Brevet FR2514795A1 — publié le 19830422

l 2514795 La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif devant être mis en oeuvre et utilisés pour le traitement mécanique de matériau conte- nant de la cellulose Pour un tel traitement, le matériau contenant de la cellu- lose se présente sous la forme de suspensions de fibres de cellulose ou de faisceaux de telles fibres Le but de ce traitement est de dégager les fibres individuelles et/ou de traiter les fibres de manière qu'elles acquièrent les propriétés requises pour les applications désirées du matériau en fibres, par exemple comme absorbant, ou pour la fabrication de divers types de papier. Cependant, un tel traitement, qui est généralement réalisé dans des dispositifs appelés raffineurs ou piles raffineuses, exige beaucoup d'énergie. Au cours de ces dernières années, on a investi dans des recherches approfon- dies et des travaux de développement, afin de mettre au point des solutions techniques susceptibles de réduire la consommation d'énergie Ces travaux ont essentiellement porté sur l'optimisation des conditions du raffinage, par exemple la conception des éléments de raffinage et le choix des matériaux les constituant, laconcentration de la suspension de la pulpe ou pâte à papier, sa température, sa valeur de p H, etc. On a découvert qu'une grande partie de la consommation totale d'énergie, lors de l'opération de raffinage, concernait de l'énergie qui n'est pas utilisée pour le raffinage proprement dit, mais qui résulte des pertes hydrauliques survenant au passage de la matière brute dans le raffineur On a également découvert que cette partie de l'énergie augmente très rapidement, en même temps qu'augmente la vitesse entre les éléments de raffinage en rotation les uns par rapport aux autres Etant donné que cette augmentation se produit plus rapidement que l'augmentation du travail effectif de raffinage, avec la vitesse, une partie toujours plus importante de l'énergie est gaspillée par suite de ces pertes hydrauliques Ce phénomène est particulièrement important pour les dispositifs de raffinage fermés, c'est-à-dire les dispositifs dans lesquels les éléments de raffinage fonctionnent à l'intérieur d'une enceinte totalement fer- mée, la pâte ou pulpe de cellulose étant délivrée et évacuée par l'intermé- diaire de conduites fermées. Il en résulte que les dispositifs de raffinage sont généralement animés de vitesses circonférentielles relativement faibles, de l'ordre de 20 à 30 m/sec Cependant, ceci implique d'autres inconvénients, notamment une faible capa- cité et une résistance peu satisfaisante, notamment en ce qui concerne la 2 2514795 résistance au cisaillement Compte tenu des diamètres importants des élé- ments de raffinage qui sont nécessaires pour répondre aux exigences d'une capacité suffisante, le nombre de révolutions est trop faible Etant donné que le moteur électrique utilisé pour le fonctionnement direct doit présenter un nombre important de pôles, ce moteur est de dimensions importantes, lourd et coûteux Par conséquent, on choisit souvent un nombre élevé de révolutions pour le moteur d'entraînement, et on l'accouple à un réducteur pour diminuer la vitesse de rotation du dispositif raffineur Cependant, une telle solution est également coûteuse et exige de la place, et une partie de l'énergie est perdue dans le réducteur. La présente invention se propose d'apporter un procédé et un dispositif de fabrication de pâte de cellulose qui rendent possible un raffinage à une vi- tesse circonférentielle élevée, supérieure à 30 m/sec, et qui élimine la plus grande partie des pertes hydrauliques mentionnées ci-dessus Le résultat est obtenu en ajoutant un gaz inerte, tel que de l'air ou de la vapeur d'eau, au débit de pâte brute dans la zone de raffinage, ou avant son entrée dans cette zone Par l'expression "gaz inerte", dans la présente invention, on désigne tout gaz qui ne réagit pas avec le matériau contenant de la cellulose. Le procédé selon la présente invention est particulièrement avantageux lorsqu'il est appliqué au raffinage de matériaux à très faibles concentrations, c'est-à-dire à des concentrations maximales de 20 %, de préférence 10 %, et plus particulièrement 6 % Lors de la mise en oeuvre du procédé, les élé- ments de raffinage peuvent être entraînés à des vitesses de rotation élevées, par exemple à des vitesses circonférentielles dépassant 30 m/sec Il peut être préférable de délivrer le gaz sous pression. Selon un exemple de réalisation de l'invention, le gaz est délivré centralement ou axialement, dans un espace situé entre les éléments rotatifs de raffinage, par l'intermédiaire d'une canalisation positionnée dans la con- duite d'alimentation en pâte brute. Se Ion un autre mode de réalisation de l'invention, l'air ou le gaz est délivré dans une enceinte dans laquelle sont logés, de façon étanche, les élé- ments raffineurs Ceci est obtenu de préférence à l'aide d'une canalisation de gaz connectée à une enceinte collectrice, qui est située sous l'enceinte de raf- finage et reliée de façon étanche à cette dernière Le gaz peut pénétrer dans la pâte brute par l'intermédiaire de passages prévus dans les éléments raf- 3 2 2514795 fineurs et dans des segments fixés à ces éléments raffineurs, ou au travers d'un intervalle séparant les éléments de raffinage et les segments, ces der- niers étant pourvus de tels passages. Selon encore un autre exemple de réalisation de cette invention, l'air ou le gaz inerte est amené dans l'espace central, entre les éléments de raffi- nage, par l'intermédiaire d'un passage prévu dans l'arbre de rotation. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en il- lustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins la Figure 1 représente un premier exemple de réalisation d'un dis- positif selon l'invention dans lequel l'alimentation en gaz s'effectue par l'in- termédiaire d'une canalisation placée dans la conduite d'amenée de pâte; la Figure 2 représente un second mode de réalisation dans lequel l'alimentation en gaz s'effectue au travers d'un passage ménagé dans l'arbre de rotation; la Figure 3 représente un troisième exemple de réalisation selon lequel l'alimentation en gaz s'effectue dans l'admission de pâte d'une raffi- neuse à double-disques rotatifs. la Figure 4 illustre un quatrième exemple de réalisation dans lequel l'alimentation en gaz s'effectue au travers d'un passage positionné dans un élément raffineur; et, la Figure 5 représente une variante d'alimentation de gaz d'un système clos. On se réfère en premier lieu à la Figure 1, qui est une vue schéma- tique en coupe d'un dispositif pour raffiner un matériau contenant de la cellu- lose sous la forme d'une suspension de fibres de cellulose dans de l'eau Ce dispositif sera appelé ci-après raffineur. Dans l'exemple considéré, le raffineur est du type à disque rotatif unique, c'est-à-dire qu'il ne comporte qu'un seul disque raffineur rotatif 2 fixé sur un arbre de rotation 6, ce dernier étant supporté par un palier 7. Le disque de raffinage 2 tourne contre un disque raffineur fixe 3, et les deux disques sont munis, sur leurs surfaces se faisant face, de segments de raf- finage 4, 5, qui sont montés de façon amovible Le travail de raffinage s'ef- fectue entre ces segments de raffinage. 4 2514795 Les segments de raffinage 4, 5 ont une configuration particulière, obtenue à l'aide de rainures et de barres intermédiaires qui sont réglées en fonction du résultat du raffinage désiré En plus de cette configuration parti- culière, le jeu 8, c'est-à-dire la distance séparant les segments 4 et 5 pen- dant l'opération de raffinage, présente également une grande importance. L'espace de raffinage (jeu 8) est réglé à l'aide de moyens (non repré- sentés) grâce auxquels l'arbre de rotation 6 est déplacé,dans la direction axiale, vers et à partir du disque fixe 3 La pâte devant être traitée dans la raffineuse est délivrée,par l'intermédiaire d'un passage 9, vers une enceinte centrale 10 entre les disques de raffinage 2, 3 En raison de la rotation du disque de raffinage 2, la pâte se déplace vers l'extérieur, et elle est amenée à traverser l'espace libre 8, oh les fibres sont dégagées et/ou traitées Les éléments de traitement de la raffineuse sont entourés par un carter étanche 1 dans lequel est recueillie la pâte traitée provenant de l'espace de raffinage 8. Un orifice d'évacuation 11 pour la pâte traitée est ménagé au fond du carter de raffinage 1. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la Figure 1, un gaz, tel que de l'air ou de la vapeur d'eau, est délivré à une enceinte centrale 10, comprise entre les disques de raffinage 2, 3 Cette alimentation s'effectue par l'intermédiaire d'une canalisation de gaz 12 qui, de préférence, estplacée axialement dans la conduite d'alimentation en pâte 9 L'orifice de sortie de la canalisation 12 dans l'enceinte 10 peut être pourvu de moyens de distribution de tout type, par exemple une buse ou une grille. Dans l'exemple de réalisation illustré par la Figure 2, l'air ou le gaz inerte est délivré dans l'espace ou l'enceinte de raffinage 10, entre les disques de raffinage 2, 3, par l'intermédiaire d'une conduite 22, positionnée dans l'arbre rotatif 6 Afin d'obtenir une distribution du courant gazeux ou d'air, l'orifice de sortie de la conduite 22 peut être pourvu d'une buse ou d'une tuyère 23, ou être conformé en buse ou tuyère. Le mode de réalisation représenté sur la Figure 3 s'applique à une raffineuse à double-disques rotatifs, c'est-à-dire à un dispositif de raffinage dans lequel les deux éléments ou disques de raffinage sont rotatifs Dans un tel exemple de réalisation, le gaz est amené par l'intermédiaire d'une cana- lisation ou d'une buse 24, prévue dans le passage 25 servant à l'alimentation en matériau contenant la cellulose. Y ygç La Figure 4 illustre un exemple de réalisation applicable à une raffi- neuse à disque rotatif unique Dans le disque de raffinage fixe 3, on prévoit une conduite 26 pour le gaz, cette conduite partant d'une liaison extérieure 27, pour déboucher dans le segment de raffinage 4 par l'ouverture ou alésage 28. Le gaz passe ici directement dans l'intervalle séparant les éléments de raffi- na ge. La Figure 5 illustre un autre exemple de mise en oeuvre et de réalisa- tion du procédé et du dispositif selon cette invention Les éléments composant cette Figure correspondent à ceux illustrés par la Figure 1, et ils ont été af- fectés des mêmes références Dans cette variante, le dispositif comporte en outre une enceinte close 14, située en-dessous de la raffineuse, pour recueillir le matériau traité qui s'écoule de l'orifice d'évacuation 11 de la raffineuse Un orifice d'évacuation 15 est positionné à la partie inférieure de l'enceinte collec- trice 14 Dans l'exemple de réalisation représenté ici, l'enceinte 14 est re- liée,de façon étanche au gaz, à l'enceinte ou carter de raffinage 1 On obtient ainsi un système clos dans lequel l'alimentation et l'évacuation s'effectuent par l'intermédiaire de conduites fermées. L'alimentation désirée en gaz inerte ou en air s'effectue au travers d'une conduite d'alimentation 16, couplée à l'enceinte collectrice étanche 14. De préférence, l'alimentation s'effectue sous pression, et le gaz est amené dans la zone de raffinage sous l'effet de la rotation de l'élément rotatif de la raffineuse, l'écoulement gazeux se produisant dans-l'espace situé entre les éléments de raffinage. Le procédé selon l'invention peut être également appliqué aux raffi- neurs coniques, c'est-à-dire aux dispositifs de raffinage comportant des élé- ments de raffinage en forme de cÈne Dans une telle application, le gaz est amené dans la pâte de la même façon, soit avant, soit à l'occasion de l'entrée de cette pâte dans la zone de raffinage, entre les éléments de raffinage. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en en- globe toutes les variantes. 6 25 14795 REVENDICATIONS 1 Procédé pour la fabrication de pâte de cellulose permettant de réduire la consommation d'énergie, d'utiliser des vitesses de rotation élevées, et d'améliorer la qualité de la pâte, lors d'un traitement mécanique d'un maté- riau contenant de la cellulose dans des dispositifs de raffinage qui comprennent une zone de raffinage située entre des éléments de raffinage tournant l'un par rapport à l'autre, ces éléments étant enfermés dans un logement étanche aux gaz, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on amène un gaz inerte, tel que de l'air ou de la vapeur d'eau, vers la zone de raffinage, en ce que la concentration du matériau à raffiner est au maximum de 20 55, de pré- férence 10 %, et mieux de 6 % au maximum, et en ce que la vitesse relative entre les éléments de raffinage, sur leur périphérie externe, excède 30 m/sec. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traite- ment est effectué entre des disques de raffinage placés en parallèle. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz est amené dans un espace central situé entre les disques de raffinage. 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz est amené vers la zone de raffinage à une distance radiale du centre de rota- tion des disques de raffinage par l'intermédiaire d'ouvertures prévues dans l'un au moins des disques de raffinage. Procédé selon la revendication 2, selon lequel le traitement est effectué par des éléments de raffinage contenus dans une enceinte étanche au gaz, caractérisé en ce que le gaz est amené vers ladite enceinte ( 14). 6 Procédé selon la revendication 1, selon lequel le traitement est effectué entre un disque fixe ( 3) et un disque mobile ( 2), caractérisé en ce que le gaz est amené au centre, dans l'espace ( 10) séparant les disques de raffi- nage, par l'intermédiaire d'une canalisation ( 12) positionnée dans la conduite ( 9) d'amenée de la pâte. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est amené dans l'espace central ( 10) séparant les disques de raffinage ( 2, 3) par l'intermédiaire d'une conduite ( 22), positionnée dans l'arbre de rotation ( 6). 8 Procédé selon la revendication 1, selon lequel le traitement est effectué entre les deux disques contra-rotatifs ( 2 3), caractérisé en ce que le gaz est délivré à la pâte, dans le passage d'amenée de la pâte, avant l'en- trée de cette pâte entre les disques, par l'intermédiaire d'une canalisation 7 2514795 ( 24) débouchant dans la conduite ( 25) d'alimentation en pâte. 9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est délivré au matériau contenant la cellulose directement dans la zone de raf- finage, par l'intermédiaire d'alésages ( 26, 28). 10 Dispositif pour le traitement mécanique de matériau contenant de la cellulose pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, qui comprend des éléments de raffinage ( 4, 5) tels que, notamment, des disques de raffinage en rotation l'un par rapport à l'autre, ces disques étant séparés par un espace ( 8, 10) et étant enfermés dans un carter de raffinage, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 16) pour délivrer un gaz inerte, tel que de l'air ou de la vapeut d'eau, à une en- ceinte fermée ( 14) disposée en-dessous du système de raffinage.