EP0336842B1 - Procédé pour la fabrication d'une pâte à papier à usage fiduciaire - Google Patents

Procédé pour la fabrication d'une pâte à papier à usage fiduciaire Download PDF

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EP0336842B1
EP0336842B1 EP89400938A EP89400938A EP0336842B1 EP 0336842 B1 EP0336842 B1 EP 0336842B1 EP 89400938 A EP89400938 A EP 89400938A EP 89400938 A EP89400938 A EP 89400938A EP 0336842 B1 EP0336842 B1 EP 0336842B1
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EP
European Patent Office
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pulp
phase
bleached
washing
zone
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP89400938A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0336842A1 (fr
Inventor
Philippe Combette
Robert Angelier
Christian Vieu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CENTRE TECHNIQUE DE L'INDUSTRIE DES PAPIERS CARTONS ET CELLULOSE
Clextral SAS
Banque de France
Original Assignee
CENTRE TECHNIQUE DE L'INDUSTRIE DES PAPIERS CARTONS ET CELLULOSE
Clextral SAS
Banque de France
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/02—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material
    • B30B9/12—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing
    • B30B9/121—Screw constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/02—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material
    • B30B9/12—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing
    • B30B9/16—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing operating with two or more screws or worms
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/30—Defibrating by other means
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/12—Pulp from non-woody plants or crops, e.g. cotton, flax, straw, bagasse

Definitions

  • the present invention relates to a process for the manufacture of paper pulp for fiduciary use.
  • the invention applies more particularly to the manufacture of a paper pulp obtained from textile fibers such as, for example, cotton, ramie, or linen, intended for the production of very high quality paper such as that used for the production of banknotes.
  • this type of paper must in particular have determined mechanical characteristics, that is to say a high breaking load and resistance to folding, as well as a uniformity and a texture suitable for the formation of a watermark.
  • this paper must meet very strict criteria, particularly in terms of its dimensional stability, its optical whiteness and its cleanliness.
  • the raw material generally consisting of cotton fibers coming either from waste from combing machines, or also in the form of textile waste, or from other textile fibers such as ramie, linen, is first subjected to coarse shredding and, is stored in a silo. The fibers and / or fiber bundles are then compacted using a pestle in a rotating tank, therefore at the outlet of this device the raw material is in the form of annular rings.
  • the annular crowns also called “cakes" are then admitted into a digester where the operations of joint are carried out leaching and bleaching using an aqueous solution of sodium hydroxide and hydrogen peroxide. This operation is carried out under a pressure close to atmospheric pressure and at a temperature of the order of 90 ° to 95 ° C.
  • the blanched cakes are always placed in the digester, washing is carried out with clear water in order to remove the leaching and bleaching reagents.
  • the purpose of the compacting operation using the pestle, before introduction into the digester, is essentially to increase the density of the raw material in order to best use the volume of said digester.
  • the cakes, bleached and washed after extraction from the digester, are shredded using a special machine of the milling type.
  • the material is then treated in stacking stacks or using another system adapted to this fibrous material.
  • This operation carried out in water allows in addition to the separation of the textile fibers, to cut them uniformly to a length of 3 to 4 mm.
  • the fibers thus obtained are introduced into a vat and constitute the raw dough or half-dough.
  • the raw pulp is then passed through a disc refiner, where the fibers are refined. This operation modifies the physical structure of the fibers and gives the paper the physical and mechanical characteristics required by fiduciary use.
  • the refined pulp then arrives in a mixing vat in which is added pulp from the recycling of winder trimmings or trimmers and defective paper waste. This the mixing vat then feeds a vat located at the head of the paper machine proper.
  • the traditional manufacture of fiduciary paper corresponds to a discontinuous process, and includes numerous handling operations for loading and unloading of the apparatuses, more particularly for the pounding of cakes, the washing and milling of bleached cakes.
  • the present invention relates to a process avoiding the aforementioned drawbacks and making it possible to continuously prepare the paper pulp with the required qualities, without breaking the load in the line for preparing said pulp, from the distribution silo after shredding in the manner first until the semi-dough or raw dough is obtained before refining.
  • the method according to the invention makes it possible to considerably reduce the energy consumption usually required to produce such a paste.
  • the raw material consists of cotton fibers originating either from waste from the combing machine, or even in the form of rags, but other textile fibers such as, for example, ramie and linen can be used.
  • the raw material in the form of bales 1 of textile fibers is first coarsely shredded in a bale opener 2 and introduced into a distribution silo 3.
  • the fibers are then compacted to using a pestle in a rotating tank 4 and therefore leaving this device the raw material is in the form of annular rings.
  • the annular rings are then admitted into a digester 5 where the leaching and bleaching operations are carried out jointly using an aqueous solution of sodium hydroxide and hydrogen peroxide.
  • the bleached crowns are still placed in the digester 5, washing is carried out with clear water in order to remove the leaching and bleaching reagents.
  • Bleached crowns washed after extraction from the digester 5 are shredded using an apparatus of the milling type 6.
  • the material is then treated in a runner 7. This operation, carried out in water, makes it possible, in addition to the separation of the textile fibers, to cut them uniformly.
  • the fibers thus obtained, always accompanied by water, are introduced into a vat 8 and constitute the raw dough or half-dough.
  • the raw pulp then passes through a refiner 9, and the pulp thus refined is then admitted into a mixing vat 9a into which is added pulp originating from the recycling of the trimmers of winders or guillotines and waste paper defective.
  • This mixing vat then feeds a vat, not shown, located at the head of the actual paper machine.
  • the textile fibers accompanied by water are then introduced into a first treatment machine 10 of the type to two co-rotating screws.
  • the first treatment machine 10 comprises at least two screws 11 and 12 driven in rotation around their axes by a motor 13 and a reduction gear 14 (FIG. 3) inside an elongated enclosure forming a sheath 15 which envelops them.
  • the screws 11 and 12 are provided with helical threads which mesh with one another and the internal wall of the sheath forms two intersecting cylindrical lobes, with an inside diameter slightly greater than the outside diameter of the threads. These threads are nested one inside the other, and the two screws are driven at the same speed of rotation and in the same direction so that the two screws are identical, the threads being simply offset with respect to each other.
  • the screws 11 and 12 are advantageously made up of splined shafts 16 and 17 respectively on which are stacked sections of screws made up of sleeves.
  • the internal bore of these sleeves is provided with grooves corresponding to those of the shaft and the external part is provided with helical threads whose pitch differs depending on the section considered for the treatment and transport of the material. It is thus possible to have a fairly large number of sections making it possible to vary the pitch, the depth, the number of nets and the length of each zone.
  • the sheath is pierced with a feeding orifice 18 surmounted by a hopper 19, d brought products.
  • the screws 11 and 12 are provided with threads 20 with a wide pitch and a reduced section, in order to ensure the transfer of the products introduced through this orifice 18 which opens widely on the two screws 11 and 12 in order to distribute the material in the threads 20.
  • the textile fibers and water, or possibly the effluents from the second treatment machine 40, are therefore immediately transported downstream of the treatment machine and mixed by the effect of rotation and meshing of the screws 11 and 12.
  • zone B the screws have threads 21 with a tight pitch and a thicker section, so that when the products are mixed, they will be compressed.
  • the material then passes through a shear zone C.
  • the zone C is provided with helical threads 22 whose winding direction is reversed with respect to that ensuring the transfer of the material in the processing machine 10.
  • these threads 22 are formed openings 23 which extend radially from the core of each screw 11 and 12 to the periphery of the threads and which are also regularly distributed around the axis.
  • the screws 11 and 12 are fixed so that two openings 23 periodically coincide in the central meshing zone. This controls the passage of the material flow downstream, which determines braking in this zone C, and a compression effect upstream.
  • Zone D conveying and processing zone, is provided with threads 24 whose pitch and thickness have characteristics close to those of zone B.
  • the sheath is provided with a opening 25, connected to a pipe 26 arrival of the leaching and bleaching reagents consisting, in particular, of an aqueous sodium hydroxide solution, water, and hydrogen peroxide optionally accompanied by sequestering and stabilizing agents.
  • These reagents come from a dosing and injection station which includes a tank 27 for storing the aqueous sodium hydroxide solution, pipes 28 for supplying water and a tank 29 for storing hydrogen peroxide (FIG. 2) . Therefore, all along this zone D, the textile material will be stirred and mixed with these reagents in order to ensure this essential leaching and bleaching step in the manufacture of paper pulp.
  • the treatment machine of the type with two co-rotating screws is particularly well suited for carrying out this operation. Indeed, due to the rotation of the screws in the same direction, there is a reversal of the material in the interpenetration zone of the threads which is particularly effective as regards its kneading, which allows an intimate mixing of the reagents and textile fibers that have been in the upstream areas impregnated with water. In this way, a better use of the reagents is obtained, which results on the one hand in an economy of these and on the other hand by a reduction, in the subsequent phases, of the clear washing water and therefore effluents from the installation.
  • this mixing work is accompanied by an internal heating of the material, and without external heat input, the temperature thereof will be maintained at a value of 90 ° or 95 ° C compatible with good kinetics reactions, without thermal alteration of the paper pulp.
  • zone D of conveying and processing is followed by a zone E which is a braking zone constituted, like the zone C of helical threads 30 of winding opposite to that in advance of the material, or counter-threads, and also comprising passage windows 31.
  • a zone E which is a braking zone constituted, like the zone C of helical threads 30 of winding opposite to that in advance of the material, or counter-threads, and also comprising passage windows 31.
  • Physical and thermal phenomena, as well as the functions carried out in this zone E are similar to what is carried out there in zone C, that is to say significant shearing and mixing , as well as scrolling and cutting the fibers.
  • the last section of the treatment machine 10 constituted by zone F comprises threads 32 whose pitch and thickness are similar to those of zone D.
  • the leaching and bleaching reactions continue during the flow of the material, in this zone which, moreover, ensures the transfer to the outlet orifice 33 constituted by a simple opening at the downstream end of the sleeve 15.
  • this first treatment machine 10 At the outlet of this first treatment machine 10, there is thus a flow at atmospheric pressure at a temperature of the order of 80 ° C. to 100 ° C. of a bleached paste, but which still contains the residual reagents and the products resulting from the action of these reagents on the raw material.
  • This paste is admitted by a simple flow chute, not shown, in a retention capacity 34 ( Figures 2 and 3).
  • This capacity 34 which has the essential role of completing the bleaching reaction comprises a screw conveyor system 34a, in order to transport the dough to the second processing machine 40.
  • This retention capacity 34 is dimensioned to obtain a relatively long residence time. weak between 10 min and 30 min.
  • the second treatment machine 40 (FIGS. 6, 7) is in its general design similar to the first treatment machine 10. It comprises at least two screws 41 and 42 driven in rotation around their axes by a motor 43 and a reduction gear 44 ( Figure 3) inside an elongated enclosure forming a sheath 45 which envelops them.
  • the screws 41 and 42 are provided with helical threads which mesh with one another and the inner wall of the sheath forms two intersecting cylindrical lobes, with an inside diameter slightly greater than the outside diameter of the threads.
  • the threads are nested inside each other, and the two screws are driven at the same speed of rotation and in the same direction so that the two screws are identical, the threads being simply offset from each other.
  • the sheath is pierced with an introduction orifice 46 surmounted by a hopper 46a for supplying the products.
  • the screws 41 and 42 are provided with threads 47 to not wide and of reduced section to ensure the transfer of the products introduced by this orifice 45 which opens widely on the two screws 41 and 42 in order to distribute the material in the threads.
  • the bleached pulp and this first fraction of the washing water are therefore immediately transported downstream of the treatment machine 40, and mixed by the effect of rotation and meshing of the screws 41 and 42.
  • the dough passes through a succession of zones H1, H2 ... similar in their construction and in their function.
  • the processing machine 40 has four H-type zones, which constitutes an interesting compromise as regards the production of the processing machine and the characteristics of the dough obtained. It is obvious that the process which is the subject of the present invention also applies to constructive solutions comprising a greater number of these sections H by modifying the geometrical characteristics of the threads.
  • Each zone H for example zone H1, comprises a first element of compression and washing zone H11, and a second element of braking and shearing zone H12.
  • the screws have threads 48 with a tight pitch and a cross section thicker than that of the thread 47 of zone G. In this way, to the mixture of products will be added compression of the fibrous material . Therefore, all along the element H11, the bleached pulp is stirred and mixed with the washing water introduced into the feed hopper 46a in order to remove the residual reagents and the products resulting from the action of the reagents on the paste. Downstream of the H11 zone, where the compression is maximum, the washing effluents are discharged by means of filters 53 judiciously placed in the sheath 45.
  • the zone element H12 is provided with threads 49 whose winding direction is reversed with respect to that ensuring the transfer of the material in the processing machine 40.
  • these threads 49 are provided openings 50 which extend radially from the core of each screw 41 and 42 to the periphery of the threads and are also regularly distributed around the axis.
  • the screws 41 and 42 are set so that two openings 50 periodically coincide in the central meshing zone. This controls the passage of the pulp flow downstream, which determines braking in this zone H12 and a compression effect upstream. Furthermore, it follows a significant shearing of the dough, which in addition to the homogenization thereof constitutes a phase of unthreading and cutting the fibers.
  • the sleeve 45 is connected to a pipe 52 for supplying clean washing water. Therefore, all along element H21, the bleached pulp is stirred and mixed with the washing water in order to remove the reagents residuals and products from the action of the reactants on the pulp.
  • the treatment machine of the type with two co-rotating screws is particularly suitable for carrying out this washing operation efficiently and economically as regards the volume of water used. Indeed due to the rotation of the screws 41 and 42 in the same direction, there is a reversal of the dough in the interpenetration zone of the threads which is particularly effective for achieving an intimate mixture of the dough and the water of washing, which thus translates into a saving thereof.
  • the dough thus passes successively into zones H1, H2, H3 and H4 where the washing and unrolling operations for the dough take place in an identical manner.
  • the outflows from the washing effluents are produced by means of filters 53 in the downstream parts of the elements of zones H11, H21, H31 and H41.
  • Zone J which constitutes the downstream outlet section of the dough, is similar to the elements H11, H21, H31 and H41 and comprises threads 51 similar to the threads 48. It essentially ensures the transfer function of the bleached and washed dough, which leaves the processing machine 40 through an orifice 54 and is then admitted directly into the half-pulp vat 8, upstream from the refiner 9 (FIG. 2) and from the paper machine.
  • the method according to the present invention can also be implemented by a single processing machine of the type with two co-rotating screws ensuring in an upstream part all the functions of the first treatment machine and in a downstream part all of the functions of the second processing machine.
  • the paper pulp obtained with the method according to the present invention makes it possible to produce a paper entirely in accordance with what is required in traditional manufacture of fiduciary paper.
  • the measurements carried out on the residual soda content give an efficiency of 85 to 90% for washing.
  • the process according to the present invention makes it possible to obtain a paper pulp for fiduciary use with the same characteristics as the traditional process, with a continuous production line, and lower energy and water consumption.
  • the savings in washing water thus produced mean that the volume of effluents generated in the manufacture of this paper is lower and that consequently the treatment of these effluents is less costly and the nuisances are lower.
  • the method according to the present invention eliminates handling operations for loading and unloading of the devices, as well as the pestle, the digester, the milling machine and the stackers which are necessary in the traditional process.

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  • Wood Science & Technology (AREA)
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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication d'une pâte à papier à usage fiduciaire. L'invention s'applique plus particulièrement à la fabrication d'une pâte à papier obtenue à partir de fibres textiles telles que par exemple le coton, la ramie, ou le lin, destinée à la production d'un papier de très haute qualité comme celui utilisé pour la fabrication des billets de banque.
  • On sait que ce type de papier doit avoir en particulier des caractéristiques mécaniques déterminées, c'est-à-dire une charge à la rupture et une résistance au pliage importantes, ainsi qu'une homogénéité et une texture appropriées pour la formation d'un filigrane. De plus, ce papier doit satisfaire à des critères très sévères notamment au niveau de sa stabilité dimensionnelle, de sa blancheur optique et de sa propreté.
  • La préparation traditionnelle d'une pâte à papier destinée à la fabrication d'un papier fiduciaire qui est décrite p. ex. dans le brevet DD-A- 233 281, est réalisée en plusieurs étapes distinctes.
  • Tout d'abord, la matière première constituée généralement de fibres de coton provenant soit de déchets de peigneuses, soit encore sous forme de déchets textiles, ou d'autres fibres textiles telles que la ramie, le lin, est tout d'abord soumise à un déchiquetage grossier et, est entreposée dans un silo. Les fibres et/ou amas de fibres sont ensuites compactés à l'aide d'un pilon dans une cuve tournante, de ce fait à la sortie de cet appareil la matière première se présente sous la forme de couronnes annulaires.
  • Les couronnes annulaires, appelées encore "gâteaux", sont ensuite admises dans un lessiveur où sont effectuées conjointement les opérations de lessivage et de blanchiment à l'aide d'une solution aqueuse de soude et d'eau oxygénée. Cette opération est réalisée sous une pression voisine de la pression atmosphérique et à une température de l'ordre de 90° à 95°C. Les gâteaux blanchis étant toujours placés dans le lessiveur, il est procédé à un lavage à l'eau claire afin d'éliminer les réactifs de lessivage et de blanchiment.
  • L'opération de compactage faite à l'aide du pilon, avant introduction dans le lessiveur, a essentiellement pour but d'augmenter la densité de la matière première afin d'utiliser au mieux le volume dudit lessiveur.
  • Les gâteaux blanchis et lavés après extraction du lessiveur, sont déchiquetés à l'aide d'une machine spéciale du type fraiseuse.
  • La matière est ensuite traitée dans des piles défileuses ou à l'aide d'un autre système adapté à cette matière fibreuse. Cette opération réalisée dans de l'eau, permet en plus de la séparation des fibres textiles, de les couper de manière uniforme à une longueur de 3 à 4 mm.
  • Les fibres ainsi obtenues, toujours accompagnées d'eau, sont introduites dans un cuvier et constituent la pâte brute ou demi-pâte.
  • La pâte brute passe ensuite dans un raffineur à disques, où les fibres sont raffinées. Cette opération modifie la structure physique des fibres et confère au papier les caractéristiques physiques et mécaniques requises par un usage fiduciaire.
  • La pâte raffinée arrive alors dans un cuvier de mélange dans lequel est ajoutée de la pâte provenant du recyclage des rognures de bobineuses ou de massicots et des déchets de papier défectueux. Ce cuvier de mélange alimente ensuite un cuvier situé en tête de la machine à papier proprement dite.
  • On voit donc que la fabrication traditionnelle d'un papier fiduciaire correspond à un procédé discontinu, et comporte de nombreuses opérations de manutention pour le chargement et le déchargement des appareils, plus particulièrement pour le pilonnage des gâteaux, le lessivage et fraisage des gâteaux blanchis.
  • Un procédé continu pour la fabrication d'une pâte à papier blanchie à partir de laquelle on prépare des papiers d'impression est décrit dans la ATIP revue 41, no. 2, pages 58,63-68, février 1987. Ce procédé travaillant avec des pâtes de bois utilise un appareil appelé "bis-vis". Cependant ce procédé ne permet pas d'obtenir une pâte à papier compatible avec ce qui est requis pour la fabrication d'un papier à usage fiduciaire.
  • La présente invention a pour objet un procédé évitant les inconvénients précités et permettant de préparer en continu la pâte à papier avec des qualités requises, sans rupture de charge dans la ligne de préparation de ladite pâte, depuis le silo de distribution après déchiquetage de la manière première jusqu'à l'obtention de la demi-pâte ou pâte brute avant raffinage.
  • De plus, le procédé selon l'invention permet de réduire considérablement la consommation d'énergie habituellement nécessaire pour produire une telle pâte.
  • L'invention réside donc en un procédé pour la préparation d'une pâte à papier à usage fiduciaire notamment de billets de banque à partir d'une matière première constituée par des fibres textiles telles que par exemple du coton, de la ramie ou du lin, comprenant successivement les étapes suivantes :
    • une opération de déchiquetage de la matière première,
    • des opérations de lessivage, de blanchiment, et de lavage des fibres textiles,
    • une opération de déchiquetage des fibres textiles lessivées et blanchies,
    • des opérations de défilage et de lavage pour la séparation, la coupe et le lavage des fibres textiles lessivées et blanchies,
    • une opération de malaxage dans un cuvier pour l'obtention d'une pâte brute ou demi-pâte,
    • une opération de raffinage pour l'obtention d'une pâte raffinée,
    • une opération de mélange dans cuvier, caractérisé en ce que :
    • les opérations de lessivage, de blanchiment et de lavage des fibres textiles et l'opération de déchiquetage des fibres textiles préalablement lessivées et blanchies sont réalisées de manière continue dans une première machine de traitement du type à deux vis co-rotatives pour l'obtention d'une pâte blanchie,
    • l'opération de blanchiment est poursuivie dans une capacité de rétention équipée de moyens de transport de la pâte, le temps de séjour de la pâte dans ladite capacité de rétention étant compris entre 10 et 30 minutes,
    • et les opérations de défilage et de lavage sont réalisées de manière continue dans une seconde machine de traitement du type à deux vis co-rotatives pour l'obtention d'une pâte blanchie et lavée.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 représente de manière schématique une installation correspondant au procédé traditionnel de fabrication de pâte à papier à usage fiduciaire,
    • la figure 2 représente de manière schématique les diverses phases et les appareils mis en oeuvre dans le procédé conforme à la présente invention,
    • la figure 3 est une vue schématique de l'agencement général des machines de traitement utilisées dans le procédé,
    • la figure 4 est une vue en coupe dans un plan vertical passant par l'axe d'une vis de la première machine de traitement,
    • la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la figure 4,
    • la figure 6 est une vue en coupe par un plan vertical passant par l'axe d'une vis de la seconde machine de traitement,
    • la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne 7-7 de la figure 6.
  • Dans la description qui va suivre, il a été supposé à titre d 'exemple que la matière première était constituée de fibres de coton provenant soit de déchets de peigneuse, soit encore sous forme de chiffons, mais d'autres fibres textiles telles que par exemple, la ramie et le lin peuvent être utilisées.
  • Dans l'installation traditionnelle représentée à la figure 1, la matière première sous forme de balles 1 de fibres textiles est tout d'abord déchiquetée grossièrement dans une ouvreuse de balles 2 et introduite dans un silo de distribution 3. Les fibres sont ensuite compactées à l'aide d'un pilon dans une cuve tournante 4 et de ce fait à la sortie de cet appareil la matière première se présente sous la forme de couronnes annulaires.
  • Les couronnes annulaires sont ensuite admises dans un lessiveur 5 où sont effectuées conjointement les opérations de lessivage et de blanchiment à l'aide d'une solution aqueuse de soude et d'eau oxygénée. Les couronnes blanchies étant toujours placées dans le lessiveur 5, il est procédé à un lavage à l'eau claire afin d'éliminer les réactifs de lessivage et de blanchiment.
  • Des couronnes blanchies lavées après extraction du lessiveur 5 sont déchiquetées à l'aide d'un appareil du type fraiseuse 6.
  • La matière est ensuite traitée dans une défileuse 7. Cette opération réalisée dans de l'eau, permet en plus de la séparation des fibres textiles de les couper de manière uniforme. Les fibres ainsi obtenues, toujours accompagnées d'eau, sont introduites dans un cuvier 8 et constituent la pâte brute ou demi-pâte.
  • La pâte brute passe ensuite dans un raffineur 9, et la pâte ainsi raffinée est alors admise dans un cuvier de mélange 9a dans lequel est ajoutée de la pâte provenant du recyclage des rognures de bobineuses ou de massicots et des déchets de papier défectueux. Ce cuvier de mélange alimente ensuite un cuvier, non représenté, situé en tête de la machine à papier proprement dite.
  • Dans l'installation de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, représentée à la figure 2, à la sortie du silo de distribution 3, les fibres textiles accompagnées d'eau sont alors introduites dans une première machine de traitement 10 du type à deux vis co-rotatives.
  • Comme représenté sur les figures 3, 4 et 5, la première machine de traitement 10 comprend au moins deux vis 11 et 12 entraînées en rotation autour de leurs axes par un moteur 13 et un réducteur 14 (figure 3) à l'intérieur d'une enceinte allongée formant un fourreau 15 qui les enveloppe. Les vis 11 et 12 sont munies de filets hélicoïdaux qui engrènent les uns dans les autres et la paroi interne du fourreau forme deux lobes cylindriques sécants, de diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur des filets. Ces filets sont imbriqués les uns dans les autres, et les deux vis sont entraînées à la même vitesse de rotation et dans le même sens de telle sorte que les deux vis sont identiques, les filets étant simplement décalés les uns par rapport aux autres.
  • Les vis 11 et 12 sont avantageusement constituées d'arbres cannelés respectivement 16 et 17 sur lesquels sont empilés des tronçons de vis constitués de manchons. L'alésage intérieur de ces manchons est muni de cannelures correspondant à celles de l'arbre et la partie extérieure est munie de filets hélicoïdaux dont le pas diffère suivant le tronçon considéré pour le traitement et le transport de la matière. On peut ainsi disposer d'un assez grand nombre de tronçons permettant de faire varier le pas, la profondeur, le nombre de filets et la longueur de chaque zone.
  • Ainsi, la première machine de traitement 10 est constituée de plusieurs zones successives correspondant chacune à une fonction particulière :
    • une première zone A d'alimentation et de mélange de la matière et de l'eau,
    • une deuxième zone B de compression,
    • une troisième zone C de cisaillement,
    • une quatrième zone D de convoyage et de traitement,
    • une cinquième zone E de cisaillement,
    • et une sixième zone F de transfert et d'évacuation de la pâte blanchie.
  • Dans la première zone A d'alimentation et de mélange des fibres textiles, tels qu'obtenus après déchiquetage des balles, et de l'eau, le fourreau est percé d'un orifice d'alimentation 18 surmonté d'une trémie 19, d'amenée des produits. Dans cette zone les vis 11 et 12 sont munies de filets 20 à pas large et à section réduite, afin d'assurer le transfert des produits introduits par cet orifice 18 qui s'ouvre largement sur les deux vis 11 et 12 afin de répartir la matière dans les filets 20.
  • Les fibres textiles et l'eau, ou éventuellement les effluents provenant de la deuxième machine de traitement 40, sont donc immédiatement transportés vers l'aval de la machine de traitement et mélangées par l'effet de rotation et d'engrènement des vis 11 et 12.
  • Dans la zone B, les vis comportent des filets 21 à pas resserré et à section plus épaisse, de la sorte qu'au mélange des produits va s'ajouter une compression de ceux-ci.
  • La matière passe ensuite dans une zone C de cisaillement.
  • A cet effet, la zone C est munie de filets hélicoïdaux 22 dont le sens d'enroulement est inversé par rapport à celui assurant le transfert de la matière dans la machine de traitement 10. Dans ces filets 22 sont ménagées des ouvertures 23 qui s'étendent radialement depuis le noyau de chaque vis 11 et 12 jusqu'à la périphérie des filets et qui sont en outre régulièrement réparties autour de l'axe. Les vis 11 et 12 sont calées de façon que deux ouvertures 23 viennent périodiquement en coïncidence dans la zone centrale d'engrènement. On contrôle de la sorte le passage du débit de matière vers l'aval, ce qui détermine un freinage dans cette zone C, et un effet de compression à l'amont. Par ailleurs, il s'ensuit un important cisaillement de la matière qui homogénéise le mélange, améliore l'imprégnation des fibres textiles par l'eau, et qui constitue également une première phase de défilage et de coupe des fils. De plus, ces opérations de cisaillement et de malaxage, dans la zone C ainsi d'ailleurs, bien qu'à un degré moindre, dans la zone B, entraîne l'échauffement de la matière, une partie importante du travail mécanique étant convertie en énergie thermique. De ce fait à l'issue de son passage dans la zone C, sans apport extérieur de chaleur, la matière est à une température de l'ordre de 95°C qui la rend apte à subir l'opération de traitement dans la zone suivante.
  • La zone D, zone de convoyage et de traitement, est munie de filets 24 dont le pas et l'épaisseur ont des caractéristiques voisines de celles de la zone B. A la partie amont de la zone D, le fourreau est muni d'une ouverture 25, raccordée à une tuyauterie 26 d'arrivée des réactifs de lessivage et de blanchiment constituée, notamment par une solution aqueuse de soude, de l'eau, et de l'eau oxygénée accompagnée éventuellement d'agents sequestrants et stabilisants. Ces réactifs proviennent d'un poste de dosage et d'injection qui comporte un bac 27 de stockage de la solution aqueuse de soude, des canalisations 28 d'amenée d'eau et un bac 29 de stockage d'eau oxygénée (figure 2). De ce fait, tout le long de cette zone D, la matière textile sera brassée et mélangée à ces réactifs afin d'assurer cette étape de lessivage et de blanchiment primordiale dans la fabrication de la pâte à papier.
  • La machine de traitement du type à deux vis co-rotatives est particulièrement bien adaptée pour réaliser cette opération. En effet, du fait de la rotation des vis dans le même sens, il se produit un retournement de la matière dans la zone d'interpénétration des filets qui est particulièrement efficace quant à son malaxage, ce qui permet de réaliser un mélange intime des réactifs et des fibres textiles qui ont été dans les zones amont imprégnées d'eau. De la sorte, on obtient une meilleure utilisation des réactifs, ce qui se traduit d'une part par une économie de ceux-ci et d'autre part par une réduction, dans les phases ultérieures, de l'eau claire de lavage et donc des effluents de l'installation.
  • De plus, ce travail de malaxage s'accompagne d'un échauffement interne de la matière, et sans apport extérieur de la chaleur, la température de celle-ci sera maintenue à une valeur de 90° ou 95° C compatible avec une bonne cinétique des réactions, sans altération thermique de la pâte à papier.
  • La zone D de convoyage et de traitement est suivie d'une zone E qui est une zone de freinage constituée, comme la zone C de filets hélicoïdaux 30 d'enroulement opposé à celui d'avance de la matière, ou contre-filets, et comportant également des fenêtres de passage 31. Des phénomènes physiques et thermiques, ainsi que les fonctions réalisées dans cette zone E, sont semblables à ce qui y est réalisé dans la zone C, c'est-à-dire un cisaillement et un malaxage importants, ainsi qu'un défilage et une coupe des fibres.
  • Le dernier tronçon de la machine de traitement 10 constitué par la zone F, comporte des filets 32 dont le pas et l'épaisseur sont similaires à ceux de la zone D. Les réactions de lessivage et de blanchiment se poursuivent durant l'écoulement de la matière, dans cette zone qui, de plus, assure le transfert vers l'orifice de sortie 33 constitué par une simple ouverture à l'extrémité aval du fourreau 15.
  • A la sortie de cette première machine de traitement 10, on a ainsi un écoulement à la pression atmosphérique à une température de l'ordre de 80°C à 100°C d'une pâte blanchie, mais qui contient encore les réactifs résiduels et les produits provenant de l'action de ces réactifs sur la matière première.
  • Cette pâte est admise par une simple goulotte d'écoulement, non représentée, dans une capacité de rétention 34 (figures 2 et 3). Cette capacité 34 qui a pour rôle essentiel l'achèvement de la réaction de blanchiment comporte un système de convoyage à vis 34a, dans le but de transporter la pâte vers la seconde machine de traitement 40.
  • Cette capacité de rétention 34 est dimensionnée pour obtenir un temps de séjour relativement faible compris entre 10 mn et 30 mn.
  • La seconde machine de traitement 40 (figures 6, 7) est dans sa conception générale similaire à la première machine de traitement 10. Elle comprend au moins deux vis 41 et 42 entraînées en rotation autour de leurs axes par un moteur 43 et un réducteur 44 (figure 3) à l'intérieur d'une enceinte allongée formant un fourreau 45 qui les enveloppe. Les vis 41 et 42 sont munies de filets hélicoïdaux qui engrènent les uns dans les autres et la paroi interne du fourreau forme deux lobes cylindriques sécants, de diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur des filets. Les filets sont imbriqués les uns dans les autres, et les deux vis sont entraînées à la même vitesse de rotation et dans le même sens de telle sorte que les deux vis sont identiques, les filets étant simplement décalés les uns par rapport aux autres.
  • Cette machine de traitement 40 est constituée de plusieurs zones successives correspondant chacune à une fonction particulière :
    • une première zone G d'alimentation et de mélange de la pâte blanchie et de l'eau de lavage,
    • une pluralité de zones H de compression, de cisaillement et de lavage de la pâte,
    • et une zone aval J de transfert et d'évacuation de la pâte blanchie et lavée.
  • Dans la première zone G d'alimentation et de mélange de la pâte blanchie provenant de la capacité de rétention 34, à une température de l'ordre de 65° à 70°C, avec une fraction de l'eau de lavage, le fourreau est percé d'un orifice d'introduction 46 surmonté d'une trémie 46a d'amenée des produits. Dans cette zone G, les vis 41 et 42 sont munies de filets 47 à pas large et à section réduite pour assurer le transfert des produits introduits par cet orifice 45 qui s'ouvre largement sur les deux vis 41 et 42 afin de répartir la matière dans les filets.
  • La pâte blanchie et cette première fraction de l'eau de lavage sont donc immédiatement transportées vers l'aval de la machine de traitement 40, et mélangées par l'effet de rotation et d'engrènement des vis 41 et 42.
  • Ainsi, la pâte passe dans une succession de zones H1, H2... semblables dans leur construction et dans leur fonction. Dans l'exemple représenté, la machine de traitement 40 comporte quatre zones de type H, ce qui constitue un compromis intéressant quant à la réalisation de la machine de traitement et aux caractéristiques de la pâte obtenue. Il est évident que le procédé objet de la présente invention s'applique également à des solutions constructives comportant un plus grand nombre de ces tronçons H en modifiant les caractéristiques géométriques des filets.
  • Chaque zone H, par exemple la zone H1, comporte un premier élément de zone de compression et de lavage H11, et un deuxième élément de zone de freinage et de cisaillement H12.
  • Dans l'élément de zone H11, les vis comportent des filets 48 à pas resserré et à section plus épaisse que celle du filet 47 de la zone G. De la sorte, au mélange des produits va s'ajouter une compression de la matière fibreuse. De ce fait, tout le long de l'élément H11, la pâte blanchie est brassée et mélangée à l'eau de lavage introduite dans la trémie d'alimentation 46a afin d'éliminer les réactifs résiduels et les produits provenant de l'action des réactifs sur la pâte. A l'aval de la zone H11, où la compression est maximale, les effluents de lavage sont évacués au moyen de filtres 53 judicieusement placés dans le fourreau 45.
  • L'élément de zone H12 est muni de filets 49 dont le sens d'enroulement est inversé par rapport à celui assurant le transfert de la matière dans la machine de traitement 40. Dans ces filets 49 sont ménagées des ouvertures 50 qui s'étendent radialement depuis le noyau de chaque vis 41 et 42 jusqu'à la périphérie des filets et sont en outre régulièrement réparties autour de l'axe. Les vis 41 et 42 sont calées de façon que deux ouvertures 50 viennent périodiquement en coïncidence dans la zone centrale d'engrènement. On contrôle de la sorte le passage du débit de pâte vers l'aval, ce qui détermine un freinage dans cette zone H12 et un effet de compression à l'amont. Par ailleurs, il s'ensuit un important cisaillement de la pâte, qui en plus de l'homogénéisation de celle-ci constitue une phase de défilage et de coupe des fibres.
  • De plus, comme dans la première machine de traitement, ces opérations de cisaillement et de malaxage dans les zones de freinage ainsi d'ailleurs, bien qu'à un degré moindre, dans les autres zones, entraînent un échauffement de la pâte, une partie importante du travail mécanique étant convertie en énergie thermique. De ce fait la pâte est amenée à une température de l'ordre de 90°C ce qui améliore l'efficacité de l'opération de lavage.
  • A la partie amont de l'élément H21, le fourreau 45 est raccordé à une tuyauterie 52 d'arrivée d'eau claire de lavage. De ce fait, tout le long de l'élément H21, la pâte blanchie est brassée et mélangée à l'eau de lavage afin d'éliminer les réactifs résiduels et les produits provenant de l'action des réactifs sur la pâte.
  • Il est à noter que la machine de traitement du type à deux vis co-rotatives est particulièrement adaptée pour réaliser de manière efficace et économique quant au volume d'eau utilisé, cette opération de lavage. En effet du fait de la rotation des vis 41 et 42 dans le même sens, il se produit un retournement de la pâte dans la zone d'interpénétration des filets qui est particulièrement efficace pour réaliser un mélange intime de la pâte et de l'eau de lavage, ce qui se traduit ainsi par une économie de celle-ci.
  • La pâte passe ainsi successivement dans les zones H1, H2, H3 et H4 où se déroulement de manière identique les opérations de lavage et de défilage de la pâte.
  • Les sorties des effluents de lavage sont réalisées au moyen des filtres 53 dans les parties aval des éléments des zones H11, H21, H31 et H41.
  • Dans l'exemple représenté, il a été supposé que les trois injections 52 d'eau claire dans les zones H2, H3 et H4, ainsi que celles au niveau de l'arrivée de la pâte blanchie dans la zone G étaient réalisées en parallèle par rapport à un collecteur général, non représenté. Il est évident qu'une autre disposition du type en série, peut être réalisée sans sortir du cadre de la présente invention. Dans ce cas, le débit total de l'eau de lavage est injecté dans la zone H41, les effluents de la zone H41 sont introduits dans la zone H31, et ainsi de suite jusque dans la zone G, c'est-à-dire à contre-courant par rapport à l'écoulement général de la pâte dans la machine de traitement 40.
  • Une partie de ces effluents, contenant les réactifs chimiques non consommés, peut éventuellement être récupérée afin d'être recyclée dans la première machine de traitement 10.
  • La zone J qui constitue le tronçon aval de sortie de la pâte, est semblable aux éléments H11, H21, H31 et H41 et comporte des filets 51 semblables aux filets 48. Elle assure essentiellement la fonction de transfert de la pâte blanchie et lavée, laquelle sort de la machine de traitement 40 par un orifice 54 et est ensuite admise directement dans le cuvier 8 de demi-pâte, à l'amont du raffineur 9 (figure 2) et de la machine à papier.
  • Le procédé selon la présente invention peut également être mis en oeuvre par une machine de traitement unique du type à deux vis co-rotatives assurant dans une partie amont l'ensemble des fonctions de la première machine de traitement et dans une partie aval l'ensemble des fonctions de la seconde machine de traitement.
  • La pâte à papier obtenue avec la procédé selon la présente invention permet de réaliser un papier tout à fait conforme à ce qui est requis en fabrication traditionnelle d'un papier fiduciaire.
  • Les tableaux ci-après permettent de comparer les caractéristiques des papiers obtenus par le procédé traditionnel et le procédé suivant la présente invention.
    • Concentration massique de réactifs utilisés par rapport à la masse de coton sec
  • Figure imgb0001
    • Caractéristiques physiques et mécaniques Conditions de mesure
    • Les échantillons de papier ont été conditionnés suivant la norme NF Q03-010 (23°C 50% HR)
    • Pliage, suivant la norme NF Q03-001
      papier non collé :
      pliographe LHOMARGY équipé d'un poids de 16 N
      papier collé :
      pliographe LHOMARGY équipé d'un poids de 20 N
    • Traction, suivant la norme NF Q03-004
      Dynamomètre INSTROM type 1026
    • Blancheur, suivant la norme NF Q03-039
      Photomètre ELREPHO équipé d'un piège à brillant
    • Opacité fond papier, suivant la norme NF Q03-040
      Photomètre ELREPHO
    • Satinage ou lissé, suivant la norme NF Q03-012
      Appareil de mesure de lissé BEKK Type 131 ED
    Caractéristiques physiques et mécaniques des papiers obtenus
  • Figure imgb0002
  • Ces résultats ont été obtenus avec une ligne de production de pâte conforme à la figure 2, le raffinage et la machine à papier étant évidemment identiques au procédé traditionnel de comparaison illustré à la figure 1.
  • En sortie de la seconde machine de traitement, les mesures effectuées sur la teneur résiduelle de la soude donnent une efficacité de 85 à 90 % pour le lavage.
  • Un autre avantage du procédé selon la présente invention réside dans les économies de consommation d'énergie et d'eau de lavage. Les résultats ci-dessous montrent sans ambiguité les économies réalisées.
    • Une consommation de 900 à 1100 kwh/ tonne de pâte sèche par le procédé selon la présente invention, au lieu de 2200 à 2400 kwh/tonne de pâte dans le procédé traditionnel.
    • Une consommation d'eau de lavage de 8 à 10 tonnes /tonne de pâte sèche par le procédé selon la présente invention, au lieu de 100 tonnes/tonne de pâte sèche dans le procédé traditionnel.
  • Ainsi, le procédé conforme à la présente invention permet d'obtenir une pâte à papier à usage fiduciaire de mêmes caractéristiques que le procédé traditionnel, avec une ligne de production continue, et des consommations d'énergie et d'eau plus faibles.
  • De plus, les économies d'eau de lavage ainsi réalisées signifient que le volume des effluents générés dans la fabrication de ce papier est plus faible et qu'en conséquence le traitement de ces effluents est moins coûteux et les nuisances plus faibles.
  • Enfin, le procédé selon la présente invention permet de supprimer des opérations de manutention pour le chargement et le déchargement des appareils, ainsi que le pilon, le lessiveur, la fraiseuse et les piles défileuses qui sont nécessaires dans le procédé traditionnel.

Claims (6)

  1. Procédé pour la fabrication d'une pâte à papier à usage fiduciaire notamment de billets de banque, à partir d'une matière première constituée par des fibres textiles telles que par exemple du coton, de la ramie ou du lin, comprenant successivement les étapes suivantes:
    - des opérations de déchiquetage de la matière première,
    - des opérations de lessivage, de blanchiment et de lavage des fibres textiles,
    - une opération de déchiquetage des fibres textiles lessivées et blanchies,
    - des opérations de défilage et de lavage pour la séparation, la coupe et le lavage des fibres textiles lessivées et blanchies,
    - une opération de malaxage dans un cuvier pour l'obtention d'une pâte brute ou demi-pâte,
    - une opération de raffinage pour l'obtention d'une pâte raffinée,
    - une opération de mélange dans un cuvier, caractérisé en ce que :
    - les opérations de lessivage, de blanchiment et de lavage des fibres textiles et l'opération de déchiquetage des fibres textiles préalablement lessivées et blanchies sont réalisées de manière continue dans une première machine de traitement (10) du type à deux vis co-rotation (11, 12) pour l'obtention d'une pâte blanchie,
    - l'opération de blanchiment est poursuivie dans une capacité de rétention (34) équipée de moyens (43a) de transport de la pâte, le temps de séjour de la pâte dans ladite capacité de rétention (34) étant compris entre 10 et 30 minutes,
    - et les opérations de défilage et de lavage sont réalisées de manière continue dans une seconde machine de traitement (40) du type à deux vis co-rotatives (41, 42) pour l'obtention d'une pâte blanchie et lavée.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première machine de traitement (10) comporte en continu, de l'amont à l'aval dans le sens de transport, respectivement :
    - une phase A d'alimentation et de mélange de la matière première et de l'eau,
    - une phase B de compression,
    - une phase C de cisaillement,
    - une phase D de convoyage et de traitement avec introduction, au début de cette phase, des réactifs de lessivage et de blanchiment constitués notamment par une solution aqueuse de soude et d'eau oxygénée,
    - une nouvelle phase E de cisaillement,
    - et une dernière phase F de transport et d'évacuation de la pâte blanchie dans la capacité de rétention (34).
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à la sortie de la phase F de transfert et d'évacuation, la pâte blanchie est à une température de l'ordre de 80°C.
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde machine de traitement (40) comporte en continu, de l'amont à l'aval dans le sens de transport, respectivement :
    - une phase G d'alimentation et de mélange de la pâte blanchie provenant de la capacité de rétention (34) et de l'eau de lavage,
    - une succession de phases (H1, H2...) de compression, de cisaillement et de lavage de la pâte,
    - et une dernière phase J de transfert et d'évacuation de la pâte blanchie et lavée.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque phase (H1, H2...) est constitué d'une première phase (H11, H21...) de malaxage avec introduction (46, 52), au début de cette première phase, d'eau de lavage, et avec évacuation (53), à la fin de ladite première phase, des effluents, et d'une deuxième phase (H12, H22...) de cisaillement.
  6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans la phase G d'alimentation et de mélange de la pâte blanchie et d'eau de lavage, ladite pâte blanchie est à une température de l'ordre de 65 ° à 70 ° C.
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