EP0276608A1 - Procédé pour le traitement à l'ozone d'une pâte cellulosique - Google Patents

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EP0276608A1
EP0276608A1 EP87402949A EP87402949A EP0276608A1 EP 0276608 A1 EP0276608 A1 EP 0276608A1 EP 87402949 A EP87402949 A EP 87402949A EP 87402949 A EP87402949 A EP 87402949A EP 0276608 A1 EP0276608 A1 EP 0276608A1
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D21C9/147—Bleaching ; Apparatus therefor with oxygen or its allotropic modifications
    • D21C9/153—Bleaching ; Apparatus therefor with oxygen or its allotropic modifications with ozone

Definitions

  • the invention relates to a process for the continuous ozone treatment of a high-yield pulp used in the manufacture of paper.
  • a known treatment consists in reacting the pulp with a gas containing ozone because the latter allows better bonding of the fibers by modifying their surface state and the lignin.
  • the subject of the invention is an industrial process making it possible to obtain a pulp having the qualities required for the manufacture of paper, from a pulp of the mechanical type, while maintaining the yield at a satisfactory level.
  • the method is characterized in that it consists in refining and purifying the dough to a degree of refinement required for its use, then in treating this dough, finished, with ozone in a reactor constituted by a machine of the type twin screw.
  • the dough is brought to a degree of drainage of 60 to 130 csf (Canadian Standard Freeness).
  • machine of the twin-screw type is meant in the application, a machine corresponding to the teaching of patents - FR 2 319 737 and FR 2 418 295, that is to say comprising two screws with parallel axes driven in a same direction of rotation inside a sleeve, and whose helical threads have successive zones with different pitch.
  • the screws comprise, downstream of an orifice for introducing the material into the sheath, successively at least one feed zone with direct pitch for driving the material downstream, a first zone whose thread is with inverted pitch for the formation of a continuous plug with compression of the material, an area with direct expansion step and a second area with inverted step.
  • the zones whose threads are not reversed have windows allowing the extrusion of the material. They are however dimensioned so as to favor the formation of a plug. Between these two reverse-pitch zones, the sheath is provided with a port for supplying a reactive agent.
  • the index of rupture length of the order of 40% and 50% on that of bursting, the index of tearing being maintained at its value.
  • the method of the invention where the treatment is carried out on a finished dough, not only retains the properties of the latter but improves some of them including the length of breakage and bursting.
  • the pulp introduced into the reactor is at a high degree of dryness, between 20 and 50%, preferably between 40 and 45%. It is found, 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, it is practically instant. By this type of procedure, accessibility to fibers by ozone is much better than what could be obtained in an industrial static reactor.
  • 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 are driven by suitable means in the same direction of rotation. These two screws are supported at their longitudinal ends by bearings not shown, they are enclosed in a sheath 7 which has a supply orifice 71 upstream and an extraction orifice 73 for the treated material, downstream.
  • the screws which are provided with identical threads, define from upstream to downstream, four zones 10, 20, 30, 40, and comprise two parts with different pitch in each of the zones.
  • the first part, 12, 22, 32, 42 the helical threads are separated and allow the advancement of the dough from upstream to downstream.
  • the second part 14, 24, 34, 44 the helical threads are not reversed and cause a braking of the dough which is compressed and accumulates until forming a plug.
  • Windows 15, 25, 35, 45 formed on the threads with reverse pitch allow the material to pass from one thread to the other as far as the next zone 20, 30, 40, or towards the evacuation orifice for the part 44.
  • Two rings 13 and 43, non-threaded are disposed respectively between the parts 12 and 14 of the first zone, and the parts 42 and 44 of the fourth zone. Their purpose is to facilitate the accumulation of matter in these places.
  • the sheath has orifices 75, 77 allowing the injection of a treatment agent at the level of the parts 22 and 32 second and third zones.
  • An orifice 79 at the level of the part 42 of the fourth zone allows the extraction of the residual treatment agent.
  • This machine is of the type described in the patents FR 2 319 737 and FR 2 418 295 and can be used for defibering pasta or else for subjecting them to various treatments, as explained in these patents.
  • this device is used to carry out a continuous ozone treatment of a previously refined high-yield paste, that is to say the degree of refining of which corresponds to that desired for the application of the paste.
  • the prior refining of the high-yield dough can be obtained in any manner known per se, in one or two stages, for example by passing between two refining discs.
  • the pulp is refined to a degree of drainage of between 60 and 130 csf (Canadian Standard Freeness).
  • the dough After refining, the dough is thickened, if necessary, to bring its dryness rate to a value between 20 and 50%, preferably around 40%, and it is introduced into the machine through the feed orifice. 71. It is driven between the threads of the two screws up to the reverse-pitch part 14, where it is braked and compressed. It forms a tight plug whose thickness is determined in part by the ring 13. The dough is gradually extruded through the windows 15 of the threads 14 and relaxes when it reaches the second zone 20 where it is reacted with the gas. charge of ozone which is injected in 75. The opening of the fibers produced by the trigger promotes their attack by ozone almost instantaneously.
  • An additional ozone injection can be carried out in the third zone, at the level of the part 32 following the relaxation of the material at the exit of the extrusion windows 25 of the part 24. After its treatment, the dough is discharged axially by the orifice 73 downstream of the terminal plug of the fourth zone.
  • This fourth zone can be associated in 79 with a sweeping means to remove the residual ozone.
  • the treatment was applied to a chemothermomechanical paste, finished, acidified and thickened, by introducing ozone in the form of an ozone-air or ozone-oxygen mixture at rates of between 2% and 8%, evaluated by weight of paste.
  • the table below summarizes the results obtained: The treatment was applied to a paste having different initial characteristics.

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Abstract

Le procédé consiste à traiter à l'ozone une pâte à haut rendement, finie, c'est-à-dire préalablement raffinée et épurée jusqu'à un degré de raffinage requis par son utilisation finale. Le traitement est effectué dans un réacteur (1) constitué par une machine bi-vis, connue en soi, comprenant, à l'intérieur d'un fourreau (7), deux vis (3,5) à axes parallèles s'engrenant l'une dans l'autre, entraînées dans un même sens de rotation, et dont les filetages hélicoïdaux comportent des zones successives (10,20,30,40) à pas différents. La pâte est introduite dans le réacteur à une siccité élevée, de préférence comprise entre 40 et 45%. Le taux d'ozone peut être de 2% à 8%. Par ce procédé on obtient, en continu et de façon simple, une pâte à haut rendement aux propriétés de résistance mécanique améliorées.

Description

  • L'invention se rapporte à un procédé pour le traitement à l'ozone, en continu, d'une pâte à haut rendement entrant dans la fabrication du papier.
  • Pour fabriquer du papier, on utilise jusqu'à présent un mélange de pâtes d'origines diverses, on mélange en particulier une pâte chimique à une pâte mécanique. Les pâtes mécaniques, notamment par leur 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 revient nettement plus élevé que les premières. On a donc cherché à éviter, ou du moins à limiter leur emploi en renforçant 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 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 satisfaisante, car si les résultats obtenus en laboratoire sont inté­ressants, il n'a pas été possible jusqu'à présent de les reproduire à l'échelle industrielle. Il semble que les difficultés rencontrées se situent tant au niveau du réacteur que des équipements d'ozonation.
  • L'invention a pour objet un procédé industriel permettant d'obtenir une pâte présentant les qualités requises pour la fabrication de papier, à partir d'une pâte du type mécanique, tout en maintenant le rendement à un niveau satisfaisant.
  • Le procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à raffiner et à épurer 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.
  • 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).
  • Par machine du type bi-vis, on entend dans la demande, une machine correspondant à l'enseignement des brevets - FR 2 319 737 et FR 2 418 295, c'est-à-dire comprenant deux vis à axes parallèles entraînées dans un même sens de rotation à l'intérieur d'un fourreau, et dont les filetages 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 à pas direct pour l'entraînement de la matière vers l'aval, une première zone dont le filetage est à 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 l'extrusion de la matière. Elles sont toutefois dimensionnées de façon à 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 réactif.
  • Il est apparu de façon surprenante que l'utilisation d'une machine de ce type comme réacteur pour le traitement à l'ozone d'une pâte à haut ren­dement, finie, permettait d'obtenir en continu, de façon simple et avec un haut niveau de sécurité, une pâte aux qualités mécaniques améliorées. Pour ce traitement, le gaz contenant l'ozone est introduit dans la zone délimitée par les deux bouchons, par l'orifice d'alimentation de l'agent réactif.
  • Selon les conditions opératoires, on a pu ainsi obtenir un gain sur l'indice de longueur de rupture de l'ordre de 40% et de 50% sur celui d'éclatement, l'indice de déchirure étant maintenu à sa valeur.
    Alors 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 l'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 dans le réacteur est à un degré de siccité élevé, compris entre 20 et 50%, 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 l'action de l'ozone sur les fibres, celle-ci est pratiquement instantanée. Par ce type de mode opératoire, l'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 de l'invention. Elle est accompagnée de dessins qui représentent 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 l'invention.
    • - A la figure 2 une vue en coupe transversale selon II II de la figure 1.
  • 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 entraînées par des moyens appropriés dans un même sens de rotation. Ces deux vis sont supportées à leurs extrêmités longitudinales par 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.
  • 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 hélicoïdaux sont écartés et permettent l'avancement de la pâte de l'amont vers l'aval. Dans la deuxième partie 14, 24, 34, 44 les filets hélicoïdaux sont à pas inversé et provoquent un freinage de la pâte qui est compri­mée et s'accumule jusqu'à former un bouchon.
  • 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 parties 42 et 44 de la quatrième zone. Elles ont pour objet de faciliter l'accumu­lation de matière en ces endroits.
  • 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 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 l'agent de traitement résiduel.
  • Cette machine est du type décrit dans les brevets FR 2 319 737 et FR 2 418 295 et peut être employée au défibrage de pâtes ou bien pour leur faire subir divers traitements, comme cela est expliqué dans ces brevets.
  • Conformément à l'invention, on utilise ce dispositif pour réaliser 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.
  • 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.
  • Pour une pâte destinée à la fabrication de papier, la pâte est raffinée jusqu'à un degré d'égouttage compris entre 60 et 130 csf (Canadian Standard Freeness).
  • 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 autour de 40%, et on l'introduit dans la machine par l'orifice d'alimentation 71. Elle est entraînée entre les filets des deux vis jusqu'à la partie à pas inversé 14, où elle est freinée et comprimée. Elle forme un bouchon étanche dont l'épaisseur est déterminée en partie par la bague 13. La pâte 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 détente, favorise leur attaque par l'ozone de façon quasi-instantanée.
  • 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 en amont qu'en aval de ces trois zones par les filets inversés 14 et 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 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 son trai­tement, la pâte est évacuée axialement par l'orifice 73 en aval du bouchon terminal de la quatrième zone.
  • 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 ozone-air ou ozone-oxygène à des taux compris entre 2% et 8%, évalués en poids de pâte.
    Le tableau ci-dessous récapitule les résultats obtenus :
    Figure imgb0001
     On a appliqué le traitement à une pâte présentant des caractéristiques initiales différentes.
    Figure imgb0002

Claims (8)

1/ Procédé pour le traitement à l'ozone d'une pâte de fibres cellu­losiques à haut rendement caractérisé en ce qu'il consiste à raffiner et à épurer la pâte jusqu'à un degré de raffinage requis pour son utilisation finale puis à la traiter à l'ozone dans un réacteur constitué par une machine bi-vis.
2/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pâte est introduite dans le réacteur à une siccité comprise entre 20% et 50%.
3/ Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la pâte est à une siccité comprise entre 40 et 45%.
4/ Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que la pâte est préalablement acidifiée avant son épaississage.
5/ Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la pâte est raffinée jusqu'à un degré de raffinage compris entre 60 et 130 csf.
6/ Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la pâte raffinée est introduite dans une machine bi-vis compor­tant au moins une première partie de transport une première partie de compression suivie d'une deuxième partie de transport et d'une deuxième partie de compression, l'ozone, de préférence sous forme de mélange ozone-oxygène ou ozone-air étant mis à réagir avec ladite pâte cellulosique dans aux moins une zone de la machine comprise entre lesdites parties de compression.
7/ Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ozone est mis à réagir en quantité égale à au moins 2% de la masse de pâte traitée.
8/ Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le taux d'ozone est compris entre 2 et 8%.
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