Brevet FR2474551A1 — publié le 19810731

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour réaliser la séparation de la vapeur d'un matériau contenant de la lignocellulose, qui a été traitée sous pression dans une raffineuse, afin de récupérer et d'utiliser la chaleur contenue dans la vapeur, par exemple pour obtenir de l'eau chau- de. Lors de la fabrication de pulpe ou pâte de fibres, obtenue par raffinage mécanique ou thermo-mécanique, on délivre une telle quantité d'énergie au matériau contenant de la lignocellulose, lorsqu'il est en cours de traitement dans la raffineuse, que l'humidité accompagnant le matériau s'évapore rapidement, en raison des températures engendrées par les frottements et qui excèdent 1000C. Il en résulte que la mise en oeuvre du procédé dégage de la chaleur, en quantités intéressantes, qui doit être évacuée car sans celà cette chaleur pourrait entraîner des per- turbations dans l'écoulement du matériau entre les disques de la raffineuse. Un problème qui se pose lors de la séparation de la vapeur réside en ce que le matériau traité est généralement déchargé vers un dispositif, qui fonctionne à une pression inférieure à celle qui prévaut dans la raffineuse. Il en résulte que la va- peur peut s'échapper et être ainsi perdue. Un autre problème est celui de réaliser une séparation de la vapeur suffisamment efficace pour que la teneur en fibres restantes soit faible, étant donné que les fibres s'échappant avec la vapeur peuvent précipiter par exemple, sur les surfaces d'un échangeur thermi- que et donc nuire au transfert tNermique. On a essayé de pallier les inconvénients mentionnés ci- dessus en insufflant la vapeur et le matériau de fibres vers un cyclone étanche à la pression, dans lequel le matériau est séparé de façon connue et déchargé par une pompe à pulpe ou pâte épaisse, une cellule d'alimentation ou tout moyen similaire, au travers de la partie inférieure du cyclone pendant que la vapeur est évacuée par le sommet du cyclone. Ce système présente l'inconvénient selon lequel une grande partie de la vapeur est utilisée pour transporter le matériau vers le cyclone et pour le fonctionnement du cyclone et que les dépenses d'investisse- ment et de fonctionnement sont élevées. A titre d'exemple on peut indiquer que pour une surpression de l'ordre de 1,5 bars dans la raffineuse, la vapeur obtenue à partir du cyclone présente généralement une surpression de 0,75 bar seulement. Il en résulte une diminution substantielle de la teneur calorifique. La Demanderesse a découvert avec surprise qu'un cyclone peut être remplacé par un système selon cette invention qui com- prend une chambre d'alimentation dans laquelle se déposent les fibres. En conséquence cette invention est relative à un procédé pour séparer la vapeur d'un matériau contenant de la cellulose qui consiste à raffiner le matériau sous pression dans une raf- fineuse et à évacuer le matériau raffiné au travers d'une chambre d'évacuation de façon que la pression de raffinage soit mainte- nue dans la chambre en prévoyant que la matériau de raffinage est évacué de ladite chambre sous la forme d'un bouchon ou d'un tampon de matériau étanche ou sensiblement étanche au gaz, le procédé étant caractérisé en ce que la vapeur est déviée latéra- lement du matériau raffiné lorsque le matériau s'écoule vers le bas au travers de l'ouverture d'admission de la chambre, en ce que la vapeur est évacuée au travers de ladite chambre selon une vitesse d'écoulement suffisamment faible pour que la maté- riau se sépare de la vapeur par sédimentation et, en ce que le matériau est ensuite évacué de ladite chambre. Cette invention a également pour objet un dispositif pour séparer la vapeur d'un matériau contenant de la cellulose, qui a été traité dans une raffineuse, qui comprend une ouverture d'admission conçue de façon à pouvoir être connectée à une ouverture d'évacuation d'un carter de la raffineuse contenant les disques de raffinage et qui comporte unt-chambre d'évacuation munie d'ouvertures d'admission et d'évacuation et de moyens transporteurs pour délivrer le matériau à un poste de traitement ultérieur, la chambre d'évacuation et les moyens transporteurs étant conçus et réalisés de manière qu'un tampon ou bouchon étanche ou sensiblement étanche au gaz se forme dans l'ouver- ture d'évacuation de la chambre, ce dispositif étant caractérisé en ce que les moyens transporteurs comprennent au moins-une vis transporteuse qui présente une partie filetée partiellement ou- verte dans la partie de la chambre qui est située en-dessous de l'ouverture d'admission, de manière à permettre le passage du matériau axialement au travers de la vis et un écoulement axial de la vapeur et, en ce que l'on prévoit au moins une enceinte pour recueillir et évacuer la vapeur dans la chambre vers le côté de l'ouveiture d'admission et audessus de la partie filetée partiellement ouverte de la vis transporteuse. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence au dessin annexé qui en illustre un mode de réalisation donné à titre d'exemple dépourvu de tout caractère limitatif. Sur le dessin: - la figure 1 représente de façon schématique un dispositif selon cette invention et - la figure 2 est une coupe selon II-II de la figure 1. Un carter de raffineuse 1 comporte une paire de disque de raffinage 2, contra-rotatif de préférence. L'organe d'obturation (couvercle) de la raffineuse est relié de façon étanche à la pression, à une entretoise 3 sur une chambre d'évacuation, qui comprend une auge supérieure 4 protégée de l'atmosphère ambiante par un bottier et des parois d'extrémité 5. A chaque extrémité de l'auge 4 est prévu un espace 6 muni d'un orifice de sortie 7. A l'intérieur de l'auge 4, une vis transporteuse supérieure 9 à pas à gauche et pas à droite, est montée sur un arbre 8, de façon à faire avancer le matériau dans la direction axiale, vers le centre de l'auge 4, de préférence vers un emplacement situé en-dessous des disques 2. Un orifice de sortie 10 est prévu à cet endroit, au fond de l'auge 4, cet orifice reliant l'auge à une autre partie de la chambre d'évacuation, c'est-à- dire une auge inférieure de préférence transversale 11, qui contient une vis transporteuse 13, montée sur un arbre 12. Cette auge inférieure 11 est également isolée par rapport à 1'amos- phère ambiante et elle est obturée à une extrémité par une paroi d'extrémité 14 et à son autre extrémité par un bouchon ou tam- pon de matériau 15 placé dans une ouverture d'évacuation 16. Le r8le de ce tampon sera expliqué ci-après lorsqu'on décrira le mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention. La vis transporteuse supérieure 9 est conçue et réalisée à partir d'une spire d'acier laminé à froid, qui laisse un es- pace libre pour que le gaz (la vapeur) puisse s'échapper axiale- ment entre la spire et l'arbre 8, alors que la vis transpor- teuse inférieure 13 comporte une spire ininterrompue, qui s'étend vers le bas vers l'arbre 12, au moins dans la partie située le 2474551, plus près de l'ouverture d'évacuation 16 de l'auge 11, afin de r valiser une alimentation forcée du matériau vers ladite ouver- ture. Les arbres des vis transporteuses sont maintenus dans des paliers 17, 18 et 19,20 respectivement et ils sont entraînés par des moyens moteurs (non représentés). A titre d'exemple de vitesse de rotation appropriée pour la vis 9 on peut indiquer 5 à 50 tours par minute et pour la vis 13, 50 à 200 tours/minute. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. Le matériau raffiné entre les disques 2 est amené à passer avec la vapeurformée, vers la partie centrale de l'auge 4. A cet endroit, le matériau est recueilli par la vis transporteuse 9 selon la direction des flèches 21, vers l'ouverture de sortie , et il s'écoule vers le bas dans l'augeinférieure 11. La vapeur s'échappe dans la direction des flèches, vers les encein- tes 6 et elle est évacuée de ces enceintes au travers des ori- fices d'évacuation 7, par exemple vers une installation pour chauffer de l'eau à une température appropriée. Etant donné que l'auge 4 et les enceintes 6 ont des dimensions qui sont choisies de façon à obtenir une faible vitesse d'écoulement, de l'ordre de 0-5 à 15 m/sec, ou de 1 à 5 m/sec et de préférence de 1,5 à 2,5 m/sec, la petite quantité de matériau qui s'échappe avec la vapeur se dépose/si bien que l'on obtient de la vapeur sensi- blement exempte de fibres, cette vapeur étant ensuite évacuée à partir des orifices de sortie 7. Lors du fonctionnement du moulin à pulpe, on a mesuré des valeurs de teneur en fibres aussi basses que 50 mg de fibres par kg de vapeur. La chute de pression sur le trajet vers les orifices de sortie était presque nulle ce qui implique qu'une proportion de l'ordre de 75% à 85% de l'énergie délivrée à la raffineuse, peut être récupérée. Les seules pertes correspondent à la quantité de chaleur qui accom- pagne inévitablement le matériau chauffé. La pression régnant dans les auges 4 et il est sensiblement la même que celle qui existe dans le carter de la raffineuse, c'est-à-dire d'environ 0,1 à 6,0 bars et de préférence de l'or- dre de 0,5 à 4,5 bars. Généralement cette pression présente une valeur de 2 bars. La pression est maintenue étant donné que l'orifice de sortie 16 de l'auge Il est rendu étanche par un tampon 15 de matériau étanche ou sensiblement étanche au gaz, 2474551 a dans lequel le matériau, lors de la rotation de la vis trans- porteuse 13 est continuellement expulsé au travers de l'orifice de sortie 16. On a découvert qu'il était possible de maintenir un tel tampon de matériau effectivement étanche malgré la pres- sion inférieure régnant à l'extérieur de l'orifice de sortie 16. On peut envisager un grand nombre de variantes de cette invention, sans sortir de son cadre. Par exemple, il est possi- ble de supprimer la vis transporteuse 9 avec l'auge 4 et de re-- lier l'organe d'obturation (couvercle) étanche à la pression, directement à l'auge 11,en évacuant la vapeur par l'intermédi- aire d'une enceinte en communication avec un trou d'homme 23. Dans une telle variante, la partie de la vis transporteuse 13 qui est située en dessous du couvercle de la raffineuse et la partie qui détend à partir du couvercle vers la paroi d'extrémi- té 14 de l'auge 1l, sont réalisées sous la forme d'une spire ou bobine d'acier laminé à froid, similaire à la vis transporteuse 9 décrite ci-dessus, afin de permettre une évacuation de la va- peur. Pour pouvoir obtenir la faible vitesse d'écoulement de la vapeur, on doit augmenter le diamètre et si possible la longueur de la vis transporteuse 13, par rapport aux valeurs nécessaires au mode de réalisation comprenant les deux vis transporteuse, décrit ci-dessus. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas li- mitée aux exemples de réalisation décrits et représentés ici mais qu'elle en englobe toutes les variantes. En particulier, les vis transporteuses peuvent être au nombre de trois ou plus. Dans le mode d'exécution comprenant deux vis transporteuses, il n'est pas nécessaire que les vis fassent un certain angle l'une par rapport à l'autre, par exemple un angle droit comme repré- senté sur les figures 1 et 4, mais elles peuvent être parallèles. 2474551, REVENDICATIONS 1.- Procédé pour séparer la vapeur d'un matériau contenant de la cellulose qui consiste à raffiner le matériau sous pression dans une raffineuse et à évacuer le matériau raffiné au travers d'une chambre d'évacuation de façon que la pression de raffinage soit maintenue dans la chambre en prévoyant que le matériau de raffinage est évacué de ladite chambre sous la forme d'un bou- chon ou d'un tampon de matériau étanche ou sensiblement étanche au gaz, le procédé étant caractérisé en ce que la vapeur est déviée latéralement du matériau raffiné lorsque le matériau s'écoule vers le bas au travers de l'ouverture d'admission de la chambre, en ce que la vapeur est évacuée au travers de ladite chambre selon une vitesse d'écoulement suffisamment faible pour que'le matériau se sépare de la vapeur par sédimentation et, en ce que le matériau est ensuite évacué de ladite chambre. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement de la vapeur dans la chambre est de l'ordre de 0,5 à 15 m/sec, de préférence d'environ 1 à 5 m/sec et mieux de 1,5 à 2,5 m/sec. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caracté- risé en ce que le matériau s'écoule vers le bas dans la chambre, contre la partie de la chambre o est formé ledit bouchon ou tampon de matériau et, en ce que la vapeur est déviée selon deux directions opposées. 4.- Dispositif pour séparer la vapeur d'un matériau conte- nant de la cellulose, qui a été traité dans une raffineuse, qui comprend une ouverture d'admission (3) conçue de façon à pouvoir être connectée à une ouverture d'évacuation d'un carter de la raffineuse (1) contenant les disque.s de raffinage (2) et qui comporte une chambre d'évacuation munie d'ouvertures d'admission et d'évacuation (3 - 16) et de moyens transporteurs pour déli- vrer le matériau à un poste de traitement ultérieur, la chambre d'évacuation et les moyens transporteurs étant conçus et réalisés de manière qu'un tampon ou bouchon (15) étanche ou sensiblement étanche au gaz se forme dans l'ouverture d'évacuation (16) de la chambre, ce dispositif étant caractérisé en ce que les moyens transporteurs comprennent au moins une vis transporteuse (9, 13) qui présente une partie filetée partiellement ouverte dans la partie (4) de la chambre qui est située en-dessous de l'ouverture 7. 2474551 . d'admission (3), de manière à permettre le passage du matériau axialement au travers de la vis et un écoulement axial de la vapeur et, en ce que l'on prévoit au moins une enceinte (6) pour recueillir et évacuer la vapeur dans la chambre vers le côté de l'ouverture d'admission (3) et audessus de la partie filetée partiellement ouverte de la vis transporteuse. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la chambre est constituée d'une auge supérieure (4) pourvue d'une vis supérieure (9) et d'une auge inférieure (11) munie d'une vis inférieure (13), en ce que l'ouverture d'admission (3) est disposée dans l'auge supérieure (4), en ce que la vis supé- rieure (9) comporte une partie filetée partiellement ouverte, en ce que la vis inférieure (13) est conçue et réalisée de ma- nière à permettre la formation du tampon de matériau (15) et en ce que les auges supérieure et inférieure (4 - 11) communiquent entre elles par l'intermédiaire d'une ouverture (10) située sensiblement immédiatement en dessous de l'ouverture d'admis- sion (3). 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'auge supérieure (4) s'étend horizontalement dans deux directions opposées à partir de l'ouverture d'admission (3), en ce que l'on ménage une enceinte (6) à chaque extrémité de ladite auge supérieure et en ce que la vis supérieure (9) est conçue de manière à délivrer le matériau vers l'intérieur vers l'ouver- ture (10) faisant communiquer les deux auges (4, 11). 7.- Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, ca- ractérisé en ce que la vis supérieure (9) présente un diamètre sensiblement plus grand que celui de la vis inférieure (13). 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les deux vis (9, 13) sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre.