EP1183419B1

EP1183419B1 - Procede et appareil pour la preparation de pate a papier a partir de vieux papiers

Info

Publication number: EP1183419B1
Application number: EP00935750A
Authority: EP
Inventors: Eric Haffner
Original assignee: Finidro Financiamentos Energeticos Ltda
Current assignee: Finidro Financiamentos Energeticos Ltda
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2004-03-31
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: CN1131908C; EP1183419A1; KR20020047044A; RU2218458C2; MXPA01012690A; CA2376795A1; DE60009485D1; AU5116500A; CN1354812A; BR0011686A; KR100495098B1; JP2003501563A; JP3787306B2; ES2218164T3; US6811655B1; BR0011686B1; PT102320A; PT1183419E; WO2000075422A1; DE60009485T2

Description

La présente invention concerne le domaine de la papeterie et plus spécifiquement la préparation de pâte à partir du recyclage des vieux papiers afin de produire du papier.
Pour la fabrication de pâte à partir de vieux papiers, il est nécessaire de remettre les fibres de cellulose en suspension et d'éliminer les éléments étrangers indésirables, dits contaminants, opération appelée décontamination. Les contaminants peuvent prendre des formes diverses. On retrouve, en particulier, des particules métalliques (agrafes), des sables et graviers, des matières adhésives, des morceaux de plastique...
On retrouve aussi des encres, qu'il sera important d'enlever pour certaines productions, notamment les papiers dits «blancs», destinés à l'impression, à l'écriture ou à des usages sanitaires (« tissue »).
En plus des contaminants déjà évoqués, on retrouve aussi des charges minérales, incorporées au papier pour certaines fabrications (magazines, papiers d'impression écriture ... ). La présence de charges minérales peut être indésirable, en particulier, pour la production de papiers sanitaires. Il est nécessaire dans ce cas de les séparer de la pâte.
La préparation de pâte avec des vieux papiers est le procédé global, allant de la désintégration des vieux papiers jusqu'au différentes étapes de décontamination, éventuellement l'élimination des encres (désencrage) et des charges minérales (lavage), et pouvant inclure une ou deux étapes de blanchiment permettant aux fibres de retrouver leur blancheur initiale. La pâte produite servira à alimenter la machine à papier.
La préparation de pâte pour les cartons d'emballage est beaucoup moins contraignante en terme de décontamination.
Le procédé classique de préparation de pâte à partir de vieux papiers commence toujours par la désintégration des papiers et la mise en suspension des fibres, par l'intermédiaire d'un pulpeur (Etape A). Le pulpeur est un équipement doté d'un rotor (ou turbine), qui provoque une agitation suffisamment forte des vieux papiers, mélangés à de l'eau, pour que les liaisons entre les fibres (liaisons hydrogènes) se rompent les unes après les autres. Une pâte à papier à partir de vieux papiers, est ainsi reconstituée.
On retrouvera ensuite, selon la qualité de la pâte finale que l'on veut obtenir :

Etape B : Une décontamination grossière. Il s'agit d'éliminer par tamisage, les éléments les plus grossiers, et en particulier les plastiques.
Etape C : L'élimination, par hydrocyclone, des grosses particules lourdes : les gros sables, morceaux de verre, et particules métalliques telles que des agrafes.
Etape D : L'élimination des petits plastiques et autres contaminants de taille intermédiaire par un tamisage à trous (ou épuration à trous) en deux ou trois étages, consistant à faire passer la pâte dans de petits trous (entre 1 et 3 mm) et à retenir les contaminants de taille supérieure à celle des trous.
Etape E : L'élimination de petits contaminants, essentiellement d'aspect granuleux (par opposition aux contaminants plats) par une épuration à fentes (entre 0,1 et 0,3 mm), fonctionnant selon le même principe que l'épuration à trous. Les trous sont remplacés par des fentes, où les fibres, compte tenu de leur faible diamètre, parviennent à passer.
Etape F : Pour les papiers dits «blancs», l'élimination des encres par une ou plusieurs cellules de flottation. Les encres sont séparées à l'aide de petites bulles d'air avec l'aide éventuelle d'un savon ou d'un surfactant.
Etape G : L'élimination des sables fins et gros points noirs (petits contaminants lourds) par des batteries en plusieurs étages d'hydrocyclones.
Etape H : Dans certains cas, l'élimination des petits contaminants de densité inférieure à 1 par hydrocyclone.
Etape I : Plus particulièrement pour les papiers tissue, l'élimination des charges minérales par un lavage de la pâte. L'essentiel de l'eau est évacué, entraînant avec elle la majorité des charges.
Etape J : Epaississement de la pâte, afin d'en faciliter le stockage avant la machine à papier ou de préparer la pâte à une dispersion à chaud ou à un raffinage.
Etape K : Dans certains cas, dispersion des contaminants résiduels, par un disperseur ou triturateur, de manière à rendre ces contaminants non visibles à l'oeil. Dans d'autres cas, transformation des propriétés mécaniques de la pâte par un raffineur.

Dans de nombreux cas, redilution et reprise d'une ou plusieurs des étapes précédemment décrites. On pariera alors de deuxième boucle, voire de troisième boucle si après la deuxième boucle, on reprend de nouveau une ou plusieurs étapes.

Etape L : Clarification des filtrats par un microflotateur à air dissous. La matière en suspension est rassemblée en flocs puis flottée à la surface à l'aide de microbulles d'air et de polymères (floculants et coagulants).
Etape M : Epaississement des matières solides extraites lors de l'Etape L.
Etape N : Traitement des eaux résiduaires par une station d'épuration.
Etape O : Blanchiment des fibres pour certaines applications.

Les procédés de préparation de pâte actuellement en service sont une combinaison plus, ou moins complète des étapes précédemment décrites, chacune réalisée par un équipement différent. Entre chaque étape, la pâte est généralement pompée, entraînant une forte consommation d'énergie. Certaines étapes nécessitent l'emploi de produits chimiques. Il est fréquent, et particulièrement lorsque l'on veut produire des papiers «blancs» imposant des critères optiques restrictifs, que le procédé de recyclage de vieux papiers ne soit pas compétitif par rapport à l'utilisation de cellulose vierge.
L'invention a pour objet de se substituer, dans sa version de base, à plusieurs des équipements correspondant aux Etapes précédemment citées H, J, L, M, voire C, D, E, F, G et I, quel que soit le type de papier à produire, permettant aussi une économie importante d'énergie et de produits chimiques. Le recyclage des vieux papiers deviendra ainsi plus compétitif, y compris pour les applications les plus exigeantes. L'invention permet en outre une emprise au sol très inférieure.
Pour ce faire, l'invention propose un procédé selon la revendication 1 et un appareil selon la revendication 2. Dans les revendications dépendantes des caractéristiques additionnelles de l'appareil selon l'invention sont présentées.
Brève description des figures :
L'invention est représentée par 6 figures, correspondant aux principales applications et montrant les principales variantes exposées dans la description. La numérotation correspond aux renvois figurant dans les textes. Tous les figures sont présentées à titre indicatif et sans intention limitative.
Les figures 1 à 4 représentent plusieurs réalisations pratiques de l'invention, correspondant à plusieurs applications. Les figures 5 et 6 représentent des détails et parties spécifiques de l'invention.
La figure 1 représente une coupe d'une réalisation pratique de l'invention appliquée plus particulièrement aux papiers sanitaires (dits «tissue») dans sa configuration de base ayant, en plus des fonctions de base, un dispositif de récupération des fibres ayant transité à travers la grille (6) et leur récupération par le tube (14) au centre de l'appareil, un dispositif de clarification en deux étapes, et un dispositif de réintégration des éléments récupérés (13).
La figure 2 représente une coupe d'une réalisation pratique de l'invention appliquée plus particulièrement aux papiers sanitaires ayant, en plus des fonctions de base : un traitement préalable de la pâte par étimination des sables fins et autres contaminants « lourds » ou « légers » dans la chambre de sédimentation (25) et un classage à fentes ; un dispositif de récupération des fibres ayant transité à travers la grille (6) et leur concentration dans la chambre (33) ; un dispositif de réintégration des éléments récupérés (13).
La figure 3 représente une coupe d'une réalisation pratique de l'invention appliquée plus particulièrement aux papiers impression écriture et journaux magazine, ayant, en plus des fonctions de base : un traitement préalable de la pâte par élimination des sables fins et autres contaminants « lourds » ou « légers » dans la chambre de sédimentation (25) et un classage à fentes ; un dispositif de préclarification dans la chambre (33) ; un dispositif de réintégration des éléments récupérés (13).
La figure 4 représente une coupe d'une réalisation pratique de l'invention plus particulièrement appliquée aux papiers cartons et papiers d'emballage, ayant, en plus des fonctions de base : un traitement préalable de la pâte par élimination des sables fins et autres contaminants « lourds » ou « légers » dans la chambre de sédimentation (25) et un classage à fentes ; un dispositif de préclarification dans la chambre (33).; un dispositif de réintégration d'éléments extraits lors de la clarification à la pâte par des déflecteurs (39).
La figure 5 représente une coupe des orifices de la grille de classage à trou/fentes.
La figure 6 correspond au dispositif de freinage des fibres extraites en périphérie (8) par des tubes en colimaçon.
Pour les papiers sanitaires, dits «tissue», l'invention consiste, dans sa version de base, à regrouper les fonctions, de lavage, de désencrage, d'élimination des particules de densité inférieure à 1, d'épaississement des fibres, d'épaississement de la matière en suspension issue des filtrats, de clarification de l'eau et d'élimination des contaminants de densité inférieure à 1. L'invention se substitue donc aux appareils correspondant aux étapes F, H, I, J, L, M du procédé classique de préparation de pâte à papier. Les figures 1 et 2 représentent, en particulier, deux réalisations pratiques de l'invention appliquées pour cette qualité de papier.
Pour les papiers impression écriture et journaux magazine, la présente invention consiste à regrouper, dans sa version de base, les fonctions de désencrage, d'épaississement des fibres, de clarification des eaux, et d'élimination des contaminants de densité inférieure à 1. L'invention regroupe les étapes F, H, J, L, M et éventuellement I du procédé classique de préparation de la pâte à papier. La figure 3 représente, en particulier, une réalisation pratique de l'invention pour cette application.
Pour les productions de papiers et cartons d'emballage, utilisant plus particulièrement des fibres non blanchies, la présente invention consiste à regrouper, dans sa version de base, les fonctions d'épaississement des fibres, de clarification des eaux, d'élimination des contaminants d'une densité inférieure à 1, et éventuellement de fractionnement fibres longues/fibres courtes. L'invention se substitue aux étapes H, J, L, M du procédé classique de préparation de pâte à papier. La figure 4 est une représentation pratique de l'invention pour cette application.
Dans une version plus complète et quelles que soient les applications, l'invention se substitue aux étapes C à E et G du procédé classique de préparation de pâte à papier.
L'appareil proposé est constitué d'un corps (1) tournant à grande vitesse entraînant de façon solidaire l'ensemble des constituants internes de l'appareil. Le corps de l'appareil est entraîné par un moteur non représenté sur les figures.
Au préalable les vieux papiers doivent être désintégrés par l'intermédiaire d'un pulpeur (Etape A), et subir une décontamination grossière (Etape B). Dans sa version de base (figure 1) la pâte doit encore subir les Etapes C, D et E du procédé classique avant l'introduction dans l'appareil.
La pâte ainsi préalablement traitée et débarrassée des contaminants les plus importants est introduite le long de l'axe de l'appareil, par un conduit central (2). Les ailettes (3) permettent à la pâte d'être entraînée en rotation à la même vitesse angulaire que l'appareil. L'ensemble des conduits entrants et sortants (2), (12), (13), (14), (21), (22) et (37) sont reliés à des garnitures mécaniques, non représentées sur les figures, permettant d'assurer une connexion étanche avec des conduits fixes. La vitesse de rotation de l'appareil est telle, qu'en sa périphérie les corps sont soumis à un champ de gravité artificielle pouvant dépasser 1000 fois la gravité terrestre.
Dans les versions de base (figure 1), la pâte a déjà subit les étapes A à E du procédé classique et ne contient plus que des petits contaminants (en général moins de 0.5 mm de diamètre). La pâte à traiter est acheminée (4) le long d'une grille avec de petits trous (6), la majorité de l'eau traversant la grille tandis que les fibres sont retenues du fait du faible diamètre des trous. Les fibres sont entraînées, du fait d'une densité supérieure à 1, et sous l'effet du champ de gravité artificielle lié à la rotation de l'appareil, vers la périphérie de l'appareil et aboutissent dans la chambre de concentration la pâte (7). Celle-ci se termine par des buses d'extraction (8) à ouverture permanente ou bien séquentielle permettant l'extraction de la pâte à la concentration optimale.
Afin de ne pas endommager les fibres, l'extraction ayant lieu à grande vitesse, le freinage de la pâte pourra être assuré par des tubes circulaires (44) disposés en colimaçon (figure 6). La pâte extraite en périphérie de l'appareil rejoint les anneaux de décélération dont les dimensions sont déterminées en fonction de la vitesse maximale acceptable.
Les contaminants de densité inférieure à 1 qui ne transitent pas par la grille (6), migrent vers l'axe de l'appareil compte tenu du champ de gravité artificiel crée par la rotation de l'appareil, où ils sont recueillis et évacués par le conduit (22).
Les filtrats et l'eau, ayant transité par les trous de la grille (6), sont destinés à des traitements différents selon les applications.
Pour la version plus particulièrement destinée aux applications «tissue» (figures 1 et 2), un des objectifs de l'invention est de récupérer les fibres et fines (fragments de fibres) ayant traversé la grille (6). Il s'agit aussi d'éliminer les encres et charges minérales de l'eau afin de la réutiliser en vue de fermer au maximum les circuits d'eau et réduire la consommation d'eau fraîche. Les eaux non clarifiées sont, en premier lieu, traitées juste après leur passage à travers la grille. Il s'agit de récupérer les fibres, qui comptent aussi parmi les éléments les plus lourds et gros des filtrats en question.
Afin de récupérer les fibres ayant passé à travers la grille de filtration (6), il existe 2 solutions différentes. La première solution, représentée sur la figure 1, consiste à ramener les éléments cellulosiques à récupérer vers l'axe de l'appareil. L'eau non clarifiée est acheminée par la conduite (9). La vitesse d'aspiration de la conduite (9) vers la zone (15) d'alimentation de la zone de clarification (16) n'est pas suffisante pour entraîner les fibres et les autres corps plus lourds, qui sédimentent ainsi à la périphérie de la zone (5). Ces corps sont récupérés par une conduite (10) qui les achemine vers l'axe de l'appareil. La section de cette conduite est étudiée de manière à permettre une vitesse du courant supérieure à la vitesse de sédimentation des fibres. Sur la partie la plus en périphérie de la chambre (5), une ouverture (11) qui communique avec la chambre de concentration (19) des éléments solides séparés des eaux à clarifier, permet d'éviter la formation de dépôts. Cette ouverture pourra être traversée par un contre courant d'eau alimenté par une conduite (12). Le débit de cette eau serait adapté de manière à ce que la vitesse du courant qui passe à travers l'ouverture soit supérieure à la vitesse de sédimentation des fibres, tandis que les éléments plus denses, qui parviennent à remonter le courant compte tenu de leur vitesse de sédimentation supérieure, sont recueillis dans la chambre de concentration (19) avant d'être extraits par les buses (20). Les fibres récupérées, acheminées par les conduites (10) et extraites par le centre de l'appareil par le tube (14), sont éventuellement traitées par des moyens classiques de désencrage avant d'être réintégrées à la pâte dans l'appareil.
La seconde solution de séparation des fibres pour les traiter puis les récupérer consiste à les extraire par la périphérie de l'appareil. La figure 2 donne une représentation de cette configuration. Il s'agit d'inclure une zone de sédimentation (33) à la périphérie de la zone (9) et en aval de la grille (6) où se concentrent les éléments fibreux ayant sédimenté sous l'effet du champ de gravité artificiel provoqué par la rotation rapide de l'appareil. Ces éléments peuvent être alors évacués par la périphérie de l'appareil par les buses (34). Les eaux à clarifier transitent directement de la zone (33) vers la zone de clarification (16).
Les fibres extraites par l'un des deux moyens envisagés sont préalablement traitées, si besoin, et peuvent être réintégrées dans l'appareil. Cette réintégration est réalisée par une conduite (13) et permettant l'acheminement des fibres et autres éléments à intégrer en périphérie de l'appareil aux points d'introduction (13b) dans la zone (4). Cette localisation en périphérie, proche de la zone de concentration de la pâte (7), permet de limiter les pertes en fibres et autres éléments réintégrés, la seule fonction recherchée étant l'épaississement de la pâte et éléments réintégrés. La grille de filtration (6) pourra pour les diamètres supérieurs au point de réintroduction (13b), avoir des trous de plus petite taille afin de limiter le passage a travers la grille des éléments réintégrés.
Pour les autres applications (figures 3 et 4), qu'il s'agisse de papiers impression écriture ou cartons et papiers d'emballage, les eaux séparées des fibres sont, pour la plupart de ces applications, directement acheminées vers la zone de clarification par le conduit (9). En effet, la majorité des éléments solides contenus dans les eaux, charges comprises, et séparés lors de la clarification, pourront être réintégrés à la pâte à papier après un traitement éventuel. Cette réintégration pourra se faire selon un procédé identique à celui décrit précédemment.
Pour d'autres applications, plus particulièrement destinées à la production de certains papiers et cartons d'emballage nécessitant des propriétés mécaniques spécifiques, la grille (6) aura aussi une fonction de fractionnement, c'est à dire de classage entre fibres longues et fibres courtes, les fibres longues étant retenues par la grille tandis que les fibres courtes passent à travers. Dans cette configuration, la taille des trous sera étudiée en fonction de l'effet de fractionnement recherché.
Pour toutes les applications, l'eau et les éléments ayant traversé la grille (6) seront recueillis dans la chambre (9) et conduits vers la zone de clarification (16) est constituée de cônes proches les uns des autres, qui pourront être en matière plastique ou composite d'une densité proche de 1. L'eau à traiter, encadrée par les cônes de séparation, est dirigée de la périphérie vers l'axe de l'appareil. Les particules, de densité différente de l'eau, sous l'effet du champ de gravité artificielle, ont une vitesse radiale différente de l'eau et rencontrent la superficie du cône de séparation le plus proche. Du fait des frottements entre l'eau et les cônes, la vitesse de l'eau aux abords immédiats des cônes est très réduite, ce qui facilitera la migration des particules le long des superficies coniques. Les particules captées par les cônes auront une vitesse de migration plus élevée que la vitesse de l'eau aux abords immédiats des cônes. Une fois qu'elles ont atteint un cône, les particules de densité supérieure à 1 remontent ainsi progressivement le long de la surface du cône. L'eau transite vers le centre de l'appareil où elle est évacuée par le tube (21).
L'extrémité en périphérie de chaque cône pourra être prolongée par des canaux d'évacuation (17) qui permettent aux solides captés par les cônes de continuer à leur chemin vers la périphérie au milieu du courant de l'eau non clarifiée à l'admission de la clarification. Ces canaux, représentés sur le figure 2, communiquent eux-mêmes avec le conduit d'évacuation des solides (18), avant de rejoindre la chambre de concentration (19) et d'être expulsés de l'appareil par les buses (20). Ces buses (20) ont une ouverture permanente ou séquentielle selon les cas et les applications.
Un procédé similaire sera utilisé pour séparer et éliminer vers l'axe de l'appareil, grâce à l'action du champ de gravité artificiel, les contaminants de densité inférieure à 1 qui migrent vers le centre de l'appareil où ils sont recueillis par le conduit (37). Dans ce cas, les cônes de la zone de clarification (16) pourront être prolongés par les canaux (36). Cette application est représentée sur le figure 2.
Afin d'améliorer la qualité de la clarification des eaux et éviter une saturation des circuits en charges minérales et autres colloïdes liée à un effet de bouclage, particulièrement préjudiciable pour certaines qualités de papiers, l'invention pourra être dotée d'une clarification en 2 temps, où l'eau passe successivement dans une zone de préclarification (33) puis dans une zone de clarification finale (16), les deux zones fonctionnant en série. Sur les figures 2, 3 et 4 sont représentés cette application. La zone de préclarification (33) est destinée à éliminer les particules les plus importantes, qui dans leur déplacement sont susceptibles de créer des micro-turbulences qui perturbent la sédimentation des particules les plus fines. La zone de clarification finale (16), avec des plaques de séparations très rapprochées, permet une sédimentation des éléments les plus fins selon le principe déjà présenté. Les éléments qui sont séparés lors de la préclarification par sédimentation dans la chambre (33) sont conduits vers la périphérie de l'appareil où ils sont évacués à la périphérie de l'appareil.
Une autre solution pour obtenir une préclarification et une clarification finale est la division de la zone de clarification (16) en deux sous-zones, toutes les deux équipées de cônes de séparation, séparées par une paroi intermédiaire (35), qui permet, une fois la préclarification terminée de conduire l'eau vers la clarification finale. Sur la figure 1 est représentée cette solution.
Pour certaines applications, et en particulier celles destinées à la production de papiers sanitaires « tissue » (figures 1 et 2), les solides issus de la clarification et éjectés par les buses (20) ne sont pas récupérés par le procédé pour la fabrication du papier, la majorité étant des charges minérales incompatibles avec la fabrication de papiers « tissue ».
En revanche, pour la plupart des applications impression écriture, et papiers/cartons d'emballage (figures 3 et 4), une partie au moins de ces solides pourront être réintégrés à la pâte.
Pour les applications impression écriture (figure 3), les solides extraits lors de la clarification seront extraits par les buses (20). Il sera éventuellement nécessaire de faire subir à ces corps solides un désencrage par des moyens conventionnels (flottation sélective) avant, éventuellement, de les réintégrer par l'intermédiaire du conduit (13) décrit précédemment.
Pour certaines applications, l'invention permettra de réintégrer directement à la pâte tout ou partie des éléments ayant été séparés lors de la clarification. La figure 4 illustre une telle application. Des déflecteurs inclinés (39) permettent de dériver une partie des éléments ayant sédimenté dans la chambre de sédimentation (33) vers la chambre de concentration de la pâte (7). L'ouverture de ces déflecteurs (39) pouvant être fixe ou réglable afin de permettre un mélange dans des proportions désirées entre les fibres et les éléments réintégrés, en particulier les charges.
Une version plus complète de l'invention, représentée sur les figures 2, 3 et 4, comprendra la fonction décrite par l'étape G, c'est à dire l'élimination des sables fins ainsi que de nombreux contaminants. La pâte est introduite dans une chambre (25). Les contaminants de densité inférieure à 1 sont attirés vers l'axe de l'appareil et évacués par les orifices (22b) reliés au tube (22). Les autres éléments solides, fibres comprises, d'une densité supérieure à 1, sédimentent vers la périphérie de l'appareil où ils sont collectés par les orifices (26) localisés à la périphérie de la chambre (25) et dirigés par les conduits (27) vers la phase suivante du procédé. Le conduit (27) est muni d'orifices permettant la séparation puis l'extraction des contaminants de densité supérieure à 1 qui ont une vitesse de sédimentation supérieure à celle des fibres. Ces éléments sédimentent et sont séparés par les orifices (30) et extraits de l'appareil par les buses (38). Le conduit (27) aura une inclinaison et section adaptées pour éviter la sédimentation des fibres et le passage de celle-ci dans les orifices (30). Pour augmenter la vitesse horizontale des fibres et limiter le risque de sédimentation, le conduit (27) sera alimenté par de l'eau extraite dans la partie centrale de la chambre (25).
Quelles que soient les applications, une version plus complète de l'invention consiste à rajouter un classage à fentes et/ou à trous. Il s'agit alors de réaliser les étapes B à E du procédé classique. Ce classage est réalisé par une grille sera préférentiellement conique (23). La grille (23) sera en amont de la grille (6) (figures 2, 3 et 4). La pâte est introduite par l'axe de l'appareil aux abords de la grille (23) selon le même principe que la grille de filtration (6). Les fibres passent à travers les fentes (ou trous), compte tenu de leur petit diamètre, tandis que certains contaminants sont retenus.
Les contaminants de grandes dimensions (qui ne passent pas à travers la grille) et d'une densité supérieure à 1 sédimentent et se concentrent à la périphérie de l'appareil où ils sont extraits par plusieurs buses d'extraction (38). Les contaminants de densité inférieure à 1 migreront vers l'axe de l'appareil et seront extraits par une conduite centrale (22). Toutefois, la présence d'une chambre de séparation (25) en amont comprenant déjà une étape d'élimination des contaminants légers peut rendre inutile, pour beaucoup d'applications, l'élimination des contaminants légers par le centre de l'appareil. Des cycles de contre lavage, permettant de limiter le colmatage des grilles, seront alors suffisants pour éviter les dépôts des contaminants légers dans la partie centrale de l'appareil.
L'eau ayant traversé les fentes (23), transportant avec elle les fibres en suspension, est acheminée vers l'axe de l'appareil à travers un conduit (24) vers la zone (4), dont la section est étudiée de manière à imposer une vitesse suffisante au fluide pour empêcher la sédimentation trop rapide des fibres vers la périphérie de l'appareil.
En cas de mise en oeuvre de vieux papiers très contaminés, il est possible de prévoir un dessablage complémentaire et l'élimination de certains contaminants ou encres ayant transité par la grille (23). Dans, une telle configuration, une ouverture (non représentée) à la partie la plus en périphérie du conduit (24) permettra l'évacuation des éléments les plus lourds par sédimentation. Cette ouverture pourra être traversée par un contre courant d'eau claire dont le débit serait ajusté de manière à ce que la vitesse de ce contre courant soit supérieure à la vitesse de sédimentation des fibres les plus longues et inférieure à celle des contaminants à séparer.
Dans une version encore plus complète, non représentée sur les figures, il sera possible de rajouter une grille dotée de trous avant la grille à fentes (23), et fonctionnant exactement selon le même principe. Les trous permettent une décontamination complémentaire de la décontamination avec des fentes. Une fois l'étape de décontamination à trous terminée, la pâte est introduite à la base de la grille à fentes (23) selon le procédé précédemment décrit.
Il convient de noter que l'action combinée de la séparation prévue dans la chambre (25) et de la grille à fente (23) permettra pour la plupart des applications d'avoir une pâte de qualité suffisante pour ne pas avoir besoin du passage dans une grille à trou telle que décrite dans le paragraphe précédent.
La grille à fente présente l'inconvénient de constituer une limite de capacité de l'appareil. La surface ouverte de la grille peut être très réduite et empêcher le passage du débit autorisé par l'ensemble des autres fonctions. Pour remédier à cet inconvénient, il est possible de créer à l'extérieur de la grille une ou plusieurs ouvertures (29) (représentées sur les figures 2, 3 et 4) permettant de dériver une partie importante du débit vers la zone de clarification. La disposition périphérique de ces ouvertures permet de limiter l'entraînement de fibres, puisque celles ci sont déjà passées au travers des fentes (23). Les contaminants se trouvant au niveau de l'ouverture ont une densité supérieure à 1. L'objectif est que ces contaminants ne soient pas entraînés. avant l'eau dérivée par les ouvertures (29).
Pour ce faire, les ouvertures seront disposées en léger retrait par rapport au chemin parcouru par les contaminants d'une part, et auront une forme d'entonnoir permettant aux éventuels contaminants à proximité de l'ouverture (29) de sédimenter vers la périphérie sans être entraîné par les ouvertures (29). L'eau dérivée sera alors directement acheminée vers la zone de clarification. Tout contaminant ayant malgré tout emprunté ces conduits ne posera aucun donc problème. Il sera cependant possible, moyennant l'adjonction d'un dispositif de séparation des eaux, non représenté sur les figures, de conduire l'eau dérivée par le conduit (29) en amont de la grille de filtration (6) afin d'améliorer l'effet de lavage.
Les grilles de classage (23) auront une forme adaptée, afin d'améliorer leur efficacité. La forme conique de la grille à fentes ou à trous permet de faciliter le contact avec les fibres et leur passage à travers la grille. L'angle du cône sera étudié afin de faciliter le passage des fibres. Cependant, cette forme conique a aussi pour conséquence de concentrer les contaminants de densité supérieure à 1 sur la grille. Afin de prévenir la colmatation des orifices, la grille est dotée, pour la plupart des applications mettant en oeuvre des matières relativement contaminées, de ruptures d'angles « en escalier » (28). Les figures 2, 3 et 4 représentent une telle grille (23) avec les escaliers (28).
La rupture d'angle permet d'écarter les contaminants de la grille afin qui prennent de la vitesse avant de nouveau rencontrer la grille. Ce dispositif facilitera de ce fait leur sédimentation vers la périphérie de la grille. Cette rupture d'angle facilitera, d'autre part, le passage des fibres en rompant régulièrement le matelas de fibres qui se forme à la superficie de la grille.
Les orifices ont une direction radiale. L'entrée des orifices est conique (40), les cônes des orifices adjacents se rejoindront, de manière à ce qu'il n'y ait pas de surface plane entre deux cônes. L'objectif est de concentrer les fibres à l'entrée des orifices, et de les orienter parallèlement aux orifices, la longueur moyenne des fibres étant beaucoup plus grande que la largeur des orifices. Une fois la section minimum atteinte (41), la section des orifices augmente (42) afin de prévenir leur bouchage. La figure 5 schématise deux orifices en profil montrant ces différentes dispositions.

Claims

Procédé pour la préparation de pâte à papier à partir de vieux papiers préalablement désintégrés et mis en suspension par un pulpeur, utilisant le différentiel de vitesse de sédimentation des différentes particules contenues dans la suspension sous l'effet d'un champ de gravité artificiel créé par rotation combiné à une action de filtration, le procédé comprenant la réalisation combinée et simultanée dans un seul appareil rotatif des étapes suivantes :
a) Filtration de la suspension à travers une grille (6) qui retient au moins une partie des fibres contenues dans la suspension et laisse passer la majeure partie de l'eau et des petits contaminants et charges minérales contenus dans la suspension, cette filtration étant aidée par la force créée par l'accélération résultante de la rotation de l'appareil ;

b) Concentration et évacuation de la partie de la suspension retenue par la grille (6) à la périphérie de l'appareil sous l'effet de l'accélération résultant de la rotation de l'appareil ;

c) Clarification de l'eau qui passe à travers la grille (6) par la séparation des éléments solides en suspension de densité supérieure à 1 qui sédimentent à la périphérie de l'appareil sous l'effet de l'accélération résultante de la rotation de l'appareil ;

d) Concentration et extraction des éléments solides de densité supérieure à 1 séparés de l'eau qui passe à travers la grille (6).
Appareil pour la mise en oeuvre du procédé décrit dans la revendication 1 pour la préparation de pâte à papier à partir de vieux papiers préalablement désintégrés et mis en suspension fibreuse par un pulpeur, l'appareil comprenant un corps (1) tournant à grande vitesse entraînant de façon solidaire l'ensemble des composants disposés à l'intérieur de celui-ci, le corps (1) comprenant :
a) Une conduite (2) d'entrée de suspension fibreuse disposée au centre du corps (1), la suspension fibreuse étant entraînée à la vitesse angulaire du corps par l'intermédiaire d'ailettes (3) solidaires du corps (1) ;

b) Une zone (4) d'alimentation d'une grille (6) de filtration dans laquelle la suspension fibreuse introduite dans le corps (1) de l'appareil est acheminée, la grille (6) étant dotée de petits trous qui permettent de retenir au moins une partie des fibres contenues dans la suspension tandis que la majeure partie de l'eau, des petits contaminants et charges minérales contenus dans la suspension traversent la grille (6) ;

c) Une zone (7) de concentration de la partie de la suspension retenue par la grille (6) disposée à la périphérie de la zone (4) d'alimentation de la grille (6) ;

d) Plusieurs ouvertures (8) disposées à la périphérie du corps (1) de l'appareil pour évacuer la suspension concentrée de la zone (7) de concentration ;

e) Une chambre (16) de clarification pour clarifier l'eau ayant transité à travers la grille (6), la chambre (16) de clarification comportant des ouvertures (20) disposées à la périphérie du corps (1) de l'appareil pour l'évacuation des éléments solides ayant sédimenté en périphérie de ladite chambre (16) et une conduite (21 ) centrale d'évacuation de l'eau clarifiée.
Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que l'appareil comprend aussi un ou plusieurs tubes (44) incurvés en colimaçon à l'extérieur du corps (1), dont les entrées sont disposées face aux ouvertures (8) d'évacuation de la suspension concentrée retenue par la grille (6) de filtration.
Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que l'appareil comprend aussi une conduite (22) centrale destinée à recueillir et évacuer du corps (1) de l'appareil les éléments solides, présents dans la suspension fibreuse et retenus par la grille (6) de filtration, qui migrent vers le centre de l'appareil.
Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que la chambre (16) de clarification comprend des cônes de séparation facilitant la séparation et la migration des éléments solides présents dans l'eau à clarifier.
Appareil selon la revendication 5 et caractérisé en ce que les cônes de séparation de la chambre (16) de clarification sont prolongés dans leur partie périphérique par des canaux (17) d'évacuation des particules de densité supérieure à 1 séparées, ces canaux communiquant avec un conduit (18) aboutissant à une chambre (19) de concentration, à la périphérie de la chambre (16) de clarification.
Appareil selon la revendication 5 et caractérisé en ce que les cônes de séparations de la chambre (16) de clarification sont prolongés en direction de l'axe de l'appareil par des canaux (36) d'évacuation des particules de densité inférieure à 1 séparées, ces canaux se terminant dans une conduite (37) centrale d'évacuation des particules séparées.
Appareil selon la revendication 2, et caractérisé en ce que le corps (1) de l'appareil comprend aussi un dispositif de récupération de particules cellulosiques ayant transité par la grille (6) de filtration, ledit dispositif étant constitué par :
a) Une chambre (5) de sédimentation, immédiatement à l'aval de la grille (6) de filtration et en périphérie de celle-ci, où sédimentent, sous l'effet du champ de gravité artificiel créé par la rotation de l'appareil, la majeure partie des contaminants lourds et des particules cellulosiques ayant transité à travers la grille (6) de filtration ;

b) Un conduit (10), dont la prise est au niveau de la chambre (5) de sédimentation et orienté vers le centre du corps (1) de l'appareil, recueillant les particules et contaminants y ayant sédimenté, et dimensionné pour que la vitesse d'écoulement dans celui-ci soit supérieure à la vitesse de migration vers la périphérie des particules cellulosiques, alors que les contaminants les plus lourds sédimentent vers la périphérie dudit conduit (10) ;

c) Une conduite (14) centrale recueillant, à proximité de l'axe de l'appareil, les débits du conduit (10), évoqué à l'alinéa antérieur et permettant leur évacuation du corps (1) de l'appareil par l'axe de celui-ci.
Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que l'appareil comprend une conduite (13) d'introduction, qui permet d'introduire à la suspension fibreuse, à l'intérieur du corps (1) de l'appareil, des éléments solides en des points (13b) situés en amont de la grille (6) de filtration et en périphérie de la zone (4) d'alimentation de ladite grille (6).
Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que la grille (6) de filtration est équipée de trous de plus petite dimension dans la partie la plus périphérique.
Appareil selon la revendication 5, et caractérisé en ce que la chambre (16) de clarification est divisée en deux chambres fonctionnant en série, toutes les deux équipées de cônes et séparées par une paroi (35) conique centrale.
Appareil selon la revendication 2, et caractérisé en ce le corps (1) de l'appareil comprend une chambre (33) de préclarification, immédiatement en amont de la chambre (16) de clarification, destinée à une séparation des corps solides les plus gros avant la clarification finale de l'eau.
Appareil selon la revendication 12, et caractérisé en ce le corps (1) de l'appareil comprend des ouvertures (34), à la périphérie de la chambre (33) de préclarification, pour évacuer du corps (1) de l'appareil les éléments solides qui sédimentent en périphérie de ladite chambre (33).
Appareil selon la revendication 12 et caractérisé en ce le corps (1) de l'appareil comprend des déflecteurs (39) inclinés, fixes ou réglables, assurant une communication entre la périphérie de la chambre (33) de préclarification et la chambre (7) de concentration de la partie de la suspension retenue par la grille (6) de filtration.
Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que le corps (1) de l'appareil comprend un dispositif de sédimentation en amont de la grille (6) de filtration, afin de procéder à une séparation de certains contaminants de grandes dimensions contenus dans la suspension fibreuse introduite dans l'appareil, ledit dispositif étant constitué par :
a) Une chambre (25) de sédimentation ;

b) Un orifice (22b) situé dans la partie la plus proche de l'axe de la chambre (25) de sédimentation, destiné à séparer les éléments légers qui s'y concentrent et les conduire à une conduite (22) centrale et permettant leur élimination ;

c) Un orifice (26) situé à la périphérie de la chambre (25) de sédimentation, destiné à séparer les éléments lourds, fibres de cellulose comprises, qui y sédimentent ;

d) Un conduit (27) dérivant la partie de la suspension fibreuse ayant transité dans la chambre (25) de sédimentation et n'ayant pas été séparée par les orifices (22b, 26) de séparation des éléments légers et lourds, vers la zone (4) d'alimentation de la grille (6) de filtration ou vers un dispositif complémentaire disposé entre le dispositif de sédimentation et la zone d'alimentation de la grille de filtration; ledit conduit (27) ayant une inclinaison et section adaptée pour que les éléments cellulosiques soient entraînés par le courant sans y sédimenter ;

e) Un conduit reliant l'orifice (26) de séparation des éléments lourds au conduit mentionné á l'alinéa antérieur ;

f) Un orifice (30) d'élimination des éléments lourds, sur la partie périphérique du conduit (27) mentionné à l'alinéa d), destiné à recueillir et à séparer les contaminants les plus lourds qui sédimentent en périphérie du dit conduit (27) ;

g) Un conduit amenant les éléments solides captés par l'orifice (30) d'élimination des lourds mentionné à l'alinéa f) vers des ouvertures (38), disposées à la périphérie du corps (1 ), d'évacuation des éléments recueillis par ledit orifice (30).
Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps (1) de l'appareil comprend un dispositif de classage en amont de la grille (6) de filtration, destinée à la séparation de contaminants de dimension supérieure aux fibres de cellulose, ledit dispositif étant constitué par :
a) Une grille (23) de classage de forme plate ou conique et possédant des fentes et/ou des trous calibrés tels que la plupart des fibres de cellulose passe à travers les fentes et/ou les trous ;

b) Des ouvertures (38) disposées à la périphérie du corps (1) de l'appareil et en amont de la grille (23) de classage, permettant d'évacuer les éléments, qui, ne passent pas à travers les fentes et/ou trous et migrent vers la périphérie de ladite grille (23) ;

c) Une conduite (22) centrale destinée à recueillir et évacuer du corps (1) de l'appareil les éléments, qui, ne passent pas à travers les fentes et/ou trous, migrent vers l'axe de l'appareil ;

d) Un conduit (24) acheminant l'eau et les éléments ayant traversés la grille (23) de classage vers la zone (4) d'alimentation de la grille (6) de filtration.
Appareil selon la revendication 16 et caractérisé en ce que le corps (1) de l'appareil comprend un dispositif de dérivation d'une partie de l'eau, en amont de la grille (23) de classage, ledit dispositif étant constitué par :
a) Une prise (29) d'eau de forme conique et orientée perpendiculairement aux trajectoires des particules, localisée en périphérie et à l'amont de la grille (23) de classage ;

b) Un conduit reliant la prise d'eau mentionnée à l'alinéa antérieur et la chambre de clarification ou la zone (4) d'alimentation de la grille (6) de filtration, en fonction des applications.
Appareil selon la revendication 16 et caractérisé en ce que la grille (23) de classage est conique et comporte une ou plusieurs ruptures d'angle (28) afin de prévenir l'accumulation d'éléments solides le long de la grille (23) de classage.
Appareil selon la revendication 16 et caractérisé en ce que les orifices (40) de la grille (23) de classage ont une direction radiale et une entrée en forme d'entonnoir, les entrées en entonnoir de deux orifices adjacents se rejoignant du coté amont de la grille de manière à ce qu'il n'y ait pas de superficie plane entre deux orifices, et ceci afin de faciliter l'orientation et le passage des fibres.
Appareil selon la revendication 16 caractérisé en ce que les orifices (40) de la grille (23) de classage sont constitués d'un entonnoir d'entrée et d'un entonnoir de sortie afin de faciliter le passage des fibres et prévenir le risque de colmatage.
Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que les trous de la grille (6) de filtration sont calibrés pour laisser passer une partie importante des fibres de cellulose courtes et retenir la majorité des fibres de cellulose longues, procédant ainsi à un fractionnement entre fibres courtes et fibres longues.
Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que l'appareil comprend une conduite centrale destinée l'acheminement directement à l'intérieur du corps (1) de l'appareil, au niveau de la chambre de clarification, de certains effluents semi-liquides non épaissis tels que les mousses d'une cellule de désencrage.