Brevet FR2632332A1 — publié le 19891208

- La présente invention se rapporte à un appa- reil pour séparer une suspension de pâte cellulosique fibreuse en deux ou plus de deux portions, dans une enceinte fermée ayant une entrée et des sorties, cet appareil comprenant des moyens formant rotor munis de saillies, et comportant une première partie de ro- tor entourée de moyens filtrants, cette première par- tie de rotor et les moyens filtrants formant, dans leur extension axiale, une zone de filtrage et étant agencée pour coopérer entre eux pendant la rotation de la première partie de rotor, pour filtrer la sus- pension dans un état fluidisé. Pour soumettre une pâte cellulosique fibreu- se de concentration moyenne, c'est-à-dire d'une con- centration d'environ 6 à 15 %, à une opération de filtration, on doit utiliser un dispositif de filtra- ge qui engendre des pulsations et des forces de ci- saillement dans la pâte de manière qu'elle soit flui- disée, c'est-à-dire qu'elle soit mise sous une forme fluide légère, ce qui permet aux fibres de se dépla- cer les unes par rapport aux autres. On peut alors obtenir par filtration un courant partiel de matière fibreuse fine (matière acceptée) et un courant par- tiel de matière plus grossière (rejet). Un appareil de filtrage basé sur le principe ci-dessus est dé- crit dans SE 85 01 030-4 (qui correspond à la deman- de de brevet des US N 836 123). Un problème auquel on se heurte dans cet appareil connu est que le produit introduit a ten- dance à s'épaissir dans la première section de la zone de filtrage, probablement en raison du fait que la suspension n'a pas encore été fluidisée dans cet- te partie, en même temps que se rassemblent des quan- tités croissantes de paquets de fibres. En raison de cet épaississement, le filtre, constitué par un pa- 2. nier filtrant, est soumis à des forces de pression et à un plus grand couple exercé par le rotor pen- dant la rotation de ce dernier, ce qui, outre une demande de puissance plus forte, peut provoquer une déformation du panier filtrant. La capacité et l'ef- ficacité de l'appareil sont aussi réduites. Le but de la.présente invention est d'éli- miner le problème mentionné plus haut et de fournir un appareil qui permet d'acheminer la suspension à la zone de filtrage dans un état qui convient exacte- ment pour la filtration immédiate, de sorte que la suspension n'est pas épaissie sous l'effet d'une ds- hydratation importante dans la première section de la zone de filtrage. La demande de puissance est aus- si considérablement réduite, tandis que la capacité et le rendement peuvent être maintenus à la valeur désirée et même améliorés. Ce but est atteint selon l'invention par le fait que les moyens formant rotor comprennent une deuxième partie de rotor, immédiatement adjacente à la première partie du rotor, qu'un élément de paroi rigide, imperméable à l'eau, entoure la deuxième par- tie du rotor, que la deuxième partie du rotor et l'é- lément de paroi forment, dans leur extension axiale, une zone de prétraitement située immédiatement en amont de la zone de filtrage, et sont agencés pour coopérer l'un avec l'autre pendant la rotation de la deuxième partie du rotor, et que cette deuxième par- tie du rotor comporte des saillies qui, pendant la rotation de cette partie du rotor, se déplacent le long de la surface cylindrique intérieure de l'élé- ment de paroi sans entrer en contact avec celle-ci, de sorte que la suspension est prétraitée et mise dans un état fluidisé, qui convient pour la filtra- tion dans la zone de filtrage située immédiatement en aval. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 représente schématiquement un appa- reil selon une forme préférée de réalisation, en coupe longitudinale; - les Fig. 2 et 3 montrent une portion d'un élé- ment de paroi de l'appareil selon la Fig. 1, respec- tivement en vue depuis l'intérieur et en coupe; - les Fig. 4 et 5 représentent, respectivement en vue depuis l'intérieur et en coupe, une portion d'un élément de paroi selon une deuxième forme de réalisation; les Fig. 6 et 7 représentent, respéctivement en vue depuis l'intérieur et en coupe, une portion d'un élément de paroi selon une troisième forme de réalisation; - la Fig. 8 montre, en coupe une partie d'un élément de paroi selon une quatrième forme de réa- lisation. La Fig. 1 montre schématiquement des par- ties d'un appareil de filtrage comprenant une en- ceinte qui est constituée par un corps cylindrique 1 et deux parois d'extrémité 2, 3, dont l'une est munie d'une entree axiale 4 pour la suspension (matière introduite) qu'il s'agit de filtrer. A proximité de l'autre paroi d'extrémité 3, se trouve une sortie 5 pour la matière qui reste après le fil- trage (rejet). Les parois d'extrémités 2, 3 sont as- semblées au corps 1 au moyen de brides appropriées (non représentées). Des moyens filtrants 6 sont disposés dans l'enceinte. Dans la forme de réalisation reprOsen- tëe, ces moyens sont constitués par une tôle filtran- te cylindrique ayant des ouvertures appropriées 7, sous la forme de trous ou de fentes, pour éliminer de la pâte, par filtration, la fraction assez fine, c'est-à-dire la fraction acceptée. La tôle filtrante 6 est entourée d'une chambre annulaire de produit ac- cepté 8 destinée à recevoir la fraction filtrée ac- ceptée, le corps 1 étant muni d'une sortie 9 de frac- tion acceptée qui communique avec la chambre de pro- duit acceptée 8 de façon à conduire la fraction accep- tée plus loin dans la ligne de traitement. L'appareil comprend un rotor 10 supporté par un arbre tournant horizontal 11 qui traverse la paroi d'extrémité 3 située à l'opposé de l'entrée 4. L'ar- bre 11 est entralné par un moteur 12 et il est touril- lonné dans un ensemble de palier 13 muni, dans la pa- roi d'extrémité 3, d'un dispositif d'étanchéité appro- prié pour assurer l'étanchéité nécessaire entre l'en- ceinte et l'arbre 11. Le rotor 10 comporte une première partie 14, entourée par la tôle filtrante 6 qui s'étend coaxia- lement par rapport à celle-ci. Selon l'invention, le rotor 10 comprend en outre une deuxième partie 15 qui part de la première partie de rotor 14 en direction de la chambre d'introduction 30, à l'entrée 4. L'appa- reil selon l'invention comprend donc un élément de pa- roi fixe rigide 16, imperméable à l'eau, qui entoure la deuxième partie du rotor 15, cette partie s'éten- dant coaxialement par rapport à cet élément de paroi. L'élément de paroi imperméable 16 comporte ainsi une surface intérieure cylindrique 17 qui, dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 1, a le même diamètre que la surface interne 18 de la tale fil- trante 6. Dans la forme de réalisation représentée, l'élément de paroi 16 est réalisé sous la forme d'une tôle cylindrique reliée rigidement à la tôle filtran- te cylindrique 6 et formant une structure en une seule pièce avec celle-ci. La tôle filtrante 6 et le cylin- dre en tôle 16 peuvent étre fabriqués à partir d'une seule et même pièce de tôle. L'élément de paroi 16 est monté rigidement dans l'enceinte, à proximité de la paroi d'extrémité 2, et est, intérieurement, en commu- nication directe avec la chambre d'introduction 30, à l'entrée 4. Le rotor comprend en outre une troisième par- tie 19, qui s'étend, dans la région de la sortie5 des rejets, jusqu'à proximité de la paroi d'extrémité 3. Dans la forme préférée de réalisation repré- sentée, le rotor est réalisé sous la forme d'un rotor unique de forme allongée, les trois parties de rotor 14, 15, 19 se raccordant l'une à l'autre sans joint visible. Le rotor 10 de forme allongée comprend un corps axial central 20, qui a un diamètre, ou une di- mension de section transversale, inférieur aux diamè- tres de l'élément de paroi 16 et des moyens filtrants 6. Des espaces annulaires 21 et 22 sont ainsi formés entre le corps central 20 et l'élément de paroi 16 et entre le corps central 20 et l'élément filtrant 6, respectivement, pour recevoir la suspension acheminée à l'appareil. Le rotor 10 est muni d'une série de saillies 23, montées rigidement sur, ou formées d'une seule pièce avec, le corps central 20. Les saillies s'étendent sur la longueur du corps central 20 et ra- dialement vers l'extérieur de ce corps central, et passent le long des surfaces cylindriques intérieures 17, 18 de l'élément de paroi 16 et des moyens fil- trants 6, sans entrer en contact avec ces surfaces, mais à une distance suffisamment petite de ces der- nières. Les saillies 23 peuvent être composées de ner- vures, d'ailettes ou, comme représenté sur la Fig. 1, de pales. Dans la forme de réalisation selon la Fig. 1, on utilise quatre pales qui s'étendent à peu près axialement. Le nombre des pales ou autres saillies 23 peut varier en fonction de la capacité de l'appareil, des propriétés de filtration de la suspension, etc. En variante, les pales peuvent être convenablement inclinées pour s'étendre en hélice le long du corps central. Dans ce cas, elles sont avantageusement diri- gées de manière à produire sur la suspension un effet d'avance avantageux. Pour obtenir un effet de refoule- ment accru, la troisième partie du rotor 19 peut &tre munie d'aubes ou équivalents ayant une dimension ra- diale plus grande que celle qui est représentée sur la Fig. 1, auquel cas le corps 1 doit être élargi radia- lement dans une mesure correspondante, à proximité de la paroi d'extrémité 3, pour donner de la place à ces aubes plus larges. Selon la présente invention, la surface inter- ne 17 de l'élément de paroi 16 comporte une série de cavités de dimensions prédéterminées, réparties circon- férentiellement d'une façon prédéterminée. Ces cavités se présentent sous la forme de rainures relativement courtes et étroites 24 qui, selon des expériences ef- fectuées, peuvent avoir une longueur d'environ 30 à 40 mm, une largeur d'environ 3 à 5 mm et une profondeur d'environ 0,5 à 1 mm. Elles peuvent être disposées en un certain nombre de cercles, et orientées axialement, avec une distance d'environ 20 à 50 mm entre deux rai- nures parallèles 24 et une distance d'environ 10 à 30 mm entre deux rangées de rainures 24. Dans la forme de réalisation de l'élément de paroi qui est représentée sur les Fig. 2 et 3, les rainures 24 ont une étendue longitudinale limitée. Une zone de prétraitement 25 est formée sur la longueur axiale de l'élément de paroi 16, de la deuxième partie du rotor 15, et de l'espace 21 défi- ni entre ces organes, et cette zone communique direc- tement avec la chambre d'introduction 30 et avec l'es- pace 22 situé en aval. Une zone de filtrage 26 est formée de la même façon sur la longueur axiale des moyens filtrants 6, de la première partie du rotor 14 et de l'espace 22 défini entre ces organes, et cette zone communique directement avec l'espace 21 de la zo- ne de prétraitement et par l'intermédiaire d'un espace annulaire 27 correspondant qui entoure la troisième partie du rotor 19, avec la sortie 5. Dans la zone de prétraitement 25, la suspension acheminée est conver- tie et réglée sur un état optimal ou à peu près opti- mal, lui permettant de subir la filtration sans épais- sissement notable de la suspension, et sans risque de colmatage des ouvertures 7 du filtre au moment o la suspension atteint la zone-de filtrage 26. La vitesse de rotation du rotor 10 est choisie suffisamment éle- vée pour que la suspension envoyée à la filtration soit fluidisée par le mouvement rapide des palettes 23 du rotor dans la suspension, mouvement qui crée des turbulences, des pulsations et des forces de ci- saillement dans la suspension, lorsque les palettes passent avec une grande vitesse périphérique le long de la surface interne 17 de l'élément de paroi 16 et le long de la surface interne 18 des moyens filtrants 6. Cet effet de turbulences, de pulsations et de for- ces de cisaillement est encore renforcé dans la zone de prétraitement 23 par les irrégularités prévues sur la surface interne 17 de l'élément de paroi 16. Dans la forme de réalisation représentée sur les Fig. 2 et 3, les irrégularités sont formées par un grand nombre de rainures courtes 24. Le traitement énergique se traduit aussi par une réduction avantageuse de la te- neur en fragments, puisque les paquets de fibres in- clus sont efficacement désintégrés, ce qui contribue à la formation d'une suspension fluidisée uniforme. La fluidisation signifie que la suspension est trans- formée et prend une forme homogène, s'écoulant faci- lement, dans laquelle les fibres ne sont pas liées les unes aux autres par des forces d'adhérence mais sont au contraire capables de se déplacer librement les unes par rapport aux autres. Etant donné que la suspension est préparée pour la filtration dans la zone de prétraitement 25, c'est-à-dire que les pa- quets de fibres sont désintégrés et que la suspension est mise dans un état fluidisé, dans lequel elle at- teint la zone de filtrage 26 et qui conserve dans cet- te zone de filtrage, la déshydratation de la suspen- sion est réduite à un minimum, car les fibres se com- portent comme un liquide et par suite sont capables de passer à travers les ouvertures 7 du filtre avec le liquide. La suspension ne s'épaissit pas au début de la zone de filtrage 26 et le risque de voir les moyens filtrants 6 soumis à des forces de pression et de torsion préjudiciables, exercées par les pales 23 du rotor, qui se traduiraient pas une déformation des moyens filtrants, est éliminé. Les conditions de tra- vail améliorées se traduisent aussi par une réduction considérable de la puissance nécessaire. Selon une autre forme de réalisation de l'é- lément de paroi, les cavités sont réalisées sous la forme de rainures continues 28, ainsi que représenté sur les Fig. 4 et 5. Les rainures 28 s'étendent entre les extrémités de l'élément de paroi 16 et sont ou- vertes à l'extrémité tournée vers la chambre d'intro- duction 30. Il se produit donc un retour axial de là suspension vers la chambre 30 d'introduction de la ma- tière par les rainures 28. Ce retour améliore encore l'effet de prévention du colmatage des ouvertures de filtrage 7 des moyens filtrants 6. Les rainures 28 peuvent aussi être ouvertes à l'extrémité tournée vers les moyens filtrants 6. Dans ce cas, l'élément de paroi est formé initialement avec un diamètre in- térieur inférieur à celui des moyens filtrants 6. La différence entre les diamètres et la profondeur des rainures 28 peuvent dans ce cas être accordées l'une à l'autre de telle manière que les surfaces de fond des rainures 28 se trouvent dans l'alignement ou dans le plan de la surface interne 18 des moyens filtrants 6. La dimension radiale des pales 23 ou autres sail- lies portées par la deuxième partie 15 du rotor doit alors être réduite dans une mesure correspondante. Dans la forme de réalisation représentée sur les Fig. 2 et 3, et aussi dans celle représentée sur les Fig. 4 et 5, les cavités 24, 28 peuvent être lé- gèrement inclinées par rapport à la direction axiale représentée. Une zone entre deux cavités peut en fait être considérée comme une saillie radiale bien qu'el- le se trouve dans le même plan que la surface interne 17 de l'élément de paroi. En remplacement ou en sup- plément des cavités, on peut utiliser des saillies radiales spéciales, par exemple, entre deux cavités adjacentes. Les Fig. 6 et 7 montrent une troisième forme de réalisation d'un élément de paroi 16, dont la sur- face interne 17 est munie d'une série de saillies ra- diales sous la forme de stries ou nervures étroites 29, relativement courtes, qui peuvent avoir les mêmes dimensions que les rainures 24 des Fig. 2 et 3. En variante, les nervures 29 peuvent s'étendre d'une fa- çon continue entre les extrémités de l'élément de pa- roi, de la même façon que les rainures continues 28 représentées sur les Fig. 4 et 5. La Fig. 8 montre encore une autre forme de réalisation de l'élément de paroi 16, qui comprend un élément support cylindrique extérieur rigide 31 et une chemise 32 disposée à l'intérieur, la surface interne de la chemise formant la surface interne 17 de l'élément de paroi et pouvant éventuellement com- porter des cavités et/ou dessaillies de la façon dé- crite plus haut. La chemise 32 représentée comporte des ouvertures traversantes 33 qui, lorsque la chemi- se 32 est placée à l'intérieur de l'élément support 31 et est en contact étroit avec ce dernier, sont fermées par cet élément et forment donc des cavités correspondantes dans l'élément de paroi 16. Selon l'invention, ces cavités ne traversent pas l'élément de paroi. Lorsque l'élément de paroi s'use, on a seu- lement à remplacer la chemise 32, au lieu de rempla- cer la totalité de l'élément de paroi (et les moyens filtrants si ces derniers sont d'une seule pièce avec cet élément de paroi). Dans le cas o l'élément sup- port et les moyens filtrant_ constituent une seule pièce, c'est-à-dire dans le cas o ils sont fabri- qués à partir d'une seule et même pièce de tôle, le diamètre intérieur de l'élément de paroi 16 formé par la chemise 32 est légèrement inférieur au diamètre intérieur des moyens filtrants 6, dans une mesure qui correspond à deux fois l'épaisseur de paroi de la che- mise 32. En variante, les diamètres intérieurs de la chemise 32 et des moyens filtrants 6 peuvent être identiques, auquel cas l'élément support 31 de l'élé- ment de paroi 16 contre lequel la chemise 32 est en contact de surface étroit, est agrandi ou adapté en conséquence. Dans l'appareil représenté sur la Fig. 1, la pAte est divisée en deux portions. Toutefois, elle peut aussi être divisée en davantage de portions, si il on le désire. Dans une telle forme de réalisation, -les moyens filtrants peuvent être composés de deux t8les filtrantes disposées l'une à la suite de l'au- tre, et ayant des ouvertures de filtrage de dimen- sions différentes, pour obtenir deux fractions accep- tées différentes, qui sont collectées chacune dans une chambre de produit acceptée entourant la tale filtrante correspondante. Dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 1, le rotor est tourillonné à une extrémité de l'enceinte. En variante, le rotor peut être tourillon- né aux deux extrémités de l'enceinte, c'est-à-dire, au moyen d'un arbre traversant. L'entrée de la matière peut être prévue dans ce cas sur le côté de l'enceinte, c'est-à-dire qu'elle peut être dirigée radialement. Selon une autre forme de réalisation de l'in- vention, les deux parties du rotor sont séparées, c'est-à-dire que le rotor est composé d'un premier ro- tor disposé dans la zone de filtrage et d'un deuxième rotor disposé dans la zone de prétraitement, les rotors étant tourillonnés chacun à une extrémité de l'enceinte et chacun d'entre eux étant entraîné par son propre mo- teur. De cette façon, il est possible d'entraîner les rotors à des vitesses différentes, si on le désire. La vitesse de rotation du rotor est choisie de telle manière que leurs pales prennent une vitesse périphérique suffisante pour produire l'état fluidisé. Une telle vitesse périphérique est normalement d'envi- ron 20 à 25 m/s pour une pâte de concentration moyen- ne. REVENDICATIONS 1. Appareil pour séparer une suspension de pate cellulosique fibreuse en deux ou plus de deux portions, dans une enceinte fermée (1) ayant une en- tr6e (4) et des sorties (7, 9), cet appareil compre- nant des moyens formant rotor (10) munis de saillies (23), et comportant une première partie de rotor (14) entourée de moyens filtrants (6), cette première par- tie de rotor (14) et les moyens filtrants (6), dans leur extension axiale, formant une zone de filtrage (26) et étant agencée pour coopérer entre eux, pen- dant la rotation de la première partie (14) du rotor, pour filtrer la suspension dans un état fluidisé, caractérisé en ce que les moyens formant rotor (10) comprennent une deuxième partie de rotor (15) immé- diatement adjacente à la première partie de rotor (14), en ce qu'un élément de paroi rigide (16), im- perméable à l'eau, entoure la deuxième partie de ro- tor (15), en ce que la deuxième partie du rotor (15) et l'élément de paroi (16) forment, dans leur exten- sion axiale, une zone de prétraitement (25) située immédiatement en amont de la zone de f.iltrage (26), et sont agencés pour coopérer l'un avec l'autre pen- dant la rotation de la deuxième partie du rotor (15), et en ce que la deuxième partie du rotor (15) compor- te des saillies (23) qui, pendant la rotation de cet- te partie du rotor (15), se déplacent le long de la surface cylindrique intérieure (17) de l'élément de paroi (16) sans entrer en contact avec celle-ci, de sorte que la suspension est prétraitée et mise dans un état fluidisé, qui convient pour la filtration dans la zone de filtrage (26) située immédiatement en aval. 2. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'élément de paroi (16) comporte sur sa surface interne (17) une série de cavités (24; 28) et/ou de saillies (29). 3. Appareil selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les cavités ont la forme de rainures courtes (24), axiales ou inclinées, disposées en ran- gées sur le pourtour de la surface interne (17) de l'élément de paroi (16). 4. Appareil selon la revendication 3, carac- térisé en ce que chaque rainure (24) a une longueur d'environ 30 à 40 mm, une largeur d'environ 3 à 5 mm, et une profondeur d'environ 0,5 à 1 mm, et en ce que la distance entre deux rainures (24) d'une même ran- gée est d'environ 20 à 50 mm et la distance entre deux rangées de rainures est d'environ 20 à 50 mm. 5. Appareil selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les cavités ont la forme de rainures continues (28), axiales ou inclinées, qui s'étendent entre les extrémités de l'élément de paroi (16)., 6. Appareil selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les saillies ont la forme de nervu- res ou équivalents (29), axiales ou inclinées, dispo- sées en rangées sur le pourtour de la surface interne (17) de l'élément de paroi (16). 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la zone de prétraitement (25) représente environ 20 à 100 %, de préférence en- viron 30 à 50 % de la longueur de la zone de filtrage (26). 8. Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les saillies (23) de la deuxième partie (15) du rotor sont composées de pales ayant une direction axiale ou inclinée. 9. Appareil selon I'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens formant rotor sont constitués par un rotor d'une seule pièce (10), de forme allongée, dans lequel la première partie (14) du rotor se continue dans la deuxième partie (15) du rotor, et ces deux parties soht entraînées par un arbre commun (11), et dans lequel les sail- OS lies (23) du rotor (10) s'étendent sur ses deux par- ties (14, 15). 10. Appareil selon la revendication 9, ca- ractérisé en ce que les saillies (23) du rotor (10) sont constituées par des pales ayant une direction axiale ou inclinée. 11. Appareil selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens filtrants (6) et l'élément de paroi (16) sont.assemblés rigi- dement entre eux, ou constituent un ensemble cylin- drique, fabriqué en une seule et même pièce de tôle, 12. Appareil selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'élément de paroi (16) comprend un élément support extérieur cylindrique (31) et une chemise (32) disposée dans cet élément support (31) en contact avec lui et formant la surfa- ce interne (17) de l'élément de paroi. 13. Appareil selon la revendication 12, ca- ractérisé en ce que la chemise (32) est montée dans l'élément support (31) de manière interchangeable. 14. Appareil selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que la chemise (32) com- porte des ouvertures traversantes (33) agencées pour être fermées par l'élément support (31) lorsque la chemise (32) est placée dans cet élément, et former ainsi des cavités dans l'élément de paroi. 15. Appareil selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les moyens filtrants (6) et l'élément support (31) de l'élément de paroi (16) sont assemblés rigidement entre eux ou réalisés sous la forme d'un ensemble unitaire cylindrique. 16. Appareil selon la revendication 15, ca- ractérisé en ce que l'élément support (31) et les moyens filtrants (6) sont formes par une seule et même pièce de tôle et ont donc le même diamètre in- térieur. 17. Appareil selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la pate cellulosique acheminée a une concentration dans la gamme des con- centrations moyennes.