Brevet FR2537621A1 — publié le 19840615

La présente invention concerne un procédé utilisable dans la digestif continue d'une matière finement divisée contenant de la cellulose, par exemple des copeaux de bois, par introduction de ladite matière finement divisée dans un récipient de traitement rempli de liquide comme une colonne continue de copeaux à travers une zone d'alimentation, une zone d'imprégnation, une zone de digestion et une zone éventuelle de lavage, la température de la zone d'imprégnation étant maintenue inférieure à celle de la zone de digestion. La présente invention a pour objet de rendre possible le maintien des limites de températures suffisamment précises et des différences de tem- pératures suffisamment grandes entre la zone d'alimentation, la zone d 'impré- gnation et la zone de digestion lors d'une cuisson continue de pulpe dans le but d'obtenir une imprégnation efficace de la matière finement divisée contenant de la cellulose, avec des substances chimiques de cuisson avant le commencement des réactions de digestion et également de apyre en sorte que la température de la liqueur utilisée pour être introduite dans la matière finement divisée soit maintenue inférieure à son point d'ébullition sous une pression atmosphérique normale. Lors de la production de pulpe à partir de copeaux de bois, il est d'une grande importance que les copeaux soient imprégnés à un degré suffisant avec des substances chimiques de cuisson avant que la température desdits copeaux soit montée à un niveau tel que la vitesse des réactions de digestion devienne importante. Puisque la vitesse de diffusion augmente avec la température, la température en cours d'imprégnation doit être maintenue aussi constante et élevée que possible mais néanmoins inférieure à la température à laquelle la vitesse des réactions de digestion devient significative.Pour obtenir une pulpe d'une qualité constante et élevée et possédant les propriétés désirées, la température des copeaux et de la liqueur au moyen de laquelle ils doivent être imprégnés doit être augmentée jusqu'à la température d'imprégnation la mieux appropriée et elle doit être maintenue à ce niveau pendant un temps connu et suffisamment long avant de monter Jusqu'a la température de cuisson. Le maintien d'un tel profil de température dans un appareil de digestion de pulpe opérant de façon continue a posé un problème important. Notamment dans des appareils de digestion dans lesquels les copeaux sont introduits en haut et dans lesquels on désire maintenir une zone d'imprégnation au-dessus de la zone de digestion, à une température inférieure à la température de cuisson, une instabilité dans le profil de température se manifeste du fait que la liqueur chaude, et éventuellement également les copeaux, peuvent passer de la zone de digestion jusque dans la zone dtim- prégnation d'une façon variable et imprévisible.Cette instabilité dans le profil de température et dans le profil chimique se traduit non seulement par des variations des temps d'imprégnation et de cuisson mais elle provoque également des variations de la température de la liqueur utilisée lors de son introduction dans les copeaux, avec pour conséquence des difficultés rencon trées lors de cette introduction. La demande de brevet finlandais n0 52.366 décrit un procédé pour résoudre ce problème en maintenant un courant essentiellement horizontal de liqueur refroldie sur toute la section droite de la colonne de copeaux dans la partie inférieure de la zone d'imprégnation en retirant de la liqueur sur la périphérie de la colonne de copeaux, en la refroidissant et en la renvoyant au milieu de ladite colonne Ce procédé présente cependant l1inconvénient, parmi d'autres, de nécessiter une augmentation de la consommation de chaleur dans le processus de cuisson du fait que la chaleur qui accompagne la liqueur et les copeaux à partir de la zone de digestion et qui est enlevée par refroidissement doit être remplacée par un réchauffement additionnel de la zone de digestion.Pour cela et pour d'autres raisons, il est maintenant classique d'utiliser un récipient d'imprégnation séparé, qui de toute maniera augmente cependant le coût de l'installation. Une condition préalable pour le maintien d'un profil stable de tem pérature et chimique dans un appareil de digestion opérant de façon continue consiste en ce que les copeaux sont compactés sous forme d'une colonne continue à un degré-tel que la liberté de mouvement des copeaux individuels les uns par rapport aux autres soit éliminée et que l'alimentation des copeaux soit effectuée de telle sorte qu'un écoulement stable de liqueur passe au travers de ladite colonne. Du fait que, dans un appareil de digestion dans lequel les copeaux sont introduits en haut, les copeaux sont normalement compactes seulement par le poids net des copeaux situés au-dessus, la pression de compactage s'exerçant sur la partie supérieure de la colonne de copeaux est très faible. En outre la vitesse d'écoulement de la liqueur est si lente qu'il s'établit un écoulement laminaire. Comme cela est connu, la résistance opposée à un écoulement laminaire dépend de la viscosité du fluide de sorte que la résistance à l'écoulement diminue quand la température de la liqueur augmente.D'autre part avec un écoulement turbulent de la liqueur, la résistance à l'écoulement est indépendante de la viscosité de la liqueur. Lorsqùtil est possible que de la liqueur chaude refoule de la liqueur froide hors d'une colonne de copeaux dans laquelle il existe une faible pression de compactage et au travers de laquelle l'écoulement normal de liqueur est faible, il se crée des conditions d'écoulement très instables. Cette circonstance est la cause déterminante de la difficulté de maintien d'une zone d'impregnation bien définie avec une température plus basse au-dessus de la zone de digestion, dans des appareils de digestion connus. Conformément à la présente invention, dans un appareil de digestion où les copeaux sont introduits en haut, on obtient des zones bien définies en relation avec l'augmentation de température pour le chargement, l'impré- gnation et la digestion et avec des profils thermique et chimique stables, de la manière suivante. Le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'on oblige la liqueur introduite avec les copeaux à s'écouler à-travers la colonne de copeaux dans la zone d'alimentation dans la direction d'avancement des copeaux à une vitesse telle, avant que ladite liqueur soit évacuée, que ladite colonne de copeaux traverse la zone d'imprégnation suivante, où un écoulement de liqueur d'imprégnation à contre-courant par rapport à l'avancement de la colonne de copeaux est réglé de telle sorte que la capacité de transmission de chaleur de ladite liqueur 'imprégnation soit au moins égale à la capacité de transmission de chaleur de la colonne de copeaux qui progresse La liqueur destinée à l'imprégnation des copeaux est chauffée à une température un peu supérieure à la température d'imprégnation désire avant d'être introduite dans l'extrémité de sortie de la zone d'imprégnation. Cet échauffement est effectué, en utilisant de la chaleur provenant de la liqueur déchargée par la sortie de la zone de digestion, au moyen d'un échange de chaleur indirect à contre-courant et par un mélange possible.Pour obtenir une concentration chimique et une température uniformes dans toute la section de la colonne de copeaux, on fait circuler la liqueur d'imprégnation à la sortie de la zone dtimprégnation en déchargeant de la liqueur sur la péri phérie de la colonne et en la renvoyant au milieu de cette dernière. Dans la zone d'imprégnation, un écoulement de liqueur d'imprégnation est maintenu à contre-courant au travers d'une colonne continue de copeaux en quantité telle que la capacité de transmission de chaleur de la liqueur d'imprégnation soit au moins aussi grande que la capacite de transmission de chaleur des copeaux qui sont amenés. Ce résultat est obtenu par évacuation, à partir de l'entrée de la zone d'imprégnation, d'un courant de liqueur ayant une grandeur telle que sa capacité de transmission de chaleur soit au moins aussi grande que la capacité de transmission de chaleur des copeaux introduits dans l'appareil de digestion et de la liqueur entraînée avec ceux-ci. Un courant stable de liqueur est maintenu dans la zone d'imprégnation en rendant sa section droite suffisamment petite pour que des conditions d'écoulement turbulent existent dans le courant de liqueur en question.Pour maintenir dans la zone d'imprégnation une colonne continue de copeaux dans laquelle la liberté de mouvement des copeaux individuels est éliminée et qui est entraînée de façon continue au travers de cette zone à contre-courant par rapport à la liqueur d'imprégnation, et en outre au travers de la zone de digestion et de la zone de lavage jusqu'à la zone de décharge, les copeaux sont comprimés et soumis à une force suffisante dans la direction d'avancement avant de parvenir dans la zone d'imprégnation. Cela est obtenu en obligeant la liqueur introduite avec les copeaux à-s'écouler dans la direction d'avance des copeaux au travers d'une colonne de copeaux suffisamment longue et à une vitesse suffisante avant que ladite liqueur soit évacuée de la périphérie de la colonne de copeaux dans une zone adjacente à l'entrée de la zone d'imprégnation. La liqueur d'impregnation est évacuée en majeure partie séparément de la liqueur utilisée pour l'alimentation des copeaux et en conséquence des extraits qui sont transferés dans la liqueur d'imprégnation à partir des copeaux pendant leurs passages au travers de la zone d'imprégnation peuvent être séparés d'un courant de liqueur relativement faible. La section de passage du flux de liqueur et de copeaux augmente successivement jusqu'au point où ladite liqueur est évacuée et en conséquence une force suffisante d'entraînement est obtenue même pour un courant relativement faible de ladite liqueur.Cela permet également d'obtenir un haut degré d'auto-régulation du niveau de la colonne de copeaux dans l'appareil de digestion puisque le courant de liqueur introduite diminue-automatiquement alors que ledit niveau a tendance à monter. La présente invention sera décrite ci-apres de manière plus détaillée en se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1 représente schématiquement en section droite un appareil de digestion correspondant å un mode de réalisation de l'invention lorsque l'imprégnation est effectuée avec de la liqueur franche contenant des substances chimiques de cuisson, La figure 2 représente une vue semblable d'un appareil de digestion qui a été modifié de façon que l'imprégnation soit effectuee avec de la liqueur extraite de la zone de digestion, en obtenant le mélange désiré avec de la liqueur fraîche contenant des substances chimiques de cuisson, La figure 3 représente un graphique qui montre comment la pression relative de pressage et d'alimentation de la colonne de copeaux à la sortie de-la zoùe de chargement dépend de la baisse de pression relative dans la zone de chargement de la liqueur entraînée avec les copeaux, La figure 4 est un graphique qui montre comment le niveau relatif de la colonne de copeaux dans la zone de chargement dépend de la baisse de pression relative dans la zone de chargement de la liqueur entraînée avec les copeaux, et La figure 5 représente un graphique qui montre comment l'écoulement de la liqueur qui est entraînée avec les copeaux dépend dru niveau de la colonne de copeaux dans la zone de chargement de l'appareil de digestion. L'appareil de digestion représenté sur la figure I se compose d'un récipient cylindrique allongé il sous pression qui est divisé, au moyen de plateaux d'extraction 21 22, 23, 24S 25 et 26 en six zones, à savoir une zone de chargement A, une zone d'alimentation B, une zone d'imprégnation C, une zone de digestion D, une zone de lavage E et une zone de déchargement F. Des copeaux 50 sont proportionnés dans une trémie de chargement 15 non pressurisée de façon à maintenir, une colonne de copeaux ayant une hauteur au-dessus du niveau de la liqueur dans ladite trémie, telle que les copeaux sont poussés vers le bas vers un dispositif de décharge (non représenté) en vue de leur transport ultérieur par l'intermédiaire d'un tuyau 60 jusqu a un distributeur à tiroir 14, en meme temps que la liqueur qui est introduite dans ladite trémie par l'intermédiaire d'un tuyau 70 au moyen d'une pompe de circulation 53.Dans le distributeur à tiroir, qui peut être d'un type connu, les copeaux sont transférés vers un tuyau 61 de façon à être introduits dans la zone de chargement de l'appareil de digestion par l'inter- médiaire d'un raccord 38, en même temps que la liqueur qui est introduite dans le distributeur à tiroir par une pompe de circulation 51.La liqueur de cuisson qui est introduite par l'intermédiaire dlun~tuyau 80 dans le circuit d'introduction des copeaux dans le distributeur à tiroir et la liqueur de chargement, qui est transférée d'un tuyau de circulation 81 jusqu a un tuyau de circulation 71 lorsque les copeaux se trouvant dans le distributeur à tiroir sont amenés du tuyau 60 jusque dans le tuyau 61, sont transportées par l'intermédiaire du tuyau 72 au moyen d'une pompe 52 jusqu'au coté dlaspira- tion de la pompe 51 en vue du transfert des copeaux depuis le distributeur à tiroir jusqu'à l'appareil de digestion. Ce transport de liqueur est réglé par le niveau de liqueur dans la trémie de chargement 15. Dans le transport des copeaux par l'intermédiaire des tuyaux 60 et 61, les courants de liqueur sont suffisamment grands par comparaison au courant de copeaux et les vitesses d'écoulement sont suffisamment élevées pour que les copeaux puissent s'écouler librement jusqu'aux entrées du distributeur à tiroir et jusqu'à l'appareil de digestion, approximativement à la même vitesse que la liqueur. De cette manière, des copeaux ainsi que la liqueur chargée s'écou- lent à travers la zone de chargement A de l'appareil de digestion jusqu'au niveau 29 de la colonne de copeaux où les copeaux chargés sont compactés et propulsés vers l'avant en obligeant la liqueur qui a été introduite 41 à s'écouler dans des conditions d'écoulement turbulent à travers une colonne de copeaux chargés dans la direction d'avancement de ladite colonne avant que ladite liqueur soit évacuée sur la périphérie de la colonne de copeaux par l'intermédiaire du filtre 21 et soit transportée par l'intermédiaire du tuyau 62 et au moyen de la pompe 51 pour revenir au distributeur -à tiroir. svec ce procédé de chargement des copeaux9 une pression élevée de compactage et d'entraînement, qui est facile à déterminer et à régler, peut être appliquée à la colonne de copeaux avant que ladite colonne soit entrai- née au travers de la zone dimprégnation En faisant en sorte que cette pression soit uniformément répartie dans toute la section de la colonne de copeaux et atteigne sa saleur maximale à l'entrée de la zone d'imprégnation C, on peut éviter une déformation mécanique des copeaux. Pour obtenir une haute pression d'entraînement avec cependant un courant relativement lent de liqueur chargée et pour faciliter la régulation du niveau de la colonne de copeaux dans l'appareil de digestion, la section de passage de la masse de copeaux et de liqueur est augmentée successivement depuis le point de chargement 38 jusqu'au filtre d'extraction 21 de la liqueur d'alimentation 41. La figure 3 montre maintenant comment la pression d'alimentation s'exerçant sur la colonne de copeaux à l'entrée de la zone d'imprégnation dépend de la baisse de pression de la liqueur introduite dans la zone d'alimentation, où ap désigne la baissa de pression totale dans la zone d'a7imen tation et Apl désigne la baisse de pression dans une section de la zone d'alimentation qui est adjacente au filtre d'extraction 21. La figure 4 montre comment le niveau H de la colonne de copeaux se trouvant dans la zone d'alimentation peut être déterminé à l'aide de ces baisses de pression. La régulation du niveau est réalisée soit par changement de la décharge de pulpe 63 soit par modification de l'introduction des copeaux 60. Le courant de la liqueur d'imprégnation 42 au travers de la zone d'imprégnation C est réglé en modifiant la quantité de liqueur retirée par l'intermédiaire de l'élément d'extraction 22 à l'entrée de la zone d'imprégnation ainsi que la circulation établie par la pompe 54-au travers de l'échangeur de chaleur 12, où un réchauffement est effectué au moyen de la liqueur chaude 67 extraite à la sortie de la zone de digestion, pour la faire arriver à la sortie de la zone d'imprégnation en même temps que la liqueur 65 extraite en cet endroit.Le courant de liqueur d'imprégnation chauffée 75 est réglé de façon que sa capacité de transmission de chaleur soit un peu supérieure à la capacité de transmission de chaleur de la charge de copeaux 50 et de la liqueur de cuisson 80 mais soit égale ou légèrement inférieure à la capacité de transmission de chaleur de la liqueur 67 extraite de la sortie de la zone de digestion. Des extraits 82 sont séparés en 16 de la liqueur d'imprégnation 69 qui est évacuée avant que ladite liqueur soit renvoyée après chauffage à la sortie de la zone d'imprégnation. Les copeaux imprégnés et la liqueur qui sont amenés de la zone d'imprégnation vers la zone de digestion sont chåuffés jusqu'à la température de cuisson en évacuant la liqueur de cuisson 66, en réchauffant ladite liqueur de cuisson 13 et en la renvoyant à l'entrée 34 de la zone de digestion. Dans l'appareil de digestion représenté sur la figure 2-9 une imprégnation est effectuée avec de la liqueur 101 évacuée à la sortie de la zone de digestion, la concentration désirée en substances chimiques de cuisson fraîches étant obtenue par régulation de ce courant de liqueur 101. Le courant de liqueur d'imprégnation 42 dans la zone d'imprégnation est réglé dans ce cas en modifiant le courant de la liqueur d'imprégnation usée 89. Le procédé conforme à l'invention offre de nombreux avantages I. Des limites de températures nettes peuvent être maintenues entre la zone de chargement et la zone d'imprégnation et entre la zone d'imprégnation et la zone de digestion même lorsque ces zones sont présentes dans le même récipient sous pression, avec chargement an haut de celui-ci. 2. Indépendamment de la température dans la zone d'imprégnation, la température de la liqueur de chargement peut être maintenue suffisamment basse pour que les dispositifs de chargement placés en amont du distributeur à tiroir puissent être réalisés non pressurisés. 3. Une température suffisamment élevée et constante pour une imprégnation efficace peut être maintenue dans la zone d'imprégnation sans que la température devienne si élevée qu'elle provoque un début de dissolution de la lignine, ce qui est indésirable dans cette zone. 4. Les besoins en chaleur extérieure dans le processus sont faibles puisque le seul besoin en chaleur concerna l'échauffement delta matière finement divisée et de la liqueur de cuisson depuis la température d'impré gnationjusqu'à la température de digestion. 5. Une haute pression de compactage peut être maintenue sur la colonne de copeaux dans la zone d'imprégnation sans l'application d'une- force de compression excessivement élevée sur les copeaux cuits, ce qui est nécessaire pour que les copeaux puissent être entraînés de façon continue au travers de l'appareil de digestion sous la forme d'une colonne continue et pour que des quantités suffisantes de liqueur puissent être introduites a- contre-courant au travers de la zone d'imprégnation et au travers de la zone de lavage. 6. Du fait que les copeaux pénétrant dans l'appareil de digestion sont rapidement comprimés et atteignent un compactage maximal lorsqu'ils franchissent le filtre d'extraction de la liqueur de chargement, le transport de matières solides fines (poussière de sciage) vers ledit élément d'extraction est réduit. En utilisant le procédé conforme à l'invention, il est par conséquent possible de réduire au minimum la circulation de matieres fines dans le dispositif de chargement. Non seulement cela augmente la capacité de chargement et diminue les impératifs de nettoyage mais il en résulte Egale- ment une augmentation du rendement puisqu'on diminue une décomposition indésirable des matières fines.Des copeaux de qualité relativement faible peuvent par conséquent être utilisés sans augmenter les difficultés de fonc- tionnement. 7. Pendant la partie pressurisée du processus de cuisson, les copeaux sont entourés en permanence par de la liqueur. L'imprégnation des copeaux est par conséquent efficace et uniforme puisqu'on élimine une absorption de gaz et puisque la liqueur d'imprégnation qui entoure les copeaux dans la zone d'imprégnation est amenée de façon continue et rapide à cause du grand écoulement relatif entre la liqueur et les copeaux. 8. La force de compression et d'entraînement des copeaux, et également le niveau de la colonne de copeaux à l'entrée de l'appareil de digestion, peuvent être aisément déterminés et réglés. 9 La déformation mécanique des copeaux est réduite à un minimum puisque les copeaux ne sont exposés, dans aucune des parties comprises entre le dispositif de chargement et l'appareil de digestion, à une pression macanique supérieure à celleequi est nécessaire pour obtenir un entraînement continu et uniforme desdits copeaux. 10. Las extraits contenus dans les copeaux sont transférés dans la liqueur d'imprégnation et ils peuvent être séparés de ladite liqueur à une température relativement basse avant que la liqueur d'imprégnation soit introduite dans la zone de digestion. 11. Même des copeaux non traités à la vapeur peuvent être efficacement imprégnés et entraînés sous forme d'une colonne continue dans l'appareil de digestion. 12. L'installation nécessaire est simple puisque la totalité de l'opération de. cuisson peut être effectuée dans un seul récipient sous pression. REVENDICATIONS 1. Procédé utilisable dans la digestion continue d'une matière finement divisée contenant de la cellulose, par exemple des copeaux de bois, par introduction de ladite matière finement divisée dans un récipient de traitement (11) rempli de liquide sous la forme d'une colonne continue de copeaux à travers ne zone d'alimentation (B), une zone d'imprégnation et de chauffage (C), une zone de digestion (D) et éventuellement une zone de lavage (E), la température dans la zone d'imprégnation et de chauffage (C) étant maintenue inférieure à celle régnant dans la zone de digestion (D), caractérisé en ce qu'on oblige la liqueur (41) introduite avec les copeaux à s'écouler au travers de la colonne de copeaux dans la zone d'alimentation (B) dans la direction d'avancement des copeaux à une vitesse telle, avant que ladite liqueur soit évacuée (21), que ladite colonne de copeaux soit introduite dans la zone d'imprégnation suivante (C), où un courant de liqueur d'imprégnation (42), s'écoulant à contre-courant par rapport à l'avancement de la colonne de copeaux, est réglé de telle sorte que la capacité de transmission de chaleur de ladite liqueur d'imprégnation soit au moins égale à la capacité de transmission de chaleur de la colonne de copeaux en progression 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de la liqueur d'imprégnation (42) par rapport à celle de la colonne de copeaux dans la zone d'imprégnation (C) est maintenue suffisamment élevée pour établir des conditions d'écoulement turbulent. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la liqueur d'imprégnation (85) qui est introduite dans l'extrémité de sortie de la zone d'imprégnation est chauffée, et éventuellement diluée, par de la liqueur (67) déchargée à partir de la sortie de la zone de digestion. 4. Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la liqueur et la matière finement divisée s 'écoulant dans la zone d'alimentation (B) au travers dgune section de passage progressivement croissante jusqu'à l'élément d'extraction (21) de la liqueur chargée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la liqueur d'imprégnation (42) est évacuée par l'intermédiaire d'un filtre d'extraction (22), en étant séparée soit entièrement soit partiellement de la liqueur d'alimentation (41). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que des extraits se trouvant dans la liqueur d'imprégnation sont séparés avant que la liqueur d'imprégnation (69) évacuée soit renvoyée ou mélangée avec une autre liqueur. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pression d'alimentation s'exerçant sur la matière finement divisée à l'entrée de la zone d'imprégnation, et également le niveau (29) de la colonne continue de copeaux, sont déterminés en mesurant la baisse de pression dans la liqueur d'alimentation depuis un point (92) de la zone de chargement (A) et depuis un point (91) de la zone d'alimentation (B) jusqu'en un point (90) adjacent à l'élément d'extraction (21) de la liqueur d'alimentation. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pression d'alimentation est réglée par une régulation d'étranglement de la liqueur de chargement (81) ou bien par une régulation de la vitesse de rotation de la pompe de transport (51) de la liqueur d'alimentation ou bien par régulation du niveau (29) de la colonne continue de copeaux. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le niveau (29) de la colonne continue de copeaux est réglé par régulation de la liqueur de transport (70) pour la matière finement divisée vers le distributeur à tiroir (14) et/ou par regulation de la vitesse de rotation dudit distributeur à tiroir.