Brevet FR2475083A1 — publié le 19810807

Z475083 La présente invention a pour objet un procédé et une ins- tallation destinés à assurer l'alimentation d'enceintes de traitement, en matières végétales devant y subir une cuisson ou une réaction sous pression. Ce procédé et cette installation sont notanmment destinés à être utilisés pour assurer l'alimentation d'enceintes de traitement à 1' intérieur desquelles est réalisée la cuisson de plantes annuelles (paille de blé, de riz, bagasse, roseaux etc), dans une lessive pour la production de cellulose. Cependant, ce procédé et cette installation sont également conçus pour pouvoir être employés pour l'alimentation d'enceintes de traitement dans lesquelles est effectuée une hydro- lyse de telles plantes pour extraire les pentosannes. De tels traitements sont en général réalisés sous des pressions pouvant atteindre 10 à 12 bars. Ils peuvent être effectués soit de façon continue, soit au contraire de manière discontinue. Cette dernière solution est évidemoent moins avantageuse qu'un traitement continu et ce, tout particulièrement au point de vue économique. C'est du reste la raison pour laquelle cette solution n'est utilisée que pour des productions relativement faibles et pour des produits difficiles à traiter, tels que linters, chanvre, etc. Malgré leurs avantages économiques, les installations fonctionnant en continu présentent divers inconvénients, dus notanmment au fait que les matières à traiter doivent être introduites de façon con- tinue à l'intérieur d'une enceinte de traitement se trouvant elle- mPme à une pression relativement élevée. En général, les matières à traiter sont introduites à l'état sec, sans imprégnation préalable, et le dispositif d'introduction peut consister en une vanne rotative à alvéoles, ou un sas à tiroir, ou bien encore une vie conique dont l'action a pour effet de former un tampon de matière supportant la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur. Cependant, il s'agit là de dispositifs complexes et couteux, car ceux-ci doivent être réalisés de façon à pouvoir supporter des différences de pression et de température relativement élevées. Par ailleurs, ces systèmes subissent une usure très rapide, car malgré un nettoyage préalable, les matières végétales à introduire contiennent des pous- sières de silice incorporées aux fibres. Ceci impose donc deprévoir un traitement anti-abrasion pour les pièces d'usure. Or, un tel traite- ment est très coûteux et malgré celui-ci et les autres précautions prises, les pièces doivent être fréquemment changées. D'autre part, il convient de noter que les dispositifs d'introduction à vis présentent le danger de détentes accidentelles de vapeur vers l'amant en cas de défaut d'alimentation, par suite de la disparition du tampon de la matière formant bouchon, et supportant la différence de pression. De plus, les dispositifs à vis ne fonc- tionnent correctement qu'avec des matières sèches; il est donc impos- sible de pré-inprégner les produits, opération qui permet d'améliorer sensiblement la qualité de la cuisson. Compte tenu des inconvénients du dispositif d'intro- duction utilisés dans des installations à marche continue et à pression élevée de 10 à 12 bars, la présente invention a pour but de réaliser un procédé permettant d'alimenter de façon continueen produits préa- lablement imprégnés, une installation de traitement sous pression plus réduite - par exemple 5 à 8 bars - sans avoir à utiliser de tels dis- positifs. Une bonne imprégnation des produits avant traitement offre de multiples avantages, notamment une meilleure qualité de la cuisson. Par ccnséquent, la pression et la température de cuisson peuvent être plus réduites pour obtenir un produit de qualité similaire. La cuisson peut être effectuée en phase vapeur, et non liquide d'o moindre consommation de chaleur. En outre, la teneur en matières sèches des liqueurs noires extraites est plus élevée lors de cuisson en phase vapeur, d'o gain de chaleur lors de la concentration de ces liqueurs avant incinération. La cuisson à plus basse pression néoessite une légère augmentation du xolume de l'appareillage, car la durée du traitement est plus longue qu'à pressions élevées. Mais, le coût global de l'ensemble de l'installation reste très compétitif. En outre, une cuisson à pression plus réduite et de plus longue durée ménage d'avantage les fibres qua ne cuisson brutale à haute pression. Pour atteindre l'objectif recherché, la présente inven- tion a pour objet un procédé d'alimentation d'une enceinte de traitement, en matières végétales devant y subir une cuisson, ou une réaction sous pression, qui est caractérisé par le fait que l'on effectue l'introduction des matières voulues par refoulement de celles- ci sous pression sous forme d'un mélange liquide après avoir réalisé la transformation des matières végétales sèches en un mélange liquide susceptible d'être pompé, ce refoulement étant effectué au moyen d'une pompe capable de véhiculer un mélange liquide/solide. Ce procédé comprend donc successivement les opérations suivantes: - préimprégnation des matières correspondantes avec le ltluide en présence duquel doit s'effectuer le traitement ultérieur prévu; - dilution de ces matières dans un cuvier de façon à obtenir un mélange liquide pompable; mise sous pression et refoulement de ce mélange au moyen d'une pompe de type Vortex; ou autre pompe capable de véhiculer un mélange liquide/ solide; - égouttage par une vis d'égouttage fonctionnant sous pression et assu- rant par ailleurs l'amenée des matières à traiter jusque dans l'en- ceinte de traitement; - recyclage du liquide récupéré lors de légouttage, ce recyclage s'ac- compagnant d'une élimination des particules lourdes en suspension dans ce liquide. De préférence, la pompe de refoulement est entraînée par un mo- teur à vitesse variable, la vitesse de rotation de celui-ci étant fonction de la pression de cuisson fixée. Ainsi qu'il a déjà ité indiqué la présente invention a égalemnent pour objet une installation spécialement conçue pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les différentes particularites de cette installation et du pro- cédé correspondant apparaîtront au cours de la description suivante, don- née en référence au dessin annexé à titre indicatif et sur lequel: La figure unique est une vue schématique de l'ensemble d'une installa- tion d'alimentation selon l'invention. La présente installation est destinée à assurer l'alimenta- tion d'une enceinte de traitement 1, ou d'une succession d'enceintes de traitement, à l'intérieur desquelles doit être réalisé un traitement sous pression de matières végétales, par exemple la cuisson de plantes annuelles dans une lessive pour la production de cellulose, ou bien encore l'hydrolyse de ces mêmes plantes pour l'extraction des pento- sannes. Cette installation comprend en premier lieu, un appareil susceptible d'assurer une pré-inmprégnation des matières végétales correspondantes avec le liquide en présence duquel doit s'effectuer le traiteurent prévu, en l'occurrence une lessive dans le cas d'une cuisson pour la production de cellulose. Cet appareil, qui est désigné par la référence générale 2 sur le dessin joint, est avantageusement du type de celui décrit dans la demande de brevet déposée par la Société De- manderesse le même jour pour "Appareil destiné à assurer en continu l'imprégnation en liquide ou le lavage de produits fractionnés, tels que des fragments de végétaux et copeaux de bois". Les matières à traiter sont introduites à l'état sec à l'une des extrémités de l'appareil 2 et elles ressortent, après imprégnation, par un ajutage de sortie 3. Conre décrit dans la demande de brevet rappelée ci-dessus, l'ap- pareil de pré-imprégnation 2 contient un bain du liquide de traitement et il renferme un tambour rotatif muni de pales qui assure la pénétra- tion complète des fibres de la matière dans ce bain. A sa sortie de l'appareil, cette matière se trouve donc parfaitement imprégnée du liquide de traitement. L'ajutage de sortie 3 de cet appareil est raccordé à un cuvier 4 muni d'un agitateur 6. Sur la sortie de ce cuvier est branchée une pom- pe de type Vortex, désignée par la référence générale 5 et qui sera dé- crite plus en détail par la suite. Une conduite 7 d'arrivée de liquide de traitement débouche dans le cuvier 4. A ce liquide peut éventuellement être ajoutée de l'eau ainsi qu'il sera exposé par la suite. Cette arrivée de liquide a pour but d'assurer la dilution des matières végétales dans le liquide de traitement à une concentration d'environ 6 % en matières sèches afin d'obtenir un mélange liquide susceptible d'être pompé par la pompe 5 de type Vortex. Le corps de cette pompe possède un grand passage d'écoulement à débit régulier et sans aucune entrave. Elle comporte une roue ouverte 8 pourvue d'un moyeu 9 de forme aérodynamique, et l'agencement est tel qu'il n'existe pas de dépression à 1' arrière de cette roue. Du fait de sa conception, cette roue est en mesure de pomper le mélange liquide contenu dans le cuvier 4. Cette pompe assure alors la mise sous pression de ce mélange à une pression de l'ordre de 5 à 8 bars et son refoulement dans une conduite 10. La pression de refoule- ment est fonction de la vitesse de rotation. Or celle-ci est réglable car la pompe est entrainée par un moteur 5a à vitesse variable contrôlée par un dispositif de commande 5b assujetti à un détecteur de pression 5c branché dans l'enceinte de traitement 1. Ainsi, la vitesse de rota- tion de la pompe est fonction de la pression de cuisson. Cependant, l'in- jection de vapeur dans le cuiseur n'est fonction que de la température de saturation correspondant à cette pression. La conduite 10 aboutit à l'orifice d'entrée 11 d'un appareil d'égouttage 12 susceptible d'essorer la matière fibreuse tout en 1'amenant jusqu'à la tubulure d'entrée 13 de l'enainte de traitement 1 à alimenter. Z475083 Cet appareil d'égouttage est susceptible de résister en toute sécurité a la pression de travail. Son enveloppe cylindrique externe 14 renferme un cylindre perforé 15 à 1' intérieur duquel est disposé une vis 16 susceptible d'assurer le déplacenent de la matière fibreuse iusqu'à la tubulure de sortie 17 branchée sur l'entrée de l'enceinte de traitement 1. L'arbre de la vis 15 est entraîné en rotation par un groupe moto-réducteur non représenté. L'ensemble ainsi constitué est disposé dans une position inclinée par rapport à l'horizontale et un ajutage 18 d'évacuation du liquide de récupération est prévu à la partie inférieure de l'extrémité la plus basse de l'enveloppe externe 12. Bien entendu, l'ajutage d'entrée 11 débouche dans l'espace délimité par le cylindre perforé 15. Dans ces conditions, le mélange de liquide et de matière fibreuse se trouve envoyé sous pression dans cet espace et repris par la vis 16. Celle-ci entraîne ce mélange vers l'ajutage de sortie. Cependant, la matière fibreuse subit un essorage et le liquide éliminé s'écoule par les perforations du cylindre 15 pour gagner l'intervalle existant autour de celui-ci et finalenent l'ajutage de sortie 18. Il convient de noter que la vis de transport 16 tourne avec un jeu réduit à l'intérieur du cylindre 15, ce qui assure l'a- vance de la matière fibreuse tout en opérant un nettoyage constant de cette grille. Il faut également observer que cette vis est munie, à son extrémité supérieure, d'une contre-spire 19 qui a pour but d'éviter tout risque de bourrage à l'endroit de la sortie 17 de l'appareil d'égouttage. Celui-ci reçoit à son entrée, le mélange liquide chargé de fibres végétales à une concentration maximum de 6 % et minimum de 2 %. Après égouttage dans cet appareil, la concentra- tion se trouve portée à la sortie à 18 ou 20 % environ. Le mélange liquide arrive dans l'appareil d'égouttage "en source" afin d'éviter toute fluctuation de débit due à l'air que les fibres végétales peuvent entraîner avec elles. Enfin, la présente installation comprend, en combinai- sonc avec les appareils déjà décrits, un circuit de recyclage du liquide de traitement, lequel circuit con-porte un dispositif de dé- cantation et d'élimination des particules lourdes en suspension dans ce liquide. Ce dispositif consiste en un séparateur centrifuge à l'intérieur duquel le liquide récupéré est amené par une conduite 21 branchée d'une part sur l'orifice d'évacuation 18 de l'appareil d'essorage et d'autre part sur un ajutage 22 débouchant tangentielle- ment à l'intérieur du corps du séparateur 20. A sa partie inférieure, celui-ci comporte une trémie 23 de récupération des particules et impuretés se trouvant jusqu'ici en suspension dans le liquide de trai- tement, en l'occurrenoe des particules de sable, de silice, etc. Audessous de cette trémie est disposé un pot 24 destiné à servir de sas pour l'évacuation des impuretés. Les orifices d'entrée et de sortie de ce sas sont obturés par des vannes, respectivement et 26 actionnées par des dispositifs de manoeuvre 27 et 28, eux- m1mes connandés par un régulateur 29. Celui-ci comnande également un autre dispositif de manoeuvre 30 actionnant une vanne 31 interposée sur une conduite 32 d'arrivée d'eau débouchant dans le pot 24. Ce régulateur est programné pour assurer périodiquenment le lavage du pot 24 par ouverture de la vanne 31 après fermeture de 1' orifice 25 d'entrée des iitouretés tout en laissant ouvert l'orifice de sor- tie 26. Cependant, ce régulateur est également agencé pour assurer une fermeture rapide de cet orifice de sortie en cas d'arrêt de la ponme 5. Une conduite 33 est branchée sur l'orifice de sortie du corps du séparateur centrifuge 20 pour récupérer le liquide de traitement, après élimination des inpuretés. Ce liquide est alors renvoyé vers la conduite 7 destinée à assurer la dilution des matières imprégnées et ce, en amont de la pompe 5. Mais, il est prévu un dispositif de régulation 34 assurant la détente du liquide de la pression de refoulement jusqu'à la pression d'injection dans le cuvier4 à l'endroit du raccord 6. Ce dispositif fonctionne automatiquement par mesure de la pression et vannage de la veine liquide au moyen d'une vanne 35. Cependant, la conduite 7 d'amenée du liquide de dilu- tion est raccordée non seulement à la conduite 33 de recyclage, mais également à une conduite 36 destinée à assurer l'arrivée de liquide d'appoint. Un dispositif automatique de contrôle 37 assure la régula- tion de l'arrivée de liquide d'appoint ou de la décharge de l'excé- dent. Ce dispositif contrôle le débit de la veine liquide en 38 sur la conduite 7 et il commande une première vanne 39 interposée sur la conduite 36 du liquide d'appoint et une seconde vanne 40 in- sérée dans une conduite d'évacuation 41. Il convient de noter que seuls les appareils de régulation, en l'occurrence le détendeur de pression 34 et le régulateur de débit 37, doivent être réglés à leur point de consigne lors de la mise en service de la présente installation. Quant à la pression de refoule- ment de la pompe 5, elle se trouve réglée, par le dispositif de com- mande 5b, en fonction de la pression de cuisson fixée. Ainsi qu'il a déjà été indiqué, celle-ci assure l'alimentaticn de façon continue de l'enceinte de traitement 1 en matières végétales se trouvant en suspension dans un mélange liquide ayant une concentration d'environ 18 à 20 % de fibres. Cette alimentation est assurée à une pression relativement réduite de l'ordre de 4 à 8 bars qui constituera la pression à laquelle s'effectuera le traitement à l'intérieur de l'enceinte 1. Cette introduction sous pression est alors réalisée grâce à la pompe 8 qui remplace en quelque sorte les dispositifs d'introduction existant sur les installations actuelles de traitement en continu à pression élevée. Or, une telle pompe du type Vortex présente une usure faible et son coût est nettement plus réduit que celui des dispositifs usuels d'introduction, tels que dispositifs M vLs ou à vanner rotative. Par ailleurs, les pièces d'usure et de rechange sont nettement moins coJteuses. Quant à la consommation en énergie, elle est pratiquement identique dans un cas coiime dans l'autre. La présente installation et le procédé dont elle assure la mise en oeuvre, ont donc l'avantage de permettre la suppression des dispositifs habituels d'introduction prévus dans les installations classiques de traitement de vécétaux sous pression élevée. Il est vrai que la réduction de pression qui en résulte entraîne une augmentation du temps de traitement. Mais encore une fois, ceci ne provoque pas une aug- mentation du coût de production compte tenu de la réduction du prix de l'installation d'alimentation par rapport aux dispositifs habi- tuels d'introduction. Dans ces conditions, le procédé et l'instal- lation selon l'invention sont très avantageux dans le cas d'instal- lations de traitement, par exemrple des installations de production de ellulose, ayant une capacité de traitenent limitée. ú475083 IEVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation d'enceintes de traitement permettant de faire subir, en continu, à des matières végétales une réaction sous pression, telle que cuisson ou hydrolyse, à l'intérieur de ces enceintes, caractérisé en ce que l'on réalise successivement les opérations suivantes: - pré-imprégnation poussée des matières correspondantes avec le li- quide en présence duquel doit s'effectuer le traitement prévu - dilution de ces matières/de façon à obtenir un mélange liquide pompable; dans un cuvier pompable; - refoulement et mise sous pression de oe mélange par pompage au moyen d'une pompe de type Vortex ou autre, capable de véhiculer un mélange liquide/solide; - égouttage dans un appareil d'égouttage fonctionnant sous pression et assurant par ailleurs l'amenée des matières à traiter jusqu'à l'enceinte de traitement - recyclage du liquide récupéré lors de l'égouttage, ce recyclage s'accompagnant d'une élimination des particules lourdes en suspen- sion dans ce liquide. 2. Installation pour l'alimentation d'enceintes de trai- terrent en matières végétales devant y subir une réaction sous pres- sion, telle que cuisson ou hydrolyse, par mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comprend en comrbinaison: un appareil de pré-imprégnation des matières correspondantes avec le liquide en présence duquel doit s'effectuer le traiterrent révu - une arrivée d'eau ou autre liquide de dilution dans un cuvier placé à la sortie de cet appareil; - une pope de type Vortex ou autre pompe capable de véhiculer un mélange liquide/solide, dont l'entrée est raccordée à cette conduite - un appareil d'égouttage dont l'entrée est raccordée à la sortie de cette pompe et qui renferme un organe de transport apte à amener la matière à traiter jusqu'à l'enceinte de traitement; - un circuit de recyclage branché sur la sortie d'évacuation du liquide récupéré hors de l'appareil d'égouttage, ce circuit com- portant un appareil de séparation des particules lourdes en suspension dans ce liquide. 3. Une installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la ponpe de refouleentd est otvaianée par un moteur à vitesse variable dont la vitesse/est réglée, par un dispositif de comnande, en fonction de la pression régnant dans l'enceinte de traitement. 4. Installation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'appareil d'égouttage est constitué par une vis rotative d'entraînement placée à l'intérieur d'un cylindre perforé, lui-Rêne entouré par une enveloppe cylindrique, l'ensemble étant avantageusement disposé dans une position inclinée de façon à recueillir le liquide récupéré à l'endroit d'un orifice d'évacuation situé à la partie inférieure de l'extrémité la plus basse. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'extrémité de l'arbre de la vis, située du côté de la sortie, porte une contre-spire destinée à éviter tout risque de bourrage de la matière entraînée. 6. Installation selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que l'appareil de séparation des particules en suspension dans le liquide recyclé est un séparateur centrifuge dont l'orifice inférieur d'évacuation comnunique avec un sas à l'intérieur duquel débouche également une conduite d'amenée d'eau de lavage. 7. Installation selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le circuit de recyclage comnorte un détendeur de pression pour assurer la détente de la pression du liquide recyclé à la pression d'injection dans la conduite située en amont de la pompe. 8. Installation selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que la conduite d'amenée de liquide de dilution comnunique non seulement avec le circuit de recyclage, mais également avec une conduite d'amenée de liquide d'appoint, un dispositif régulateur de débit assurant en cas de besoin l'adjonction de liquide d'appoint, ou au contraire, l'évacuation de l'excès de liquide recyclé.