Brevet FR2478154A1 — publié le 19810918

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour mélanger un liquide ou un gaz de traitement à une suspension de pulpe ou pâte à papier. On sait que les opérations de mélange et en particulier celles qui consistent à effectuer des additions de produits chi- miques constituent un problème majeur dans toute l'industrie de traitement de la cellulose. Un bon mélange des produits chimiques de blanchiment permet d'obtenir un blanchiment homogène ainsi qu'une bonne utilisation des produits chimiques à la température de réaction la plus basse requise et un temps de réaction le plus court. Le problème du mélangeage qui dans l'industrie de la cellu- lose, apparaît jusqu'à présent comme le plus difficile à résou- dre pour obtenir un résultat appréciable, découle du dosage des produits chimiques mélangés dans les suspensions de pulpe à une concentration de pulpe moyenne ou concentration de filtrage (5 à 20%o). Les additions d'agents chimiques mélangés aux suspensions de pulpe à faible concentration (en dessous de 5%, par exemple une chloruration classique) et d'agents chimiques de blanchiment à l'état gazeux à haute concentration (au dessus de 200/o, blan- ch ment en phase gazeuse), constituent cependant des méthodes connut et éprouvas, qui n'ont pas donné lieu à des problèmes particuliers. Cependant un problème qui se pose dans les opérations de mélange pour des faibles concentrations de pulpe résulte de l'u- tilisation de grands volumes liquides qui exigent d'importantes énergies de pompage et entraTnent d'importantes quantités d'émis- sion d'énergie à partir des installations de blanchiment corres- pondantes. Par ailleurs, le fait de travailler avec des concentrations élevées de pâte (supérieures à 20î), implique la nécessité de disposer d'équipements exclusifs de déshydratation à taux élevé et entraîne également, pour des motifs naturels, l'utilisation d'agents chimiques de blanchiment, qui se présentent à l'état gazeux lors du traitement. Le traitement de blanchiment en phase gazeuse pour des concentrations de pulpe élevées (supérieures à 20%) a été et est toujours mis en oeuvre àéchelle technique pour effectuer 2478 1 5-4 des blanchiments à l'aide de matières chimiques gazeuses telles que notamment de l'oxygène, de l'ozone, du chlore, de l'ammoniac et du bioxyde de chlore. Cette invention a pour objet un procédé et un dispositif pour mélanger de façon homogène et efficace des agents gazeux et liquides dans une suspeneion de pàte ou pulpe à concentration moyenne (5 à 20h). Le procédé de réalisation du mélange peut être décrit comme constituant un mélange intensif avec une admission momentanée des agents chimiques dans la suspension de pulpe. Par admission momentanée, on entend indiquer dans le présent contexte que le dispositif de mélange (mélangeur) ne comporte pas de temps de retenue et que les agents chimiques et la suspension de pulpe sont continuellement et simultanément ajoutés dans le mélangeur. En d'autres termes, le mélangeur ne comporte pas de disposition pour compenser les effets résultants par exemple des variations plus rapides de concentrations, comme c'est souvent le cas avec les mélangeurs classiques à faible concentration. Cette invention est basée sur le fait que, pour obtenir un bon mélange d'un agent chimique liquide ou gazeux, tel que l'oxygène, le chlore gazeux, le bioxyde de chlore en solution ou un mélange de chlore ou de bioxyde de chlore, dans de la suspension de pulpe, la première exigence est que les fibres de la suspension soient bien dégagées afin qu'ensuite les agents chimiques puissent être ajoutés à ces fibres de la façon la plus homogène possible. En conséquence cette invention concerne un procédé pour admettre et mélanger en continu des milieux de traitement à leétat liquide et/ou gazeux, dans une suspension de pulpe ou de pAte à papier, caractérisé en ce que cette suspension est délivrée par l'intermédiaire d'un orifice d'admission vers le centre d'un rotor cylindrique ayant une surface frontale plane, le milieu de traitement étant délivré vers l'orifice d'introduction de la pulpe, en ce que la pulpe et le milieu de traitement commencent par s'écouler vers l'extérieur le long de la surface plane du rotor et ensuite sensiblement axialement sous la forme d'au moins une couche mince au travers d'un intervalle annulaire et en ce qu'on crée une turbulence dans la suspension lorsque la direction de l'écoulement est modifiée d'un sens d'écoulement vers l'exté- rieur, vers un écoulement sensiblement axial. L'invention vise en outre un dispositif pour admettre et 2 2478154 mélanger en continu des milieux de traitement à l'état gazeux et/ou liquide dans une suspension de pulpe, qui comprend une enceinte munie d'un orifice d'admission-et d'un orifice d'évacua- tion pour la pulpe et un orifice d'admission pour le milieu de traitement, ce dispositif étant caractérisé en ce que ladite enceinte comprend un rotor cylindrique ayant une surface fron- tale plane et un stator, ces deux éléments délimitant entre eux au moins un intervalle annulaire s'étendant sensiblement axiale- ment, en ce que l'orifice d'admission de la pulpe débouche au centre de la surface frontale plane du rotor, en ce que l'ori- fice d'admission pour le milieu de traitement débouche dans l'orifice d'admission de la pulpe, en ce qu'on prévoit des élé- ments à la périphérie du rotor, immédiatement avant ledit inter- valle pour réaliser la turbulence dans la suspension et, en ce que l'orifice d'évacuation est positionné à la périphérie de ladite enceinte, sur l'autre côté de l'intervalle. 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 réalisa- tion dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins - la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif selon cette invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1; - les figures 3 et 4 illustrent des variantes de structure de détails du dispositif selon l'invention; - les figures 5 et 6 sont des coupes respectivement selon VV et VI-VI de la figure 3 et de la figure 4; - la figure 7 illustre un autre exemple de réalisation d'élé- ments du dispositif et - la figure 8 est une coupe selon VIII-VIII de la figure 7. Le dispositif représenté sur la figure 1 se compose d'une enceinte ou carter 1, dans laquelle est monté un rotor cylin- drique 2 supporté à rotation dans un palier 3 et qui est entraî- né par un moteur (non représenté). L'orifice d'admission 4 au mélangeur est positionné centralement par rapport au rotor cy- lindrique cependant que l'orifice d'évacuation 5 est placé tan- gentiellement sur l'enceinte cylindrique 1. Un orifice d'admis- sion 6 pour les additions de produits chimiques est situé symé- triquement dans l'orifice d'admission 4 et il débouche au centre 2 2478154 du rotor 7. Lorsque le diamètre du rotor 2 est grand Dar rapport au diamètre de l'orifice d'admission 4, on est certain que l'ad- mission O débauche dans l'orifice 4 mais pas nécessairement dans le centre du rotor 7. Entre le rotor cylindrique 2 et une bague stator 8 fixée dans l'enceinte, il existe un intervalle circu- laire . Au lieu d'être délimité vers l'extérieur, par une bague stator spéciale, cet intervalle 9 peut être délimité vers l'ex- térieur, par une partie de l'enceinte 1 proprement dite. La hau- teur (h) de l'intervalle doit être de 1 à 30 mm, de façon appro- priée 2 à 10 mm et de préférence 3 à 5 mm. La longueur (1) dudit intervalle doit être choisie de façon à obtenir un mélange effi- cace dans l'intervalle. La longueur (1) doit donc excéder plu- sieurs fois la hauteur (h), par exemple 3 à 25 fois, de façon appropriée 5 à 20 fois et de préférence 10 à 15 fois. Plus loin sur la périphérie du rotor, sont positionnés un certain nombre de doigts de nettoyage 10. Une enceinte spéciale 11, au fond du logement 1, fait office de capteur de déchets. A la place des doigts de nettoyage 10, on peut prévoir d'autres moyens, tels que par exemple des parties en saillie semi-sphériques, ou simi- laires, placées à la périphérie du rotor 2 pour obtenir la tur- bulence de la suspension. Le fonctionnement du dispositif ainsi décrit est le suivant La pulpe selon une concentration pouvant aller jusqu'à un maximum de 2î,b est délivrée de façon continue dans le mélangeur par l'intermédiaire de l'orifice d'admission 4. En raison de la rotation du rotor cylindrique 2, il se crée un champ de cisail- lement entre le rotor et la pulpe, ce champ étant capable de faire subir à la pulpe une certaine chute de pression afin qu'elle puisse passer dans l'intervalle relativement étroit 9, entre le rotor cylindrique 2 et le stator 8. Sous l'action du champ de cisaillement intensif à la fois à l'entrée dudit intervalle et dans ce dernier, les fibres sont dégagées et mises à nu de façon très efficace. Après son passage au travers de l'intervalle 9 comme indiqué ci-dessus, la pulpe est évacuée du mélangeur par l'orifice de sortie 5 sous l'effet de la pression. De la façon continue selon laquelle la pulpe est délivrée dans le mélangeur, le ou les agents chimiques devant être mélan- 6, gés à la suspension sont amenés par l'orifice d'admission/prevu pour l'introduction des matières chimiques. En raison du change 2478154 ment des matériaux chimiques au centre du rotor 2 tournant rapi- dement (500 à 1500 t/min, de préférence 750 tours par minute), on obtient une distribution uniforme et homogène des agents chi- miques ajoutés, radialement à l'extérieur, le long de la surface cylindrique plane vers le bord externe et l'intervalle. Les agents chimiques ajoutés sont distribués autour de l'intervalle 9 et chaque "couche de pulpe" appliquée au travers dudit intervalle reçoit une dose de quantités égales et précises d'addition chi- miques. Le fait d'effectuer les additions de produits chimiques au centre du rotor rotatif, comme représenté sur la figure 1, ap- porte en outre l'avantage, venant s'ajouter à celui d'obtenir une distribution chimique uniforme vers la suspension dans ledit intervalle, que l'on réalise une diminution substantielle de l'effort de cisaillement entre le c8té frontal libre en rotation du rotor 2 et la suspension de pulpe, en raison de la présence de la couche de produits chimiques formée très près de la sur- face du rotor. Ce phénomène est particulièrement remarquable lorsqu'on utilise des agents chimiques gazeux du type chlore ou oxygène gazeux. Etant donné que, de cette façon, on réduit éga- lement les frottements entre la suspension et le rotor 2, il devient aussi possible d'utiliser une plus grande partie de la charge d'énergie pour le travail utile de mélange, à l'entrée de l'intervalle 9 et dans ce dernier. Les doigts de nettoyage 10 décrits ci-dessus, outre leur r8le d'éjecteurs de déchets, vers le réceptacle 11, servent également à mettre à nu les fibres et de moyens de malaxage lorsque la pulpe et les agents chimiques pénètrent dans l'inter- valle. Afin d'améliorer l'opération de mélange dans l'intervalle 9 pour de grandes valeurs de la hauteur h de cet intervalle, par exemple de l'ordre de 5nm, on a fait des essais avec de bons résultats, en utilisant un certain nombre d'éléments de formation de turbulence sur le rotor 2 et respectivement sur le stator 8, comme on l'a représenté sur les figures 3 à 6. Le but était d'augmenter la "rotation" de l'énergie dans l'inter- valle 9, c'est-à-dire le transfert de l'énergie du rotor 2 au travers de la couche de pulpe, vers le stator 8, afin d'augmen- ter la capacité de malaxage. Lesdits éléments de formation de 6 2478154 turbulence peuvent, par exemple, présenter la forme de broches 12 ou de bandes 13, s'étendant tout autour du rotor, et respec- tivement du stator. Les broches 12, qui peuvent bien entendu présenter une autre forme que celle illustrée sur le dessin, par exemple une forme semi-sphérique, peuvent être prévues sur le rotor 2 ou sur le stator 8, ou sur les deux éléments. Dans ce dernier cas, elles doivent s'étendre au-delà de ces deux éléments. Les bandes 13 s'étendant tout autour du rotor ou du stator peuvent être au nombre d'une ou de plusieurs et elles peuvent être positiohnées à la fois sur le rotor 2 et sur le stator 8. De préférence, elles s'étendent dans l'intervalle 9 assez loin pour que leurs broches soient situées sensiblement sur le même diamètre. Une façon d'augmenter la capacité du mélangeur décrit ci- dessus consiste à concevoir et réaliser le rotor et le stator de telle manière que plusieurs intervalles soient formés comme on l'a représenté sur les figures 7 et 8. Le nombre d'intervalles peut être de trois à sept, de façon appropriée de trois à cinq et de préférence trois. De cette façon, la zone ouverte et par conséquent la capacité du malaxeur, a été augmentée en mainte- nant la hauteur de l'intervalle. Afin de permettre la distribu- tion des produits ou agents chimiques,(qui se présentent à l'état gazeux ou liquide) qui sont chargés au centre du rotor, unifor- mément sur plusieurs intervalles situés concentriquement les uns à l'extérieur des autres, on prévoit un certain nombre de "rayons" 14, sur le rotor en regard des intervalles, ces rayons 14 outre leur rôle d'ejecteurs de déchets et de mise à nu des fibres, servant à réaliser des turbulences et à assurer la dis- tribution des agents chimiques, uniformément sur les différents intervalles. Le coté frontal du rotor 2 peut être plan ou effilé, son extrémité pointue faisant face à l'entrée de l'orifice 4, ou s'étendant à partir de cet orifice. La partie postérieure du rotor 2 peut être lisse ou munie de nervures, de saillies ou similaires afin d'empocher la stagnation de la suspension der- rière le rotor. Pour obtenir un mélange optimal dans toutes les circons- tances, on a découvert que le rapport entre la longueur de l'in- tervalle 1, la hauteur h de cet intervalle et le diamètre du rotor devait être déterminé pour chaque vitesse de rotor et pour chaque niveau de production dans le mélangeur. A titre d'exemple on peut mentionner que pour trois inter- valles circulaires avec h = 4 mm, 1 = 50 mm et un diamètre de rotor de 500 mm, on a mesuré une capacité de 450 t par 24 heures, pour une concentration de pâte ou pulpe de 8 à-12%. La vitesse du rotor était de 750 tours/minute. Les essais et contrôles d'éva- cuation du mélangeur ont été effectués sur une installation pi- lote pour une délignification à l'oxygène et une concentration de pulpe moyenne (5 à 2Ỳ/o) plus particulièrement 10% environ. Lors de l'évaluation du mélangeur, on a comparé la cinétique de la réaction pour la délignification à l'oxygène gazeux à une concentration en pulpe moyenne à la cinétique de la réaction pour une délignification à l'oxygène gazeux à une concentration de l'ordre de 30% en pulpe.Grâce au malaxeur selon la présente in- vention, on a obtenu des résultats étonnamment bons. Le résultat du blanchiment obtenu à l'aide de ce mélangeur était bon à tous les égards pour une délignification à l'oxygène gazeux à une concentration en pulpe de 30% (blanchiment en phase gazeuse). Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limi- tée aux divers exemples de réalisation ou de mise en oeuvre dé- crits ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS i.- Procédé pour admettre et mélanger en continu des milieux de traitement a-l'état liquide et/ou gazeux, dans une suspension de pulpe ou de pâte à papier, caractérisé en ce que cette sus- Dension est délivrée par l'intermédiaire d'un orifice d'admis- sion (4) vers le centre d'un rotor cylindrique (2) ayant une surface frontale plane, le milieu de traitement étant délivré vers l'orifice d'introduction de la pulpe (4), en ce que la pulpe et le milieu de traitement commencent par s'écouler vers l'extérieur le long de la surface plane du rotor et ensuite sen- siblement axialement sous la forme d'au moins une couche mince au travers d'un intervalle annulaire (9) et en ce qu'on crée une turbulence dans la suspension lorsque la direction de l'écou- lement est modifiée d'un sens d'écoulement vers l'extérieur, vers un écoulement sensiblement axial. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu de traitement est délivré vers l'orifice d'admission de pulpe (4) au centre du rotor (2). 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que la turbulence créée dans la suspension de pulpe s'exerce également dans la couche de pulpe dans ledit intervalle (9). 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la concentration de la suspension de pulpe est de l'ordre de 5 à 20%. 5.- Dispositif pour admettre et mélanger en continu des milieux de traitement à l'état gazeux et/ou liquide dans une suspension de pulpe, qui comprend une enceinte (1) munie d'un orifice d'admission (4) et d'un orifice d'évacuation (5) pour la pulpe et un orifice d'admission (6) pour le milieu de trai- tement, ce dispositif étant caractérisé en ce que ladite enceinte comprend un rotor cylindrique (2) ayant une surface frontale plane et un stator (8), ces deux éléments délimitant entre eux au moins un intervalle annulaire (5) s'étendant sensiblement axialement, en ce que l'orifice d'admission de la pulpe (4) débouche au centre de la surface frontale plane du rotor (2), en ce que l'orifice d'admission (6) pour le milieu de traitement débouche dans l'orifice d'admission de la pulpe (4), en ce qu'il prévoit des éléments (10, 14), à la périphérie du rotor (2), 2478 15 4 immédiatement avant ledit intervalle (9) pour réaliser la tur- bulence dans la suspension et, en ce que l'orifice d'évacuation (5) est positionné à la périphérie de ladite enceinte (1), sur l'autre côté de l'intervalle (9). 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les orifices d'admission de pulpe (4) et de milieu de trai- tement (6) débouchent au centre du rotor (2). 7.- Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, ca- ractérisé en ce que l'orifice d'admission de la pulpe (5) est orienté tangentiellement à ladite enceinte (1). 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 7, caractérisé en ce que ladite enceinte (1) comporte une chambre (11) pour recueillir les matériaux grossiers ne pouvant pas passer au travers dudit intervalle (9). 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les éléments créant la turbulence (12, 13) sont positionnés dans l'intervalle (9). 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 9, caractérisé en ce que plusieurs intervalles (9) sont formés entre des bagues concentriques reliées au rotor (2) et respectivement au stator (8).