section through the axis of a screw comprises two screws with parallel axes 3, 5 meshing with each other and

entraînées par des moyens appropriés dans un même sens de rotation.  driven by appropriate means in the same direction of rotation.

Ces deux vis sont supportées à leurs extrémités longitudinales par des paliers non représentés, elles sont enfermées dans un fourreau 7 qui comporte un orifice d'alimentation 71 en amont et un orifice  These two screws are supported at their longitudinal ends by unrepresented bearings, they are enclosed in a sheath 7 which has a feed orifice 71 upstream and an orifice

d'extraction 73 de la matière traitée, en aval.  extraction 73 of the treated material, downstream.

Dans le mode de réalisation représenté, les vis, qui sont pourvues de filets identiques, définissent de l'amont vers l'aval, quatres zones 10, , 30, 40, et comportent deux parties à pas différents dans chacune des zones. Dans la première partie, 12, 22, 32, 42 les filets hélicoïdaux sont écartés et permettent l'avancement de la pâte de l'amont vers l'aval. Dans la deuxième partie 14, 24, 34, 44 les filets hélicoïdaux sont à pas inversé et provoquent un freinage de la pâte  In the embodiment shown, the screws, which are provided with identical threads, define, from upstream to downstream, four zones 10,, 30, 40, and comprise two parts with different pitch in each of the zones. In the first part, 12, 22, 32, 42 the helical threads are spaced apart and allow the advancement of the pulp from upstream to downstream. In the second part 14, 24, 34, 44 the helical threads are not inverted and cause braking of the dough

qui est comprimée et s'accumule jusqu'à former un bouchon.  which is compressed and accumulates to form a plug.

Des fenêtres 15, 25, 35, 45 ménagées sur les filets à pas inversé permettent un passage de la matière d'un filet à l'autre jusque dans la zone suivante 20, 30, 40, ou bien vers l'orifice d'évacuation pour la partie 44. Deux bagues 13 et 43, non filetées sont disposées respectivement entre les parties 12 et 14 de la première zone, et les parties 42 et 44 de la quatrième zone. Elles ont pour objet de faciliter  Windows 15, 25, 35, 45 provided on the threads with a reverse pitch allow the material to pass from one thread to the other into the next zone 20, 30, 40, or towards the discharge orifice. for part 44. Two rings 13 and 43, unthreaded are respectively disposed between the parts 12 and 14 of the first zone, and parts 42 and 44 of the fourth zone. They are intended to facilitate

l'accumulation de matière en ces endroits.  the accumulation of matter in these places.

Entre l'orifice d'alimentation 71, au niveau de la première zone, et la sortie 73 après la quatrième zone, le fourreau comporte des orifices 75, 77 permettant l'injection d'un agent de traitement au niveau des parties 22 et 32 des deuxième et troisième zones. Un orifice 79 -u niveau de la partie 42 de la quatrième zone permet l'extraction de  Between the feed orifice 71, at the first zone, and the outlet 73 after the fourth zone, the sheath has orifices 75, 77 allowing the injection of a treatment agent at the portions 22 and 32. second and third zones. An orifice 79 -u level of the portion 42 of the fourth zone allows the extraction of

l'agent de traitement résiduel.the residual treatment agent.

Cette machine est du type décrit dans les brevets FR 2 319 737 et FR 2 418 295 et peut être employée au défibrage de pâtes ou bien pour leur faire subir divers traitements, comme cela est expliqué dans  This machine is of the type described in patents FR 2 319 737 and FR 2 418 295 and may be used in the defibration of pasta or to make them undergo various treatments, as explained in

ces brevets.these patents.

Conformément à l'invention, on utilise ce dispositif pour réaliser un traitement à l'ozone, en continu, d'une pâte à haut rendement préalablement raffinée, c'est-à-dire dont le degré de raffinage  According to the invention, this device is used to carry out an ozone treatment, continuously, of a high-efficiency pulp previously refined, that is to say the degree of refining

correspond à celui souhaité pour l'application envisagée de la pâte.  corresponds to that desired for the intended application of the dough.

Le raffinage préalable de la pâte à haut rendement peut être obtenu de toute façon connue en soi, en une ou deux étapes, par exemple  The preliminary refining of the high-yield paste can be obtained in any case known per se, in one or two steps, for example

par passage entre deux disques de raffinage.  by passage between two refining discs.

Pour une pâte destinée à la fabrication de papier, la pâte est raffinée jusqu'à un degré d'égouttage compris entre 60 et 130 csf (Canadian  For a paper pulp, the pulp is refined to a degree of dewatering between 60 and 130 csf (Canadian

Standard Freeness).Standard Freeness).

Après raffinage, on épaissit la pâte, le cas échéant, pour amener son taux de siccité à une valeur comprise entre 20 et 50%, de préférence autour de 40%, et on l'introduit dans la machine par l'orifice d'alimentation 71. Elle est entraînée entre les filets des deux vis  After refining, the paste is thickened, if necessary, to bring its rate of dryness to a value of between 20 and 50%, preferably around 40%, and introduced into the machine through the feed orifice. 71. It is driven between the threads of the two screws

jusqu'à la partie à pas inversé 14, o elle est freinée et comprimée.  to the inverted step portion 14, where it is braked and compressed.

Elle forme un bouchon étanche dont l'épaisseur est déterminée en partie par la bague 13. La pâte est extrudée progressivement à travers les fenêtres 15 des filets 14 et se détend en parvenant dans la deuxième zone 20 o elle est mise à réagir avec le gaz chargé d'ozone qui est injecté en 75. L'ouverture des fibres produite par la  It forms a tight plug whose thickness is determined in part by the ring 13. The paste is extruded progressively through the windows 15 of the threads 14 and relaxes while reaching the second zone 20 where it is reacted with the gas charged with ozone which is injected at 75. The opening of the fibers produced by the

détente, favorise leur attaque par l'ozone de façon quasi-instantanée.  relaxation, promotes their attack by ozone almost instantaneously.

L'action de ce dernier se parfait pendant le transport et le malaxage de la matière sur toutes les parties 22, 32, 42, les parties 24 et 34 contribuant efficacement au mélange. Les bouchons formés aussi bien en amont qu'en aval de ces trois zones par les filets inversés 14 et 44, et les bagues 13 et 43 assurent la constitution d'une enceinte  The action of the latter is perfect during transport and kneading of the material on all parts 22, 32, 42, parts 24 and 34 effectively contributing to the mixture. The plugs formed both upstream and downstream of these three zones by the inverted nets 14 and 44, and the rings 13 and 43 ensure the constitution of an enclosure

fermée, étanche aux gaz.closed, gas tight.

Une injection d'ozone supplémentaire peut être effectuée dans la troisième zone, au niveau de la partie 32 suivant la détente de la matière à la sortie des fenêtres d'extrusion 25 de la partie 24. Après son traitement, la pâte est évacuée axialement par l'orifice 73 en aval  An additional ozone injection can be carried out in the third zone, at the level of the portion 32 following the expansion of the material at the exit of the extrusion windows 25 of the portion 24. After its treatment, the pulp is evacuated axially by the orifice 73 downstream

du bouchon terminal de la quatrième zone.  the end cap of the fourth zone.

A cette quatrième zone peut être associé en 79 un moyen de balayage  At this fourth zone can be associated in 79 a scanning means

pour éliminer l'ozone résiduel.to remove residual ozone.

On a appliqué le traitement à une pâte chimicothermomécanique, finie, acidifiée et épaissie, en introduisant l'ozone sous forme de mélange ozone-air ou ozone-oxygène à des taux compris entre 2% et 8%,  The treatment was applied to a chemi-thermomechanical pulp, finished, acidified and thickened, by introducing the ozone in the form of an ozone-air or ozone-oxygen mixture at a level of between 2% and 8%.

évalués en poids de pâte.evaluated by weight of dough.

Le tableau ci-dessous récapitule les résultats obtenus  The table below summarizes the results obtained

: PATE INITIALE: PATE APRES SON TRAITEMENT  : INITIAL PULP: PASTE AFTER TREATMENT

: NON TRAITEE: A DIFFERENTS TAUX D'OZONE  : NOT TREATED: AT DIFFERENT OZONE RATES

:: 2% 4% 7%:: 2% 4% 7%

P.H.: 3,6 : 3,3 3,06 2,9HP: 3.6: 3.3 3.06 2.9

Siccité: 43,4: 45 43 44,8 Degré d'égouttage: 5,4 58 58 56 (csf): : Indice de longueur de 4600: 5000 5760 6160 rupture (m): Indice de déchirure 54 53 54 53 Indice d'éclatement 20 21,5 26,5 29 Indice de blancheur: 63 59 59 58 On a appliqué le traitement à une pâte présentant des caractéristiques  Dryness: 43.4: 45 43 44.8 Degree of drainage: 5.4 58 58 56 (csf):: Length index of 4600: 5000 5760 6160 rupture (m): Tear index 54 53 54 53 Index d burst 20 21.5 26.5 29 Whiteness index: 63 59 59 58 The treatment was applied to a paste having characteristics

initiales différentes.different initials.

PATE INITIALE PATE APRES TRAITEMENT A  INITIAL PATE PATE AFTER TREATMENT A

5% D'OZONE5% OZONE

P.H. 4,15: 3P. 4,15: 3

Siccité: 45,8 46,6 Degré d'égouttage (csf) 69 70  Siccité: 45.8 46.6 Degree of drainage (csf) 69 70

: ::

Indice de longueur de: 4000: 5390 rupture (m):: Indice de déchirure 55 56 Indice d'éclatement 19 26 Indice de blancheur 62 57  Length index from: 4000: 5390 breaking (m) :: Tear index 55 56 Burst index 19 26 Whiteness index 62 57

Claims (6)

REVENDICATIONS 1/ Procédé pour le traitement à l'ozone d'une pâte de fibres cellulosiques à haut rendement caractérisé en ce qu'il consiste à raffiner et à épurer la pâte jusqu'à un degré de raffinage requis pour son utilisation finale puis à la traiter à l'ozone dans un  1 / Process for the ozone treatment of a pulp of high-yielding cellulosic fibers characterized in that it consists in refining and purifying the pulp to a degree of refining required for its final use and then treating it to ozone in a réacteur constitué par une machine bi-vis.  reactor constituted by a twin-screw machine. 2/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pâte est introduite dans le réacteur à une siccité comprise entre 20% et %. 3/ Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la pâte est  2 / A method according to claim 1 characterized in that the paste is introduced into the reactor at a dryness of between 20% and%. 3 / A method according to claim 2 characterized in that the dough is à une siccité comprise entre 40 et 45%.  at a dryness between 40 and 45%. 4/ Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 caractérisé en ce  4 / A method according to one of claims 2 and 3 characterized in that que la pâte est préalablement acidifiée avant son épaississage.  that the dough is acidified before being thickened. / Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en  Method according to one of the preceding claims, characterized in ce que la pâte est raffinée jusqu'à un degré de raffinage compris  what the dough is refined to a degree of refining included entre 60 et 130 csf.between 60 and 130 csf. 6/ Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en  6 / A method according to one of the preceding claims characterized in ce que la pâte raffinée est introduite dans une machine bi-vis comportant au moins une première partie de transport une première partie de compression suivie d'une deuxième partie de transport et d'une deuxième partie de compression, I'ozone, de préférence sous forme de mélange ozoneoxygène ou ozone-air étant mis à réagir avec ladite pâte cellulosique dans aux moins une zone de la machine comprise entre lesdites parties de compression.  the refined pulp is introduced into a twin-screw machine comprising at least a first transport part a first compression part followed by a second transport part and a second compression part, the ozone, preferably under Ozone oxygen or ozone-air mixture form being reacted with said cellulosic pulp in at least one zone of the machine between said compression portions. 7/ Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en  7 / A method according to one of the preceding claims characterized in ce que l'ozone est mis à réagir en quantité égale à au moins 2%  that ozone is reacted in an amount equal to at least 2% de la masse de pâte traitée.the mass of pulp treated. 8/ Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le taux  8 / A method according to claim 7 characterized in that the rate d'ozone est compris entre 2 et 8%.ozone is between 2 and 8%.