Brevet FR2479870A1 — publié le 19811009

La présente invention est relative à un dispositif pour séparer un gaz, tel que l'air, d'une suspension de fibres. Ce dispositif est plus particulièrement destiné au traitement de pulpes ou pâte à papier à consistance élevée, par exemple de l'ordre de 8 à 1250. L'air présent dans la pulpe empêche tout particulièrement le pompage de la pulpe à consistance élevée, à l'aide d'une pompe centrifuge. Plus élevée est la teneur en air de la pulpe, plus élevée doit être la pression d'admission nécessaire pour assurer un fonctionnement approprié de la pompe. Si la pression d'admission disponible est trop faible, l'air présent dans la pulpe forme des bulles qui s'accumulent devant la roue ou la tur- bine de la pompe ce qui entraîne un mauvais fonctionnement de celle-ci. L'un des buts de la présente invention est d'apporter des moyens permettant de pallier les difficultés mentionnées ci-dessus. A cet effet elle vise un dispositif qui assure effectivement une séparation de l'air de la pulpe ou pâte à papier avant son intro- duction dans la turbine de la pompe. Ce dispositif peut être éga- lement utilisé sans la pompe, si la pression différentielle dis- ponible est suffisante pour transférer la pulpe d'un emplacement à un autre. Le dispositif selon cette invention comprend une enveloppe munie d'une chambre de rotor ayant un orifice d'admission et un orifice d'évacuation pour la suspension de fibre ainsi qu'un ori- fice d'évacuation pour le gaz, un rotor étant monté au centre de la chambre, sur un arbre, ce rotor pourvu de lames étant entraîné en rotation dans ladite chambre de façon que la suspension de fibres soit également entraînée en rotation lorsqu'elle se déplace dans la direction de l'axe du rotor. Le rotor est pourvu d'une plaque, sensiblement transversale à l'axe du rotor et positionnée dans la partie du rotor opposée à l'orifice d'admission, cette plaque comportant au moins une ouverture proche de l'axe du rotor. Un compartiment à gaz est disposé à Proximité de la chambre du rotor, ce compartiment communiquant avec l'ouverture de la plaque du rotor et l'orifice d'évacuation du gaz. Selon un mode de réalisation avantageux du dispositif selon cette invention, ce dernier comprend des lames montées sur l'arbre du rotor et disposées dans le compartiment à gaz. Cette invention concerne également un procédé mettant en oeuvre le dispositif ci-dessus. Selon une caractéristique essen- tielle de ce procédé, la différence de pression existant entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie de la suspension de fibres est maintenue dans des limites prédéterminées, en assurant la régulation de l'évacuation du gaz du compartiment à gaz. Il est connu d'utiliser le mouvement rotatif des liquides pour effectuer la séparation des gaz. C'est ainsi que le brevet américain u0 5 597 904 décrit une pompe centrifuge qui comporte une conduite d'évacuation des gaz qui s'étend au travers du con- duit d'alimentation de la pompe dans l'orifice d'admission de la turbine. Cette turbine de pompe est pourvue d'ailettes de rotor qui s'étendent axialement le long d'une portion de la conduite d'évacuation des gaz au voisinage de son extrémité ouverte. La rotation des ailettes provoque la formation d'un noyau de gaz situé au centre, entouré par la pulpe, noyau gazeux à partir duquel le gaz est évacué par l'intermédiaire de la conduite d'éva- cuation reliée à une source de vide. Selon la présente invention, il n'existe pas de conduite d'évacuation de gaz provoquant des frottements nuisibles à l'écou- lement dans l'orifice d'admission de la pompe. Etant donné qu'il n'existe pas de conduite d'évacuation dans l'orifice d'admission du dispositif, cet orifice peut être connecté directement à une enceinte contenant la pulpe. On peut l'utiliser pour remplacer toute pompe de conception classique sans qu'il soit nécessaire de modifier les réseaux de conduites. Le brevet américain n0 3 323 465 décrit un système de con- mande et de contrôle pour une pompe comportant une conduite d'é- vacuation de gaz qui s'étend dans le noyau gazeux formé à l'admis- sion de la pompe, et une turbine dont les lames s'étendent dans l'ouverture d'admission de la pompe. On mesure la différence de pression entre le liquide présent à proximité des parois de l'orifice d'admission et le liquide présent plus près de l'axe central. La pression différentielle est contrôlée par une valve interposée dans la conduite d'évacuation de la pompe. le but du système de commande et de contrôle décrit dans ce brevet arméri- cain est d'assurer une hauteur d'aspiration positive nette suf- fisante afin d'être certain que la turbine reste remnlie de li- quide. Cependant, le débit varie et il ne peut pas Atre r'glé de façon à correspondre aux exigences du procédé. Le brevet suisse nO 571 655 décrit une pompe centrifuge qui comprend une turbine comportant une plaque postérieure à laquelle sont fixées un certain nombre de lames. Cette plaque postérieure comporte un certain nombre d'ouvertures proches de l'axe de la turbine, au travers desquelles sont amenés à passer le liquide et le gaz sous la forme de mousse ou d'écume. Cette mousse ou écume est divisée en liquide et en gaz sur la partie postérieure de la turbine et le gaz et le liquide ainsi séparés sont évacués séparément. La pompe cependant, ne peut pas être utilisée pour pomper une suspension de fibres présentant une consistance élevée, car de telles fibres forment des bouchons obturant l'orifice d'ad- mission de la pompe. Le brevet suédois 363 363 décrit un procédé de dégazage d'une suspension de fibres dans lequel est utilisée une pompe du type décrit dans le brevet américain n0 3 579 904. L'enceinte contenant le gaz, située près de l'orifice d'admission et la pom- pe communique avec une source de vide. Cette publication n'apporte pas non plus de moyens permet- tant de contrôler le vide en fonction de la pression d'admission de la pompe. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en'référence aux dessins annexés qui en illustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins: - la figure 1 est une coupe axiale d'un exemple de réalisa- tion d'un dispositif selon l'invention - la figure 2 est une coupe-selon A-A de la figure 1; - la figure 3 est une coupe selon B-B de la figure 1; - la figure 4 illustre un autre exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - - la figure 5 illustre un troisième exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention, et - les figures 6, 7 et 8 illustrent quelques modes de réalisa- tion de systèmes de commande et de contrôle selon cette in- vention. Le dispositif représenté sur les figures 1 à 3 comprend une enceinte 1 avec une chambre de rotor 2 et un compartiment à gaz 4 2479870 adjacent 3. Entre cette chambre 2 et le compartiment 3 est dis- posée une paroi de séparation 4, comportant une ouverture cen- trale 5 assurant la communication entre le compartiment 3 et la chambre 2. L'enceinte a comporte un orifice d'adraission 6, au travers duquel s'écoule la suspension de fibres vers la chambre du rotor, et un orifice d'évacuation 7. Le compartiment à gaz 3 est pourvu d'un orifice d'évacuation des gaz 8. La chambre 2 du rotor comporte un rotor 10 muni de lames 9. Le rotor 10 possède une partie interne tubulaire 11 sur laquelle sont fixées les lames, et des ouvertures 12. L'extrémité amont de la partie in- terne Il est obturée par un bouchon conique 13. A son autre ex- trémité, transversalement à l'axe du rotor, est prévue une plaque verticale 14 pourvue d'ouvertures 15. La plaque de rotor 14 est fixée à un arbre 17, par l'intermédiaire de moyens non représen- tés, cet arbre 17 tourillonnant dans un palier 16. Des lames 18, -fixées à l'arbre 17, sont disposées dans le compartiment à gaz. L'arbre 17 est entraîné en rotation par des moyens qui n'ont pas été représentés sur les dessins. Le dispositif peut être monté au fond d'un réservoir 19 contenant la pulpe de façon que le rotor 10 soit situé partiel- lement à l'intérieur du réservoir, comme on peut le voir sur la figure 1. Par suite de la rotation du rotor, la pulpe, situe à proximité de ce rotor, est fluidisée et elle s'écoule au travers de l'orifice d'admission 6, dans la chambre de rotor 2. A cet endroit, le rotor 10 entraînant la pulpe en rotation provoque la séparation de l'air et de la pulpe de manière à former un noyau d'air central entouré par de la pulpe. L'air peut être évacué au travers des ouvertures 12, 15 et 5, qui communiquent entre elles, vers le compartiment à gaz 3 et à partir de ce compartiment, l'air est évacué par l'intermédiaire de l'orifice d'évacuation 8. La pulpe, séparée de l'air est évacuée par l'orifice 7. Le but des lames 18, disposées dans le compartiment à gaz est de désintégrer et d'enlever la pulpe qui s'accumule dans cet espace pendant l'arrêt du dispositif. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, des lames 23 sont disposées sur le-côté postérieur de la plaque 14 du rotor 10. Le but des lames est de séparer l'air de la pulpe passant au travers des ouvertures 15 de la plaque 14. La pulpe ainsi séparée est évacuée par un passage formé par la plaque 14 et la naroi de séparation 4, de telle façon que l'air essentiellement exempt de pulpe s'écoule au travers de l'ouverture 5, dans le compartiment à gaz. La distance radiale des bords extérieurs 24 des lames 23, à l'axe central du rotor est de préférence plus im- portante que la distance séparant cet axe des bords extérieurs 26 des lames 9. Le diamètre du noyau d'air augmente ainsi avant l'ouverture 5 de la paroi 4 et on empche l'accès de la pulpe au compartiment à gaz. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 5, le rotor qui fluidise la pulpe et qui en élimine l'air, est dis- posé dans l'orifice d'admission 27 d'une pompe centrifuge, en amont de la turbine 28 et ce rotor est connecté à la pompe de façon à constituer un ensemble de rotor constitué d'une première partie 10 A, communiquant avec l'orifice d'admission 6, dans la- quelle la distance radiale des bords extérieurs 28 des lames 9 A à l'axe du rotor est petite, et d'une seconde partie 10 B com- muniquant avec l'orifice d'évacuation 7, dans laquelle la dis- tance radiale des bords extérieurs 29 des lames 9 B est impor- tante. Dans la première partie 10 A du rotor, la pulpe se déplace sensiblement axialement et dans l'autre partie 10 B, elle se déplace radialement par rapport à l'axe du rotor. La Demanderesse a découvert que la mesure de la différence de pression entre l'orifice d'admission de la suspension de fi- bre et l'évacuation de gaz affecte essentiellement le fonction- nement du dispositif. Une différence de pression trop petite se traduit par un noyau d'air si important qu'il perturbe le fonc- tionnement de la pompe. Par ailleurs, si la différence de pres- sion est trop importante, le noyau d'air devient si petit qu'il se produit une certaine évacuation de pulpe en même temps que d'air, au travers des ouvertures 12, 15 et 5. Lorsque le dis- positif est utilisé pour évacuer de la pulpe d'un réservoir, la pression d'admission de la pompe change lorsque change la hau- teur (niveau) de la surface de la pulpe. Afin de stabiliser la différence de pression entre la hauteur d'aspiration de la pom- pe et l'évacuation d'air, le dispositif selon cette invention est muni de système de contrôle de pression tel que représenté sur les figures 6 à 8. La valeur optimale de la différence de pression dans l'orifice d'évacuation d'air est fonction de la 6 2479870 consistance de la pulpe et de la température. On a découvert em- piriquement que cette pression devait être comprise entre O et 0,7 bar et de préférence entre 0,2 et 0,5 bar. Dans le système de contrôle représenté sur la figure 6, une pompe séparateur d'air 30, selon la figure 5, a été montée sur le fond d'un réservoir de pulpe. Ce système comporte, dans la conduite d'évacuation fixée à l'orifice d'évacuation, un débit mètre 31 et une vanne de com:mande 32, afin d'assurer le contrôle du débit de la pompe. La différence de pression (DP) entre l'ori- fice d'admission et l'orifice d'évacuation de la pompe (hauteur d'aspiration de la pompe), est mesurée par un manomètre différen- tiel 33. Un réservoir d'air ou une partie en prolongation 35, une pompe à vide 36 et une valve de commande sont disposés dans la conduite d'évacuation 34, reliée à l'évacuation de gaz du dis- positif. Le différence de oression (DPC) dans l'orifice d'éva- cuation d'air est mesurée et contrôlée par un système de contrôle 38 relié à l'admission de la pompe, au réservoir d'air et au ma- nomètre différentiel 33. Le contrôle de la différence de ores- sion dans l'orifice d'évacuation d'air commande et contrôle les dimensions du noyau d'air dans l'orifice d'admission, par l'in- termédiaire de la vanne de commande 37, de façon à respecter la valeur de consigne de la hauteur d'aspiration de la pompe. Le système comprend également une conduite d'eau 39 reliée au com- partiment à gaz pour réaliser le lavage et une conduite d'air comprimé 40, permettant de délivrer de l'air, dont la pression et la quantité sont régulières, afin de faire rapidement changer la valeur de la différence de pression lors du démarrage de l'installation et en cas de nécessité. La figure 7 représente un système de commande légèrement plus simple que celui représenté sur la figure 6 étant donné qu'on y élimine le contrôle de la différence de pression. Dans ce système, la différence de pression entre les orifices d'ad- mission et l'évacuation de la pompe est mesurée et contrôlée par un système de contrôle 41, relié à la valve de commande 37 de l'évacuation d'air. Le système fonctionne également bien. le pré-réglage du système de vide est cependant légèrement nlus compliqué et le démarrage de l'installation est plus sujet i des défauts de fonctionnement que le système repr6senté sur la fi- gure 6, qui est donc meilleur mais plus coûteux. 7 2479870 La figure 8 illustre un autre système qui convient à une utilisation dans le cas o la pression d'admission de la pompe est constante. Dans l'exemple de réalisation représenté sur le dessin, le niVeatt de la surface de la pulpe dans la tour est maintenue constant à l'aide d'un dispositif de détection de ni- veau 42, relié à la tour et à une vanne de commande 43, reliée à la conduite d'évacuation de la pompe. La pression dans cette conduite d'évacuation est mesurée par un manomètre 44 et elle est contr8lée par la vanne 37. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limi- tée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés mais qu'elle en englobe toutes les variantes. 8 2479870 REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour séparer-un gaz d'une suspension de fibres de consistance élevée qui comprend une enceinte (1) com- portant une chambre de rotor (2) munie d'un orifice d'admission (6) et d'un orifice d'évacuation (7) pour la suspension de fibres et, une évacuation (8) pour le gaz, ce dispositif étant caracté- risé en ce qu'il comprend un rotor (10) disposé dans ladite chambre, ce rotor, ouvert au centre et monté sur un arbre (16), étant muni de lames qui comportent des portions conçues de façon à entraîner en rotation la suspension de fibres, en ce que ledit rotor comporte une plaque (14) disposée sensiblement transversa- lement au rotor, à l'opposé de l'orifice d'admission (6), ladite plaque comportant au moins une ouverture (15) proche de l'axe central du rotor et, en ce qu'on prévoit un compartiment à gaz (3), disposé près de la chambre du rotor et qui communique avec ladite ouverture (15) et ladite évacuation de gaz (8). 2.- Dispositif selon la-revendication 2, caractérisée en ce que ladite plaque (14) est pourvue de lames (23) sur son bord postérieur. -3.Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la distance radiale séparant les bords extérieurs (25) des lames (25) disposées sur le bord postérieur de la plaque, de l'axe central du rotor est supérieure à la distance radiale sépa- rant ce même axe des bords extérieurs (26) des lames (9). 4.- Dispositif selon la revendication-1, caractérisé en ce que lesdites lames (18), montées sur ledit arbre de rotor (17) sont disposées dans le compartiment à gaz (3). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance radia7le de l'axe du rotor par rapport aux bords extérieurs (28) des lames (9A) dudit rotor qui sont disposées dans une première partie de la chambre de rotor, communiquant avec ledit orifice d'admission (6), est inférieur à la distance radiale séparant l'axe central du rotor des bords extérieurs (29) des lames (9B) dutit rotor, qui sont disposées dans une seconde partie de la chambre de rotor qui communique avec ledit orifice d'évacuation (7). 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que son rotor-(10-10A>elié à l'ori- fice de sortie du réservoir de pulpe (19) s'étend dans ledit 9 2479870 réservoir. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arbre (17) du rotor(10-IOlèest vertical. 8.- Procédé de séparation d'un gaz d'une suspension de fi- bres selon lequel on entraîne en rotation la suspension de fibres dans un dispositif comprenant un orifice d'admission et un ori- fice d'évacuation pour la suspension ainsi qu'un orifice d'éva- cuation pour le gaz, afin de former un noyau de gaz, entouré par la suspension de fibres, le gaz étant évacué à partir de ce noyau gazeux dans un compartiment à gaz communiquant avec l'évacuation de gaz, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on maintient une différence voulue de pression entre l'orifice d'admission et l'ori- fice d'évacuation de la suspension de fibres, en contrôlant l'éva- cuation du gaz à partir du compartiment à gaz à l'aide d'une valve disposée dans la conduite d'évacuation de gaz. 9.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la différence recherchée de pression entre l'orifice d'admission et l'orifice de sortie de suspension de fibres est maintenue à la valeur voulue en contr8lant la différence de pression entre l'admission de la suspension de fibres et l'orifice d'évacuation de gaz, par l'intermédiaire d'une valve disposée dans la conduite e d'évacuation de gaz. 10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la différence de pression entre l'orifice d'admission et l'ori- fice d'évacuation de la suspension de fibres est comprise entre 0 et 0,7 bar et de préférence entre 0,2 et 0,5 bar.