Brevet FR2001800A1 — publié le 19691003

La présente invention-concerne un procédé en rapport avec la digestion (cuisson) continue de matières fibreuses telles que par exemple des matières cellulosiques, dans lequel il est possible de faire en sorte que le chauffage de la matière jusqu'à la température de cuisson soit effectué de façon telle qu'il en résulte un chauffage homogène ne montrant que de très faibles divergences par rapport à la véritable température de cuisson. Lé brevet suédois n 105.123 révèle un procédé selon lequel une matière fibreuse est d'abord chauffée dans un réservoir d'imprégnation, qui est muni d'un dispositif d'agitation et de mélange après quoi la matière est transférée au moyen d'un liquide par une conduite l'amenant à la portion inférieure d'un digesteur continu. Le liquide de transport qui est alors utilisé est constitué par un fort courant de lessive d'imprégnation, dont la vitesse d'écoulement est si élevée que la matière est entratnée. Cependant pour diverses raisons ces appareils d'agitation et de mélange ne sont pas adoptés dans la pratique. Au lieu de ce système ileet & pratique courante en vue de chauffer des matières cellulosioues dans un digesteur continu d'apporter de la liqueur de cuisson chauffée par le moyen d'un tube disposé au centre du digesteur.La liqueur de cuisson qui s' est refroidie par suite du chauffage de la matière est extraite à travers un dispositif de filtrage prévu dans la paroi du digesteur, ce dispositif de filtrage étant situé approximativement au meme niveau de l'orifice du tube central. La liqueur de cuisson refroidie est chauffée avant d'etre réintroduite dans le tube central0 Cependant ce mode de chauffage donne lieu à la création d'un gradient de température depuis le centre de la section tubas versale du digesteur jusqu'à sa périphérie. L'importance du gradient dépend de la fore géométrique du digesteur ainsi que du débit de la matière fibreuse et de la liqueur de cuisson et ainsi de suite .Le gradient de température d'une colonne de pulpe après le chauffage peut tre expliqué par le fait que le déplacement du liquide de cuisson plus froid entre ltorifice du tube central et le filtre par l'effet de liqueur de cuisson plus chaude provenant du tube dévie de sa trajectoire idéale par suite par exemple de courants de convection dans la colonne de traitement et également par suite de la formation de chemins préférentiels dans cette colonne.De plus il a été constaté que dans de la pulpe de cuisson au sulfate, lorsque la masse de traitement est chauffée åusqu'à 170 C le gradient de température est de l'ordre de grandeur de 2 à 40C o Cette différence de température a pour résultat que les parties centrales et périphériques de la colonne de traitement sont digérées à des degrés essentiellement différents. Dans les limites du rendement de ce que l'on appelle des pulpes au sulfate chimique de telles différences de températures de un degré C donnent lieu chacune approximativement à un indice de chlore Roe de 0,6 à 1 selon la nature de la matière à traiter, les conditions de la digestion et le rendement.Les renP dements dans le centre et à la périphérie de la colonne de matière à traiter ont été établis dans un exemple ou l'on a constaté qu'- ils atteignent environ 53zo et environ 60% rezpectivement . Le gra dient de température conduit ainsi partiellement à des variations indésirables de l'indice de chlore Roe du produit manufacturé et partiellement à une diminution du rendement moyen La présente invention permet de diminuer de façon fondamentale les variations de température dans le sein de la colonne de pulpe à traiter L'invention concerne par suite un procédé en relation avec la digestion (cuisson) en continu de matières fibreuses telles que des matières cellulosiques de préférence sous forme de copeaux de bois, dans lequel il est obtenu un chauffage homogène de la matière jusqu'à une température ne divergeant que légèrement de la véritable température de cuisson, dans lequel procédé les copeaux de bois sont distribués en continu avec un liquide apporteur de chaleur qui est avantageusement constitué par la liqueur de cuisson, après avoir été chauffés, par pompage à une extrémité d'une cuve de mise en pulpe (digesteur) et après etre passés par le digesteur sont évacués également en continu à l'état traité à l'autre extrémité du digesteur La caractéristique essentielle du nouveau procédé consiste en ce que le chauffage de la matière est achevé concurremment avec le liquide apporteur de chaleur, d'abord dans une conduite d'amenée se présentant avantageusement sous forme d'une tuyauterie avant le mélange de la matière et du liquide pénètrant dans le digesteur, et puis au cours de la première partie du parcours effectué par le mélange canes le digesteur et en ce que la majeur partie du liquide apporteur de chaleur introduit avec la matière par la conduite d'amenée est extraite du digesteur après que la matière ait atteint sa température de cuisson, à la suite de quoi le liquide soutire - @ @ échauffé s remis avec de la matière neu- ve destinée à etre digérée dans les conditions de température telles çue l'accroissement de température de la matière au cours du transport dans la conduIte transporteuse vers le digesteur est élevé jusqu'à un chiffre qui nBest inférieur que dune frac- tion à celui du chauffage final de la matière pour lui permettre d'atteindre la température à laquelle la cuisson s'effectue, et en ce que la quantité de liquide apporteur de chaleur en relation avec la quantité de matière est suffisamment grande et que la vitesse de transport du mélange de matière et de liquide dans le conduit d'alimentation est proportionnée de telle sorte qu'il est obtenu un chauffage final homogène et un courant uniforme du mélange de matière et de liquide lorsque l'on considère la section transversale du conduit d'amenée L'invention comporte également des-moyens de mise en oeuvre du procédé , ces moyens comprenant essentiellement une cuve destinée à contenir la matière ( copeaux de bois ) et/ou un mélange de matière et de liquide et/ou un mélange de matière et de liqueur de cuisson , un récipient vertical circulaire ou pratiquement circulaire destiné à la mise en pulpe , qui est avantageusement un digesteur permettant la digestion continue un conduit d'amenée , avantageusement sous forme d'une conduite ayant une certaine longueur s'étendant entre cette cuve et une extrémité du digesteur , un sas ou distributeur au moins pour distribuer la matière et au moins une conduite pour amener la liqueur de cuisson au conduit d'amenée, des moyens de filtrage prévus à l'intérieur du digesteur et servant à filtrer l'extrait de liqueur de cuisson fourni au digesteur par le conduit d'amenée, la partie la -ous proche de ce moyen de tamisage lorsqu on le voit dans la direction opposée au courant de matière au sein du digesteur situé > e aistance du centre de l'admission du conduit d'amenée dans le digesteur qui atteint au moins le quart du diamètre moyen du digesteur, et un conduit de retour destine a renvoyer la liqueur de cuisson excédentaire au lieu de distribu tion ie la matière, un appareil de chauffage étant rélié au conduit de retour, cet appareil étant par exemple un des appareils appelés calorisateurs pour la liqueur ae cuisson et enfin une pom- pe intercalée dans le système de conduit, cette pompe servant à effectue 1 transport de la matière dans la tuyauterie ou s'effectue le transport. L'invention sera décrite ci-après en plus grand détail ré carence faite au roquais ci-joint représentant schématiquement l'élévation d'une installation (certaines parties étant ouvertes) destinée à mettre en oeuvre le nouveau procédé de chauffage. L'indice 1 désigne une trémie contenant la matière cellulosique de base qui dans ce qui suit est présumée consister en copeaux de bois du type classique. L'indice 2 désigne un distributeur ou sas par exemple ayant la forme d'une soupape rotative et 3 désigne un récipient où est effectuée une pré-injection de vapeur dans la matière. Bans le récipient 3 est prévu une vis sans fin transporteuse 4 . L'indice 5 désigne un récipient dans lequel les copeaux et la liqueur de cuisson neuve sont mélangés l'un avec l'autre et 6 désigne un autre distributeur qui est con çu de telle sorte que le liquide ne le traversera pas de façon notable ou qui est équipé de moyens connus dans l'art permettant de maintenir un niveau pratiquement constant de liquide dans le récipient 5 .Un conduit d'amenée 7 relie un digesteur 8 partiellement par un conduit 9 et une pompe 10 qui est intercalée dans le circuit . Un cadre de filtrage Il est prévu dans le diges- teur 8 et un calorisateur 12 est inclus dans le circuit de tranport. Un certain nombre de vannes de commande 13, 14 et 15 sont incluses dans le système. Parmi ces vannes, la vanne 13 sert à controler l'alimentation en vapeur au calorisateur 12 et les vannes 14 et 15 servent à controler les quantités de liqueur de cuia son.Un court conduit d'alimentation 17 sert à l'introduction de vapeur dans le récipient 3 Le mode de fonctionnement est le suivant Les copeaux dont le trajet à travers le système est figuré par des flèches en traits interrompus sont amenés en k à la trémie 1, puis passent par le sas distributeur 2 pour pénétrer dans le récipient dlinjection de vapeur 3 . Bans ce récipient les copeaux sont soumis à l'action de la vapeur tandis qu'ils sont déplacés mécaniquement vers l'avant par la vis sans fin 4 afin d' titre introduits dans le récipient 5 dans lequel ils sont mélangés avec de la liqueur de cuisson neuve, cette dernière étant introduite dans ce récipient en B. Le trajet du liquide dans le système est figuré dans e croquis par des flèches en traits continus.Le mélange de liqueur de cuisson et copeaux est alors amené à passer par le distributeur 6 pour pénétrer dans le conduit d'amenée 7 relié au digesteur 8 et injecté au moyen de la pompe 10 au sommet du digesteur. Au cours de sa descente à travers le digesteur le mélange de copeaux et de liqueur de cuisson atteint le cadre de filtrage Il où la partie principale de la liqueur de cuisson est extraite par le conduit 9. La liqueur de cuisson passe alors à nouveau par la pompe 10 et est remise en contact avec de nouveaux copeaux et de la liqueur de cuisson neuve après quoi le cours du transport est recomrencé. En meme temps qu'il est effectué un transport vers le sommet du digesteur 8 il est effectué un chauffage simultané des copeaux au moyen d'un liquide apporteur de chaleur.La quantité de chaleur nécessaire pour chauffer les copeaux et la liqueur de cuisson neuve afin de les porter à la température de cuisson est fournie par le calorisateur 12 inclus dans le circuit de circulation. Le courant de liquide apporteur de chaleur extrait par le cadre filtrant 11 est alors chauffé en partant de la température 22 (qui est la même que la température de cuisson) à la température T3 Au cours du transport des deux courants joints les copeaux sont portés à la température T2, en D cù le courant de copeaux et de liquide est introduit dans le digesteur 8. Au cours de son trajet de descente dans la couche de copeaux depuis le sommet jusqu'au cadre de filtrage les copeaux sont portés à la température T2 . Le liquide extrait du cadre de filtrage Il pour & re amené dans le conduit 9, est, après la jonction C, refroidi depuis la température T3 jusqu'à la température T2, en D .Au cours du trajet à travers la couche des copeaux verX le cadre de filtrage Il le liquide est refroidi pour atteindre la température T2 . La matière digérée finale est extraite du digesteur 8 en E Selon une autre réalisation de l'invention (non représentée) la quantité de chaleur nécessaire est fournie directement sous forme de vapeur dans le conduit 9 . Selon une autre réalisation (qui n'est pas davantage représentée) la liqueur de cuisson neuve est introduite dans le conduit 9 . il est possible également d'extraire une partie du courant ou la totalité du courant du liquide apporteur de chaleur du conduit 9 pour l'amener au récipient 5 par un conduit 16 Les conditions qui-ont été citées dans l'introduction et qii sont nécessaires pour obtenir l'effet voulu sont les suivantes: Les courants de copeaux (y compris le liquide s'il en est) et le liquide apporteur de chaleur doivent tre joints de telle façon que le degré de ce que l'on appelle "après mélange (backmixing) au cours du transport jusqu'au sommet du digesteur devienne petit.Un tuyau convient parfaitement pour cet effet et son diamètre doit être choisi de telle sorte qu'il en résultera des vitesses de 1 à 1Qm/seconde avaxageusement de 2 à 5m/seconde et tout particulièrement d'environ 3m/seconde. La durée de séjour dans la tuyauterie devrait être comprise entre 5 et 60 secondes, et avantageusement entre 8 et 40 secondes et tout particulièrement entre 10 et 30 secondes. Plus faible est la quantité de chaleur transmise, plus faible sera la différence de température au cours du chauffage. Par sui- te dans des conditions qui sont sous les autres aspects constantes, la précision s'accroît en raison inverse de la quantité de chaleur.La différence maximale de température entre T2, et 221 d'une part et T1 (C) d'autre part peut être déclarée comme étaXt d'environ 35 à 600C . il est cependant recommandé d'opérer à 25/350C et avantageusement à 15/250 et plus particulièrement à 7 et 150C . Pour les mêmes raisons il est avantageux d'utiliser un courant important de liquide apporteur de chaleur par rapport au courant de copeaux (y compris celui de liquide s'il en est) par exemple 80 à 10 contre 1, avantageusement 40 à 15 pour 1 et particulièrement 30 pour 1 A titre d'exemples des bons résultats que l'on peut obtenir en utilisant le procédé selon l'invention il est donné ci-dessous deux exemples basés sur des mesures résultant du chauffage de copeaux de pins d'écosse (Pinus silvestris). Dans le premier exemple un rapport défavorable des quantités de liquide sur bois; un chauffage élevé défavorable des copeaux dans le conduit d'amenée et une durée avantageuse du stationnement dans le conduit d'amenée sont indiqués. Bans le second exemple on a choisi des chiffres modérément favorables pour le rapport liquide bois, ainsi que pour les différences de températures et la durée du station nement EXEMPLE 1 On chauffe une partie en poids de copeaux a siccité compte (chaleur spécifique = 0,5) ; plus une partie d'humidité de bois ovec 8 parties en poids de liquide apporteur de chaleur (chaleur spécifique = 0,9) de 140 à 170 C .La vitesse des copeaux plus le liquide dans le conduit d'amenée est de 2m par seconde et la longueur de la tuyauterie ie est de 80m ce qui donne lieu à une durée de séjour dans la tuyauterie de 40 secondes Les températures du liquide apporteur de chaleur sont T2 = 170 C , T3 = 176,3 C Après chauffage dans le conduit d'amenée c'est-à-dire à l- entrée D du digesteur les tempe ratures sont T2, f (copeaux) = 169,70C T2'v (liquide) = # 170,1 C EXEMPLE 2 Une partie en poids de copeaux à siccité complète (chaleur spécifique = 0,5) plus 3 parties de liqueur de cuisson incluse et d'humidité de copeaux (chaleur spécifique = 1) sont chauffées avec 27 parties en poids de liquide apporteur de chaleur (chaleur spécifique = 1) de 150 à 1750C . La vitesse dans le conduit d'amenée est de 1,5m par seconde et la longueur de la tuyauterie est de 45m ce qui donne lieu à une durée de séjour de 30 secondes. Les températures du liquide apporteur de chaleur sont T2 = 175 C , T3 = 178,2 C Après chauffage dans le conduit d'amenée les températures sont T2, f (copeaux) = 174,3 C T2, v (liquide) = 175,07 à 175,08 C R m V E 'T D I C h z I 0 g S 1 - Procédé de digestion (cuisson) continu de matières fibreuses telles que de la matière cellulosique et avantageusement des copeaux de bois dans lequel il est obtenu un chauffage homogène de la matière jusqu'à une température ne différant que légèrement de la température réelle de cuisson dans lequel procédé les copeaux de bois ainsi qu'un liquide apporteur de chaleur constitué avantageusement par le liquide de cuisson après avoir été chauffés sont introduits en continu, de pré@érence par pompage à l'une des extrémités d'un récipient ae mise en pulpe(digesteur) et après etre pas s dans le digesteur Font extraits également de façon continue à l'état traité à l'autre extrémité du digesteur, carec- térisé par le fait que le chauffage de la matière est achevé concurremment avec le liquide apporteur de chaleur d'abord dans un conduit d'amenée, constitué avantageusement par un conduit situé avant le mélange de la matière et du liquide pénétrant dans le digesteur et ensuite au cours de la première partie du trajet du mélange à travers le digesteur et par le fait que la majeure partie du liquide apporteur de chaleur introduit par le conduit d'amenée avec la matière est extraite du digesteur après que la matière ait atteint sa température de cuisson (22) , puis le liquide soutiré est réchauffé et ramené au contact avec la matière neuve destinée à etre digérée dans des conditions de température telles que l'accroissement de température de la matière au cours du transport dans le conduit d'amenée au digesteur est amené à un chiffre (T2,f) qui n'est inférieur que d'une faible fraction au chiffre auquel la température finale de la matière à laquelle la cuisson doit avoir lieu et par le fait que la quantité de liquide apporteur de chaleur en relation avec la quantité de matière est suffisamment grande et que la vitesse de transport du mélange de matière et de liquide dans le conduit d'amenée est adaptée de telle sorte qu'il est obtenu un chauffage homogène final et un débit uniforme du mélange ae matière et de liquide lorsque l'on considère la section transversale du conduit d'amenée 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que dans le conduit d'amenée il est communiqué à la matière à traiter une élévation de température atteignant un chiffre situé dans l'intervalle compris entre 55 et 60 C 3 - rocédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que dans le conduit d'amenée il est communiqué à la matière destinée à etre traitée une élévation de température atteignant une valeur fixe située dans intervalle compris entre 25 et 35 C 4 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il est communiqué dans le conduit d'amenée à la matière destinée à être traitée un accroissement de température atteignant une valeur fixée située dans l'intervalle compris entre 15 et 250C , 5 - Procédé selon-la revendication 1 caractérisé par le fait que dans le conduit d'amenée il est communiqué à la matière destinée à eAtre traitée un accroissement de température atteignant une valeur fixée située dans l'intervalle compris entre 7 et 15 C . 6 - Procédé selon les revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que dans le conduit d'amenée il est communiqué au mélange de matière et de liquide une vitesse atteignant 1 à 10 mètres par seconde 7 - Procédé selon les revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que dans le conduit d'amenée il est communiqué au mélange de matière et de liquide une vitesse atteignant 2 à 5 mètres par seconde 8 - Procédé selon les revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que dans le conduit d'amenée il est communiqué au mélange de matière et de liquide une vitesse atteignant environ 3 mètres seconde 9 - Procédé selon les revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que le élange de matière et de liquide est amené à effectuer dans le conduit d'amenée un séjour d'une durée de 5 à 60 secondes 10- Procédé selon les fevendications 1 à 8 caractérisé par le fait que le mélange de matière et de liquide est amené à effectuer dans le conduit d'amenée un séjour d'une durée de 8 à 40 secondes 11- Procédé selon les revendications i à 8 caractérisé par le fait que le mélange de matière et de liquide est amené à effectuer dans le conduit d'amenée un séjour d'une durée de 10 à 30 secondes 12- Procédé selon les revendications 1 à 11 caractérisé par le fait que le rapport liquide sur matière dans le conduit d'amenée est maintenu entre 80 et 10 sur 1 13-- Procédé selon les revendications 1 à 11 caractérisé par le fait que le rapport liquideKsur matière dans le conduit d'amenée est maintenu entre 40 et 15 sur 1 14- Procédé selon les revendications 1 à Il caractérisé par le fait que le rapport liquide sur matière dans le conduit d'amenée est maintenu aux environs de 30 sur 1 15- Procédé selon les revendications 1 à 14 caractérisé par le fait que dans le conduit d'amenée la matière est chauffée jus qu'à un point qui est plusieurs fois supérieur au chauffage le celle-ci dans le digesteur entre l'admission dans le conduit dt- amenée au digesteur et le moyen de filtrage du digesteur. 16- Procédé selon les revendications 1 à 15 caractérisé par le fait que l'élévation de température de la matière après son entrée dans le digesteur depuis l'admission du conduit d'amenée dans le digesteur et le moyen de filtrage du digesteur atteint au maximum 80C et avantageusement 4-OC et particulièrement au maximum 1 à EOC 17- Procédé selon les revendications 1 à 16 caractérisé par le fait que la matière à traiter et/ou le mélange de matière et de liquide et/ou le mélange de matière et de liquide de cuisson est introduit dans le conduit d'amenée au moyen d'un appareil se présentant avantageusement sous forme d'un distributeur et de liquide apporteur de chaleur au moyen d'un autre appareil se présentant avantageusement sous forme d'une pompe centrifuge, cette dernière engendrant la puissance nécessaire au transport dans le conduit d'amenée 18- Appareil destiné. à mettre en oeuvre le procédé selon les revend5tat;ions 1 à 17 caractérisé par le fait qutil est composé d'une trémie 1 destinée à contenir la matière à traiter (copeaux de bois) et/ou un mélange de matière et de liquide et/ou un mélange de matière et de liqueur de cuisson, d'un digesteur vertif cal circulaire ou pratiquernt circulaire dans lequel s'opère la transformation en pulpe afin d'effectuer la digestion continue d'un conduit d'amenée se présentant scus forme d'une tuyauterie d'une certaine longueur allant de ce récipient jusqu'à une des extrémités du digesteur, d'au moins un distributeur destiné à, introduire la matière vt d'au moins un conduit dessiné à amener la liqueur de cuisson au conduit d'amenée, de moyens de filtra prevus @@ns le diges@@ur et destinés à filtrer l'excès de liqueur @@ cuisson f@@@@@ @u digesseur par le conduit d'amenée, ces moyens de filtrage etant par leur portion la plus proche lorsqu'on les consi@@@@ dans la direction opposée à celle de l'écoulement du coumant de matière dans le digesteur situé à distance du centre de l'admission du conduit d'amenée dans le digesteur qui atteint au moins un quart du diamètre moyen du digesteur, et d'un conduit de retour destiné à recycler la liqueur de cuisson en excès @u pont d'intr@duction ae la matière, un appareil de chauffage étant branché au conduit de retour, par exemple du type appelé calorisateur pour la liqueur de cuisson et finalement une pompe dans le circuit de circulation, cette pompe servant à effectuer le transport de la matière dans le conduit d'amenée