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~ PROCEDE POUR LE TRAITEMENT A L'OZONE
~ D'UNE PATE CELLULOSIQUE
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L'invention se rapporte à un procédé pour le traitement à l'ozone, en ;~ 5 continu, d'une pâte à haut rendement entrant dans la fabrication du j-~- papier.
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Pour fabriquer du papier, on utilise jusqu'à présent un mélange de pâtes d'origines diverses, on mélange en particulier une pâte chimique , 10 à une pâte mécanique. Les pâtes mécaniques, notamment par leur 1 opacité, offrent de bonnes caractéristiques d'impression mais `~, présentent des propriétés de résistance mécanique insuffisantes pour le passage en machine. Ces dernières sont apportées au mélange par la pâte chimique. Toutefois, les pâtes chimiques sont d'un prix de -',r}'l 15 revient nettement plus élevé que les premières. On a donc cherché à
~;~; éviter, ou du moins à limiter leur emploi en renforcant les propriétés de résistance de la pâte mécanique par un post-traitement chimique.
.. . .
.";, ; Un traitement connu consiste à faire réagir la pâte avec un gaz j` 20 contenant de l'ozone car ce dernier permet une meilleure liaison des , '; fibres en modifiant leur état de surface et la lignine.
Malheureusement, les procédés actuels n'ont pas apporté de solution ,',,~r~ satisfaisante, car si les résultats obtenus en laboratoire sont 25 intéressants, il n'a pas été possible jusqu'à présent de les reproduire ~ à l'échelle industrielle. Il semble que les difficultés rencontrées se `- i~lj situent tant au niveau du réacteur que des équipements d'ozonation.
L'invention a pour objet un procédé industriel permettant d'obtenir 30 une pâte présentant les qualités requises pour la fabrication de -~ papier, à partir d'une pâte du type mécanique, tout en maintenant le , rendemen-t à un niveau satisfaisant.
~-' Le procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à raffiner et à épurer 35 la pâte jusqu'à un degré de raffinage requis pour son utilisation, puis à traiter cette pâte, finie, à l'ozone dans un réacteur constitué par une machine du type bi-vis.
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Dans la pratique, par le raffinage et l'éPUration classiques, la pâte est amenée à un degré d'égouttage de 60 à 130 csf (Canadian Standard Freeness).
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~- 5 Par machine du type bi-vis, on entend dans la dcrnande, une machine cor-" respondant à 1'enseiynement des brevets français Nos 2.319.737 ` l et 2.418.295 délivrés respec-tivement les 25 février 1977 et 21 septembre1979, c'est-à-dire comprenant deux vis à axes parallèles entraînées dans un même sens de rotation à 1'1ntérieur d'un fourreau, et dont les fileta-I 10 ges hélicoïdaux comportent des zones successives à pas différents.
-~ Les vis comprennent, en aval d'un orifice d'introduction de la matière ~- ~ dans le fourreau, successivement au moins une zone d'alimentation a ` pas direct pour l'entraînement de la matière vers l'aval, une première i ~. 15 zone dont le filetage est a pas inversé pour la formation d'un bouchon ; ~ ` continu avec compression de la matière, une zone à pas direct de détente et une deuxième zone à pas inversé. Les zones dont le filetage est à pas inversé ~comportent des fenêtres permettant ` I'extrusion de la matière. Elles sont toutefois dimensionnées de faSon à
20 favoriser la formation d'un bouchon. Entre ces deux zones à pas inversé, le fourreau est pourvu d'un orifice d'alimentation d'un agent ; ` ~,, réacti f .
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` .' ll est apparu de facon surprenante que l'utilisation d'une machine de ~c~! 25 ce type comme réacteur pour le traitement à l'ozone d'une pâte à haut '`~`~`I rendement, finie, permettait d'obtenir en continu, de fason simple et ~ -, ~i avec un haut niveau de sécurité, une pâte aux quaiités mécaniquesaméliorées. Pour ce traitement, le gaz contenant l'ozone est introduit dans la zone délimitée par les deux bouchons, par l'orifice ~, 30 d'alimentation de l'agent réactif.
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Selon les conditions opératoires, on a pu ainsi obtenir un gain sur I'indice de lonyueur de rupture de l'ordre de 40~ et de 509~ sur celui , ~ d'éclatement, I'indice de déchirure étant maintenu à sa valeur, r.; ij 3 5 ~i ' - .
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~i..' 2 6 g ~ 2 :`
^ Aiors que dans les procédés antérieurs, faisant intervenir un traitement à l'ozone sur une pâte grossière ou peu raffinée, on ;~^ constatait que le raffinage final ramenait celle-ci à un état similaire à
,~ celui d'une pâte raffinée sans traitement à l'ozone, le procédé de ; ,i 5 I'invention, où le traitement est effectué sur une pâte finie, non seulement conserve les propriétés de cette dernière mais en améliore certaines dont la longueur de rupture et l'éclatement.
"~, ~. , ,'~, Conformément à un autre aspect de l'invention, la pâte introduite 10 dans le réacteur est à un degré de siccité élevé, compris entre 20 et 5096, de préférence compris entre 40 et 45-~. On constate, en effet, que dans le cas d'une pâte à haute siccité, son expansion rapide après une compression suivie d'un malaxage, est très favorable à
I'action de l'ozone sur les fibres, celle-ci est pratiquement ~^'` 15 instantanée. Par ce type de mode opératoire, I'accessibilité aux fibres , par l'ozone est bien meilleure que ce qu'on pourrait obtenir dans un ` ~ réacteur statique industriel.
La description qui suit porte sur un mode de réalisation non limitatif i. 20 de l'invention . Elle est accompagnée de dessins qui représentent ~ l schématiquement, ,.. , , ~
~ - A la figure 1 une vue en coupe longitudinale d'une machine !,~,', bi-vis dont le principe est en soi connu, et qui permet la mise en oeuvre du procédé et de I ' invention .
.
ij - A la figure 2 une vue en coupe transversale selon l l l l de la "` 1! figure 1.
`d La machine 1 vue en coupe longitudinale par l'axe d'une vis comporte deux vis à axes parallèles 3, 5 s'engrenant l'une dans l'autre et entralnées par des moyens appropriés dans un même sens de rotation.
'~ Ces deux vis sont supportées à leurs extrêmités longitudinales par 35 des paliers non représentés, elles sont enfermées dans un fourreau 7 qui comporte un orifice d'alimentation 71 en amont et un orifice d'extraction 73 de la matière traitée, en aval.
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`~ Dans le mode de réalisation représenté, les vis, qui sont pourvues de ~ filets identiques, définissent de l'amont vers l'aval, quatres zones 10, ;~, 20, 30, 40, et comportent deux parties à pas différents dans chacune des zones. Dans la première partie, 12, 22, 32, 42 les filets 5 hélico7daux sont écartés et permet-tent l'avancement cle la pâte de I'amont vers l'aval . Dans la deuxième partie l 4, 24, 34, 44 les filets hélicoldaux sont à pas inversé et provoquent un freinage de la pâte qui est comprimée et s'accumule jusqu'à former un bouchon.
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l O Des fenêtres 15, 25, 35, 45 ménagées sur les filets à pas inversé
permettent un passage de la matière d'un filet à l'autre jusque dans la ~, zone suivante 20, 30, 40, ou bien vers l'orifice d'évacuation pour la partie 44. Deux bagues 13 et 43, non filetées sont disposées ~, respectivement entre les parties 12 et 14 de la première zone, et les -15 parties 42 et 44 de la quatrième zone. Elles ont pour objet de faciliter I'accumulation de matière en ces endroits.
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Entre l'orifice d'alimentation 71, au niveau de la première zone, et la ~ `
sortie 73 après la quatrième zone, le fourreau comporte des orifices 20 75, 77 permettant l'injection d'un agent de traitement au niveau des parties 22 et 32 des deuxième et troisième zones. Un orifice 79 au niveau de la partie 42 de la quatrième zone permet l'extraction de ~! I'agent de traitement résiduel.
25 Cette machine est du type décrit dans les brevets ~rançais Nos. 2.319.737 et 2.418.295 précités et peut être employée .~¦ au défibrage de pates ou bien pour leur faire subir divers ~$ traitements, comme cela est explique dans ces brevets .
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30 Conformément à l'invention, on utilise ce dispositif pour realiser un traitement à l'ozone, en continu, d'une pâte à haut rendement préalablement raffinée, c'est-à-dire dont le degré de raffinage ~, correspond à celui souhaité pour l'application envisagée de la pâte.
35 Le raffinage préalable de la pâte à haut rendement peut être obtenu de toute façon connue en soi, en une ou deux étapes, par exemple par passage entre deux disques de raffinage~
.
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j;- `; f~ 2 ;, Pour une pi~te destinée à la fabrication de papier, la p3te est raffinée , ` jusqu'à un degré d'égouttage compris entre 60 et 130 csf tCanadian Standard Freeness).
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-j 5 Après raffinage, on épaissit la pâte, le cas échéant, pour amener son taux de siccité à une valeur comprise entre 20 et 50%, de préférence ,;;'t.',, autour de 40~, et on l'introduit dans la machine par l'orifice t,.',,,. d'alimentation 71. Elle est entralnée entre les filets des deux vis ~; jusqu'à la partie à pas inversé 14, où elle est freinée et comprimée.
, 10 Elle forme un bouchon étanche dont l'épaisseur est déterminée en ; partie par la bague 13. La pât~e est extrudée progressivement à
; ~ travers les fenêtres 15 des filets 14 et se détend en parvenant dans la deuxième zone 20 où elle est mise à réagir avec le gaz chargé
d'ozone qui est injecté en 75. L'ouverture des fibres produite par la ~;~ 15 détente, favorise leur attaque par l'ozone de façon quasi-instantanée.
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L'action de ce dernier se parfait pendant le transport et le malaxage de la matière sur toutes les parties 22, 32, 42, les parties 24 et 34 contribuant efficacement au mélange. Les bouchons formés aussi bien ~,~ . 20 en amont qu'en aval de ces trois zones par les filets inversés 14 et ,j~ 44, et les bagues 13 et 43 assurent la constitution d'une enceinte~ ., fermée, étanche aux gaz.
~, ' ' Une injection d'ozone supplémentaire peut être effectuée dans la , -~ 25 troisième zone, au niveau de la partie 32 suivant la détente de la matière à la sortie des fenêtres d'extrusion 25 de la partie 24. Après ~1 son traitement, la pâte est évacuée axialement par l'orifiee 73 en aval du bouchon terminal de la quatrième zone.
30 A cette quatrième zone peut être associé en 79 un moyen de balayage pour éliminer l'ozone résiduel.
On a appliqué le traitement à une pâte chimicothermomécanique, finie, ~, acidifiée et épaissie, en introduisant l'ozone sous forme de mélange . ~ 35 ozone-air ou ozone-oxygène à des taux compris entre 2% et 8%, ;, évalués en poids de pâte.
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~32~2 . Le tableau ci-dessous récapitule les résultats obtenus :
.. . 5 : :
PATE INITIALE : PATE APRES SON TRAITEMENT
RAITEE : A DIFFERENTS TAUX D'OZONE
,.,!',, 2~ 4% 7 P.H. .3,6 . 3,3 3,06 2,9 10 Siccité ~,,3,4 .45 43 44,8 "';~:, Degré d'égowttage . 54 .58 58 56 rupture (m) 4600 5000 5760 6160 ~,~ 15 Indice de déchirure 54. 53 54 53 Indice d'éclatement : 20 21,5 26,5 29 ;-. '`~ Indice de blancheur~ 63. 59 59 58 ~,' 20 . - -~;~i. On a appliqué le traitement à une pâte présentant des caractéristiques ;
: PATE INITIALE PATE APRES TRAITEMENT A -`
,~-, 25 : 5% D'OZONE ~`
P.H. 4,15 3 Siccité . 45,8 46,6 Degré d'égouttage (csf) 69 . 70 , 1 Inditce d ( lo~ngueur de 4000 ~ 5390 , j Indice de déchirure 55 . 56 Indice d'éclatement i~ 19 . 26 . 35 Indice de blancheur . 62 i 57 . :. `:3 - . . ~
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~ PROCESS FOR OZONE TREATMENT
~ OF A CELLULOSIC PASTE
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The invention relates to a method for the treatment with ozone, in ; ~ 5 continuous, of a high-yield paste used in the manufacture of j- ~ - paper.
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To make paper, a mixture of pasta of various origins, in particular a chemical paste is mixed , 10 to a mechanical dough. Mechanical pulps, in particular by their 1 opacity, offer good printing characteristics but `~, have insufficient mechanical strength properties for going through the machine. These are added to the mixture by chemical pulp. However, chemical pulp is priced at - ', r}' l 15 returns significantly higher than the first. So we tried to ~; ~; avoid, or at least limit their use by strengthening the properties resistance of mechanical pulp by chemical post-treatment.
... .
. ";, ; A known treatment consists in reacting the dough with a gas j` 20 containing ozone because it allows better bonding of , '; fibers by modifying their surface condition and lignin.
Unfortunately, current methods have not provided a solution , ',, ~ r ~ satisfactory, because if the results obtained in the laboratory are 25 interesting, it has not been possible so far to reproduce them ~ on an industrial scale. It seems that the difficulties encountered `- i ~ lj are located both at the level of the reactor and of the ozonation equipment.
The subject of the invention is an industrial process making it possible to obtain 30 a paste having the qualities required for the manufacture of - ~ paper, from a mechanical type pulp, while maintaining the , returns to a satisfactory level.
~ - 'The process is characterized in that it consists in refining and purifying 35 the dough to a degree of refinement required for its use, then treating this finished paste with ozone in a reactor consisting of a twin screw machine.
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In practice, through conventional refining and purifying, the dough is brought to a degree of drainage of 60 to 130 csf (Canadian Standard Freeness).
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~ - 5 By machine of the twin-screw type, is meant in the application, a machine corresponding to the teaching of French patents Nos 2,319,737 `l and 2,418,295 issued respectively on February 25, 1977 and September 21, 1979, that is to say comprising two screws with parallel axes driven in the same direction of rotation inside a sheath, and the threads of which I 10 helical ges comprise successive zones with different pitches.
- ~ The screws include, downstream of a material introduction orifice ~ - ~ in the sheath, successively at least one feeding zone a `` not direct for the drive of the material downstream, a first i ~. 15 zone whose thread is not reversed for the formation of a plug ; ~ `continuous with compression of the material, a direct step area of trigger and a second reverse step zone. Areas with thread is not reversed ~ have windows allowing Extruding the material. However, they are sized to 20 promote the formation of a plug. Between these two step zones inverted, the sheath is provided with an agent supply port ; `~ ,, reacti f.
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`. ' It appeared surprisingly that the use of a ~ c ~! 25 this type as a reactor for the ozone treatment of a high pulp `` ~ `~` I yield, finished, allowed to obtain continuously, in a simple way and ~ -, ~ i with a high level of security, a paste with improved mechanical quaiités. For this treatment, the gas containing ozone is introduced in the area delimited by the two plugs, by the orifice ~, 30 for supplying the reactive agent.
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Depending on the operating conditions, it was thus possible to obtain a gain on The index of breaking strength of the order of 40 ~ and 509 ~ on that bursting, the tear index being maintained at its value, r .; ij 3 5 ~ i '-.
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^ Aiors than in previous processes, involving a ozone treatment on a coarse or unrefined dough, we ; ~ ^ found that the final refining brought it to a state similar to , ~ that of a refined dough without ozone treatment, the process of ; , i 5 I'invention, where the treatment is carried out on a finished dough, not only retains the properties of the latter but improves it some including the length of rupture and bursting.
"~, ~., , '~, In accordance with another aspect of the invention, the paste introduced 10 in the reactor is at a high dryness level, between 20 and 5096, preferably between 40 and 45- ~. We see, in fact, that in the case of a dough with high dryness, its rapid expansion after compression followed by kneading, is very favorable to The action of ozone on the fibers, this is practically ~ ^ '' 15 instant. By this type of procedure, accessibility to fibers , by ozone is much better than what we could get in a `~ industrial static reactor.
The following description relates to a nonlimiting embodiment i. 20 of the invention. It is accompanied by drawings which represent ~ l schematically, , ..,, ~
~ - In Figure 1 a longitudinal sectional view of a machine !, ~, ', twin-screw whose principle is known per se, and which allows the implementation of the process and The invention.
.
ij - In Figure 2 a cross-sectional view along llll of the "` 1! Figure 1.
`d The machine 1 seen in longitudinal section through the axis of a screw comprises two screws with parallel axes 3, 5 which mesh with one another and entralnées by appropriate means in the same direction of rotation.
These two screws are supported at their longitudinal ends by 35 of the bearings not shown, they are enclosed in a sheath 7 which has a supply port 71 upstream and a port 73 for extracting the treated material, downstream.
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In the embodiment shown, the screws, which are provided with ~ identical threads, define from upstream to downstream, four zones 10, ; ~, 20, 30, 40, and have two parts with different pitches in each zones. In the first part, 12, 22, 32, 42 the nets 5 helicopters are moved aside and allow the dough to advance Upstream downstream. In the second part l 4, 24, 34, 44 the nets helicoidals are inverted and cause braking of the dough which is compressed and accumulates until it forms a plug.
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l O Windows 15, 25, 35, 45 formed on the reverse pitch threads allow a passage of the material from one net to another until in the ~, next zone 20, 30, 40, or towards the evacuation orifice for the part 44. Two rings 13 and 43, not threaded, are arranged ~, respectively between the parts 12 and 14 of the first zone, and the -15 parts 42 and 44 of the fourth zone. Their purpose is to facilitate The accumulation of matter in these places.
~, ~., 1; .
Between the supply port 71, at the level of the first zone, and the ~ `
exit 73 after the fourth zone, the sheath has holes 20 75, 77 allowing the injection of a treatment agent at the level of parts 22 and 32 of the second and third zones. An orifice 79 at level of part 42 of the fourth zone allows the extraction of ~! The residual treatment agent.
25 This machine is of the type described in the French patents Our. 2,319,737 and 2,418,295 above and can be used . ~ ¦ to defibering pasta or to subject them to various ~ $ treatments, as explained in these patents.
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According to the invention, this device is used to carry out a continuous ozone treatment of a high yield paste previously refined, i.e. the degree of refinement ~, corresponds to that desired for the intended application of the paste.
35 Pre-refining of high yield dough can be obtained anyway known per se, in one or two steps, for example by passage between two refining discs ~
.
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j; - `; f ~ 2 ;, For a pi ~ te intended for the manufacture of paper, the p3te is refined , `to a degree of drainage between 60 and 130 csf tCanadian Standard Freeness).
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-j 5 After refining, the dough is thickened, if necessary, to bring its dryness rate between 20 and 50%, preferably , ;; 't.' ,, around 40 ~, and it is introduced into the machine through the orifice t,. ',,,. supply 71. It is entrainée between the threads of the two screws ~; up to the inverted step part 14, where it is braked and compressed.
, 10 It forms a tight stopper whose thickness is determined by ; part by the ring 13. The dough is gradually extruded to ; ~ through the windows 15 of the nets 14 and relaxes when reaching the second zone 20 where it is reacted with the charged gas ozone which is injected in 75. The opening of the fibers produced by the ~; ~ 15 relaxation, promotes their attack by ozone almost instantaneously.
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The action of the latter is perfect during transport and mixing material on all parts 22, 32, 42, parts 24 and 34 contributing effectively to the mixture. The plugs formed as well ~, ~. 20 upstream than downstream of these three zones by the inverted threads 14 and , j ~ 44, and the rings 13 and 43 ensure the constitution of an enclosure ~., closed, gas tight.
~, '' An additional ozone injection can be performed in the , - ~ 25 third zone, at the part 32 following the relaxation of the material at the exit of the extrusion windows 25 of part 24. After ~ 1 its treatment, the dough is discharged axially by the orifice 73 downstream of the terminal plug of the fourth zone.
30 To this fourth zone can be associated in 79 a scanning means to remove residual ozone.
The treatment was applied to a chemothermal-mechanical paste, finished, ~, acidified and thickened, by introducing ozone as a mixture . ~ 35 ozone-air or ozone-oxygen at rates between 2% and 8%, ;, evaluated by weight of dough.
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... .
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~ 32 ~ 2 . The table below summarizes the results obtained:
... 5::
INITIAL PASTE: PASTE AFTER ITS TREATMENT
RATIONALE: AT DIFFERENT OZONE RATES
,.,! ',, 2 ~ 4% 7 PH .3.6. 3.3 3.06 2.9 10 Dryness ~ ,, 3.4 .45 43 44.8 "'; ~ :, Degree of sewage. 54 .58 58 56 rupture (m) 4,600 5,000 5,760 6,160 ~, ~ 15 Tear index 54. 53 54 53 Burst index: 20 21.5 26.5 29; -. `` ~ Whiteness index ~ 63. 59 59 58 ~, '20. - -~; ~ i. The treatment was applied to a paste having characteristics;
: INITIAL PASTE PASTE AFTER TREATMENT AT -`
, ~ -, 25: 5% OZONE ~ `
PH 4.15 3 Dryness. 45.8 46.6 Degree of drainage (csf) 69. 70 , 1 Inditce d (length ~ 4000 ~ 5390 , j Tear index 55. 56 Burst index i ~ 19. 26 . 35 Whiteness index. 62 i 57 . :. `: 3 -. . ~
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