Brevet FR2488812A1 — publié le 19820226

La présente invention se rapporte à des dispositifs pour distribuer un agent dans un autre et pour le mélanger à ce dernier et, plus particulièrement, pour distribuer un agent de traitement à l'état gazeux ou liquide dans des sus- pensions de fibres et le mélanger à ces suspensions, dans le domaine de l'industrie de la pâte à papier. L'invention se rapporte plus particulièrement à des dispositifs pour mélan- ger des produits chimiques à des pâtes de concentration moyenne, c'est-àdire contenant environ de 5 à 15 % de fibres en suspension dans un liquide et, de préférence, entre envi- ron 8 à 12 %. Le dispositif selon l'invention est du type dans le- quel la pâte passe devant un ou plusieurs orifices de sortie mobiles par lesquels l'agent de traitement est éjecté, comme représenté, par exemple, dans les brevets suédois no SE 172 981 et no SE 354 789. Dans les deux cas, les orifices de sortie forment-des traces" de forme hélicoïdale dans la pâte, du fait que celle-ci a un écoulement plus ou moins li- néaire et que les orifices se déplacent suivant des cercles. Un inconvénient de ces appareils réside en ce que des parties de la pâte passent à une certaine distance des orifices de sortie, ce qui signifie que certaines parties de la pâte ne reçoivent pas leur part de l'agent de traitement. En outre, du fait que, dans les deux exemples ci-dessus, les orifices sont disposés sur des ailes ou des bras qui tournent dans la section transversale d'écoulement de la pâte, il se produit une résistance importante et, de ce fait, une consommation accrue d'énergie qui augmente également lorsque la concentra- tion de la pâte est plus forte. L'invention a pour but de permettre une distribution et un mélange aussi efficaces et aussi complets que possible avec un minimum de consommation d'énergie, c'est-à-dire de telle sorte qu'en premier lieu, le ou les agents de traite- ment soient régulièrement distribués dans la suspension de pâte et qu'en second lieu l'uniformité du mélange soit assu- rée par le fait que la totalité de la suspension de pâte est contrainte de passer devant le poste d'addition de l'agent. De ce fait, il est également possible de distribuer une quan- tité relativement petite d'un agent de traitement dans la suspension et de l'y mélanger d'une manière efficace. L'efficacité d'une telle distribution et d'un tel mé- lange dépend de nombreux facteurs, tels que par exemple, la concentration de la pate par rapport à la quantité de liqui- de ou de gaz qui doit être ajoutée, la solubilité du liquide ou du gaz ajouté dans le liquide de la suspension ainsi que la vitesse de réaction des agents ajoutés avec les consti- tuants de la suspension de pâte. D'une manière générale, on peut indiquer que, plus la concentration en particules soli- des ou fibreuses dans la suspension de pate est élevée, ce qui, en d'autres termes, signifie que moins il y a de liqui- de présent dans la suspension, plus il est difficile de mé- langer les agents de traitement de façon qu'ils soient régu- lièrement répartis dans la suspension. D'une manière générale, on peut également indiquer que, plus vite les agents ajoutés réagissent avec la pâte, plus il est important de répartir et de mélanger les agents aussi rapidement et aussi uniformé- ment que possible. Un tel cas se produit, par exemple, pen- dant le traitement de la pate avec du chlore que l'on utilise pour le blanchissement de la pâte. Le chlore a une réaction initiale particulièrement rapide avec la pâte et, pour ne pas diluer la pâte avec une quantité indésirable de liquide, le chlore est ajouté le plus souvent sous forme d'un gaz disper- sé dans une quantité relativement petite de liquide, ce qui, à son tour, signifie que des problèmes peuvent facilement se poser pour distribuer et mélanger cette quantité relative- ment petite. Par conséquent, l'un des buts principaux de l'invention est de résoudre ce problème et des problèmes sem- blables et de résoudre également les problèmes qui se posent lorsque la suspension de pâte comporte une concentration de fibres relativement élevée. Etant donné que, dans la plupart 24 83312 des autres étages de traitement des usines de blanchiment industriel, la concentration de la pate est normalement main- tenue aux alentours de 10 %, il est souhaitable que l'on soit également capable d'effectuer des traitements autres que le traitement au chlore à la même concentration de façon à pou- voir utiliser un équipement unifié dans l'installation de blanchiment. Ceci est particulièrement important pour permet- tre l'emploi du même appareil de lavage entre les phases de traitement. L'invention a résolu les problèmes ci-dessus grâce à un dispositif pour mélanger un agent de traitement à des sus- pensions notamment à de la pâte à papier, qui se déplacent à travers un carter, du type qui comprend principalement un corps rotatif entrainé par un arbre et comportant un alésage relié à une source d'agent de traitement, cet alésage étant en communication avec une cavité formée dans le corps, carac- térisé en ce que le corps est en forme de disque dans un plan à angle droit de l'arbre et, en ce qu'il remplit presque com- plètement la section transversale d'écoulement du carter, sa périphérie se déplaçant au voisinage de la paroi intérieure du carter et le corps comportant au moins une ouverture d'é- coulement direct pour la suspension, l'agent de traitement étant ajouté à la suspension par l'intermédiaire de la cavité du corps. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe du dispositif qui comprend essentiellement un arbre et un corps rotatif placé dans un carter en forme de coude de tuyauterie; - la Fig. 2 est une vue en coupe du corps rotatif, montrant l'ouverture d'écoulement pour la pâte; - les Fig. 3 à 7 montrent diverses formes de l'ouver- ture d'écoulement. Le dispositif représenté à la Fig. 1 consiste en un corps rotatif 1 en forme de disque fixé à un arbre 2 qui tra- verse un presse-étoupe 3 et pénètre ensuite dans un disposi- tif 4 qui comporte un roulement et un mécanisme d'entra ne- ment. Le presse-étoupe 3 est monté dans un carter coudé 5 qui est muni d'une bride 6 de raccordement à un tuyau d'arrivée et d'une bride 7 de raccordement à un tuyau d'évacuation. Les tuyaux d'arrivée et d'évacuation n'ont pas été représentés. Le corps 1 remplit presque complètement la section transver- sale d'écoulement du carter 5, sa périphérie étant proche de la paroi intérieure du carter et se déplaçant par rapport à cet- te paroi. L'arbre 2 comporte un alésage intérieur 11 s'étendant longitudinalement qui communique librement avec une cavité 12 formée dans le corps rotatif 1, laquelle, à-son tour, débouche par une buse à grande ouverture ou par plusieurs buses plus petites 22 dans une ouverture 20 d'écoulement direct. La ca- vité 12 a une forme qui est clairement représentée à la Fig.2. A l'autre extrémité de l'alésage 11 de l'arbre sont formés un ou plusieurs orifices 13 qui, lors de la rotation de ltarbre, sont mis en communication directe avec un orifice d'arrivée 14 d'agent de traitement. Sur la Fig. 2, on a utilisé les mômes références que sur la Fig. 1 pour désigner les mêmes éléments, la Fig. 2 montrant également une ouverture 20 d'écoulement direct en forme de secteur qui traverse complètement, dans la direction axiale, le corps rotatif. Dans la paroi 21 située entre la cavité 12 du corps et l'ouverture 20 sont formés plusieurs orifices 22 qui peuvent être constitués par des trous ronds ou par des fentes. Dans certains cas, il peut être avantageux de laisser ouverte la totalité de la paroi 21 de sorte que la cavité 12 se termine alors par une fente radiale qui s'étend sur toute l'étendue radiale et axiale de l'ouverture 20. Dans ce cas, une forme divergente de la cavité, comme représenté à la Fig. 2, sert à empêcher la pate de pénétrer plus profon- dément dans la cavité et d'obturer éventuellement l'orifice d'entrée de l'agent de traitement lorsque l'appareil est à l'arrêt. La forme divergente de la cavité permet de détacher facilement un bouchon, qui peut éventuellement s'y former, lorsque la pression est appliquée à ltagent de traitement. Lorsque les orifices de sortie 22 sont disposés de la maniè- re représentée, le corps doit tourner dans le sens des ai- guilles d'une montre comme indiqué par la flèche 23. Les mêmes références ont été également utilisées dans les autres figures pour désigner les mêmes éléments. Les Fig. 3 à 6 montrent la partie supérieure du corps rotatif de la Fig.2 avec les formes suivantes de l'ouverture 20 d'écoule- ment direct. La Fig. 3 montre une ouverture 20 rectangulaire qui s'étend radialement; La Fig. 4 montre une ouverture 20 rectangulaire qui s'étend radialement et qui, en outre, s'étend jusqu'à la pé- riphérie du corps dans laquelle elle débouche; La Fig. 5 montre une ouverture 20 d'écoulement direct circulaire; La Fig. 6 montre deux ouvertures 20 d'écoulement di- rect dont chacune coopère avec une cavité intérieure 12' et 12", respectivement, comme représenté. La Fig. 7 montre une partie de l'arbre 2 portant le corps rotatif 1 qui comporte une ouverture 20 d'écoulement di- rect qui est semblable à celle représentée sur la Fig. 4 mais qui présente des surfaces latérales radiales obliques 25, 26, de sorte que lors de la rotation dans le sens de la flèche 23, ces surfaces contribuent à transporter la pâte vers la droite à travers l'ouverture par suite d'un certain effet de propul- sion. Dans les modes de réalisation représentés sur les Fig.l et 7, il est prévu que la pâte s'écoule de gauche à droite mais un écoulement dans le sens opposé est également possible. Dans l'exemple de réalisation comportant un disque rotatif tel que représenté sur la Fig.7, le sens de rotation du disque doit alors être opposé à celui indiqué par la flèche 23. On doit noter que, bien qu'on ait représenté un corps ayant plusieurs ouvertures 20 seulement sur la Fig.6, il est évident que le nombre des ouvertures peut être choisi en fonction des besoins pour tous les autres modes de réalisa- tion représentés. Le mode de réalisation plus particulière- ment préféré est celui qui comporte une fente rectangulaire qui a une plus grande dimension dans la direction radiale que dans la direction périphérique. De cette manière, la distan- ce entre les buses de sortie de l'agent de traitement ajouté et les particules est environ la même pour toutes les parti- cules et, en outre, il est créé une tubulure dans l'ensemble de l'ouverture lorsqu'on utilise des ouvertures étroites, ce qui est avantageux à la fois pour l'exécution du mélange et pour l'écoulement direct. Le dispositif décrit fonctionne de la manière suivan- te: On introduit un courant continu d'une pâte ayant une certaine concentration comprise, par exemple, entre environ 8 et 12 75 dans le dispositif par une conduite horizontale, non représentée, raccordée à la bride 6 de la conduite d'ar- rivée de la Fig. 1. Le dispositif d'entraînement 4 fait tour- ner l'arbre 2 et le corps rotatif 1 à une vitesse de rota- tion qui peut être variable par exemple entre environ 300 et 1500 tr/mn. La surface du corps 1 qui fait face au cou- rant de pâte est lisse de sorte qu'une très faible énergie est consommée. La pâte est refoulée par la pression de la canalisation de façon à s'écouler à travers l'ouverture ou les ouvertures 20 tandis que, simultanément, l'agent de trai- tement voulu est ajouté par l'orifice d'arrivée 14, les ori- fices 13, l'alésage ll et la cavité 12 et l'orifice ou les orifices de buse 22 formés dans la paroi avant de l'ouver- ture 20, vue dans le sens de rotation indiqué par la flèche 23. Le corps rotatif 1 tourne avec sa périphérie proche de la paroi du carter 5, par exemple à une distance de 0,5 mm de cette paroi, de sorte que la quantité de pâte qui passe entre le carter et le corps est négligeable. La pâte qui s'écoule à travers l'ouverture 20 continue de s'écouler dans le carter 5 et elle quitte le récipient par une conduite, non représentée, raccordée à la bride 7 de la conduite d'é- vacuation. Pendant le passage de la pâte à travers l'ouver- ture ou les ouvertures 20, il se produit un accroissement de vitesse relativement important qui, en combinaison avec la rotation rapide du corps 1, engendre l'écoulement turbulent et la fluidification nécessaires de la pâte qui assurent les meilleures conditions possibles d'un mélange efficace de l'agent de traitement qui s'écoule des orifices 22. Les di- mensions de l'ouverture 20 et la vitesse périphérique doi- vent être choisies telles que la vitesse relative de la pâte à travers l'ouverture soit comprise à l'intérieur de l'inter- valle de fluidification pour une pâte qui est du type et à la concentration effectivement utilisés. De ce fait, le ris- que d'un épaississement et de la formation d'un bouchon de- vant l'ouverture est supprimé. L'ouverture 20 doit, en règle générale, ne pas avoir de dimensions telles qu'elle ne puisse pas 9tre contenue à l'intérieur d'un secteur de 450 au maxi- mum du corps. Au cours d'expériences effectuées, le dispositif s'est avéré consommer une énergie minimale par rapport à d'autres appareils connus. La consommation d'énergie est principale- ment provoquée par le frottement entre les fibres de la pâte et le corps rotatif. On a trouvé que la perte de charge axia- le dans l'ouverture 20 était comprise entre 1 et 3 mètres d'eau (entre 0, 1 et 0,3 bars environ). Lorsqu'on a utilisé un mécanisme d'entraînement à vitesse variable, comprise en- tre 300 et 1500 tr/mn, on a trouvé que la puissance nécessai- re était inférieure à 30kW et dépendait essentiellement de la quantité de pâte envoyée à travers le dispositif. La faible consommation d'énergie peut être due au fait que le courant de pâte n'est mis en écoulement turbulent que pendant une fraction de seconde. On peut ajouter un liquide, un gaz ou 2 488R12 une poudre ou des mélanges de ces produits en tant qu'agent de traitement. Le mélange qui se produit résulte essentiel- lement de la combinaison de la distribution uniforme de l'a- gent de traitement dans la pâte qui s'écoule relativement rapidement à travers l'ouverture d'écoulement et de la tur- bulence qui est créée pendant et après le franchissement de cette ouverture. 2 48U3 1 2 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Dispositif pour mélanger un agent de traitement à des suspensions, notamment à de la pàte à papier, qui se dé- placent à travers un carter (5), du type qui comprend prin- cipalement un corps rotatif (1) entra né par un arbre (2) comportant un alésage (11) relié à une source (4) d'agent de traitement, cet alésage (11) étant en communication avec une cavité (12) formée dans le corps (1), caractérisé en ce que le corps (1) a la forme d'un disque dans un plan à angle droit de l'arbre, (2) qui remplit presque complètement la section transversale d'écoulement du carter, sa périphérie se dépla- çant au voisinage de la paroi intérieure dudit carter, et en ce que le corps (1) comporte au moins une ouverture (20) d'é- coulement direct pour la suspension, l'agent de traitement étant ajouté à la suspension par l'intermédiaire de la cavi- té (12) du corps. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture (20) d'écoulement direct est située à l'intérieur d'un secteur de 450 de la section transversale du corps. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture (20) d'écoulement direct est en forme de fente et a une plus grande dimension dans la direction radiale que dans la direction périphérique. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces radiales (25, 26) de l'ouverture d'é- coulement direct (20) sont obliques de manière à accélérer directement le transport de la suspension à travers l'ouver- ture lors de la rotation du corps. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que la cavité (12) du corps se termine par au moins un orifice ou buse (22) situé dans la surface avant de l'ouverture (20) d'écoulement direct, en considérant le sens de rotation. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caract6risé en ce que l'orifice ou buse (22) est en forme de fente et a une dimension radiale approximativement égale à la dimension de l'ouverture (20) d'écoulement direct. 7 - Dispositif pour mélanger un agent de traitement à des suspensions qui se déplacent à travers un carter (5), ce dispositif, disposé dans le carter, étant du type compre- nant un corps rotatif (1) en partie creux entraîné par un arbre creux (2) raccordé à une source (14) d'agent de trai- tement, caractérisé en ce que le corps (1) remplit la plus grande partie de la section transversale d'6coulement du carter (5), à l'exception d'au moins une ouverture (20) for- mée dans le corps (1) à une certaine distance de l'arbre (2) et tournant avec le corps et en ce que l'agent de traitement est introduit à partir de la cavité (12) du corps dans l'ou- verture (20) par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs orifi- ces ou buses appropriés (22)