Brevet FR2212461A1 — publié le 19740726

La présente invention concerne d'une manière générale un nouveau procédé et un nouvel appareil de contrôle des variables essentielles d'un procédé continu de cuisson (ou lessivage) de la cellulose tel qu'il est décrit dans les brevets américains n0 3.041.232 et nO 3.200.0320 Avec le développement des lessiveurs en continu pour la cellulose, il est vraiment nécessaire de contrer d'une manière adéquate le procédé afin d'assurer l'uniformité du produit résultant.Le lessivage entrasse une réaction exothermique et on reconnattra que la température de lessivage varie selon, par exemple, la quantité de copeaux de bois et de produits chimiques de lessivage alimentant le lessiveur, la durée du lessivage et d'autres facteurs similaires, Des variations importantes dans ces conditions opératoires et dans d'autres peuvent aboutir à un produit lessive non uniforme, ce qui améne toutes sortes de complications supplémentaires dans le procédé et un arr8t général du contr81e de la qualité le lessivage en discontinu ne souffre pas de ce problème parce que la qualité du produit est assez bien déterminée par les conditions, choisies initialement.Cependant, dans les systèmes continus de lessivage de la cellulose, on doit observer une surveillance et un contrtle minutieux des conditions du procédé afin d'éviter des différences importantes dans la qualité du produit et de ses caractéristiques0 Les variables essentielles dans le lessivage en continu de la cellulose sont l'alimentation en matériaux de base, å savoir la cellulose (par exemple des copeaux de bois), l'eau et la liqueur de lessivage, la température dans le lessiveur et la quantité de matière solide lessivée retirée du lessiveur . L'invention a pour objet de donner des moyens particuliers pour contrôleur ces variables et pour les corriger convenablement si nécessaire afin de contrôler le procédé de lessivage et de maintenir l'uniformité du produit. Ainsi, dans une réalisation de la présente invention, la quantité totale de bouillie de pâte à papier s'écoulant du lessiveur est contrôlés d'une façon continue par un appareil d'absorptio gamma et par une mesure du débit. En outre, la quantité totale de liquide å la sortie du lessiveur est continuellement mesurée à l'aide d'un réfractomètree L'appareil d'absorption gamma permet de déterminer la densité de la bouillie de pâte à papier en mesurant la quantité de particules gamma absorbée par la bouillie, Le réfractomètre permet de déterminer simultanément la densité de la partie liquiae de la bouillie et sa quantité totale en mesurant l'indice de réfraction de la lessive. Ces mesures peuvent être continuellement fournies à un ordinateur qui à son tour, est programmé pour ajuster la quantité de copeaux de bois, d'eau et de lessive de cuisson alimentant le lessiveur autant qu'il est nécessaire pour maintenir la teneur désirée en matières solides du produit sortant du lessiveur. Le succès de l'invention est dû, au moins en grande partie à la découverte qu'un procédé de contrôle sérieux peut entre réalisé par les mesures de densité indiquées faites sur la pâte à papier extraite du lessiveur. Ceci est surprenant pour plusieurs raisons.Ainsi, par exemple, tandis que l'utilisation d'un appareil à absorption gamma pour mesurer les densités des liquides primaires et des bouillies, où les composants ont des densités nettement différentes, est connue, les matières solides et le liquide formant la patte à papier extraite du lessiveur ont des densités très voisines, aussi l'utilisation des moyens d'absorption gamma pour mesurer la densité dans de pareil les circonstances était elle estiwev peu sûr (Kirk-Othmer, Encyclopédia of Chemical Gechnology, deuxième édition, Vol. 6, page 773). I1 est surprenant aussi qu'un réfractomètre puisse être utilisé comme on le propose ici pour déterminer la densité de la partie liquide d'une bouillie sans d'abord en séparer la matière solide puisque le réfractomètre est d'habitude utilisé seulement lorsqu'il s'agit de liquides seuls. La combinaison de l'appareil à absorption gamma, du réfractomètre et de l'appareil de mesure du débit permet de différencier nettement la composition de la bouillie ou due l'effluent du lessiveur, et ainsi elle est extrêmement inté ressaute pour le contr8le automatique de la marche du lessiveur. D'une manière tout à fait inattendue, l'appareil à absorption gammaiet le réfractomètre donnent des mesures exactes et valables , respectivement, de la densité d'une bouillie de pâte à papier et de la partie liquide de la bouillie bien que les densités de la matière solide et du liquide impliqués ne soient pas très différentes et que les matières solides ne soient pas séparées du liquide dans la bouillie avant de faire la mesure avec le réfractomètre. Antérieurement, on avait l'habitude de séparer la pâte à papier de la lessive du lessiveur et ensuite de mesurer séparément la densité de la pâte å papier séchée et celle de la lessive. Comme on peut le voir la présente invention concerne une nouvelle méthode permettant d'exécuter une mesure instantanée et continue de la densité de la pâte à papier alors que la bouillie de la patte à papier est encore dans le dispositif de traitement et que les matières solides de la pflte à papier sont mélangéees à la lessive de cuisson. Dans une modification ultérieure de l'invention on peut utiliser un appareil à absorption gamme pour contrer exactement la quantité de copeaux de bois fournie au lessiveur. Une des causes principales de variation du processus dans le lessiveur est l'irrégularité du chargement des copeaux de bois. Les doseurs de copeaux utilisés pour envoyer les copeaux au lessiveur sont habituellement des doseurs volumétriques dans lesquels on mesure un volume contrôlé de copeaux. La mesure exacte du volume de copeaux permet de contrôler la durée du séjour ou le temps de cuisson dans le lessiveur (ceci a lieu si l'effluent du lessiveur est effectivement contrôlé) . Cependant, à cause de la composition non uniforme des copeaux, telles que la répartition de la grosseur des particules de copeaux et la porosité de ceux-ci, le contrôle volumétrique ne donne pas une quantité uniforme de copeaux dans le lessiveur.La modification proposée dans la présente invention permet une mesure continue de la quantité de bois envoyée au lessiveur et offre ainsi un contrtle plus étroit du lessivage qu'il n'était possible jusqu'ici. Stsblie brièvement, la quantité de copeaux de bois envoyée au lessiveur est en relation avec la quantité de lessive de cuisson envoyée au lessiveur si bien que la quantité de lessive est contrClée et réglée suivant nécessité pour faire face à toute variation dans la quantité de copeaux de bois envoyée au lessiveur'. Selon l'invention on réalise le contr8le pré- cis dè la quantité des copeaux de bois envoyée au lessiveur en mesurant la différence de densité du courant de lessive entratnant les copeaux vers le lessiveur avant et une fois que les copeaux y ont été introduits.Comme le décrit le brevet américain nO 3.041.232, on chasse d'abord les copeaux d'une manière spécifique dans une conduite d'alimentation t et lessive trcuîe dans cette conduite les amène dans le lessiveur La les sive du lessiveur est ensuite séparée des fibres et retourne dans la canalisation de circulation On mesure la densité de la lessive, selon la présente invention, avec un appareil d'absorp tion gamma aussitat avant que les copeaux soient introduits et de nouveau aussitôt après que les copeaux aient été introduits. Les mesures de densité qui en résultent peuvent alors etre envoyées, en meme temps qu'une mesure du débit total, à un ordinateur qui est programmé pour modifier la quantité de lessive frat- che du lessiveur envoyée au système basée sur la quantité de copeaux de bois déterminée par les mesures de densité et de débit.Là encore, le contr8le parfait des quantités de copeaux de bois et de lessive franche du lessiveur, résultant de sation de moyens comprenant un appareil à absorption gamma, est tout à fait inattendu car il était difficile de prévoir qu'il pouvait y avoir une variation de densité importante et signifi cative entre la lessive du lessiveur sans copeaux et la lessive du lessiveur contenant les copeaux de bois, susceptible de fournir une indication sur la quantité de copeaux de bois fournie dans l'unité de temps. Une réalisation particulièrement préférée de la présente invention est obtenue en combinant ltutilisation de l'appareil d'absorption gamma à la fois sur le bois fourni au lessiveur et sur l'effluent de ptte à papier provenant du les siveur en combinaison avec des mesures de débit dans chaque canalisation et aussi d'un réfractomètre sur l'effluent du lessiveur. Toutes ces mesures peuvent être envoyées à un ordinateur qui, à son tour prévoit la quantité exacte de lessive fraîche du lessiveur à envoyer à celui-ci, la température exacte à maintenir dans le lessiveur et la vitesse exacte d'écoulement de l'effluent du lessiveur. L'invention est expliquée plus en détail en se référant au dessin ci-joint qui schématise une réalisation préférée du système de lessivage et du procédé conforme à 1' invention. D'après le dessin, le nombre ll désigne un lessiveur cylindrique vertical. A sa partie.supérieure, le lessiveur 11 est équipé deun dispositif convenable.de chargement ou d'alimentation 13 d'un modèle bien connu dans la technique, par exemple comme celui décrit dans les brevets américains nO 2.459.180 et nO 3.041.232. Un corps de tamis 15 est fixé à l'extrémité supérieure du lessiveur; A l'intérieur du corps de tamis 15 est logé un tamis 17 qui sépare les copeaux de bois de la lessive de retour, celle-ci étant extraite par la canalisation 19 et envoyée du c8té "aspiration" de la pompe 21 Un appareil à absorption gamma 23 est situé le long de la canalisation 19 entre le lessiveur et la pompe0 Cet appareil mesure la densité de la la lessive extraite du lessiveur et envoie cette information à l'ordinateur. La lessive de recyclage est renvoyée dans le circuit depuis la pompe 21 en passant dans un appareil d'alimentation en copeaux de bois 25. Un appareil de ce type est décrit dans leiprevet 3.041.232, dont le contenu est entièrement donné ici à titre de référence. La lessive de recyclage et les copeaux de bois en suspension sont ensuite envoyés par la canalisation 2? au lessiveur 11. Un appareil à absorption gamma 29 et un débitmètre 31 sont placés sur la canalisation 27 entre l'appareil d'alimentation en copeaux et le lessiveur 11, L'appareil à absorp tison gamma mesure la densité de la bouillie formée par les copeaux de bois et la lessive de recyclage, et le débitmètre mesure le débit total dans la canalisation.Ces mesures sont aussi envoyées à l'ordinateur. Une canalisation d'eau 33 et une canalisation pour lessive franche 34 se rejoignent pour former la canalisation 35 qui alimente en eau et en lessive fraiche la canalisation 19 du c8té "aspiration" de la pompe 21. La quantité d'eau et de lessive fournie est contr6lée par des vannes automatiques commandées par. un signal de sortie de l'ordinatèur. Le dessin représente un lessiveur ayant deux zone s de cuisson ainsi que le décrit plus en détail le brevet 3.200 032, dont le contenu entier est donné ici à titre de référence. La lessive de cuisson est extraite de chaque zone par des canalisations et envoyée du c3té "aspiration" de la pompe 39. La lessive est ensuite pompée à travers des réchauffeurs 41 dans lesquels la vapeur est utilisée pour chauffer indirectement la lessive. Ba lessive est ensuite renvoyée vers le lessiveur par les canalisations 43. La température de la lessive recyclée est mesurée et cette mesure est envoyée à l'ordinateur. La quantité de vapeur envoyée aux réchauffeurs 41 est contrôlée par des vannes automatiques commandées par un signal de sortie de l'ordinateur. Près du fond du lessiveur 11, l'eau de lavage est introduite par la canalisation 45 et le débit est contr81é par une vanne automatique commandée par un signal de sortie de l'ordinateur. Au fond de la colonne, un effluent de patte à papier délayée dans l'eau est vidangé par la canalisation 47. Ceci est communément dénommé la "canalisation de vidange" ou ("soufflage") et l'effluent est communément appeté la "vidange" (ou "décharge") . Un appareil à absorption gamma 49 est situé sur la canalisation de vidange 47 juste en amont de la vanne de vidange 51. La vanne de vidange 51 diminue la pression relative d'environ 250 livres par pouce carré à environ 60 livres par pouce carré (17s5 kg/cm2 à4,2 kg/cm2) .Là où la température de la.canalisation de vidange est élevée, on remarque qu'il faut placer l'appareil à absorption gamma en amont de la vanne de vidange 51 pour obtenir une mesure valable de la densité de la bouillie de pite à papier. yana la patte à papier traverse la vanne de vidange 51, il se produit une variation importante de la température, et on a trouvé que à des températures plus élevées, la mesure de la densité de le bouillie de pate à papier n' est pas significative ni utile Après avoir traversé la vanne de vidange 51, la bouillie de pâte à papier traverse un appareil de mesure de débit 53, tel qu'un débitmètre magnétique. La bouillie de pâte à papier traverse ensuite un réfractomètre qui mesure la densité de la fraction lessive de la bouillie. On a trouvé de manière inattendue que le réfractomètre donnait des mesures valables, significatives de la densité de la fraction liquide de la bouillie de patte à papier si la surface de mesure du réfractomètre est maintenue mouillée ou rev8tue d'un mince film liquide. La bouillie de patte à papier est finalement envoyée au stockage. En service, le volume de copeaux de bois est fixé par le mécanisme d'alimentation 25 en copeaux pour donner lieu à un temps de séjour prédéterminé dans le lessiveur. La quantité réelle de bois chargé est déterminée de façon continue par l'ordinateur à partir des mesures du débit de la lessive recyclée et de la densité avant et après l'alimentation en copeaux. De nouveau, comme cela a étémen- tionné précédemment, on a trouvé, de manière tout à fait inattendue que la différence de densité entre la lessive recyclée et la lessive recyclée contenant des copeaux de bois peut être utilisée pour déterminer valablement et exactement le rapport de lessive aux copeaux de bois dans le courant qui alimente le lessiveur. L'ordinateur est programmé de manière à contrôler la quantité de lessive fraîche envoyée au lessiveur. Le débit d'effluent ou de vidange du lessiveur est contrôlé par l'ordinateur à partir de la mesure de la densité effectuée par l'appareil à absorption gamma, de la bouillie de pate à papier dans la canalisation de vidange, la mesure de la densité de la lessive contenue dans la bouillie de påte à papier faite par le réfractomètre et le débit total de la bouillie dans la canalisation de vidange faite par le débitmetre. L'ordiLateur est programmé pour contrôler l'effluent de façon à ce qu'un équilibre de la quantité totale du bois ou de pate i papier soit maintenu. De plus, comme cela a été mentionné pré-' cédemment on a trouvé d'une manière tout à fait inattendue qu'on peut utiliser les mesures de densité de la bouillie complète de pâte å papier et les mesures de densité de la fraction lessive de la bouillie de pate à papier pour déterminer valablement et exactement la masse de la p8te de bois dans la bouillie. L'ordinateur est aussi programmé pour contrôler l'eau de lavage envoyée dans le fond du lessiveur et l'eau d'appoint envoyée' dans le courant de lessive recyclée par un équilibre de quantité basée sur l'eau . L'ordinateur est aussi programmé pour contrôler les températures exactes dans le lessiveur en chauffant les courants de lessive de recyclage & une température contrlée. L'ordinateur détermine la température exacte en utilisant les données conservées précédemment pour d6 rmlner, à partir des relations empiriques bien connues dans la tecknique, la température optimum dans le lessiveur. On notera qu'on donne l'exemple ci-dessus de cette invention simplement pour illustrer celle-ci. L'invention n'est pas limitée aux températures et aux pressions particu lières utilisées dans le lessiveur ou les canalisations de circulation. Dtune manière générale on peut faire fonctionner l'appareil et exécuter le procédé de la présente invention dans des conditions de température et de pression comme celles classiquement utilisées dans la technique du lessivage de la cellulose et aucune condition spéciale n'est par conséquent imposée au procédé par le nouveau procédé et le nouvel appareil de la demanderesse.Naturellement, la pression dans le lessiveur sera déterminée par la température utilisée0 On peut faire varier à volonté la température à laquelle on chauffe dans les réchauffeurs 41, la lessive de circulation selon les procédés de la technique papetière Une température de 1700C est appropriée, bien qu' ltévidence , si on le désire, on puis- se utiliser des températures supérieures ou inférieures à 1700 C, en particulier quand on envisage une température du lessiveur supérieure à 1700C. Il ressort aussi qu'on,peut útiliser tout aussi bien des conduites d'alimentation différentes pour les matières premières, les chiffres indiqués plus haut étant préférables pour la production optimum et la commodité du procédé. De même, on peut aussi modifier la réalisation spécifique de l'appareil décrit ci-dessus à d'autres points de vue. Par exemple, on peut utiliser un dispositif de soupape de chargement d'un autre modèle, tel qu'un dispositif d'alimentation par piston ou par vis. En outre, 3i on. le désire on peut modifier le corps de tamis 15 à l'extrémité supérieure du lessiveur en plaçant le tamis 17 ét une vis d'alimentation coaxiale en position horizontale ou inclinée. Le lessiveur peut etre du modèle classique-utilisant un procédé en une ou deux étapes. Le dispositif de vidange de la bouillie de pâte à papier au fond du lessiveur peut titre du modèle classique, par exemple, le modèle décrit dans le brevet américain 2 960 161. il doit Titre bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre-purement illustratif et non-limitatif et que toutes variantes ou modifications peuvent y Titre apportées sans sortir pour autant du cadre général de la présente invention, tel que défini dans les revendications Ci-annexées. REVNI) I CAT IONS 1. Procédé en continu de loasivaee pour la cellulose de matière fibreuse cellulosique déchiquetée qui com prend le passage simultané de ladite matière et d'une lessive de cuisson dans un lessiveur et la vidange d'une bouillie de pate à papier cuite dudit lessiveur, procédé caractérisé par le -fait que la densité de cette bouillie, la densité la partie liquide de la bouillie et le débit volumétrique de ladite bouillie sont mesurés d'une façon continue. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la densité de la bouillie est obtenue en mesurant l'absorption gamma et la densité de la lessive est obtenue en mesurant l'indice de réfraction de cette lessive. 3. Procédé en continu de lessivage pour la cellulose de matière fibreuse cellulosique déchiquetée qui comprend le passaget simultané de ladite matière et d'une lessive de cuisson dans un lessiveur et la vidange d'une bouillie de pâte à papier cuite et de lessive dudit lessiveur ; procédé suivant lequel une partie de la lessive est extraite à la partie supérieure du lessiveur et remise an circulation--en passant par une boucle qui ramène cette lessive à ltextrémité supérieure du lessiveurset suivant lequel ladite matière fibreuse cellulosique est envoyée dans la lessive de circulation et dans le lessiveur à son extrémité supérieure sous forme d'un mélange de copeaux de cellulose et et de lessive, procédé caractérisé par le fait que le contrôle et le dosage de la quantité de ladite matière envoyée au lessiveur sont effectués en déterminant d'une façon continue et indirecte la densité de la lessive remise en circulation, la densité du mélange de lessive remise en circulation et de la matière cellulosique, et le débit volumétrique de la bouillie à partir duquel la quantité de matière cellulosique peut Titre déterminée. 4. Procédé selon la revendication 3, cåracté- risé par le fait que lesdites mesures de densité et de débit vo lumétrique sont envoyées dlune façon continue à un ordinateur qui a été programmé pour calculer la quantité de matière cellulosique et déterminer d'une façon continue la quantite exacte de lessive fraîche de cuisson, à envoyer dans le lessiveur pour réagir avec la matière cellulosique. 5 Procédé selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la densité de la lessive remise en circulation et la densité du mélange de matière cellulosique et de lessive remise en circulation sont obtenues chacune en mesurant respectivement l'absorption gamma de la lessive remise en circulation et du mélange de matière cellulosique et de lessive remise en circulation, 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le rapport de la quantité de pâte à- pa- pier à la quantité de lessive. dans la bouillie vidangée du lessiveur est contrôlé d'une façon continue et indirecte en mesurant l'absorption gamma de la bouillie l'indice de réfraction de la lessive et le débit volumétrique de la bouillie vi dangée, et que lesdites mesures de densité et de débit volumétrique sont -envoyées d'une fagon continue à un ordinateur qui a été programmé pour calculer la quantité de matière cellulosique envoyée au lessiveur, la quantité de patte à papier extraite du lessiveur et pour déterminer la quantité exacte de lessive fraîche de cuisson à envoyer dans le lessiveur.