Brevet FR2199034A1 — publié le 19740405

Pour itepuration de 1 pâte à papier, les papeteries utilisent depuis de nombreuses années des épurateurs comportant un élément d'épuration cylindrique perforé délimitant des chambres d'alimentation et de réception de la pâte épurée sur ses côtés opposées dans une enveloppe fermée, et comportant un rotor qui fonctionne dans l'une des chambres pour maintenir les perforations de l'élément ouvertes et exemptes de matières solides tendant à adbérer à la surface de l'élément épurateur.La pâte est couramment introduite dans la chambre d'alimentation près de l'extrémité de l'élément épurateur et la matière refusée par ce dernier est rassemblée t évacuée à partir de lteztrémité opposée de l'élément d'é- épuration La Demanderesse a fabriqué et vendu un grand nombre de ces épurateurs, initialement selon le brevet des Etats Unis d'Amérique no 2 747 716 et plus récemment, selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 835 173, cette dernière construction étant caractérisée par un rotor comportant des barres ou aubes de section aérodynamique très rapprochéeE de la surface de l'élément d'épuration,mais sans la toucher Plus spécialement, ces aubes sont déplacées le long de la surface d'épuration à une vitesse relativement faible, par exemple comprise entre 375 et 750 m/mn, le jeu compris entre le côté d'alimentation de l'élément d'épuration et la partie la plus rapprochée des aubes étant compris entre 0,76 et 1 7 m Des expériences ont été faites en pratique en appor- tant des modifications de détails aux épurateurs du type cidessus, par exemple en faisant varier la forme des subes et eri utilisant d'autres formes de rotor et en faisait égales ment varier la dimension, l'écartement et la configuration des perforations de l'élément d'épuration.Bédemment, il a été offert sur le marché des épurateurs dans lesquels le rotor est constitué par un élément formant paroi comportant de nombreuses protubérances ou autres parties décalées sur sa surface dans le but de provoquer des changements localisés de volume et, par suite, une agitation dans l'espace annulaire compris entre le rotor et ltélément d'épuration, une telle construction étant décrite par exemple dans le brevet des Etats-Unis dtsmérique nO 3 563 759. La présente invention concerne un épurateur du type décrit plus haut dans lequel l'élément d'épuration, qu'on désignera ci-après par grille, présente de nombreuses perforations généralement circulaires, et qui offre dtimportants avantages pratiques par rapport aux épurateurs analogues disponibles antérieurement, en particulier sous les rapports suivants a) un grand débit par unité de surface de la grille cylindrique, par exemple allant jusqu'à 4 tonnes par jour par décimètre carré b) de grandes consistances de la pite d'alimentation, par exemple allant jusqu'à 5 % c) une insensibilité relative aux variations de la consistance de la pite d'alimentation, du type de pite et/ou du débit d) la faculté d'éliminer les particules dtimpuretés des types principalement à deux dimensions, par exemple des éclats de bois et des copeaux, qui autrement peuvent passer à travers les perforations e) une épuration efficace sur toute la surface perforée de la grille, avec une tendance minimale à un épaississement gênant de la pite près de l'extrémité de la grille la plus rapprochée de ltorifice d'évacuation du reflux f) une maintenance et un fonctionnement rentables, en particulier du point de vue de l'énergie consommée par rapport au débit ; et g) une fiabilité mécanique, en particulier du point de vue de l'endommagement minimal des pièces mobiles. En général, il semble peu important pour la mise en oeuvre de l'invention que la chambre d'alimentation soit à l'intérieur ou à l'extérieur de la grille, mais il est essentiel que le rotor comprenne des barres ou aubes qui se trou vent du c8té d'admission de la grille. Il est également essentiel pour ltinvention que la vitesse du rotor soit sensiblement accrue par rapport à la pratique courante, afin que les aubes soient déplacées à une vitesse périphérique élevée correspondante, Par exemple, et contrairement à la plage comprise entre environ 375 et 750 mjmn décrite dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique n 2 8)5 173 précité, on a obtenu des résultats remarquables en mettant en oeuvre l'in- vent ion en utilisant des aubes se déplaçant à une vitesse dtenviron 1500 m/mn. Ceci est une limite pratique pour des raisons économiques,bien quten principe il soit possible dtutiliser des vitesses beaucoup plus élevées (par exemple 3600 m/mn) qui permettent dtopérer avec des consistances et des débits supérieurs correspondants. Selon une autre caractéristique particulièrement importante de l'invention, les aubes du rotor doivent entre sensiblement plus espacées de la surface adjacente de la grille que dans la technique antérieure. A titre illustratif, contrairement à la plage comprise entre 0,76 et 1,5 mm indiquée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 835 173 précité, on a obtenu des résultats optimaux en mettant en oeuvre l'invention avec un écartement compris entre 4,76 et 12,7 mm. En général, on obtient de bons résultats du point de vue de l'efficacité de l'épuration avec des consistances et des débits élevés avec la vitesse maximale de rotation du rotor et ltécartement maximal des aubes indiqués dans le présent mémoire.Il est encore possible d'obtenir une épuration efficace en diminuant l'espacement entre les aubes et la grille à des vitesses inférieures de déplacement des aubes, avec une réduction correspondante de la capacité et du débit. Dans ces conditions, on obtient plusieurs résultats importants. Tout d'abord, il s'établit au voisinage immédiat du c8té alimentation de la grille une couche annulaire de pite d'une épaisseur importante correspondant à la distance séparant les aubes du rotor de la.grille. les fibres passent à travers les perforations de la grille à partir de cette cou che ml, en raison dtu > r certain nombre de facteurs, compre nana en particulier la résistance par frottement des bords des trous au passage des fibres à travers eux, lteau passe plus vite que les fibres à travers les trous, et étant donné que cette eau est remplacée par la pite à la consistance dtalimentation, la couche est généralement à une consistance plus élevée que le reste de la pâte contenu dans la chambre d'alimentation. faturellement, la présence des par-ticules de reflux dans la couche annulaire contribue aussi à cette augmentation de la consistance. Un résultat particulièrement important des conditions indiquées cl-dessus est la création d'un champ constant de cisaillement hydraulique orienté de manière sensiblement tangentielle dans la couche tubulaire de la pâte entre la trajectoire des aubes du rotor et le coté d'admission de la grille. Ainsi, la partie de cette couche tubulaire contigus à la surface de la grille présente une vitesse circonférentielle qui tend vers zéro, du fait que des parties importantes de cette couche passent à travers les perforations et que leur vitesse est sensiblement radiale. En outre, cette couche subit un frottement superficiel par rapport aux parties non perforées de la surface de la grille. D'autre part, la partie de la couche la plus proche de la trajectoire des aubes se déplace circonférentiellement à une vitesse élevée approchant celle des aubes proprement dites. La partie intermédiaire se déplace par conséquent à une vitesse qui varie dtune valeur maximale près de la trajectoire des aubes à une valeur minimale approchant celle de la partie se déplaçant à une vitesse relativement nulle située près de la grille. l'importance des forces de cisaillement engendrées comme décrit ci-dessus dépend de l'effet qu'elles ont sur les particules dtimpuretés principalement à deux dimensions de la pâte, à savoir les éclats de bois et les copeaux. Ces particules sont contraintes de s'aligner d'elles-mêmes, ge > - néralement tangentiellement par rapport à la surface de la grille. L'alignement tangentiel de ces particules allongées les oblige à franchir les trous et à rester du côté reflux de la grille, tal;dis que si elles étaient orientées au hasard, un grand nombre d'entre elles passerait à travers les trous. Pour mettre en oeuvre l'invention, il importe de réduire au minimum la perturbation du champ de cisaillement dans la couche tubulaire de la pâte entre la trajectoire des aubes et la grille. Ainsi, contrairement aux effets d'agitation localisés décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 363 759 précité, on obtient des résultats optimaux si les aubes sont lisses et couvrent toute la longueur axiale de la grille de manière à assurer une action ondulatoire uniforme au lieu d'une turbulence localisée comme celle qui serait provoquée par les extrémités d'aubes plus courtes. Egalement, la surface du coté d'admission de la grille doit être lisse et exempte de protubérences entravant l'écoulement. la présente invention donne encore un autre résultat avantageux qui peut être expliqué en notant tout d'abord que, selon la pratique courante décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique nO 2 835 173 précité, lorsque les aubes du rotor se déplacent à proximité de la surface de la grille, la pression pulsée entre le bord avant de chaque aube et la surface adjacente de la grille tend à créer un débit excessif à travers les perforations, ce qui peut être la cause d'u- ne concentration gênante des fibres dans cette zone rapprochée et un étalement mécanique des fibres sur la surface d'épuration.Ces effets gênants sont supprimés par l'augmentation importante de la distance séparant les aubes de la surface de la grille selon l'invention, mais en même temps la grande vitesse de déplacement des aubes selon l'invention engendre une impulsion dtaspiration suffisante entre l'extrémité arrière de chaque aube et l'élément d'épuration pour maintenir la surface de ce dernier propre. En ce qui concerne le point qui vient autre décrit, il est évident que dans des épurateurs de ce type général dans lequel les aubes du rotor se déplacent à très peu de distance de la grille, comme dans le brevet des Etats-Unis d'A- mérique n 2 835 173 précité, la grille a tendance à se briser, aupctremment à cause des impulsions de pression produites par les aubes qui se déplacent. il semblerait également qu'aux vitesses sensiblement plus élevées de rotation du rotor selon la présente invention, les risques de rupture de la grille seraient accrus, mais c'est le contraire qui se produit, apparemment du fait que la forte augmentation de la distance séparant les aubes de la grille diminue beaucoup l'intensité des impulsions imposées à cette dernière. Il est essentiel de prévoir un moyen pour éliminer progressivement les particules de reflux de la couche annulaire de pâte voisine de la grille, étant donné qu'elles auraient autrement tendance à provoquer une augmentation continue de la consistance de cette couche. En particulier, lorsque l'ouverture d'évacuation du refus se trouve à l'ex- extrémité opposée de la chambre par rapport à l'ouverture d'admission de la pâte dtalimentation, la concentration des particules de refus le long de la partie de la grille la plus rapprochée de l'ouverture d'évacuation peut augmenter la consistance de la pâte dans cette région au point de réduire au minimum le passage des fibres à travers les trous de la grille.Cette difficulté est surmontée selon l'invention en faisant circuler la pâte généralement dans le sens axial de la grille de la partie de la couche annulaire la plus proche de l'extrémité d'évacuation de la chambre d'alimentation dans le sens opposé à l'intérieur de la chambre vers l'extrémité d'admission de cette dernière. Cette remise en circulation décrite ci-dessus peut être effectuée en utilisant des aubes du rotor qui sont généralement incurvées hélicoldalement comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d 'Amérique n 2 835 173 précité. Dans ce brevet, cette configuration des aubes est destinée à provoquer la migration des particules de refus par suite de l'effet dtaspiration engendré le long du bord arrière dechaque aube et ce résultat est obtenu lorsque les aubes sont très rapprochées de la grille.Toutefois, lorsque les aubes sont plus éloignes de la grille selon l'invention, la principale force provoquant la migration des particules de refus vers l'extrémité dtévacuat-,on de la chambre est constituée par la composante descendante imposée à la couche annulaire globale de la pâte par suite de la grande vitesse de déplacement des aubes inclinées vers l'avant. Un moyen préféré pour effectuer la remise en cir- culation désirée, qui permet d'obtenir les résultats optimaux selon l'invention, comprend une ou plusieurs nervures hélicoEdales montées du c8bé d'admission de la grille et d'une grande épaisseur radiale, de préférence très légèrement inférieure à la distance séparant la grille des aubes du rotor pour que ces dernières tournent sans toucher les nervures. A titre d'exemple, on a obtenu des résultats très satisfaisants avec deux nervures présentant chacune une épaisseur radiale de 6,35 mm avec un espacement de 7,94 mm entre la grille et les aubes.Ces nervures ont pour effet de guider la pâte dans la couche tubulaire au voisinage immédiat de la grille de manière qutelle soit obligée de se déplacer à la fois circonférentiellement et axialement par rapport à la grille et ainsi de recirculer dans la chambre d'alimentation à une vitesse relativement grande, selon la vitesse de rotatio tu rotor. En outre, et pour réduire au minimum la perturbation du champ de cisaillement dans la couche tubulaire, l'angle d'hélice des nervures doit 8tre relativement petit, les meilleurs résultats ayant été obtenus avec un angle compris entre environ 10 et 200. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une vue en perspective avec arrachement partiel d'un épurateur selon l'invention. L'épurateur représenté sur le dessin est réalisé d'une façon générale comme décrit dans le brevet des Etats Unis d*Amérique n 2 835 173 précité, à l'exception de certaines modifications apportées selon l'invention. Il comporte une enveloppe principale 10 montée sur un socle 11 et, à l'extrémité supérieure de l'enveloppe, une chambre d'admission 12 ayant une ouverture d'admission tangentielle 13 par laquelle la pâte est introduite sous pression comme cela se fait couramment dans de tels épurateurs. Un élément cylindrique d'épuration ou grille 15 divise l'intérieur de l'envelop- pe au-dessous de la chambre 12 en une chambre centrale d'alimentation 16 et une chambre 17 réservée à la pâte épurée présentant une ouverture d'évacuation 18.La grille 15 présente de nombreuses perforations 20 qui peuvent être de dimension et d'écartement classiques, par exemple des trous dtun diamètre de 1,57 mm et un nombre suffisant de trous pour que la surface globale des perforations soit comprise entre 10 et 15 . La paroi inférieure 22 de la chambre d'alimentation 16 comporte une auge 23 aboutissant à une ouverture ou conduit d'évacuation 24 commandé par une vanne 25 qui peut être reglée pour assurer une évacuation continue désirée de la pâte riche en refus. 'les particules lourdes qui se déposent dans ltauge 27 tombent dans un caisson collecteur de déchets lourds 26 en passant à travers une vanne 27 manoeuvrée à la main. le liquide provenant du conduit 24 est soumis couramment à une épuration supplémentaire après dilution et il peut être en partie rems en circulation dans le conduit d'admission 13, comme on l'a décrit plus haut. Un rotor 30 est supporté par un arbre de commande 31 au centre de la chambre d'alimentation 16 et est entratné par l'intermédiaire dtun engrenage ou de courroies convenables par un moteur 33 également monté sur le socle 11. Des aubes ou barres 35, représentées comme ayant la même configuration que celle indiquée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 2 835 173 précité, sont montées sur le rotor 30 par des tiges de support 36. Des moyens réglables 37 entre les extrémités internes des tiges 36 et le rotor 30 permettent de positionner les aubes 35 à une distance correcte de la surface interne de la grille 15, une distance comprise entre 476/et 12,76 mm étant préférée, selon la vitesse de rotation des aubes, pour les raisons déjà expliquées. 'les aubes 35 couvrent toute la longueur de la surface d'épuration de la grille 15 et elles sont incurvées hélicoidalement et agencées de manière que l'extré- mité supérieure de chaque aube soit décalée vers l'avant par rapport à l1extrémlté inférieure dans le sens de rotation du rotor, dextrorsum dans le cas représenté. Sur la surface interne de la grille 15 se trouvent des nervures 40 ayant chacune une longueur et une courbure hélicoïdale telles qu'elles se prolongent d'une extrémité de la grille 15 à l'autre. Comme indiqué plus haut, l'épaisseur radiale de chacune des nervures doit être de préférence presque égale à l'épaisseur de la couche tubulaire de la pâte en-- tre la surface de la grille et les aubes 35. A la vitesse de rotation et à l'écartement préférés des aubes de 1500 m/mn et de 7,94 mm, on obtient les meilleurs résultats avec des nervures ayant chacune une section rectangulaire présentant une épaisseur radiale de 6,35 mm et une largeur de 12,7 mm. Avec ces-dimensions, la tendance à un cisaillement relatif entre les aubes et les nervures ou à une interruption du déplacement de la pâte dans la couche le long de la surface de la grille 15 par les nervures est réduite au minimum, mais les nervures guident cette pâte de manière qu'elle soit remise en circulation le long d'un trajet généralement hélicoldal dans la chambre d'alimentation. Cette action est favorisée si ltangle d'hélice des nervures est tel qu'elles sont sensiblement perpendiculaires aux aubes 35 inclinées vers l'avant. les conditions de fonctionnement d'un épurateur tel que celui décrit en se référant au dessin doivent 8tre déterminées comme on lta expliqué plus haut. Avec un épurateur dans lequel la grille 15 a un diamètre de 61 cm, on obtient les meilleurs résultats, du point de vue capacité, en faisant tourner le rotor à 800 tr/mn, ce qui se traduit par une vitesse de déplacement des aubes dtenviron 1500 m/mn, mais pour augmenter la rentabilité par rapport à lténergie consommée, on peut obtenir de bons résultats à des vitesses moins élevées, la vitesse de rotation du rotor la plus faible possible n'étant de préférence pas inférieure à 500 tr/mn, ce qui donne une vitesse de déplacement des aubes d'environ 900 m/mn. Il est possible dtobtenir une plus grande capacité avec dtex- cellents résultats en ayant recouds à des vitesses plus élevées allant jusqutà 2000 tr/mn bu environ 3600 m/mn, ce qui permet également de traiter une pâte ayant une plus forte consistance allant jusqutà 5 %. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent entre apportées au procédé et à ltappareil décrits sans sortir du cadre de l'invention. REVLSDICAT IONS 1. Procédé d'épuration d'une suspension diluée d'une pâte fibreuse à papier, procédé caractérisé en ce qutil consiste à introduire continuellement la pâte dans une extrémité d'une chambre d'alimentation dont l'une des parois est formée par un élément ou grille d'épuration cylindrique présentant de nombreuses perforations sensiblement circulaires, à maintenir une différence de pression entre la chambre d'alimentation et le côté réservé à la pâte épurée de la grille pour faire passer la pâte épurée à travers les perforations, à mettre la pâte contenue dans la chambre d'alimentation sous forme d'une couche tubulaire d'épaisseur importante et sensiblement de mdme longueur que la grille au voisinage immédiat de la surface de cette dernière située à l'in- térieur de la chambre d'alimentation, à créer un champ de cisaillement hydraulique constant orienté à peu près tangentiellement dans la couche tubulaire de la pâte, les forces de cisaillement étant suffisamment grandes pour provoquer l'a- lignement des particules d'impuretés allongées dans un sens généralement tangent à la grille et pour les obliger ainsi à -franchir les perforations au lieu de passer à travers elles, à enlever continuellement de l'autre extrémité de la chambre d'alimentation une partie de la pâte comprenant ces particules d'impuretés, et à remettre continuellement la pâte en circulation de ladite autre extrémité de la chambre d'alimentation vers son extrémité mentionnée en premier lieu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche tubulaire de la pâte est comprIse entre environ 4,76 et 12,7 mm. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le champ de cisaillement est créé par des aubes tournant dans la chambre d'alimentation à une vitesse relativement élevée comprise entre environ 900 et 3600 m/mn sur une trajectoire espacée radialement de la grille d'une distance importante- déterminant ltépaisseur maximale de la couche tubulaire. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'étape de remise en circulation est effectuée en guida-lt la matière dans la couche tubulaire le long d'une trajectoire en spirale de l'extrémité de la chambre d'alimentation mentionnée en premier lieu à son autre extrémité. 5. Epurateur d'une pâte fibreuse à papier, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe, un élément ou gri-le cylindrique d'épuration à l'intérieur de l'enveloppe se- parant l'intérieur de cette dernière en une chambre d'alimentation et une chambre réservée à la pâte épurée sur ses côtés opposés, un dispositif d'admission pour introduire la pâte dans une extrémité de la chambre d'alimentation pour qutelle passe à travers les perforations dans la chambre ré servée à la pâte épurée, un rotor comportant des aubes mobi les dans la chambre d'alimentation le long d'une trajectoire cylindrique conce-ntrique à la grille, des organes maintenant lesdites aubes à une distance radiale importante de la surface adjacente de la grille pour établir une couche tubulaire continue de la pâte près de ladite surface et d'une épais- seur radiale maximale correspondante, un dispositif pour en traAner le rotor à une vitesse suffisante pour que les aubes se déplacent à une vitesse relativement grande le long de ladite trajectoire et pour provoquer ainsi le déplacement de la couche de pe le long de la surface de la grille à une vitesse élevée correspondante, un dispositif pour évacuer continuellement une partie de la pâte à partir de l'autre ex trémité de la chambre d'alimentation, et un dispositif pour remettre continuellement la pâte en circulation de ladite autre extrémité de la chambre d'alimentation vers son extrémité mentionnée en premier lieu. 6. Epurateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la distance radiale comprise entre les aubes et la grille est dtenviron 4,76 à 12,7 mn. 7. Epurateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ie dispositif de remise en circulation comporte au moins une nervure hélicoïdale sur la surface de la grille et d'une dimension radiale approchant ladite distance radiale, mais suffisamment inférievre à cette dernir-re pour laisser un jeu entre les aubes et la surface adjacente de la nervure. 8. Epurateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif d'entratnement peut provoquer le déplacement des aubes à des vitesses comprises entre environ 900 et 3600 m/mn.