Brevet FR2790270A1 — publié le 20000901

PROCEDE ET MOYENS POUR LA FILTRATION DE LA PATE A PAPIER La présente invention se rapporte aux problèmes de la filtration de la pâte à papier et plus particulièrement de la pâte à papier provenant de la mise en pulpe de vieux papiers. n est connu, dans la technologie de la pâte à papier d'employer divers appareils de filtration soit pour éliminer des corps étrangers soit pour classer les fibres de pâte à papier selon leur longueur soit encore pour augmenter la concentration de la pâte à papier par élimination partielle d'eau. Parmi les appareils de filtration connus figurent des filtres comprenant un rotor et un stator, I'un des deux, ci-après appelé tamis remplissant la fonction de filtrage comportant des perçages tels que des fentes ou des trous, I'autre ci-après appelé décolmateur, remplissant la fonction de décolmatage comportant des moyens destinés à générer des pulsations de pression pour empêcher le bouchage des perçages. Le tamis peut donc être fDixe ou tournant et, à l'inverse, le décolmateur est tournant avec un tamis fixe et, fixe avec un tamis toumrnant. De plus le liquide peut soit s'écouler à travers le tamis de l'extérieur vers l'intérieur (vers l'axe), fonctionnement dit centripète, soit de l'intérieur vers l'extérieur, fonctionnement dit centrifuge. Dans ce type d'appareil, la pâte arrive à une extrémité du tamis cylindrique, s'écoule dans respace compris entre le tamis cylindrique et le décolmateur, et ressort à rautre extrémité. Au fur et à mesure que la pâte progresse dans le filtre, elle devient de plus en plus épaisse. Cet épaississement progressif de la pâte produit plusieurs effets: un effet de floculation de la pâte et un effet de colmatage du tamis. Même si la pâte admise a été au préalable bien défloculée, il risque d'y avoir apparition de focs au fur et à mesure de sa progression; plus la flocublation est importante, plus le colmatage est important. Si le décolmateur toumrne, il a tendance à entraîner la pâte avec lui en rotation. Si le décolmateur est fixe, il a tendance à ralentir la rotation de la pâte. Dans les deux cas, comme l'effet du décolmatage par les pulsations de pression provoquées par le décolmateur est directement lié à l'écart de vitesse entre le décolmateur et la pâte, plus la pâte progresse vers l'extrémité du tamis, moins le décolmatage est efficace et ceci alors que le tamis à plus tendance à se colmater. En outre, avec un tamis à fentes fines les fibres longues ont plus de mal à passer que les fibres courtes et donc la proportion de fibres longues par rapport aux fibres courtes augmente au fur et à mesure de la progression de la pâte, ce qui accélère à la fois le processus de floculation et celui de colmatage. Il résulte de cette accumulation de phénomènes une réduction progressive de la production par unité de surface du tamis au fur et à mesure de la progression de la pâte dans le filtre. L'objet du procédé selon la présente invention est de contrer cette réduction progressive de la productivité du filtre en intervenant, au cours du trajet le long du tamis, afin de créer des zones de forte défloculation et/ou des zones de fort ralentissement de la pâte si le décolmateur est le rotor, ou accélération de la pâte si le décolmateur est fixe. Selon la présente invention: - la zone de forte défloculation peut être une zone d'agitation violente disposée à l'entrée du tamis; - la zone d'augmentation de l'écart de vitesse peut être une ou plusieurs 2 0 chicanes; - les zones de défloculation et d'augmentation de l'écart de vitesse peuvent être combinées. A titre d'exemples non limitatifs et pour faciliter la compréhension de rinvention, on a représenté aux dessins annexés: Figure 1: un premier exemple de réalisation selon rinvention comportant des ailettes réalisant une zone de forte défloculation. Figure 2: un deuxième exemple de réalisation comportant une zone de ralentissement obtenue au moyen de chicanes. Figure 3: une vue en coupe selon MAA de la figure 2; 3 0 Figure 4: une variante de réalisation de la figure 2; Figure 5: une deuxième variante de réalisation de la figure 2; Figure 6: un troisième exemple de réalisation selon l'invention combinant une zone de défloculation selon la figure 1 et une zone de ralentissement selon la figure 2; Figure 7: un quatrième exemple de réalisation selon rinvention muni d'un deuxième mode de réalisation d'une zone d'augmentation de l'écart de vitesse; Figure 8: une vue en coupe selon MAA de la figure 7; Figure 9: un cinquième exemple de réalisation selon l'invention combinant les moyens des figures 2 et 7; Figure 10: un sixième exemple de réalisation selon l'invention combinant les moyens des figures 1, 2 et 7; Figure il: un septième exemple de réalisation selon rinvention comportant des moyens créant à la fois une zone de défloculation et une zone d'augmentation de l'écart de vitesse; Figure 12: une vue en coupe de la figure 11i; Figure 13: un huitième mode de réalisation combinant les moyens de la figure 2 et ceux de la figure 11. Figure 14: un neuvième mode de réalisation utilisant les moyens de ralentissement de la figure 2, dans un filtre centripète. 2 0 Figure 15: un dixième mode de réalisation utilisant les moyens de la figure 1 combinés avec ceux de la figure 11. Dans toutes les figures i à 14, le tamis est constitué, comme cela a été décrit dans le brevet EP 0 707 109 par un empilage de cercles i à section en U, pressés les uns contre les autres au moyen de deux couronnes d'extrémités 2 et 3 assemblées rune à l'autre par des tirants 4 qui permettent d'établir une précontrainte. Les bases des U sont munies de perçages (que ce soient des fentes ou des trous). La pâte arrive dans le filtre par son extrémité située à gauche de la figure (du côté de la couronne 2) et ressort par son extrémité opposée (du côté de la couronne 3) en circulant dans l'espace 6 situé entre le décolmateur 5 et le tamis comme indiqué par la flèche fl. Il est à noter toutefois que l'invention n'est pas limitée à cette structure particulière de tamis mais est applicable à tout tamis cylindrique. Le procédé selon l'invention consiste à créer une zone de défloculation et/ou une zone d'augmentation de l'écart de vitesse entre la pâte et le décolmateur. La zone de défloculation est une zone dans laquelle on crée de fortes turbulences par tout moyen approprié. Selon rexemple illustré à la figure 1 ces turbulences sont créées par des ailettes 10 fixées sur le décolmateur et des ailettes 11 fixées sur le tamis. Ces ailettes 10 et 11 peuvent être radiales ou inclinées et peuvent avoir des inclinaisons en sens inverse. De préférence, comme cela est représenté à la figure I les formes des ailettes 10/11 sont telles qu'elles s'imbriquent les unes dans les autres. On obtient ainsi dans la zone o se trouvent lesdites ailettes une violente agitation qui réalise une bonne défloculation de la pâte. Selon 'invention on peut, au lieu de créer une zone de défloculation à l'entrée du filtre, créer une zone d'augmentation de la vitesse relative de la pâte et du décolmateur. Dans ce but, comme cela est illustré aux figures 2 et 3, on dispose dans le tamis une série de chicanes qui ralentissent le mouvement tournant de la pâte si le 2 0 décolmateur toume, ou qui augmente le mouvement toumrnant de la pâte si le tamis tourne. En se reportant à ces figures on voit que ron remplace un ou plusieurs cercles 1 par une pluralité de cloisons 20, parallèles à raxe du filtre et par une cloison annulaire 21, perpendiculaire à Faxe du filtre, portée par le décolmateur 5. Ainsi, comme cela est représenté par la flèche f2, le flux de pâte est dévié par la cloison annulaire 21 et vient heurter les cloisons 20 qui sont liées au tamis. Cela provoque une augmentation de la vitesse relative entre la pâte et le décolmateur et, en même temps, une agitation de la pâte qui a un effet de défloculation et de fluidisation. On entend par fluidisation un état agité et sans floc de la pâte qui favorise l'écoulement dans les ouvertures, trous ou fentes du tamis. A la figure 2, la chicane 20/21 est disposée au milieu du tamis; à la figure 4 elle est disposée à proximité de rextrémité, c'est-à-dire là o les effets de colmatage sont les plus importants du fait de répaississement de la pâte. La figure 5 réunit les dispositions des figures 2 et 4. La figure 6 réunit les dispositions des figures i et 2. Les figures 7 et 8 illustrent un autre mode de réalisation des moyens permettant d'avoir à la fois un effet d'augmentation de la vitesse entre la pâte et le décolmateur, de défloculation et de fluidisation. En se reportant à ces figures, on voit que ron a disposé une canalisation 30 procurant une arrivée tangentielle d'eau ou de pâte. Ce liquide est injecté: - soit en sens inverse du sens de rotation du rotor décolmateur de façon à s'opposer au mouvement de rotation de la pâte ce qui provoque un ralentissement, des turbulences et une dilution donc une défloculation et une fluidisation. - soit dans le sens de rotation du rotor tamis de façon à augmenter la vitesse de rotation de la pâte, ce qui provoque des turbulences et une dilution donc une défloculation et une fluidisation. Comme représenté à la figure 9, on peut combiner les moyens de la figure 2 et ceux des figures 7 et 8 et, comme représenté à la figure 10, on peut combiner à la fois ceux de la figure 1, de la figure 2 et des figures 7 et 8. 2 0 Les figures 11 à 13 illustrent un autre moyen mis en oeuvre pour obtenir à la fois agitation et augmentation de vitesse relative entre la pâte et le dcolrnateur. Dans ce cas, la chicane est placée sur le rotor décolmateur. Elle est constituée par trois cloisons circulaires perpendiculaires à raxe du rotor 40, 41 et 42 qui définissent des chambres 43 et 44. La cloison médiane 42, 2 5 située entre les cloisons 40 et 41 est plus courte que cclles-ci, ce qui ménage une communication entre les chambres 43 et 44 au voisinage du centre du rotor. Une pluralité de cloisons radiales 45 relient les cloisons 40 et 42. Il y a donc une pluralité de chambres sensiblement triangulaires 43 et une chambre unique 44, les chambres 43 communiquant avec la chambre 44 au 3 0 voisinage du centre du rotor. La pâte est forcée de traverser les chambres 43 en se dirigeant vers le centre du rotor. Ceci ralentit sa vitesse tangentielle tout en restituant une partie de son énergie cinétique au rotor. Cette restitution étant imparfaite, les pertes d'énergie provoquent une agitation de la pâte d'o un effet de défloculation et de fluidisation. La chambre 44 réalimente le volume 6 compris entre le tamis et le rotor décolmateur sans pratiquement entraîner la pâte en rotation. Comme on le volt à la figure 13, on peut combiner les chicanes 20/21 de la figure 2 à la chicane 43/44 en disposant les chicanes 20/21 à rextrémité de la chambre 44. Bien que cela ne soit pas représenté, on peut également ajouter les moyens des figures 7 à 10. En variante, dans le cas d'un tamis rotor, à Ilntérieur d'un stator décolmateur, la pâte est guidée vers l'axe du filtre par une cavité 44 et elle est ensuite accélérée par les ailettes 45 en étant guidée vers le décolmateur. Ceci augmente la vitesse relative entre la pâte et le décolmateur. La figure 14 représente un filtre centripète qui utilise les moyens de la figure 2. Les mêmes éléments portent les mêmes références. Sur cette figure le tamis 1, se trouve à l'intérieur du décolmateur 5. La pâte 2 0 arrive par l'extrémité du tamis et circule dans l'espace 6 situé entre le tamis 1 et le décolmateur 5. Dans une zone du tamis 1 les cercles à section en U sont remplacés par des cloisons 20, parallèles à l'axe du cylindre et le décolmateur 5 comporte une cloison annulaire 21. Comrnme dans le cas de la figure 2, la pâte est déviée par la cloison annulaire 21 et vient heurter les cloisons 20. La figure 15 est une vue partielle d'un dixième mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif comporte un tamis 30 qui est fixe, à l'intérieur duquel tourne un rotor décolmateur 31 qui est constitué d'une pluralité de pales portées par un arbre central 32. L'enceinte contenant le tamis 30 et le décolmateur 31 comporte une entrée centrale 33 pour la pâte. Entre le décolmateur 31 et l'entrée 33 sont disposées un disque 34 muni sur ces deux faces d'ailettes radiales ou inclinées 35 et 36, les ailettes 36 étant plus courtes et se terminant sur un moyen central tronconique 37. Ce moyen tronconique 37 traverse l'orifice central 38 d'un deuxième disque 39. Les disques 34 et 39 sont solidaires du rotor 31. La pâte arrivant par rentrée centrale 33 est centrifugée par les ailettes 35, puis effectue un changement de direction de 180 pour redescendre entre les ailettes 36 jusque vers l'orifice central 38, pour remonter ensuite vers le tamis 30. On obtient ainsi un effet analogue à celui obtenu par le dispositif de la figure 11. L'effet de centrifugation obtenu par les ailettes 35 permet la mise en place d'un orifice 40 pour l'évacuation des refus lourds. Les moyens décrits ci-dessus peuvent être disposés sur tous types de filtres, tous types de tamis et tous types de décolmateurs en fonctionnement centrifuge ou centripète, et cela quelle que soit leur configuration, l'axe étant vertical, horizontal ou incliné. REVENDICATIONS i - Procédé pour la filtration de pâte à papier au moyen d'un appareil qui comporte un rotor et un stator; run des deux, le filtre (1), comporte des perçages de types fentes ou trous et l'autre, le décolmateur, comporte des moyens destinés à générer des pulsations de pression; consistant à contrer le colmatage progressif des perçages du filtre et la floculation progressive de la pâte lors du cheminement de la pâte entre le rotor et le stator en créant des zones de défloculation et/ou d'augmentation de la vitesse relative entre la pâte et le décolrnateur. 2- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, constitué - soit par des ailettes (10), portées par le rotor, - soit par des ailettes (11), portées par le stator, - soit la combinaison des deux. 3- Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les ailettes (10-11) sont radiales. 4- Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les ailettes (10-11) sont inclinées. - Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel les ailettes (10-11) sont imbriquées les unes dans les autres. 6- Dlspositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il est constitué d'obstacles faisant chicane qui augmentent la différence de vitesse entre les vitesses de la pâte et du décolmateur. 7- Dispositif selon la revendication 6 constitué par: 2 5 - une cloison annulaire (21) solidaire du décolmrnateur et réduisant la section de passage de la pâte le long du filtre, entre le rotor et le stator; - et une pluralité de cloisons (20) disposées sur le filtre; de telle sorte que le flux de pâte soit dévié par la cloison annulaire (21) et vienne heurter les cloisons (20) ce qui provoque une augmentation de la vitesse 3 0 relative entre la pâte et le décolmateur et un effet de défloculation et de fluidisation. 8- Dispositif selon la revendication 6 dans lequel le filtre est le stator, le décolmateur est le rotor et le rotor est à l'intérieur du filtre; ce rotor comporte un ensemble de canaux (43) qui guident la pâte vers l'axe de rotation du rotor pour ralentir la vitesse tangentielle de rotation de la pâte en communiquant une partie du différentiel d'énergie cinétique de la pâte au rotor; ces canaux (43) débouchent dans une cavité (44) qui permet à la pâte de revenir vers le filtre sans que le rotor n'entraîne à nouveau la pâte en rotation. 9- Dispositif selon la revendication 6 dans lequel le filtre est le rotor, le décolmateur est le stator et le filtre est à l'intérieur du décolmateur; ce rotor comporte une cavité (44) qui permet à la pâte d'aller vers l'axe de rotation tout en conservant son énergie cinétique; la pate est reprise par un ensemble de canaux (43) qui la ramène vers l'extérieur du filtre tournant et l'entraîne en rotation à la vitesse périphérique du filtre en augmentant l'énergie cinétique de la pâte. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 1 5 caractérisé par le fait qu'il est constitué par une canalisation (30) par laquelle on introduit de l'eau ou de la pâte entre le rotor et le stator - soit dans le sens inverse de rotation du rotor quand le rotor est décolmateur et le stator est le filtre; - soit dans le sens de rotation du rotor quand le rotor est le filtre et le stator 2 0 est le décolmateur. 11- Dispositif selon la revendication I comportant une entrée axiale (33) pour la pâte qui est ensuite centrifugée par un disque tournant (34) muni d'ailettes radiales ou inclinées (35) et ramenée vers le centre par d'autres ailettes radiales (36) de façon à pénétrer par un orifice central (38) à l'intérieur du rotor- 2 5 décolmateur (31) et de là à travers le filtre (30). 12- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 11 constitué par la combinaison des divers moyens de ralentissement, accélération, floculation et fluidisation.