Brevet FR2706495A1 — publié le 19941223

Rotor pour l'épuration hydrodynamique sous pression de pâte à papier, et appareil muni de ce rotor. La présente invention se rapporte à un rotor pour l'épuration hydrodynamique sous pression de pâte à papier issue notamment de recyclage des vieux papiers, et à l'appareil munis de ce rotor. Dans ce domaine il existe de nombreux appareils parmi lesquels on peut citer ceux décrits aux: - FR-A 2 410 081 de la demanderesse: l'appareil comporte dans une cuve fermée un tamis cylindrique et un rotor cylindrique fermé muni à sa périphérie de pales qui balaient le tamis en se déplaçant à grande vitesse et à très faible distance de tôle perforée. Cet appareil peut fonctionner soit en centrifuge, soit en centripète selon le sens de rotation du rotor. Les perforations sont des trous ou des fentes selon la nature de la pâte et des impuretés, et la surface intérieure du tamis est lisse ou profilée, la perforation étant située au fond de la rainure dans ce dernier cas. La pâle est en forme de coin avec un bord radial et un bord incliné d'un angle de 20 à 30 sur la paroi du rotor. Quel que soit le sens de rotation, la pâte qui se trouve entre le rotor et le tamis est entraînée en rotation avec le rotor. Pour un fonctionnement centrifuge la face radiale perpendiculaire au rotor est analogue à un râcle qui pousse la pâte. Dans de nombreuses installations on utilise en série plusieurs appareils de ce type, mais qui diffèrent par leur mode de fonctionnement centrifuge-centripète. De préférence la pâte grossière issue des traitements primaires de désintégration dans des pulpeurs est filtrée dans cet appareil prévu pour un fonctionnement centrifuge. Les impuretés les plus grossières (fils, filoches, etc) sont éliminées. La pâte qui ne contient alors plus que des impuretés de faibles dimensions est filtrée dans un appareil identique prévu pour un fonctionnement centripète. Cet appareil dans son utilisation en mode centrifuge fonctionne à des concentrations de l'ordre de 3 à 4%, mais son fonctionnement s'accompagne d'un fractionnement assez important: le mouvement tournant de la pâte à une vitesse voisine de celle du rotor aligne les fibres dans la direction de ce mouvement, dans un plan parallèle à la surface du tamis. Ces fibres (les plus longues) alignées se mêlent aux fils et filoches et autres impuretés et sont éliminées avec les rejets. - le US 3 726 401: appareil d'épuration centrifuge; il comporte un tamis à l'intérieur duquel tourne un rotor composé de lobes excentrés (par rapport à l'axe longitudinal du tamis); par exemple les lobes sont excentrés l'un vers l'autre: le cylindre présente en section transversale une forme ovale. La forme de ce rotor a pour objectif de produire des pulsations qui évitent le bouchage du tamis: la portion du rotor qui se rapproche du tamis produit une augmentation de pression, la portion du rotor qui s'éloigne du tamis produit une dépression. Une telle forme, bien connue dans le domaine des pompes, entraîne la pâte dans un mouvement tournant important. Afin d'éviter un fractionnement trop important on prévoit une recirculation de la pâte par l'intérieur creux du rotor. La pâte subit ainsi plusieurs passages devant les perforations du tamis. - EP 206 975: l'épurateur est centrifuge et comporte un rotor fermé, réalisé comme dans le document précédent à partir de lobes d'un cylindre excentrés; mais au lieu d'être excentrés l'un vers l'autre, ils le sont par glissement l'un sur l'autre ce qui donne, en coupe transversale deux demi-cylindres décalés. Ce rotor tourne devant une surface de tamisage profilée similaire à celle décrite au FR-A-2 410 081. Le principe de fonctionnement en est le même: le rotor présente deux épaulements opposés qui s'étendent sur toute la longueur du tamis et qui ont pour fonction d'entraîner la pâte en mouvement à la vitesse du rotor. Les épaulements sont des râcles. Mais à la différence de la pale de l'appareil précité, la face arrière de l'épaulement n'est pas plane et inclinée, elle est cylindrique et ainsi la dépression créée derrière "- 2706495 J l'épaulement est moindre et répartie sur une plus grande surface périphérique. La grande vitesse de rotation imposée à la pâte lui communique une grande force centrifuge qui contribue à accroître le débit de tamisage, mais contre laquelle la dépression n'a que peu d'effet. Si ce dispositif peut donner de bons résultats quant aux débits d'épuration, il a pour inconvénient de présenter un important fractionnement que les turbulences provoquées par le profil du tamis ne fait que limiter. En outre, il consomme une grande énergie utilisée à entraîner la pâte en mouvement; enfin et surtout il nécessite l'emploi d'un tamis très résistant aux contraintes mécaniques: il se produit en effet un s5 phénomène de battement dû au fait que les épaulements sont symétriques et parallèles à la génératrice: les surpressions ou dépressions sont diamétralement opposés et les déformations contraires s'ajoutent. Ces contraintes se traduisent par des augmentations de coûts qui peuvent être très sensibles en cas de panne de l'installation. Comme on le voit ces appareils d'épuration ont le principal défaut de présenter un fractionnement plus ou moins important qui se traduit non seulement par une perte de matière, mais par la perte de la matière la plus recherchée: les fibres longues, qui sont utilisées dans la fabrication des papiers de haute qualité. L'objectif principal de l'invention est de réaliser un appareil qui évite ce fractionnement. Le fractionnement qui semble être principalement dû à la rotation de la pâte à une vitesse proche de celle du rotor, est évité dans des appareils d'épuration centrifuge à tambour ouvert: les appareils, bien connus (par exemple par le FR-A-1.546.515), sont constitués d'un tamis cylindrique à l'intérieur duquel tourne dans son axe un rotor. Le rotor est constitué d'un arbre axial qui porte des bras aux extrémités desquels sont montés des pâles qui présentent un profil hydrodynamique. Dans ces appareils ou épurateurs classiques, la pâte qui remplit tout le cylindre occupé par le rotor, est 4 2706495 mise en mouvement à proximité du tamis par la rotation des pales. Mais ce mouvement est considérablement moins rapide que celui des pales, ce qui est nécessaire pour produire une pulsation dans la pâte au passage de la pale. Les fibres soumises à cette pulsation ne peuvent s'aligner dans le courant de déplacement de la pâte, ce qui évite ou diminue le fractionnement. Mais cette épuration dans un tambour à rotor "ouvert" ne convient pas aux premières épurations réalisées avec une pâte très sale, ni aux concentrations élevées car, malgré la pulsation, les tamis se bouchent rapidement et cela principalement en raison du chevauchement des impuretés et des longues fibres en lanière sur le bord d'attaque des pales. La présente invention a pour objectif de réaliser un appareil d'épuration permettant le fonctionnement centrifuge ou centripète, utilisable en épuration primaire pour le tamisage des pâtes très riches en impuretés, donnant des résultats d'épuration au moins égaux à ceux des appareils connus et sans fractionnement. L'invention a pour objet un rotor pour l'épuration hydrodynamique sous pression de pâte à papier issue de vieux papiers dans des épurateurs de type connu comportant un tamis cylindrique caractérisé en ce qu'il comporte un corps de forme générale cylindrique s'étendant le long d'un axe longitudinal de rotation et qui comporte une succession selon l'axe longitudinal de n éléments identiques juxtaposés, chaque élément ayant une forme cylindrique, la paroi du côté du tamis présentant un épaulement de part et d'autre duquel elle décrit un enroulement en spirale autour de l'axe longitudinal sur moins de 360 , le pied et le sommet de l'épaulement faisant par rapport audit axe un écart angulaire très faible de manière que la face de l'épaulement soit inclinée vers la surface du tamis, l'angle de cette inclinaison par rapport au plan radial passant par le pied de l'épaulement étant compris entre 5 et 80 , les éléments étant décalés en rotation de l'un à l'autre d'un angle ( moins (360/n) , n étant égal à au moins 3. 2706495 Le rotor, selon l'invention, est encore remarquable par les caractéristiques suivantes: - au moins un élément comporte sur la paroi du côté du tamis au moins un organe déflecteur destiné au déplacement de la pâte dans le sens longitudinal. - chaque élément comporte au moins une aube à l'opposé de l'épaulement par rapport à l'axe du rotor, l'aube s'étendant sur la paroi de l'élément en faisant avec le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du rotor un angle (6) compris entre 1 et 15 . - le bord d'attaque de l'aube est incliné d'un angle (O) de l'ordre de 60 . Selon l'invention dans une première forme de réalisation le rotor est prévu pour réaliser une épuration centrifuge. C'est un tambour fermé constitué pour l'empilement de n éléments identiques, et disposé à l'intérieur du tamis. L'angle d'inclinaison de l'épaulement est compris entre 5 et 45 , de préférence entre 10 et 30 . Dans une seconde forme de réalisation le rotor est prévu pour réaliser une épuration centripète. Le rotor entoure le tamis par l'extérieur; c'est un corps de révolution de paroi extérieure cylindrique et de paroi intérieure en spirale selon la définition précédente. L'angle d'inclinaison de l'épaulement est compris entre 10 et 60 . L'invention porte encore sur l'appareil pour l'épuration hydrodynamique sous pression de pâte à papier. L'appareil est du genre comprenant une cuve fermée contenant au moins un tamis cylindrique fixe séparant deux chambres, et un rotor coaxial au tamis selon l'une quelconque des définitions précédentes. Il est encore caractérisé par le fait que l'espace entre le tamis et le sommet de l'épaulement est compris entre 1 et 5 millimètres. Afin de mieux comprendre l'invention, on a représenté deux exemples de réalisation au dessin annexé, le premier se rapportant à un rotor pour épuration centrifuge, le second à un rotor pour épuration centripète. Sur ce dessin: - la figure 1 représente schématiquement une vue éclatée d'un appareil selon l'invention équipé d'un rotor centrifuge; - la figure 2 est une vue en perspective du rotor de la figure 1 selon l'invention; la figure 3 est une vue schématique partielle de profil de l'épaulement d'un élément de rotor de la figure 1 selon l'invention; - la figure 4 est une vue de profil longitudinal du rotor de la figure 1 selon l'invention; - la figure 5 est une vue de profil transversal du rotor de la figure 4; la figure 6 est une vue de profil longitudinal d'une variante du rotor de la figure 4. - la figure 7 représente schématiquement une vue éclatée d'un appareil selon l'invention équipé d'un rotor centripète; - la figure 8 est une vue de profil transversal du rotor de la figure 7 selon l'invention. Dans un premier mode de réalisation l'appareil est équipé d'un rotor destiné à une épuration centrifuge. Comme le montre la figure 1, l'appareil d'épuration comporte un volume fermé 1 muni d'une entrée 2 de pâte brute, une sortie 3 de pâte épurée et une sortie 4 pour les rejets. Un tamis cylindrique 5 fixe, d'axe longitudinal 6 est monté dans le volume de manière connue en soi. Il détermine dans le volume deux chambres: une chambre 21 pour la pâte entrante, une chambre de sortie 23 pour la pâte entrante. Un rotor 7 de corps de forme générale cylindrique est monté dans le volume coaxialement au tamis. Ce rotor 7 est un tambour fermé dans lequel la pâte ne pénètre pas. Il est constitué d'une juxtaposition coaxiale d'une pluralité d'éléments 8 identiques 8.1, 8.2, 8.3, chacun de forme générale cylindrique composé d'une paroi 9 enroulée en spirale sur approximativement 360 entre deux parois planes ,11 perpendiculaires à l'axe 6. Les deux extrémités 12,13 de la paroi sont décalées radialement et reliées par un élément de surface 14, de préférence plan, formant épaulement. Les deux extrémités 12, 13 sont en outre écartées l'une de l'autre de manière à donner par rapport à l'axe longitudinal 6, un écart û très faible, de l'ordre de " à quelques degrés par exemple. La face ou plan de l'épaulement 14 est inclinée vers la surface du tamis, c'est-à-dire vers l'arrière par rapport au plan radial 15 passant par le pied 12 de l'épaulement d'un angle a de l'ordre de 10 à 30 . Les éléments 8 du rotor sont décalés en rotation les uns par rapport aux autres d'une même valeur angulaire R. Dans l'exemple représenté, le rotor est constitué de trois éléments 8.1; 8.2; 8.3; les épaulements sont décalés d'un angle de (360/3) soit 120 entre eux (figure 5). Bien entendu cet exemple n'est pas limitatif et le rotor peut être constitué de 4, de 5 éléments ou de beaucoup plus; l'écart angulaire l correspondant serait de (360/4) , (360/5) , etc. En outre on prévoit de disposer sur au moins un élément 8, au moins un organe déflecteur 16 dont la fonction est de donner à la pâte un mouvement longitudinal. Dans la variante illustrée, chaque élément porte un tel organe lequel a la forme d'une aube. Elle est disposée sur la paroi 9 à l'opposé diamétrale de l'épaulement 14 et fait avec le plan 17, perpendiculaire à l'axe longitudinal 6, un angle 6 compris entre 1 et 15 , la valeur de l'angle étant choisie notamment selon la nature de la pâte, sa concentration et les caractéristiques du tamis et les vitesses de circulation longitudinale recherchées. (figure 4). La hauteur 18 de l'aube varie de manière à rester dans le gabarit cylindrique 19 du rotor. Le bord d'attaque 20 de l'aube est incliné d'un angle i de l'ordre de 45 à 70 , dans l'exemple d'environ , de manière à éviter la formation d'amas de fibres. En outre comme le montre la variante de la figure 6, les épaulements 14 peuvent être inclinés d'un angle O par rapport à l'axe longitudinal 6, compris entre environ -15 et +15 afin d'agir sur le mouvement longitudinal de la pâte. Au sens de l'invention on pourra prévoir toute combinaison des inclinaisons des épaulements et des aubes 16. Ainsi à titre d'exemple illustratif, le premier épaulement 14.1 pourra être incliné de 7 , le second 14.2 de 0 , et le troisième 14.3 de -5 , c'està-dire une S inclinaison inverse vers l'élément 8.2 central du rotor. Une telle disposition permet d'agir sur le temps de séjour de la pâte dans l'espace de tamisage (vitesse de circulation). Comme on le voit sur la figure 2, les éléments 8 sont décalés vers l'arrière les uns par rapport aux autres, en ce sens que le sens de rotation du rotor étant celui indiqué par la flèche R (l'épaulement étant un bord d'attaque), le second épaulement 14.2 est en arrière du premier 14.1 avec un décalage de 120 , le troisième est encore en arrière de 120 . Mais la disposition inverse peut également être adoptée sans sortir du cadre de l'invention, en combinaison avec les inclinaisons des aubes et des épaulements. Le fonctionnement de l'appareil est le suivant: la pâte étant alimentée sous pression en 2 pénètre dans la chambre d'entrée 21 puis dans l'espace de tamisage 22. La pâte poussée par l'épaulement inclinée 14 est appliquée contre la surface intérieure du tamis 5, puis elle subit une dépression faible constante et continue jusqu'au retour de l'épaulement. Pendant la dépression elle se décolle du tamis et se déplace longitudinalement vers l'élément 8 de rotor suivant, o elle subit à nouveau la même application brutale et forte contre la surface du tamis. La pâte subit donc des applications successives (une à chaque passage de l'épaulement), et le tamisage semble être obtenu par la force de ces pulsations répétées contre la surface perforée. Le mouvement longitudinal peut être accéléré ou ralenti par la disposition des aubes (leur nombre, leur inclinaison), des inclinaisons longitudinales des épaulements et aussi par le sens des décalages des éléments entre eux (+ y). 9 2706495 La valeur de l'inclinaison a de l'épaulement 14 est choisie de manière d'une part à éviter l'effet de coin avec la paroi du tamis, ce qui peut arriver au-delà de 40 et, d'autre part à limiter au maximum le mouvement en rotation de la pâte. En effet selon l'invention l'épaulement est incliné afin d'éviter ou de réduire au maximum l'entraînement de la pâte. Tout se passe comme si la pâte, projetée par cette surface inclinée vers le tamis, était appliquée et immobilisée sur le tamis. Ainsi contrairement aux appareils existants o l'épaulement est un râcle qui a pour fonction d'entraîner la pâte à la vitesse du rotor, ici l'inclinaison de l'épaulement à la fonction inverse afin d'obtenir une différence de vitesses considérable, comme dans les rotors ouverts. La vitesse de la pâte en mouvement étant très réduite, la force centrifuge l'est également, et la dépression constante qui suit l'épaulement est alors suffisante pour équilibrer cette faible force centrifuge. Sous cet équilibre la filtration paraît s'effectuer sous la seule pression différentielle entre les parois du tamis, créée par l'alimentation. Dans un second mode de réalisation illustré aux figures 7 et 8, l'appareil est équipé d'un rotor destiné à une épuration centripète. L'appareil 24 comporte un volume clos 25 muni d'une entrée 26 de pâte brute, une sortie 27 de pâte épurée et une sortie 28 pour les rejets. Un tamis 29 cylindrique d'axe de révolution 30 est monté fixe dans ce volume. Un rotor 31, de forme générale cylindrique est monté coaxialement au tamis en rotation autour de celui-ci sur sa face extérieure 32. C'est un ensemble d'éléments 80 cylindriques creux, leur paroi étant pleine. La face extérieure 33 de chaque élément 80 est cylindrique, de section transversale circulaire, la face intérieure 34 présente en section transversale une forme de spirale sur approximativement 360 . Les deux extrémités 35,36 sont décalées radialement et angulairement d'un angle Q très faible, et reliées par un élément de surface 37, de préférence plan, formant épaulement. L'épaulement est 2706495 incliné vers la surface du tamis c'est-à-dire vers l'arrière par rapport au plan radial 38 passant par le pied 36 de l'épaulement, d'un angle a de l'ordre de 10 à 60 . Comme dans le premier mode de réalisation le rotor 31 est constitué par la juxtaposition coaxiale d'une pluralité d'éléments identiques 80.1; 80.2; 80.3, décalés angulairement les uns par rapport aux autres d'une même valeur angulaire f par rapport à l'axe de révolution 30. Toutes les autres caractéristiques décrites pour le rotor centrifuge peuvent s'appliquer au rotor centripète. Le rotor selon l'invention apporte de nombreux avantages dont les principaux sont illustrés dans le tableau comparatif suivant d'épurations centrifuges réalisés à partir d'une qualité de pâte brute constante. Le rotor "tambour" est utilisé dans un appareil du type décrit au brevet FR-A 2.410.081 cité en préambule. Dans chacun des cas les dimensions des appareils et les tamis sont identiques, et les tamis. Les résultats sont exprimés par rapport à l'observation de référence, faite sur l'utilisation d'un rotor tambour. DEBIT CONCENTRATION P.ABSORBEE FRACTIONT Rotor tambour 1 1 1 Important Rotor ouvert 1t15 0,9/1,0 0,85/0,90 faible Rotor selon 1,25 1410 0,70 très faible l'invention Comme on le voit, non seulement le rotor selon l'invention épure la pâte sans fractionnement, mais l'épuration est plus rapide ce qui permet un débit plus important, avec une pâte plus concentrée en matières sèches, et consomme une énergie moindre. Ce sont les quatre paramètres essentiels de l'épuration qui sont améliorés simultanément et cela de manière considérable. 11 2706495 En outre les essais montrent que l'on peut utiliser des tamis ayant un profil quelconque ou même sans aucun profil (tamis lisse), les résultats étant pratiquement inchangés. REVENDICATIONS 1- Rotor pour l'épuration hydrodvnamique sous pression de pâte à papier issue de vieux papiers dans des épurateurs de type connu comportant un tamis cylindrique caractérisé en ce qu'il comporte: - un corps de forme générale cylindrique s'étendant le long d'un axe (6,30) longitudinal de rotation et qui comporte une succession selon l'axe longitudinal (6) de n éléments identiques (8,80) juxtaposés, chaque élément (8,80) ayant une forme cylindrique, la paroi du côté du tamis présentant un épaulement (14,37) de part et d'autre duquel elle décrit un enroulement en spirale autour de l'axe longitudinal (6,30) sur moins de 360 , le pied (12,37) et le sommet (13,35) de l'épaulement faisant par rapport audit axe un écart angulaire (Q) très faible de manière que la face (14,37) de l'épaulement soit inclinée vers la surface du tamis (5,29) l'angle a de cette inclinaison par rapport au plan radial (15,38) passant par le pied de l'épaulement étant compris entre 5 et 80 , les éléments (8,80) étant décalés en rotation autour de l'axe (6,30) de l'un à l'autre d'un angle (0) d'une valeur d'au moins (360/n) , n étant égal à au moins 3. 2- Rotor selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins un élément (8,80) comporte au moins un organe déflecteur (16) destiné au déplacement de la pâte dans le sens longitudinal. 3- Rotor selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque élément (8,80) comporte au moins une aube (16) à l'opposé de l'épaulement (14, 37) par rapport à l'axe (6,30) du rotor, l'aube s'étendant sur la paroi de l'élément (8,80) en faisant avec le plan (17) perpendiculaire à l'axe (6,30) longitudinal du rotor un angle (6) compris entre 1 et 15 . 4- Rotor selon la revendication 3 caractérisé en 3 5 ce que le bord d'attaque (20) de l'aube (16) est incliné d'un angle (U) de l'ordre de 60 . - Rotor selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'épaulement (14, 37) fait avec la direction de l'axe longitudinal (6,30) un angle (8) compris entre environ -15 à +150. 6- Rotor centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes du genre ayant la conformation d'un tambour fermé de forme générale cylindrique, disposé coaxialement au tamis à l'intérieur du cylindre creux dudit tamis, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (a) de l'épaulement (14) est compris entre 10 et 30 . 7- Rotor centripète selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un corps tubulaire (31) composé d'éléments juxtaposés, entourant le tamis (29) par l'extérieur, la paroi extérieure (33) du corps étant cylindrique de section transversale circulaire, la paroi intérieure (34) du corps étant enroulée en spirale autour de l'axe de révolution (30), et présentant un épaulement 37 incliné vers le tamis. 8- Rotor centrifuge selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'inclinaison (î) de l'épaulement (37) est compris entre 10 et 60 . 9- Appareil pour l'épuration hydrodynamique de pate à papier du genre comprenant une cuve (1,25) fermée contenant au moins un tamis (5,29) cylindrique fixe séparant deux chambres, et un rotor (7,31) coaxial (6, 30) au tamis caractérisé en ce que le rotor est selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 précédentes. - Appareil selon la revendication 9 caractérisé en ce que la distance entre le tamis (5,29) et le sommet (13,35) de l'épaulement est compris entre 1 et 5 millimètres environ.