Brevet FR2594151A1 — publié le 19870814

L'invention concerne le raffinage d'un matériau fibreux dans des dispositifs comportant des surfaces de broyage en mouvement l'une par rapport à l'autre. En pre- mier lieu, on se propose de raffiner un matériau fibreux réduit en poudre par exemple de copeaux en pâte à papier selon les procédés TMP, CTMP, CMP ou d'autres procédés pour produire des pâtes à haut rendement encore appelées pâtes mécaniques.Plus précisément, l'invention concerne une combinaison de moyens d'actions afin de diminuer la consommation d'énergie pendant un tel raffinage puisque la transformation d'énergie avec les procédés actuels est très élevée et peut, par étape de raffinage, être d'une valeur d'approximativement 1.000 Kwh par tonne de pâte à papier, c'est-à-dire avec un raffinage en deux étapes d'un total d'approximativement de 2.000 Kwh par tonne de pàte à papier produite. Une petite partie seulement de cette quantité d'énergie est utilisée pour le travail de défibrage proprement dit, tandis que la plus grande partie, prédominante, est consommée pour transformer en vapeur l'humidité du matériau fibreux et le liquide éventuellement ajouté. La vapeur produite dans l'espace de broyage occupe un volume qui en tant que tel n'est pas souhaitablé puisque la vapeur à la pression régnant dans l'espace de broyage-rend le passage naturel du matériau fibreux à travers l'espace de broyage plus difficile et décroit également le temps de rétention du matériau fibreux dans la zone de broyage. Ainsi, c'est un objet principal de l'invention de diminuer la transformation d'énergie pendant le raffinage par une combinaison de moyens d'actions qui vont être expliqués ci-après. Même s'il existe des appareils de raffinage dans lesquels les deux surfaces de broyage se déplacent afin d'obtenir un mouvement relatif souhaitable dans l'espace de broyage, l'exemple suivant ne concerne que les dispositifs de raffinage avec une partie fixe qui est appelée stator et une partie voisine mobile qui est appelée rotor. Un premier moyen d'action permettant d'économiser l'énergie consiste à diminuer de manière importante la fréquence de broyage en conservant un nombre de rotations par minute de la partie tournante sensiblement identique à ce qu'l était auparavant mais en diminuant de façon importante le nombre d'éléments de coupe sur le rotor et le stator. Un second moyen d'action qui sert partiellement à compenser la fréquence de broyage plus faible, consiste à augmenter en même temps le volume, c'est-à-dire le temps de maintien entre les éléments de broyage. Puisqu'avec un dispositif de raffinage à disque comportant un espace de broyage orienté seulement radialement, on est limité en ce qui concerne le diamètre de la zone de broyage à cause des forces centrifuges agissant sur le matériau fibreux à certaines vitesses de rotation, il est au contraire possible d'augmenter le volume de la zone de broyage en réalisant un espace de broyage de forme cylindrique ou légèrement conique. De cette manière, le diamètre peut être conservé dans des limites raisonnables tout en augmentant simultanément la longueur de la zone de broyage. Comme troisième moyen d'action, également afin de compenser partiellement la fréquence de broyage plus faible, dans le but de diminuer la consommation d'énergie, on extrait la plus grande quantité possible de la vapeur engendrée dans l'espace de broyage, tandis que la vapeur est encore présente dans l'espace de broyage afin d'améliorer l'accessibilité des surfaces de broyage sur le matériau fibreux et de la sorte augmenter le temps de maintien du matériau fibreux dans la zone de broyage. De nombreux travaux de recherche et de développement ont été réalisés concernant la forme des organes de broyage qui dans les machines modernes la plupart du temps sont remplaçables puisqu'ils sont exposés à d'importantes sollicitations et usure. Dans le brevet canadien CA 901.857, sont décrits des exemples de segments de broyage en forme de disques ainsi que coniques avec différents motifs tels que des rainures ou des barres afin d'obtenir un broyage aussi efficace que possible. Un autre motif est représenté dans le brevet américain US 3.815.834 décrivant un dispositif de raffinage à disque, duquel il apparaît clairement que les rainures sur le disque là ot son diamètre est plus petit sont disposées à une distance relativement grande les unes des autres et que la distance devient de plus en plus petite au fur et à mesure que l'on se rapproche de la périphérie du disque, Le terme fréquence de broyage signifie le nombre de révolutions du rotor par seconde multiplié par le nombre de rainures à la périphérie des surfaces de broyage. Un nombre de révolutaions du rotor de 1.500 - 1.000 tours par minute peut être considéré comme normal ce qui donne des fréquences d'une valeur de 6.000 à 20.000 Hertz. A l'aide de l'invention, on a trouvé que la consommation d'énergie pouvait être réduite de façon considérable, dans des cas favorables, en-dessous de la moitié, si la fréquence est diminuée jusqu'à environ 300 - 800 Hertz, tout en maintenant la vitesse de rotation du rotor et en diminuant le nombre d'éléments de coupe du rotor et du stator, d'un nombre habituel de 400 - 600 à 20 - 30. Afin de compenser la fréquence plus basse, mentionnée ci-dessus, il est nécessaire d'augmenter le volume, c'est-à-dire le temps de rétention, entre les éléments de broyage, en donnant au dispositif de raffinage une forme cylindrique ou de préférence légérement conique. De la sorte, il est possible d'augmenter le cheminement du matériau fibreux à travers le dispositif de raffinage, c'est-à-dire le long de la surface conique, d'une manière plus importante qu'il n'aurait été possible de le faire dans un dispositif de raffinage à disque puisque, comme mentionné ci-dessus, il n'est pas souhaitable d'augmenter le diamètre de la zone de broyage d'une manière trop importante. Afin d'augmenter de plus le temps de maintien dans le dispositif de raffinage selon l'invention, la va peur engendrée est extraite de manière continue et principalement sur toute la longueur du rotor. De la sorte, la séparation de vapeur devrait être réalisée de manière aussi complète que possible afin de diminuer la compressibilité du mélange vapeur-eau-fibre-copeau, ce qui effectivement contribue à diriger des forces de cisaillement d'entrée vers les copeaux et les fibres. Réaliser une extraction efficace de vapeur de la zone de broyage dans les dispositifs de raffinage a été pendant longtemps un problème dans l'industrie. Un exemple est cependant décrit dans le brevet canadien CA 1.079.559, dans lequel les segments de broyage, à l'exception des rainures, sont équipés d'ouvertures qui conduisent de manière appropriée la vapeur et le matériau fibreux entraîné, de espace de broyage jusqu'à la partie arrière des segments de broyage. Selon la présente invention, la plus grande partie de la vapeur produite dans l'espace de broyage est extraite de la zone de broyage et est de plus épurée de la plus grande partie du matériau fibreux qui aurait pu être entraîné. Après cela, la vapeur est extraite du dispositif de raffinage d'une manière séparée de l'evacua- tion de matériau fibreux, à travers une ou plusieurs évacuations de vapeur. La quantité de vapeur est de plus ré gulée en maintenant une différence de pression adaptée entre l'évacuation de vapeur et l'évacuation de matériau fibreux. REVENDICATIONS 1. Procédé pour diminuer la consommation d'énergie d'un mélange ou d'une suspension de matériau fibreux, par exemple des copeaux de bois humides dans un dispositif de raffinage comportant une arrivée et une évacuation pour matériau fibreux, dans lequel le matériau traverse un espace de broyage situé entre des surfaces de broyage en mouvement relatif l'une par rapport à l'autre, caractérisé par la combinaison des étapes suivantes - diminuer la fréquence de broyage d'une valeur normalement approximativement comprise entre 6.000 et 20.000 Hertz à une valeur approximativement comprise entre 300 et 800 Hertz en diminuant le nombre d'éléments de coupe d'un nombre normalement approximativement compris entre 400 et 600 à un nombre typiquement approximativement compris entre 20 et 30 en maintenant une vitesse de rotation normale d'approximativement 1.000 à 1.500 tours par minute et, - augmenter le temps de maintien du matériau fibreux dans l'espace de broyage afin de compenser le nombre d'impulsions de broyage perdues à cause de la diminution de fréquence, en rendant les surfaces de broyage coniques ou cylindriques afin de rendre possible l'utilisation d'un volume plus grand dans l'espace de broyage sans augmenter le diamètre des éléments de broyage et, - compenser de plus le nombre d'impulsions de broyage perdues dues à la fréquence diminuée en augmentant le temps de maintien de matériau fibreux dans espace de broyage en extrayant de la vapeur de manière continue et radiale à partir de l'espace de broyage, qui, par la conversion d'énergie, est libérée du liquide qui suit le ma tériau fibreux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vapeur extraite de l'espace de broyage est libérée dans le dispositif de raffinage, à partir, principalement, de tout le matériau fibreux qui suit la vapeur et la vapeur est évacuée du dispositif de raffinage à travers au moins une évacuation de vapeur séparée de l'évacuation de matériau fibreux et en ce que la quan tité de vapeur qui est extraite du dispositif de raffinage est régulée en maintenant une différence de pression adaptee entre l'evacuation de vapeur et lévacuation de matériau fibreux.