Brevet FR2100896A1 — publié le 19720324

La présente invention se rapporte à un perfectionnement apporté au procédé de traitement de matières végétales fibrèuses •afin de les séparer en deux parties, dont l'une est exempte de moelle essentiellement à 100 % et dont l'autre contient virtuelle-5 ment toute la moelle d'origine, tel que décrit et revendiqué dans le brevet français n° 1.591.212. , En retirant la moelle de la bagasse, on a proposé de traiter la bagasse avec d'autres procédés de broyage, en utilisant des broyeurs à marteaux ou des broyeurs à disques dans lesquels la 10 bagasse est soumise à un traitement par fluide pour s'efforcer de fournir un lavage afin d'aider le procédé mécanique à séparer des . fibres les particules de moelle. Cependant, ces procédés n'ont pas pu fournir un produit fini de pureté assez élevée, à un prix de revient assez faible pour permettre son utilisation industrielle. 15 Dans certains des brevets de la technique antérieure (par exemple, brevet américain n° 2.650.176, brevet américain n° 2.744.037 et brevet américain n° 3.011.220),la récupération de sucre à partir de bagasse est indiquée, mais on ne donne pas de résultat quantitatif. 20 Dans le brevet français n° 1.591.212 identifié ci-dessus, on décrit un dispositif et un procédé améliorés pour séparer la moelle de la fraction de fibre de matières végétales fibreuses, spécialement la bagasse de canne à suare. Ce procédé consiste à envoyer par la pesanteur des fragments des tiges fibreuses broyées 25 dans l'extrémité supérieure d'un élément de tamisage disposé verticalement, entouré par une chambre fermée et ayant une section transversale sensiblement circulaire, à donner un chemin d'écoulement hélicoïdal aux fragments et à amener par la force centrifuge les fragments contre la surface intérieure de l'élément de tamisa- * 30 ge au moyen d'éléments d'agitation rotatifs, tout en empêchant toute différence de pression d'air créée artificiellement due à une rentrée d'air, pour former ainsi une couche des fragments à la surface intérieure de l'élément de tamisage, tous ces fragments étant sensiblement orientés en ayant leurs axes coaxiaux à l'axe de l'élé-35 ment de tamisage ; à continuer à envoyer les fragments vers l'extrémité inférieure de l'élément de tamisage par contact continuel avec les éléments d'agitation rotatif et par suite des forces de la pesanteur agissant dessus, tout en séparant la moelle par une action de roulement et de frottement des fragments les uns sur les 40 autres ; à augmenter peu à peu le travail des fragments lorsqu'ils COPY 71 25697 2 2100896 progressent de l'extrémité d'entrée supérieure à.l'extrémité de sortie inférieure de l'élément de tamisage, en forçant les particules de moelle séparées à l'extérieur de l'élément.de tamisage par les forces centrifuges sur la masse se déplaçant en hélic-ej et à récu-5 pérer séparément des fibres sensiblement exeraptes.de moelle à l'extrémité inférieure de sortie de l'élément de tamisage. Lorsqu'on opère selon le procédé indiqué, on peut obtenir constamment à partir de bagasse fraîche (contenant normalement environ 48 à 52 % d'humidité) une fraction de fibres (retenues sur 10 un tamis dont l'ouverture de mailles est 1,41 mm, soit 14 mesh) contenant 95 à. 97 % en poids de fibres (base sèche, exempte de produit soluble) sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des fluides de lavage. Cette fraction de fibres ayant une dimension inférieure à 1,41 mm (supérieure à 14 mesh) contient typiquement de 5 à 6 % en 15 poids de matières solubles dans l'eau. On a maintenant découvert que l'utilisation de certaines quantités minima critiques d'un liquide de support aqueux dans ce procédé permet la récupération des fractions de fibres de dimension inférieure à 1,41 mm (plus de 14 mesh), contenant également 20 95 à 97 % en poids de fibres (base sèche, exempte de produit soluble) mais sensiblement moins de matières solubles dans l'eau, typiquement de 3 à 4 % en poids de matières solubles dans l'eau. Si cette découverte est appliquée à un procédé secondaire d'enlèvement de moelle par voie humide de la fraction de fibres à partir d'un 25 procédé d'enlèvement, de moelle par voie sèche selon le procédé décrit ci-dessus, la fibre résultante de dimension Inférieure à 1,41 mm (supérieure à 14 mesh) récupérée est essentiellement exempte de toute moelle, c'est-à-dire qu'elle contient au moins environ 98 au 99 % en poids de fibres (base sèche, exempte de produit soluble) 30 mais a encore une teneur faible en produit soluble dans l'eau, de l'ordre d'une valeur seulement égale à 3 à 4 % en poids. Le nouveau procédé amélioré permet également la récupération de quantités substantielles, s'élevant jusqu'à 50-55 % ou plus, du sucre contenu dans la bagasse après traitement de la can-35 ne d'origine dans le broyeur à sucre. En résumé, la présente invention améliore le procédé décrit ci-dessus pour séparer les fibres de la moelle de tiges fibreuses broyées, en envoyant simultanément, en même temps que ou séparément par rapport aux fragments des tiges fibreuses broyées, des quantités suffisantes d'un liquide.de support aqueux, ne réaCOPY 71 25697 3 2100896 gissant pas avec le composant fibreux, pour fournir au moins environ 4,5 parties en poids de ce liquide pour chaque partie en poids (base de poids sec) du composant fibreux. Le chemin d'écoulement en hélice est alors conféré au mélange du liquide de support 5 et des fragments. Les particules de moelle sont séparées des particules fibreuses lorsque les fragments se déplacent vers l'extrémité inférieure de sortie de l'élément de tamisage, pour permettre aux particules de moelle d'absorber des quantités substantielles de liquide de support, et les particules de moelle, alors beaucoup 10 plus lourdes, sont amenées de force à l'extérieur de l'élément de tamisage. N'importe quel liquide de support aqueux ne réagissant pas avec les particules de fibres de la matière traitée peut être utilisé. Des liquides de support aqueux convenables comprennent 15 l'eau fraîche, l'eau blanche, la liqueur noire et des solutions aqueuses de sucre diluées. Par suite de sa nature inhérente non réactive, du fait qu'on peut s'en procurer facilement de manière économique, l'eau est le liquide de support qu'on préfère. L'eau ou une solution aqueuse de sucre doit être utilisée dans des opéra-20 tions où l'on souhaite la récupération de sucre à partir de la bagasse. Quand la récupération de sucre n'est pas importante, l'utilisation de liqueur noire aide à réduire les exigences en produits chimiques pour des opérations ultérieures de transformation en pulpe sur les fibres. 25 Le liquide de support doit être utilisé en quantité suf fisante pour fournir un rapport en poids liquide/fibres d'au moins environ 4,5 et de préférence d'environ 5*0, calculé sur le poids sec de la fraction de fibres dans la matière à traiter. Il n'y a pas de limites supérieures à la quantité de liquide de support qui 30 peut être utilisée. Des considérations pratiques, par exemple, des capacités souhaitées de rendement et de pompage de liquide, imposeront d'ordinaire un maximum de rapport en poids liquide/fibre non supérieur à environ 20 ou 25/1. Dans la plupart des circonstances, on trouvera qu'un rapport en poids d'environ 5:1 à environ 10:1 35 fournira des résultats optima. Le dispositif qui peut être utilisé pour la mise en pratique de la présente invention a été décrit dans le brevet français n° 1.591.212 identifié ci-dessus. Les personnes expérimentées dans la technique pourront concevoir d'autres dispositifs convenables. 40 Le procédé de la présente invention peut être utilisé COPV 71 25697 4 2100896 pour le fractionnement principal de fractions de fibres et de moelle ou dans un raffinage "secondaire" de fractions de fibres récupérées à partir d'un traitement antérieur à l'état "humide" ou à l'état "sec", par exemple, la fraction de fibres récupérée dans 5 le procédé de séparation à sec décrit ei-dessus. Dans l'un ou l'autre cas, la fraction de fibres résultante est sensiblement exempte de moelle et, en outre, elle a une teneur en produits solubles relativement faible. Dans des essais expérimentaux réels, on a observé que la pureté de cette fraction de fibres est si élevée que 10 les exigences en produits caustiques, lors de la digestion ultérieure pour former de la pulpe de papier, peuvent être réduites d'une quantité s'élevant à 5 - 15 %> par rapport à la mise en pratique précédente, avec une fraction de fibres sensiblement pure (95 - 97 en fibres, sur une base exempte de produits solubles) 15 récupérée selon le procédé du brevet français n° 1.591.212. Pour un fonctionnement global très efficace d'une fabrique de papier, on préfère d'ordinaire mettre en pratique le procédé de la présente invention en tant que fractionnement final de fibres au second stade, récupérées après un fractionnement initial 20 "grossier", spécialement un fractionnement "à sec" selon le procédé du brevet français n° 1.591.212, tel qu'illustré dans l'exemple spécifique suivant. Lorsque la récupération de sucre est le problème principal, on préfère l'enlèvement de moelle à l'état humide, en un seul 25 stade, de la bagasse fraîche selon la présente invention. Alors que l'exemple illustre la présente invention en relation avec le traitement de bagasse fraîche (c'est-à-dire de la bagasse contenant 48 à 52 % d'humidité), on comprendra qu'elle est aussi applicable à d'autres matières mûres en tige de nature fibreuse, telles que le 30 bambou, le sorgho, des tiges de mais, des tiges de genêt, de la paille de genêt, du lin, du chanvre, et des.tiges de sisal. EXEMPLE Le procédé de la présente invention a été mis en pratique dans le dispositif décrit dans le brevet français n° 1.591.212 35 avec les spécifications ou normes générales suivantes : Elément de tamisage vertical : hauteur : 61 cm diamètre intérieur (extrémité supérieure) : 98,75 cm (extrémité inférieure) : 96,5 cm 40 ouvertures : 6,35 ou 4,76 mm (surface totale ouver te - 40 %) 71 25697 s 2100896 Ensemble de rotor : hauteur, approximativement 6l cm épaisseur de marteau et de plaques individuelles:12,7 mm agencement de marteau : 20 marteaux au total, approxima-5 tivement un pour deux plaques, pouvant pivoter libre ment avec un déplacement angulaire de 90° à partir de chaque marteau au-dessus ou en dessous angle de torsion des marteaux : nul vitesse du rotor : 1200 tours par minute. 10 Trois essais ont été conduits. Dans le premier essai (essai A), des fragments de bagasse fraîche non traitée (teneur approximative en humidité : 48 - 52 $) ont été soumis à un traitement d'enlèvement de moelle "à sec" dans le dispositif indiqué ci-dessus, dans lequel le seul fluide de support était de l'air am-15 biant, et on a empêché toute différence de pression d'air eréée artificiellement, due à une rentrée d'air. Dans le second essai (essai B) l'essai A a été répété, sauf que de l'eau a été envoyée à l'ouverture d'alimentation, en même temps que les fragments de bagasse à travers une liaison par tuyau et en quantité suffisan-20 te pour fournir 0,5 partie en poids d'eau pour chaque partie (base en poids sec) de fibres dans l'alimentation en bagasse. Dans l'essai final (essai C), l'essai B a été répété avec le même rapport en poids d'eau, mais en utilisant comme alimentation des fibres antérieurement purifiées, récupérées au préalable dans le 25 traitement d'enlèvement de moelle "à sec" de l'essai A. Les résultats étaient les suivants : Essai Taux d'alimentation en bagasse (fibres), en tonnes par heure, base de produit absolument sec Composition d'origine de la bagasse(fibres) (base sèche) Composition finale de la fraction de fibres (base sèche) passant au tamis de 1,41 mm (14 mesh) retenue au tamis dé l,4l mm (14 mesh) passant au tamis de 1,41 mm (14 mesh) retenue au tamis de 1,41 mm (14 mesh) A 8,5 36-38 % 62-64 % 20-22 % 78-80 % B 8,5- 36-38 % 62-64 % 20-22 % 78-80 % C 8,5 20-22 % 78-80 % 18-20 % 80-82 % Parties solubles dans les fractions de fibres venant de A B C Solvant % en poids de produits solubles Eau froide 5,2 3,3 3*3 Eau chaude 6,0 4,0 4,0 71 25697 6 2100896 15 20 Soude caustique(1^) 28,6 . 25,8 25,8 Alcool/benzène 4,2 3,7 3,7 Dans des opérations ultérieures de transformation en pulpe, on a observé que les exigences en produit caustique pour la 5 fraction de fibres venant de l'essai A sont environ 110 kg par tonne de fibres. Pour la fibre produite selon les essais B et C, les exigences sont respectivement 100 kg et environ 95 - 98 kg par tonne de fibres transformées en pulpe. Les pulpes préparées à partir des fractions de fibres 10 de l'essai A et de l'essai C présentent les propriétés comparatives suivantes : Pulpe préparée à partir de fibres de Propriétés Essai A Essai C degré de liberté (cnP) 828 838 indice de permanganate 20 19,9 Battages - degré de liberté 650 facteur d'arrachement moyen 66,6 67,9 résistance à la traction moyenne, m d'allongement avant la rupture 4409 4870 facteur d'éclatement moyen 27,8 28,6 Battages - degré de liberté 500 facteur d'arrachement moyen 59,3 60,3 résistance à la traction moyenne, m d'allongement avant la rupture 5059 5490 25 facteur d'éclatement moyen 32,0 35,2 Dans la mise en pratique du procédé d'enlèvement de moel le par voie humide selon la présente invention, il n'est pas nécessaire de tordre partiellement les marteaux initiaux de l'ensemble de rotor pour obtenir des taux d'alimentation adéquats. Ainsi, 30 dans la mise en pratique de la présente invention, tous les marteaux seront typiquement horizontaux (ou "à plat") sur toute leur longueur. L'énergie exigée pour le procédé d'enlèvement de moelle par voie humide selon la présente invention peut être réduite en tordant certains ou tous les marteaux de 90°, pour fournir en ef-35 fet des marteaux verticaux. Dans un agencement fournissant d'excellents résultats, on a utilisé en tout douze marteaux (un pour quatre plaques dans l'ensemble de rotor) dans lesquels les deux pre miers étaient horizontaux et les dix marteaux restants étaient ver ticaux, c'est-à-dire tordus de 90°. Ces agencements ne sont pas sa 40 tisfaisants dans la mise en pratique du procédé d'enlèvement de 71 25697 7 2100896 moelle par voie sèche du brevet français n° 1.591.212. Dans la mise en pratique du procédé de la présente invention, en utilisant de l'eau fraîche comme liquide aqueux de support, il a été possible de récupérer jusqu'à environ 25 ^ du 5 sucre dans la bagasse d'origine, quand la présente invention est appliquée en tant qu'enlèvement secondaire de moelle par voie humide pour la fraction fibreuse provenant d'un enlèvement de moelle initial par voie sèche. On peut augmenter ceci jusqu'à avoir une récupération d'environ 33 - 34 %, en se basant sur la teneur en 10 sucre de la bagasse d'origine, si la fraction de fibres dans laquelle on a retiré la moelle par voie humide est comprimée pour ramener sa teneur en humidité à sa valeur d'origine d'environ 50 %. Lorsqu'on utilise le produit d'enlèvement de moelle par voie humide selon la présente invention en tant que stade initial d'enlè-15 vement de moelle, suivi de la compression de la fraction de fibres récupérées pour ramener sa teneur en humidité à 50 %, la récupération de sucre peut être augmentée jusqu'à approximativement 50 à 55 % du sucre conservée dans la bagasse d'origine. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indi-20 quées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à 25 l'homme de l'art. 71 25697 8 2100896 REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement de tiges fibreuses broyées contenant de la moelle pour séparer la moelle et les fibres, consistant à envoyer par la pesanteur des fragments des tiges fibreu- 5 ses broyées dans l'extrémité supérieure d'un élément de tamisage disposé verticalement, entouré par une chambre fermée et ayant une section transversale sensiblement circulaire ; à donner un chemin d'écoulement hélicoïdal aux fragments et à amener par la force centrifuge les fragments contre la surface intérieure de l'élément de 10 tamisage au moyen d'éléments d'agitation rotatifs, tout en empêchant toute différence de pression d'air créée artificiellement due à une rentrée d'air, pour former ainsi une couche de fragments à la surface intérieure de l'élément de tamisage, dont sensiblement tous les fragments sont orientés en ayant leurs axes coaxiaux 15 à l'axe de l'élément de tamisage ; à poursuivre l'envoi des fragments vers l'extrémité inférieure de l'élément de tamisage en continuant le contact avec les éléments d'agitation rotatifs et par suite des forces de la pesanteur agissant dessus, tout en séparant la moelle par une action de roulement et de frottement des frag-20 ments les uns sur les autres ; à augmenter peu à peu le travail sur les fragments lorsqu'ils progressent de l'extrémité d'entrée supérieure à l'extrémité de sortie inférieure de l'élément de tamisage ; à amener de force les particules de moelle séparées à l'extérieur de l'élément de tamisage par les forces centrifuges sur la 25 masse se déplaçant en hélice ; et à récupérer séparément des fibres sensiblement exemptes de moelle à l'extrémité de sortie inférieure de l'élément de tamisage, caractérisé en ce que des quantités suffisantes d'un liquide aqueux de support sont simultanément envoyées en même temps que, ou séparément par rapport aux J>0 fragments des tiges fibreuses broyées, pour fournir au moins environ 4,5 parties en poids du liquide pour chaque partie en poids (base de poids sec) du composant fibreux, le liquide de support ne réagissant pas avec le composant fibreux, les particules de moelle sont séparées des particules fibreuses lorsque le travail sur les 35 fragments est peu à peu augmenté pour permettre aux particules de moelle d'absorber sensiblement le liquide de support, et les particules de moelle, alors beaucoup plus lourdes, sont amenées de force à l'extérieur de l'élément de tamisage. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 40 que le liquide de support est de l'eau. 71 25697 9 2100896 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport en poids entre le liquide de support et les fibres sèches est 5 : 1 à 10 : 1, 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 « 5 à 3, caractérisé en ce que les fragments de tiges fibreuses broyées à traiter sont le produit de la fraction fibreuse provenant d'un traitement de séparation initiale "à sec", consistant à envoyer par la pesanteur les fragments des tiges fibreuses broyées fraîches dans l'extrémité supérieure d'un élément de tamisage cylindri-10 que disposé verticalement, entouré par une chambre fermée et ayant une section transversale sensiblement circulaire s'amincissant vers l'intérieur en direction de l'extrémité inférieure de l'élément de tamisage ; à donner un chemin d'écoulement hélicoïdal aux fragments et à les amener par la force centrifuge contre la surfa-15 ce intérieure de l'élément de tamisage au moyen d'élément d'agitation rotatifs, tout en empêchant toute différence de pression d'air créée artificiellement due à une rentrée d'air, afin de former ainsi une couche des fragments à la surface intérieure de l'élément de tamisage, sensiblement tous ces fragments étant orientés en ayant 20 leurs axes coaxiaux à l'axe de l'élément de tamisage ; à continuer à envoyer ces fragments vers l'extrémité inférieure de l'élément de tamisage en poursuivant le contact avec les éléments d'agitation rotatifs et par suite des forces de la pesanteur agissant dessus, tout en séparant la moelle par l'action de roulement et de frotte-25 ment des fragments les uns- sur les autres ; à augmenter peu à peu le travail sur les fragments lorsqu'ils progressent de l'extrémité d'entrée supérieure à l'extrémité inférieure de sortie de l'élément de tamisage aminci, en amenant de force les particules de moelle séparées vers l'extérieur de l'élément de tamisage par les forces 30 centrifuges sur la masse se déplaçant en hélice j- et à récupérer séparément des fibres sensiblement exemptes de moelle contenant environ 95 à environ 97 % de fibres (base sèche, exempte de produits solubles) à l'extrémité de sortie inférieure de l'élément de tamisage. 35 5 - A titre de produits industriels nouveaux, moelle et produits fibreux obtenus par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.