FR2514795A1 - PROCESS AND DEVICE FOR THE MANUFACTURE OF CELLULOSE PASTE - Google Patents
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Abstract
PROCEDE POUR LA FABRICATION DE PATE DE CELLULOSE PERMETTANT DE REDUIRE LA CONSOMMATION D'ENERGIE, D'UTILISER DES VITESSES DE ROTATION ELEVEES, ET D'AMELIORER LA QUALITE DE LA PATE, LORS D'UN TRAITEMENT MECANIQUE D'UN MATERIAU CONTENANT DE LA CELLULOSE DANS DES DISPOSITIFS DE RAFFINAGE QUI COMPRENNENT UNE ZONE DE RAFFINAGE SITUEE ENTRE DES ELEMENTS DE RAFFINAGE 2, 3 TOURNANT L'UN PAR RAPPORT A L'AUTRE, CES ELEMENTS ETANT ENFERMES DANS UN LOGEMENT ETANCHE 1 AUX GAZ, CE PROCEDE ETANT CARACTERISE EN CE QUE L'ON AMENE UN GAZ INERTE, TEL QUE DE L'AIR OU DE LA VAPEUR D'EAU, VERS LA ZONE DE RAFFINAGE, EN CE QUE LA CONCENTRATION DU MATERIAU A RAFFINER EST AU MAXIMUM DE 20, DE PREFERENCE 10, ET MIEUX DE 6 AU MAXIMUM, ET EN CE QUE LA VITESSE RELATIVE ENTRE LES ELEMENTS DE RAFFINAGE, SUR LEUR PERIPHERIE EXTERNE, EXCEDE 30MSEC.PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF CELLULOSE PASTE FOR REDUCING ENERGY CONSUMPTION, USING HIGH ROTATION SPEEDS, AND IMPROVING THE QUALITY OF PASTE, DURING A MECHANICAL TREATMENT OF A CELLULOSE CONTAINING MATERIAL IN REFINING DEVICES WHICH INCLUDE A REFINING ZONE SITUATED BETWEEN REFINING ELEMENTS 2, 3 TURNING IN RELATION TO THE OTHER, THESE ELEMENTS ARE ENCLOSED IN A GAS-TIGHT HOUSING, THIS PROCESS IS CHARACTERIZED IN THAT AN INERT GAS, SUCH AS AIR OR WATER VAPOR, IS BROUGHT TO THE REFINING AREA, IN WHICH THE CONCENTRATION OF THE MATERIAL TO BE REFINED IS A MAXIMUM OF 20, PREFERABLY 10, AND BETTER OF 6 AT MAXIMUM, AND IN THAT THE RELATIVE SPEED BETWEEN THE REFINING ELEMENTS, ON THEIR EXTERNAL PERIPHERY, EXCEEDS 30MSEC.
Description
l 2514795 La présente invention est relative à un procédé et à unThe present invention relates to a method and a
dispositif devantdevice in front
être mis en oeuvre et utilisés pour le traitement mécanique de matériau conte- be implemented and used for the mechanical treatment of material containing
nant de la cellulose Pour un tel traitement, le matériau contenant de la cellu- Cellulose For such treatment, the cell-containing material
lose se présente sous la forme de suspensions de fibres de cellulose ou de faisceaux de telles fibres Le but de ce traitement est de dégager les fibres individuelles et/ou de traiter les fibres de manière qu'elles acquièrent les propriétés requises pour les applications désirées du matériau en fibres, par lose is in the form of suspensions of cellulose fibers or bundles of such fibers The purpose of this treatment is to release the individual fibers and / or to treat the fibers so that they acquire the properties required for the desired applications of the fiber material, by
exemple comme absorbant, ou pour la fabrication de divers types de papier. example as an absorbent, or for the manufacture of various types of paper.
Cependant, un tel traitement, qui est généralement réalisé dans des However, such treatment, which is generally carried out in
dispositifs appelés raffineurs ou piles raffineuses, exige beaucoup d'énergie. devices called refiners or refinery batteries, requires a lot of energy.
Au cours de ces dernières années, on a investi dans des recherches approfon- In recent years, we have invested in in-depth research
dies et des travaux de développement, afin de mettre au point des solutions techniques susceptibles de réduire la consommation d'énergie Ces travaux ont essentiellement porté sur l'optimisation des conditions du raffinage, par exemple la conception des éléments de raffinage et le choix des matériaux les constituant, laconcentration de la suspension de la pulpe ou pâte à papier, sa température, sa valeur de p H, etc. On a découvert qu'une grande partie de la consommation totale d'énergie, lors de l'opération de raffinage, concernait de l'énergie qui n'est pas utilisée pour le raffinage proprement dit, mais qui résulte des pertes hydrauliques survenant au passage de la matière brute dans le raffineur On a également découvert que cette partie de l'énergie augmente très rapidement, en même temps qu'augmente la vitesse entre les éléments de raffinage en rotation les uns par rapport aux autres Etant donné que cette augmentation se produit plus rapidement que l'augmentation du travail effectif de raffinage, avec la vitesse, une partie toujours plus importante de l'énergie est gaspillée par suite de ces pertes hydrauliques Ce phénomène est particulièrement important pour les dispositifs de raffinage fermés, c'est-à-dire les dispositifs dans lesquels les dies and development work, in order to develop technical solutions likely to reduce energy consumption This work mainly focused on optimizing refining conditions, for example the design of refining elements and the choice of materials the constituents, the concentration of the pulp or paper pulp suspension, its temperature, its p H value, etc. It has been discovered that a large part of the total energy consumption, during the refining operation, relates to energy which is not used for the refining proper, but which results from hydraulic losses occurring in the passage of the raw material in the refiner It has also been found that this part of the energy increases very rapidly, at the same time as the speed between the refining elements in rotation with respect to each other increases As this increase occurs faster than the increase in the actual refining work, with speed, an ever greater part of the energy is wasted as a result of these hydraulic losses This phenomenon is particularly important for closed refining devices, i.e. - say the devices in which the
éléments de raffinage fonctionnent à l'intérieur d'une enceinte totalement fer- refining elements operate inside a completely iron enclosure
mée, la pâte ou pulpe de cellulose étant délivrée et évacuée par l'intermé- mée, the pulp or pulp of cellulose being delivered and evacuated by means of
diaire de conduites fermées.diary of closed pipes.
Il en résulte que les dispositifs de raffinage sont généralement animés de vitesses circonférentielles relativement faibles, de l'ordre de 20 à 30 m/sec As a result, the refining devices are generally driven by relatively low circumferential speeds, of the order of 20 to 30 m / sec.
Cependant, ceci implique d'autres inconvénients, notamment une faible capa- However, this involves other drawbacks, in particular a low capacity
cité et une résistance peu satisfaisante, notamment en ce qui concerne la cited and unsatisfactory resistance, particularly with regard to
2 25147952 2514795
résistance au cisaillement Compte tenu des diamètres importants des élé- shear strength Considering the large diameters of the elements
ments de raffinage qui sont nécessaires pour répondre aux exigences d'une capacité suffisante, le nombre de révolutions est trop faible Etant donné que le moteur électrique utilisé pour le fonctionnement direct doit présenter un nombre important de pôles, ce moteur est de dimensions importantes, lourd et coûteux Par conséquent, on choisit souvent un nombre élevé de révolutions pour le moteur d'entraînement, et on l'accouple à un réducteur pour diminuer la vitesse de rotation du dispositif raffineur Cependant, une telle solution est également coûteuse et exige de la place, et une partie de l'énergie est perdue refining elements which are necessary to meet the requirements of sufficient capacity, the number of revolutions is too low Since the electric motor used for direct operation must have a large number of poles, this motor is large, heavy and expensive Consequently, a high number of revolutions are often chosen for the drive motor, and it is coupled to a reduction gear to reduce the speed of rotation of the refining device. However, such a solution is also expensive and requires space. , and part of the energy is lost
dans le réducteur.in the reducer.
La présente invention se propose d'apporter un procédé et un dispositif The present invention proposes to provide a method and a device
de fabrication de pâte de cellulose qui rendent possible un raffinage à une vi- of cellulose pulp making it possible to refine at a
tesse circonférentielle élevée, supérieure à 30 m/sec, et qui élimine la plus grande partie des pertes hydrauliques mentionnées ci-dessus Le résultat est obtenu en ajoutant un gaz inerte, tel que de l'air ou de la vapeur d'eau, au débit de pâte brute dans la zone de raffinage, ou avant son entrée dans cette zone Par l'expression "gaz inerte", dans la présente invention, on désigne high circumferential size, greater than 30 m / sec, and which eliminates most of the hydraulic losses mentioned above The result is obtained by adding an inert gas, such as air or water vapor, to the flow rate of raw pulp in the refining zone, or before it enters this zone By the expression "inert gas", in the present invention, is meant
tout gaz qui ne réagit pas avec le matériau contenant de la cellulose. any gas that does not react with the cellulose-containing material.
Le procédé selon la présente invention est particulièrement avantageux lorsqu'il est appliqué au raffinage de matériaux à très faibles concentrations, c'est-à-dire à des concentrations maximales de 20 %, de préférence 10 %, et The process according to the present invention is particularly advantageous when it is applied to the refining of materials at very low concentrations, that is to say at maximum concentrations of 20%, preferably 10%, and
plus particulièrement 6 % Lors de la mise en oeuvre du procédé, les élé- more particularly 6% During the implementation of the process, the elements
ments de raffinage peuvent être entraînés à des vitesses de rotation élevées, par exemple à des vitesses circonférentielles dépassant 30 m/sec Il peut refining elements can be driven at high rotational speeds, for example at circumferential speeds exceeding 30 m / sec It can
être préférable de délivrer le gaz sous pression. be preferable to deliver the gas under pressure.
Selon un exemple de réalisation de l'invention, le gaz est délivré centralement ou axialement, dans un espace situé entre les éléments rotatifs According to an exemplary embodiment of the invention, the gas is delivered centrally or axially, in a space located between the rotary elements
de raffinage, par l'intermédiaire d'une canalisation positionnée dans la con- refining, via a pipeline positioned in the con-
duite d'alimentation en pâte brute. raw paste feed.
Se Ion un autre mode de réalisation de l'invention, l'air ou le gaz est If Ion another embodiment of the invention, the air or gas is
délivré dans une enceinte dans laquelle sont logés, de façon étanche, les élé- delivered in an enclosure in which the elements are sealed,
ments raffineurs Ceci est obtenu de préférence à l'aide d'une canalisation de refiners This is preferably obtained using a
gaz connectée à une enceinte collectrice, qui est située sous l'enceinte de raf- gas connected to a collector enclosure, which is located under the raft enclosure
finage et reliée de façon étanche à cette dernière Le gaz peut pénétrer dans finishing and sealingly connected to the latter Gas can penetrate into
la pâte brute par l'intermédiaire de passages prévus dans les éléments raf- the raw dough through passages provided in the elements raf-
3 2 25147953 2 2514795
fineurs et dans des segments fixés à ces éléments raffineurs, ou au travers finers and in segments attached to or through these refiners
d'un intervalle séparant les éléments de raffinage et les segments, ces der- an interval separating the refining elements and the segments, the latter
niers étant pourvus de tels passages. deniers being provided with such passages.
Selon encore un autre exemple de réalisation de cette invention, l'air ou le gaz inerte est amené dans l'espace central, entre les éléments de raffi- According to yet another exemplary embodiment of this invention, the air or the inert gas is brought into the central space, between the refining elements.
nage, par l'intermédiaire d'un passage prévu dans l'arbre de rotation. swim, through a passage provided in the rotation shaft.
D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront Other features and advantages of this invention will emerge
de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en il- of the description given below with reference to the accompanying drawings, which in it-
lustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. polish various embodiments devoid of any limiting character.
Sur les dessinsOn the drawings
la Figure 1 représente un premier exemple de réalisation d'un dis- Figure 1 shows a first embodiment of a dis-
positif selon l'invention dans lequel l'alimentation en gaz s'effectue par l'in- positive according to the invention in which the gas supply is carried out by the
termédiaire d'une canalisation placée dans la conduite d'amenée de pâte; la Figure 2 représente un second mode de réalisation dans lequel l'alimentation en gaz s'effectue au travers d'un passage ménagé dans l'arbre de rotation; la Figure 3 représente un troisième exemple de réalisation selon through a pipe placed in the pulp supply line; Figure 2 shows a second embodiment in which the gas supply takes place through a passage formed in the rotation shaft; Figure 3 shows a third embodiment according to
lequel l'alimentation en gaz s'effectue dans l'admission de pâte d'une raffi- which the gas supply takes place in the pulp inlet of a refinery
neuse à double-disques rotatifs.neuse with rotating double discs.
la Figure 4 illustre un quatrième exemple de réalisation dans lequel l'alimentation en gaz s'effectue au travers d'un passage positionné dans un élément raffineur; et, la Figure 5 représente une variante d'alimentation de gaz d'un Figure 4 illustrates a fourth embodiment in which the gas supply takes place through a passage positioned in a refiner element; and, Figure 5 shows an alternative gas supply of a
système clos.closed system.
On se réfère en premier lieu à la Figure 1, qui est une vue schéma- We first refer to Figure 1, which is a schematic view
tique en coupe d'un dispositif pour raffiner un matériau contenant de la cellu- sectional tick of a device for refining a material containing cellu-
lose sous la forme d'une suspension de fibres de cellulose dans de l'eau Ce lose in the form of a suspension of cellulose fibers in water Ce
dispositif sera appelé ci-après raffineur. device will be called hereinafter refiner.
Dans l'exemple considéré, le raffineur est du type à disque rotatif unique, c'est-à-dire qu'il ne comporte qu'un seul disque raffineur rotatif 2 In the example considered, the refiner is of the single rotary disc type, that is to say that it has only one rotary refiner disc 2
fixé sur un arbre de rotation 6, ce dernier étant supporté par un palier 7. fixed on a rotation shaft 6, the latter being supported by a bearing 7.
Le disque de raffinage 2 tourne contre un disque raffineur fixe 3, et les deux The refining disc 2 rotates against a fixed refining disc 3, and both
disques sont munis, sur leurs surfaces se faisant face, de segments de raf- discs are provided on their facing surfaces with raft segments
finage 4, 5, qui sont montés de façon amovible Le travail de raffinage s'ef- finage 4, 5, which are removably mounted The refining work is done
fectue entre ces segments de raffinage. takes place between these refining segments.
4 25147954 2514795
Les segments de raffinage 4, 5 ont une configuration particulière, obtenue à l'aide de rainures et de barres intermédiaires qui sont réglées en The refining segments 4, 5 have a particular configuration, obtained by means of grooves and intermediate bars which are adjusted in
fonction du résultat du raffinage désiré En plus de cette configuration parti- depending on the desired refining result In addition to this particular configuration
culière, le jeu 8, c'est-à-dire la distance séparant les segments 4 et 5 pen- clear, clearance 8, i.e. the distance between segments 4 and 5 during
dant l'opération de raffinage, présente également une grande importance. during the refining operation, is also of great importance.
L'espace de raffinage (jeu 8) est réglé à l'aide de moyens (non repré- The refining space (set 8) is adjusted using means (not shown
sentés) grâce auxquels l'arbre de rotation 6 est déplacé,dans la direction axiale, vers et à partir du disque fixe 3 La pâte devant être traitée dans la raffineuse est délivrée,par l'intermédiaire d'un passage 9, vers une enceinte centrale 10 entre les disques de raffinage 2, 3 En raison de la rotation du disque de raffinage 2, la pâte se déplace vers l'extérieur, et elle est amenée à traverser l'espace libre 8, oh les fibres sont dégagées et/ou traitées Les éléments de traitement de la raffineuse sont entourés par un carter étanche 1 with which the rotation shaft 6 is moved, in the axial direction, to and from the fixed disc 3 The dough to be treated in the refiner is delivered, via a passage 9, to an enclosure central 10 between the refining discs 2, 3 Due to the rotation of the refining disc 2, the dough moves outward, and it is brought through the free space 8, oh the fibers are released and / or The processing elements of the refiner are surrounded by a sealed casing 1
dans lequel est recueillie la pâte traitée provenant de l'espace de raffinage 8. in which the treated pulp from the refining space 8 is collected.
Un orifice d'évacuation 11 pour la pâte traitée est ménagé au fond du carter de A discharge opening 11 for the treated dough is provided at the bottom of the casing.
raffinage 1.refining 1.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la Figure 1, un gaz, tel que de l'air ou de la vapeur d'eau, est délivré à une enceinte centrale 10, comprise entre les disques de raffinage 2, 3 Cette alimentation s'effectue par l'intermédiaire d'une canalisation de gaz 12 qui, de préférence, estplacée axialement dans la conduite d'alimentation en pâte 9 L'orifice de sortie de la canalisation 12 dans l'enceinte 10 peut être pourvu de moyens de distribution In the embodiment shown in Figure 1, a gas, such as air or water vapor, is delivered to a central enclosure 10, between the refining discs 2, 3 This supply is carried out by means of a gas pipe 12 which, preferably, is placed axially in the dough supply pipe 9 The outlet orifice of the pipe 12 in the enclosure 10 can be provided with distribution means
de tout type, par exemple une buse ou une grille. of any type, for example a nozzle or a grid.
Dans l'exemple de réalisation illustré par la Figure 2, l'air ou le gaz inerte est délivré dans l'espace ou l'enceinte de raffinage 10, entre les disques de raffinage 2, 3, par l'intermédiaire d'une conduite 22, positionnée dans l'arbre rotatif 6 Afin d'obtenir une distribution du courant gazeux ou d'air, l'orifice de sortie de la conduite 22 peut être pourvu d'une buse ou d'une In the embodiment illustrated in Figure 2, the air or inert gas is supplied to the space or the refining enclosure 10, between the refining disks 2, 3, via a pipe 22, positioned in the rotary shaft 6 In order to obtain a distribution of the gas or air current, the outlet orifice of the pipe 22 can be provided with a nozzle or a
tuyère 23, ou être conformé en buse ou tuyère. nozzle 23, or be shaped as a nozzle or nozzle.
Le mode de réalisation représenté sur la Figure 3 s'applique à une raffineuse à double-disques rotatifs, c'est-à-dire à un dispositif de raffinage dans lequel les deux éléments ou disques de raffinage sont rotatifs Dans un The embodiment represented in FIG. 3 applies to a refiner with rotary double discs, that is to say to a refining device in which the two elements or refining discs are rotary In a
tel exemple de réalisation, le gaz est amené par l'intermédiaire d'une cana- as an exemplary embodiment, the gas is supplied via a pipe
lisation ou d'une buse 24, prévue dans le passage 25 servant à l'alimentation or a nozzle 24, provided in the passage 25 used for feeding
en matériau contenant la cellulose. made of cellulose-containing material.
Y ygçY ygç
La Figure 4 illustre un exemple de réalisation applicable à une raffi- Figure 4 illustrates an exemplary embodiment applicable to a refinement
neuse à disque rotatif unique Dans le disque de raffinage fixe 3, on prévoit une conduite 26 pour le gaz, cette conduite partant d'une liaison extérieure 27, neuse with single rotary disc In the fixed refining disc 3, a pipe 26 is provided for the gas, this pipe starting from an external connection 27,
pour déboucher dans le segment de raffinage 4 par l'ouverture ou alésage 28. to open into the refining segment 4 through the opening or bore 28.
Le gaz passe ici directement dans l'intervalle séparant les éléments de raffi- The gas here passes directly into the interval separating the elements of refinement.
na ge.na ge.
La Figure 5 illustre un autre exemple de mise en oeuvre et de réalisa- Figure 5 illustrates another example of implementation and realization.
tion du procédé et du dispositif selon cette invention Les éléments composant tion of the method and the device according to this invention The components
cette Figure correspondent à ceux illustrés par la Figure 1, et ils ont été af- This Figure corresponds to those illustrated in Figure 1, and they have been shown
fectés des mêmes références Dans cette variante, le dispositif comporte en outre une enceinte close 14, située en-dessous de la raffineuse, pour recueillir le matériau traité qui s'écoule de l'orifice d'évacuation 11 de la raffineuse Un with the same references In this variant, the device further comprises a closed enclosure 14, located below the refiner, for collecting the treated material which flows from the discharge orifice 11 of the refiner A
orifice d'évacuation 15 est positionné à la partie inférieure de l'enceinte collec- discharge port 15 is positioned at the bottom of the collection enclosure
trice 14 Dans l'exemple de réalisation représenté ici, l'enceinte 14 est re- In the example of embodiment shown here, the enclosure 14 is shown
liée,de façon étanche au gaz, à l'enceinte ou carter de raffinage 1 On obtient ainsi un système clos dans lequel l'alimentation et l'évacuation s'effectuent linked, in a gas-tight manner, to the enclosure or refining casing 1 A closed system is thus obtained in which the supply and discharge take place
par l'intermédiaire de conduites fermées. through closed pipes.
L'alimentation désirée en gaz inerte ou en air s'effectue au travers The desired supply of inert gas or air is carried out through
d'une conduite d'alimentation 16, couplée à l'enceinte collectrice étanche 14. a supply line 16, coupled to the sealed collecting enclosure 14.
De préférence, l'alimentation s'effectue sous pression, et le gaz est amené dans la zone de raffinage sous l'effet de la rotation de l'élément rotatif de la raffineuse, l'écoulement gazeux se produisant dans-l'espace situé entre les Preferably, the supply takes place under pressure, and the gas is brought into the refining zone under the effect of the rotation of the rotary element of the refiner, the gas flow occurring in the space located between the
éléments de raffinage.elements of refinement.
Le procédé selon l'invention peut être également appliqué aux raffi- The process according to the invention can also be applied to refineries.
neurs coniques, c'est-à-dire aux dispositifs de raffinage comportant des élé- conical, that is to say refining devices comprising elements
ments de raffinage en forme de cÈne Dans une telle application, le gaz est amené dans la pâte de la même façon, soit avant, soit à l'occasion de l'entrée cone shaped refining elements In such an application, the gas is brought into the dough in the same way, either before or at the time of entry.
de cette pâte dans la zone de raffinage, entre les éléments de raffinage. of this paste in the refining area, between the refining elements.
Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux Of course, this invention is not limited to
divers exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en en- various embodiments described and represented, but that it
globe toutes les variantes.globe all variants.
6 25 147956 25 14795
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