Brevet FR2617517A1 — publié le 19890106

La présente invention concerne un appareil de répar- tition d'une suspension d'une pâte cellulosique fibreuse en plusieurs parties, dans un boîtier fermé ayant des disposi- tifs d'entrée et de sortie. Au cours de la production d'une pâte cellulosique fibreuse, des impuretés sont introduites depuis l'extérieur et du fait de défaillances au cours du procédé réel de fabrication. Ces éléments indésirables peuvent avoir une dimension qui varie et peuvent comprendre par exemple des particules de sable, du gravier, des pierres, des écrous, des morceaux d'électrodes de soudage et des morceaux métal- liques. Il est donc nécessaire de retirer ces éléments indésirables, surtout des suspensions qui doivent être traitées ultérieurement dans des machines et des appareil- lages qui sont sensibles et peuvent être détériorés par de tels éléments solides ou qui, pour d'autres raisons, doi- vent être débarrassées autant que possible d'impuretés. On a suggéré divers types de dispositifs pour la séparation des éléments solides indésirables d'une pâte cellulosique fibreuse, voir par exemple les brevets SE-79 03 032-6 (cor- respondant au brevet US-4 303 508), SE-85 03 372-8 (corres- pondant à la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 882-716) et US-4 231 881. Pour pouvoir soumettre à une opération de tamisage une pâte cellulosique fibreuse de concentration moyenne, c'est-à-dire d'environ 6 à 15 %, on doit utiliser un dispo- sitif de tamisage qui crée des pulsations et des forces de cisaillement dans la pâte afin qu'elle soit fluidisée, c'est-à-dire qu'elle soit mise à un état de grande fluidi- té, et les fibres peuvent alors se déplacer les unes par rapport aux autres. Un courant partiel d'un matériau fi- breux plus fin (matière acceptée) et un courant partiel de matériau plus grossier (matière rejetée) peuvent ainsi être obtenus par tamisage. Un dispositif de tamisage mettant en oeuvre ce principe est décrit dans le document SE- 01 030-4 (correspondant à la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 836 123). La présente invention a pour objet la réalisation d'un appareil qui forme un ensemble de construction multi- fonctionnel et peu encombrant, destiné à la séparation continue des éléments indésirables du type spécifié et aussi à la répartition d'une suspension en une fraction fine (matière acceptée) et une fraction grossière (matière rejetée). En outre, l'appareil donne un effet accru de tamisage par.rapport à un dispositif de tamisage du type connu, tel que décrit précédemment. Un objet important de l'invention est aussi la réalisation d'un appareil multi- fonctionnel qui, par rapport à l'utilisation combinée de deux appareils séparés, ayant chacun une fonction propre (séparation et tamisage respectivement), simplifie l'en- traînement et l'appareillage de commande, simplifie l'ins- tallation et réduit l'importance des appareillages de com- mande, de régulation et de sécurité, et réduit de manière correspondante les coûts de fonctionnement, d'installation et d'appareillage. Plus précisément, selon l'invention, un boîtier fermé est divisé en deux chambres ayant chacune des dispo- sitifs d'entrée et de sortie, un dispositif de séparation est placé dans la première chambre et tourne à grande vitesse afin qu'il sépare les éléments indésirables de la suspension et les transmette par une sortie, une ouverture étant formée entre la première et la seconde chambre afin que la suspension qui a été pratiquement débarrassée. des éléments indésirables soit transférée, et un dispositif cylindrique de tamisage est disposé dans la seconde chambre et est raccordé au dispositif de séparation placé dans la première chambre, le dispositif de séparation et le dispo- sitif de tamisage étant entraînés.par un arbre commun, et un dispositif de support comporte des pales avec lesquelles le dispositif de tamisage coopère afin que la suspension soit répartie en différentes fractions qui quittent la seconde chambre par des sorties individuelles. Les diffé- rentes fractions peuvent comprendre une fraction relative- ment fine (matière acceptée) et une fraction relativement grossière (matière rejetée). D'autres caractéristiques et avantages de -l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un appareil selon l'invention; et la figure 2 est une élévation de disque denté monté dans l'appareil. L'appareil représenté schématiquement sur la figure 1 comporte un boîtier cylindrique 1 fermé à ses extrémités par des parois 2, 3. Le boîtier 1 est commun à un disposi- tif de séparation 4 des particules ou éléments solides indésirables d'une suspension d'une pâte cellulosique fi- breuse, et a un dispositif de tamisage 5 de la suspension. Le boîtier 1 est divisé en une première chambre 6 destinée à loger le dispositif de séparation 4 et une seconde cham- bre 7 destinée notamment à loger le dispositif de tamisage , les chambres 6 et 7 communiquant l'une avec l'autre par une ouverture sous forme d'une fente annulaire 8 de dimen- sion prédéterminée. Une bague 9fixée rigidement au boîtier 1 forme ainsi la limite entre les deux chambres 6 et 7, la circonférence interne de la bague 9 formant ainsi la cir- conférence externe de la fente annulaire 8. La seconde chambre 7 est ellemême divisée en un espace annulaire 10 qui entoure le dispositif de tamisage 5 et un espace 11 pour le passage de la matière acceptée allant de l'inté- rieur du dispositif de tamisage 5 vers la paroi d'extrémi- té. Les deux espaces 10 et 11 sont séparés par une bague plate 12 ainsi que par le dispositif de tamisage 5. Le boîtier 1 comporte une entrée 13 débouchant dans la première chambre 6 et destinée au passage de la suspen- sion I qui doit être taitée (matière injectée), et une sortie 14 de la seconde chambre 7 destinée au passage de la matière R restant après tamisage (matière rejetée). Dans le mode de réalisation représenté, l'entrée 13 d'injection est disposée radialement afin qu'elle débouche dans le boitier cylindrique 1. Dans une variante, elle peut être disposée tangentiellement ou axialement à distance de. l'axe central du boitier. En outre, le boitier 1 a une sortie 15 de la première chambre 6 qui est destinée au passage des éléments indésirables qui peuvent être appelés "impuretés solides" P. Le boîtier a aussi une sortie 16 pour la matière accep- tée, coopérant avec l'espace 11. La fente annulaire 8 forme une sortie 8a de la première chambre 6 et une entrée cor- respondante 8b dans la seconde chambre 7. L'appareil comporte en outre un arbre horizontal rotatif 17 traversant la paroi 2 d'extrémité et pénétrant dans la première chambre 6 afin qu'il porte le dispositif 4 de séparation et en outre le dispositif de tamisage 5. L'arbre 17 porte aussi un rotor allongé placé dans la première chambre 6 et ayant plusieurs pales radiales 19 destinées à jouer le rôle d'agitateurs. L'arbre 17, avec'le rotor 18, le dispositif 4 de séparation et le dispositif de tamisage 5 qui lui sont associés, est entraîné par le moteur 20, schématiquement représenté, et supporté par un palier 21 qui est aussi représenté schématiquement, et qui comporte des dispositifs convenables d'étanchéité placés au niveau de la paroi 2 d'extrémité afin qu'il assure l'étan- chéité entre le boitier et l'arbre. Un tronçon conique 22 est placé entre le rotor 18 et le dispositif 4 de séparation et son rôle est de guider la suspension vers la périphérie du dispositif de séparation 4 qui est fixé au tronçon conique 22. Un disque circulaire' plat 23 est disposé sur l'arbre 17, vers l'intérieur du dispositif de séparation 4, et est fixé à celui-ci. La circonférence externe du disque 23 forme la circonférence interne de la fente annulaire 8. En d'autres termes, la fente annulaire 8 est délimitée vers l'extérieur par la bague 9 et vers l'intérieur par le disque 23. Le dispositif de séparation 4 est formé d'un disque plat ayant plusieurs dents 24, ou taquets ou analogues, dépassant en direction sensiblement radiale (voir figure 2), les dents et les espaces 25 délimités entre elles, destinés à permettre le passage de la suspension pendant la rotation du disque 4, étant alignés axialement sur la fente annulaire 8. La dimension radiale de la fente 8 est légère- ment inférieure à celle des dents 24 et la fente est placée en face de celles-ci, c'est-à-dire qu'un cercle passant par les extrémités des dents 24 et centré sur l'arbre 17 a avantageusement un diamètre légèrement supérieur au dia- mètre interne de la bague 9 (correspondant au diamètre de l'ouverture 26 de la bague), et un cercle passant par la base des dents 24 a un diamètre qui est légèrement infé- rieur à celui du disque 23, de manière convenable. Le disque 4 est monté aussi près que possible de la bague 9 afin que la sortie permettant l'écoulement de la suspension vers la seconde chambre 7 soit formée essentiellement par les espaces rotatifs 25 délimités entre les dents 24. La distance comprise entre le disque 4 et la bague 9 est en général inférieure à celle qui est représentée sur la figure. La sortie 15 d'éléments solides qui sont frappés par les dents rotatives 24 et ainsi retirés de la suspen- sion, est disposée dans le plan du disque 4 et du côté inférieur du boitier 1. Un mode de réalisation convenable d'un disque denté 4 est représenté sur la figure 2 sur laquelle le sens de rotation est indiqué par une flèche. Le bord avant 27 d'une dent 24, dans le sens de rotation, fait un angle a avec le bord arrière 28 de la dent qui se trouve juste en avant, et qui est avantageusement radial. L'angle a peut être avanta- geusement compris entre 60 et 75 afin que, penrant sa rotation dans le sens de la flèche, le disque 4 projette les éléments solides indésirables vers l'extérieur et obli- quement vers l'arrière, ces impuretés ne pouvant donc pas circuler axialement ou transversalement au plan du disque 4. Les impuretés séparées peuvent aussi comprendre des noeuds ou des morceaux plus gros de bois. Cependant, la partie principale de ces impuretés naturelles accompagne la matière finale rejetée. La sortie 15 des éléments solides P est raccordée à un dispositif convenable (non représenté)-destiné à collec- ter et retirer les éléments solides séparés de la suspen- sion. Un liquide, normalement de l'eau, peut être transmis à ce dispositif afin qu'il forme un petit contre-courant de liquide dans le dispositif et que ce dernier ne soit pas rempli de fibres de la suspension, mais contienne pratique- ment uniquement les éléments solides indésirables qui ont été retirés. Le dispositif de tamisage 5 est placé à proximité de la bague 9 et, dans le mode de réalisation représenté, il est constitué d'une plaque cylindrique 29 de tamisage ana- logue à un panier, ayant des ouvertures convenables sous forme de trous ou de fentes permettant la séparation par tamisage d'une fraction relativement fine, appelée "ma- tière acceptée" A. Le cylindre de tamisage entoure la partie interne de la chambre 11 de matière acceptée dans laquelle la matière acceptée qui a été tamisée est collec- tée. La matière acceptée est alors retirée par une sortie 16 de matière acceptée. La disposition de la fente annu- laire 8 dans l"alignement de l'espace 10 assure une répar- tition uniforme de la suspension tout autour du cylindre 29 de tamisage. Le cylindre de tamisage 29 a une bague de support 30 à l'extrémité distante du disque 4, cette bague de support coopérant extérieurement avec une bague correspondante 31 formant coussinet, fixée à la bague 12 fermant l'espace 11 de la matière acceptée. Ainsi, lorsque l'arbre 17 tourne, le cylindre de tamisage 29 tourne aussi dans la seconde chambre 7 en même temps que le disque 4 tourne dans la première chambre 6, puisque le cylindre de tamisage 29, le disque 4 et l'arbre 17 (et aussi le rotor 18 et la partie conique) forment un ensemble rotatif. Un corps cylindrique 32 de support est fixé' rigide- ment au centre à la paroi 3 d'extrémité du boitier par la sortie 16 de la matière acceptée, et est disposé axialement au centre du cylindre de tamisage 29. Le corps 32 de support a un diamètre inférieur à celui du cylindre de tamisage, la partie interne de l'espace 11 étant ainsi formée entre eux avec une dimension axiale suffisante pour que la matière acceptée repoussée à travers le-cylindre de tamisage puisse être reçue et afin que plusieurs pales allongées et fixes 30, fixées au corps 32 de support et disposées en direction sensiblement axiale le long de celui-ci, puissent être logées. Dans une variante, les pales peuvent être inclinées comme indiqué en trait inter- rompu sur la figure 1 par exemple. Les pales sont dirigées radialement afin qu'elles laissent une faible distance convenable entre elles et la surface interne de tamisage du cylindre 29 afin que le cylindre de tamisage tourne libre- ment sans venir au contact des pales fixes 33. Dans le mode de réalisation représenté, quatre pales 33 sont placées sur le corps 32 de support, mais leur nombre peut varier avec la capacité de l'appareil, les propriétés de tamisage de la suspension, etc. Si des pales inclinées sont utilisées, elles doivent être dirigées de manière qu'elles donnent un effet favorable d'alimentation. La matière acceptée est alors guidée axialement vers la paroi 3 d'extrémité lorsque le cylindre de tamisage tourne autour des pales fixes 33. L'appareil est aussi avantageusement muni d'un dis- positif 34 d'entrée destiné à l'introduction d'un liquide de dilution dans la seconde chambre 7, c'est-à-dire du côté d'injection du cylindre 29 de tamisage, afin que les fibres soient retirées par lavage de la matière rejetée et qu'une quantité aussi faible que possible de fibres utiles accom- pagne la matière rejetée, ces fibres passant au contraire dans le cylindre de tamisage sous forme de matière accep- tée. Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif d'entrée 34 est un raccord de tuyauterie traversant la paroi du boîtier 1 et débouchant dans l'espace annulaire , près de l'extrémité aval de celui-ci et à distance donc de l'extrémité amont la plus proche de la bague 9. Le raccord de tuyauterie est incliné de manière convenable comme représenté et est pratiquement diamétralement opposé à la sortie 14 de la matière rejetée. Dans une variante, plusieurs raccords de tuyauterie peuvent être répartis autour du côté d'injection du cylindre de tamisage. L'appareil selon l'invention peut en conséquence être appelé "ensemble à construction multifonctionnelle" étant donné que, dans un seul et même boitier et par utili- sation de la même source motrice et du même arbre d'entraî- nement, une séparation continue des impuretés et, juste après, une répartition continue de la suspension en au moins un courant de matière acceptée et un courant de matière rejetée, peuvent être réalisés. La suspension I qui circule dans l'appareil sous pression, est chassée vers l'extérieur vers la fente annu- laire 8 afin qu'elle passe dans celle-ci, la section de l'entrée 13 d'injection étant considérablement supérieure à la section de la fente annulaire 8, si bien que la suspen- sion est obligée d'accélérer à une vitesse accrue qui assure en même temps la fluidisation. Ceci est particuliè- rement important lorsque la pâte des fibres a une concen- tration moyenne. Comme le disque tourne devant la fente 8, ses dents 24 créent des forces de cisaillement dans la suspension si bien que celle-ci devient fluidisée, c'est-à- dire s'écoule facilement. Comme le disque 4 est placé à proximité de la fente annulaire 8, la suspension pénètre dans la seconde chambre 7 sous forme fluidisée. Les forces de cisaillement auxquelles la matière acceptée est soumise entre les pales 33 et le cylindre de tamisage 5 pendant la rotation du cylindre sont aussi précieuses pour la conser- vation de l'état fluidisé, si bien que la matière acceptée peut circuler plus facilement à partir du cylindre de tamisage. Pendant la rotation du cylindre de tamisage 5, les pales 33 créent des impulsions de pression dans la suspen- sion et ces impulsions, en plus de leur effet de fluidisa- tion, ont un effet de nettoyage du cylindre de tamisage par nettoyage des ouvertures. Pendant le fonctionnement, l'ap- pareil est totalement rempli de la suspension formée par la pâte, circulant sous pression dans les deux chambres. D'autres avantages essentiels de l'appareil multi- fonctionnel selon l'invention sont le fait que la puissance nécessaire au fonctionnement, est considérablement réduite puisque le dispositif moteur est le même pour le cylindre de tamisage et le disque denté. En outre, la puissance nécessaire au cylindre rotatif de tamisage coopérant avec des pales fixes est inférieure à celle qui est nécessaire à une cylindre fixe de tamisage coopérant avec un rotor muni de pales. L'installation est aussi simplifiée et l'espace nécessaire dans l'atelier de traitement est réduit. De même, les appareils de commande et de régulation ainsi que les systèmes de sécurité sont considérablement réduits. Ces perfectionnements provoquent à leur tour une réduction considérable des coûts de fonctionnement, d'installation et des matériaux. Comme le tamisage est réalisé depuis l'extérieur et vers l'intérieur, à l'aide du cylindre rotatif de tamisage et des pales fixes qui coopèrent avec le cylindre à l'inté- rieur de celui-ci, les noeuds restants ne peuvent pas être brisés par les lames tournant rapidement et la matière rejetée a ainsi une meilleure qualité. L'appareil convient particulièrement. bien à un mon- tage dans un circuit fermé sous pression, par exemple la tuyauterie d'injection d'un digesteur continu de pâte, afin que les particules qui peuvent détériorer les machines de traitement montées en aval soient retirées. La fraction fine ou le courant de matière acceptée ainsi obtenu peut alors être transporté par exemple vers une opération de blanchiment par l'oxygène par exemple. L'appareil peut ainsi être conçu pour être utilisé à toute pression supé- rieure à la pression atmosphérique régnant en général. Une vitesse convenable pour le disque denté et l'arbre portant le cylindre de tamisage est d'environ 1 500 tr/min pour une pâte de concentration moyenne. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à répartir une suspension d'une pâte cellulosique fibreuse en plusieurs parties dans un boîtier fermé (1) ayant des dispositifs d'entrée et de sortie, caractérisé en ce que le boîtier fermé est divisé en deux chambres (6, 7) ayant chacune un dispositif d'en- trée (13, 8b) et un dispositif de sortie (15, 8a, 14, 16), en ce qu'un dispositif de séparation (4) est disposé dans la- première chambre (6) et tourne à grande vitesse afin qu'il sépare des éléments indésirables de la suspension par l'intermédiaire d'une sortie (15), en ce qu'une ouverture (8) est disposée entre la première chambre (6) et la se- conde chambre (7) afin que la suspension qui a été prati- quement débarrassée des éléments indésirables soit transfé- rée, et en ce qu'un dispositif cylindrique de tamisage (5) est disposé dans la seconde chambre (7) et est raccordé au dispositif (4) de séparation placé dans la première chambre (6), le dispositif de séparation (4) et le dispositif de tamisage (5) étant entraînés par un arbre commun (17), un dispositif de support (32) étant muni de pales (33) avec lesquelles le dispositif de tamisage (5) coopère afin qu'il répartisse la suspension en différentes fractions (A, R) qui quittent la seconde chambre (7) par des sorties indivi- duelles (16, 14). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture formée entre les deux chambres (6, 7) est constituée par une fente annulaire (8). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fente annulaire (8) est délimitée radialement vers l'extérieur par une bague (9) séparant les deux cham- bres (6, 7), et radialement vers l'intérieur par une partie opposée d'extrémité du dispositif de tamisage (5) ou par un disque circulaire (23) disposé entre le dispositif de sépa- ration (7) et le dispositif de tamisage (5). 4. Appareil selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la section de la fente annulaire (8) est considérablement inférieure à celle de l'entrée (13) dans la première chambre (6). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de sépara- tion (4) comporte un disque ayant des dents (24), taquets ou analogues disposés en direction sensiblement radiale et alignés latéralement sur la fente annulaire (8), la pre- mière chambre (6) ayant une sortie (15) pour les éléments indésirables (P) , cette sortie étant dans le plan du disque (4), les éléments indésirables étant séparés de la suspen- sion par les dents (24) pendant la rotation du disque (4). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la l'étendue radiale de la fente annulaire (8) est inférieure à celle des dents (24), la fente annulaire (8) étant placée concentriquement'radialement à la hauteur des dents (24) et étant recouverte par les dents en direction axiale. 7. Appareil selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'entrée (13) dans la première chambre est disposée radialement ou tangentiellement, et est décalée axialement par rapport au disque (4) muni des dents. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la pâte cel- lulosique répartie est dans la plage des concentrations moyennes. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il- est mr-nté dans un circuit fermé sous pression, tel que la tuyauterie d'injection provenant d'un digesteur continu de pâte. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'entrée (34) destiné à transmettre un liquide de dilution au côté d'injection du dispositif de tamisage (5).