Brevet FR2489516A1 — publié le 19820305

La présente invention concerne le traitement par un gaz d'une substance sous la forme de liquide ou de sus- pension, en particulier d'une pâte constituée de fibres de cellulose en suspension dans un liquide, par exemple le traitement d'une pâte par l'oxygène ou un gaz conte- nant de l'oxygène en vue de son blanchiment ou de sa déli- gnification. Au cours du blanchiment classique par l'oxygène d'une pâte à haute concentration, c'est-à-dire approxima- tivement dans l'intervalle de 20 à 30 % de fibres, le degré de délignification, connu sous le nom d'"indice kappa", est principalement réglé en faisant varier l'ad- dition de NaOH (concentration en OH). On note l'indice kappa de la pâte écrue et on fait varier l'addition de NaOH avec environ 1 kg de NaOH car tonne de pâte séchée à l'air (TPSA) pour chaque indice kappa différentiel dé- siré. La température et la pression partielle d'oxygène sont normalement maintenues constantes. Lors du blanchi- ment par l'oxygène d'une pâte à forte concentration, une quantité d'oxygène adéquate est maintenue disponible à tout moment dans la mesure o la pression dans le réci- pient réactionnel et la quantité d'oxygène dans le gaz du réacteur sont maintenues à peu près constantes. Au cours du blanchiment continu à l'oxygène d'une pâte de concentration moyenne, par exemple dans l'inter- valle de 5 à 15 % de fibres, l'oxygène disponible est à tout moment déterminé par la quantité d'oxygène qui est continuellement ajoutée par tonne de pâte. Si la consom- mation d'oxygène augmente en raison de pertes au lavage plus élevées dans l'atelier de lavage de la pâte qui pré- cède, ou d'un indice kappa supérieur, il peut apparaître une insuffisance d'oxygène à la fin de la réaction, con- duisant à une délignification trop faible, c'est-à-dire à un indice kappa trop élevé de la pâte traitée. Pour assurer un réglage efficace de l'indice kappa, il est donc important que l'addition d'oxygène soit ajustée automatiquement au cours du traitement, principalement pour compenser les variations des pertes au lavage et l'indice kappa de la pâte écrue. La présente invention a pour but de résoudre ce problème d'une manière simple et efficace. L'invention est basée-sur cette observation que la pression dans un récipient fermé rempli d'une pâte à la- quelle est mélangé de l'oxygène diminue au -fur et à me- sure que l'oxygène est consommé. En utilisant cette ob- servation, il a été possible, par des essais pratiqués, de trouver un procédé simple de mesure de la consommation d'oxygène dans un stade de blanchiment ou de délignifica- tion en continu à l'échelle industrielle. C'est ainsi que des expériences ont montré que sur une quantité d'oxygène initiale bien mélangée, correspondant à 28 kg/t de pâte absolument sèche (kg/TPSA), il restait les quantités sui- vantes au bout de 0 à 40 minutes dans un récipient fermé, tandis que la pression diminuait conformément au tableau suivant: 02 restant TemDs, min. % ka/TPSA Pression, kPa O 100 28 569 1 70,7 19,8 431 2 56,4 15,8 343 3 46,8 13,1 304 4 40,7 11,4 284 35,0 9,8 206 17,9 5,0 127 13,2 3,7 78 8,2 2,3 49 40 3,6 1,0 39 Lors du blanchiment par l'oxygène dans la pratique industrielle, la pâte de concentration moyenne convenable- ment mélangée d'oxygène, de telle sorte que le gaz soit visible sous forme de petites bulles, en même temps que d'autres produits chimiques éventuels, est introduite en un courant continu à la première extrémité d'un récipient réactionnel dans lequel est maintenue une pression prati- quement constante. La température est normalement supé- rieure à 80 C et elle peut par exemple être de 95 à 120 C. De la seconde extrémité du récipient, la pâte est envoyée dans un cyclone flash ou dans un autre appareil de trai- tement. La pression dans le récipient étant maintenue constante, la consommation de gaz dans la pâte indiquée ci-dessus correspond à une réduction du volume des bulles qui signifie de son côté que la pâte avec ses bulles de gaz voit sa masse volumique augmenter au cours de la réaction. Sur la base du tableau ci-dessus montrant la pres- sion d'oxygène résiduelle, et à la condition que la pres- sion de travail soit de 800 kPa abs., la pression de la vapeur à 105 C est de 130 kPa, et en utilisant la loi des gaz pv = nRT, dans laquelle p = 670 kPa, n = 2 et q est 32 3 la quantité d'O2 en kg, il s'ensuit que v = 0,14 q m3. On peut alors dresser le tableau suivant: Temps, min. Volume de gaz Volume total Masse volumique m3 m3 kq/m3 0 3,92 14,06 0,71 1 2,77 12,91 0,77 2 2,21 12,35 0,81 3 1,83 11,97 0,84 4 1,60 11,73 0,85 5 1,37 11,51 0,87 0,70 10,84 0,92 - 20 0,52 10,65 0,94 0,32 10,46 0,96 0,14 10,28 0,97 Ce qui précède est basé sur 1 t de pâte absolument sèche diluée à 10 %, pour laquelle on a: Liquide 9,0 t, densité 0,95, volume 9,47 m3 Pâte 1,0 t, densité 1,50, volume 0,66 m3 Volume total 10,13 m3 Dans la pratique, la consommation de gaz peut être déterminée en mesurant la densité de la pDâte à un moment postérieur au mélange du gaz à la pâte et à sa répartition en petites bulles. On mesure en même temps la pression et la température de la pâte, après quoi la consommation de gaz apparait comme la différence entre le gaz ajouté et le gaz résiduel calculé au moment considéré. Sur cette base, on régule alors l'addition de gaz à la pâte en te- nant compte du résultat final de traitement désiré. Une meilleure possibilité de réglage est obtenue en mesurant la masse volumique et la teneur en gaz résiduel à plusieurs intervalles de temps après l'addition. Il est également possible de comparer la consommation entre deux de ces intervalles de temps ou davantage de façon à obtenir une représentation du processus réactionnel au cours du trai- tement. A la place d'une mesure de masse volumique à un moment déterminé, il peut être avantageux dans la pratique de calculer la masse volumique moyenne pendant un ou plu- sieurs laps de temps de courte durée. Les valeurs de masse volumique peuvent être mesurées ou calculées de plusieurs manières différentes. Le procédé préféré conformément à l'invention consiste à déterminer la masse volumique en mesurant la différence de pression statique entre divers points de mesure. Etant donné que dans la pratique, le traitement s'effectue normalement dans des récipients verticaux, il s'est révélé particuliè- rement commode de mesurer la différence de pression au moyen de cellules dp entre divers niveaux du récipient. Si la pâte ne contenait pas de gaz, la masse volumique serait la masse volumique normale pour la pâte en question, mais si la pâte contient du gaz occupant un certain volume à un certain niveau du récipient réactionnel, la masse volumique sera différente, en même temps que la différence de pression entre deux niveaux variera tant que du gaz sera consommé et que le volume diminuera. Si la pression n'est pas choisie pour déterminer les variations de masse volumique, celles-ci peuvent être déterminées au moyen d'un appareil connu basé sur un rayonnement radio-actif. Une troisième possibilité consiste à utiliser une pesée continue du récipient réactionnel avec son contenu, pour mesurer la teneur moyenne en gaz dans la pâte et la façon dont elle varie avec la charge de gaz. Quel que soit le système choisi, il vise à permettre de régler le supplément de gaz de telle manière que la pâte, lorsqu'elle quitte le récipient réactionnel, ait reçu le degré de traitement désiré. Dans le cas de la pâte, l'indice kappa joue un rôle prédominant. Comme un traitement continu est préférable, l'invention telle qu'elle a été décrite peut très bien être utilisée dans un système dans lequel on fait écouler la pâte à travers le récipient réactionnel à la vitesse désirée, au moyen d'une pompe ou d'une pression supérieure dans un stade précédent du traitement, par exemple dans un lessiveur continu. Les mesures de masse volumique et le réglage du gaz doivent être ajustés à la vitesse d'écoulement ainsi qu'à la pression et à la température réelles de la réac- tion. L'exemple montre qu'en utilisant des principes phy- siques connus, il est possible de mettre au point un sys- tème de réglage très simple pour le traitement de la pâte principalement avec de l'oxygène, mais il est clair que dans l'ensemble, le même procédé peut être utilisé avanta- geusement dans le traitement par un gaz d'autres substan- ces sous forme de liquide ou de suspension, dans lequel on traite effectivement la substance par un gaz qui est mélangé à celle-ci et qui est consommé avec une certaine vitesse pendant la réaction. L'invention n'est donc pas limitée à l'utilisation préférée ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de régler,-au cours du trai- tement par un gaz d'une substance sous forme de liquide ou de suspension, en particulier d'une pâte constituée de fibres de cellulose en suspension dans un liquide, par détermination de la quantité de gaz consommée, la quan- tité de gaz ajoutée de telle sorte que l'on obtienne le résultat de traitement désiré, caractérisé en ce que: a) on ajoute à la substance une certaine quantité de gaz qui se répartit finement dans celle-ci sous forme de petites bulles, b) on mesure la masse volumique de la substance au moins à un moment déterminé, ou bien on mesure la masse volumique moyenne pendant au moins une période- de temps, c) on mesure la température et la pression de la substance correspondant à la masse volumique mesurée en b), d) on calcule la teneur en gaz résiduel de la sub- stance aux moments ou périodes de temps effectifs sur la base de mesures selon b) et c), e) on calcule la consommation de gaz par la diffé- rence entre la quantité de gaz ajoutée selon a) et la quantité de gaz résiduel selon d) ou entre deux quantités de gaz résiduel calculées selon d), f) on règle l'addition de gaz selon a) sur- la base de la consommation selon e). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre en continu, la substance se déplaçant avec un débit volumique pratiquement régulier, et en ce que du gaz est ajouté et mélangé à la substance à un débit pratiquement régulier. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la substance se déplace à travers un récipient à peu près vertical sous une pression principalement constante et à une température supérieure à 800C, la sub- stance dans laquelle est réparti le gaz étant introduite en continu par la première extrémité dudit récipient, et la substance contenant éventuellement du gaz résiduel quittant le récipient en continu par la seconde extrémité du récipient. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les valeurs des masses volumiques sont ajustées en fonction des variations possibles de la vitesse d'écou- lement de la'substance à travers le récipient. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la pâte n'est pas pompée vers le récipient mais poussée à travers celui-ci au moyen d'une pression supé- rieure dans un stade précédent, par exemple dans un lessi- veur continu. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 3 à 5, caractérisé en ce que la variation de masse volumique de la substance est mesurée par la différence de pression statique entre deux ou plusieurs niveaux du récipient. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 3 à 5, caractérisé en ce que la masse volumique de la substance est mesurée par un procédé utilisant la ra- dio-activité. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 3 à 5, caractérisé en ce que la masse volumique moyenne de la substance présente dans le récipient est mesurée en pesant le-récipient réactionnel avec son con- tenu. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la substance est constituée de pâte à papier à une concentration de 5 à 15 % et en ce que le-gaz est l'oxygène ou un gaz contenant de l'oxygène.