WO1996029467A1 - Procede d'essorage d'une feuille de matiere cellulosique par air chaud traversant sous haut vide, dispositif de mise en ×uvre du procede et produit obtenu - Google Patents

Procede d'essorage d'une feuille de matiere cellulosique par air chaud traversant sous haut vide, dispositif de mise en ×uvre du procede et produit obtenu Download PDF

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WO1996029467A1
WO1996029467A1 PCT/FR1996/000414 FR9600414W WO9629467A1 WO 1996029467 A1 WO1996029467 A1 WO 1996029467A1 FR 9600414 W FR9600414 W FR 9600414W WO 9629467 A1 WO9629467 A1 WO 9629467A1
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WO
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air
sheet
dryness
fabric
approximately
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PCT/FR1996/000414
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Paul Marchal
Claude Lesas
Jean Lehervet
Emmanuelle Kientz
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James River
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Priority to DE69617406T priority patent/DE69617406T3/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/20—Waste heat recovery
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/18—Drying webs by hot air
    • D21F5/182—Drying webs by hot air through perforated cylinders

Definitions

  • the invention relates to the spinning of a sheet of cellulosic material, in particular in the context of the manufacture of cellulose wadding or tissue, that is to say absorbent paper of relatively low grammage, generally creped , for sanitary or domestic use: toilet paper, towel, household paper towel, etc. It relates in particular to a process for wringing the sheet of paper, implemented after the forming step but before the final drying.
  • a dewatering is carried out by mechanical pressing before the sheet is dried
  • a known means consists in applying and sticking with a suitable adhesive the still wet sheet on a cylinder, commonly designated by the term yankee, equipped with a drying hood.
  • a sheet is thus brought initially to 20% dryness and grammage in fibers of 20 g / m 2 , up to a dryness of 50%, by means of a flow of hot air at 250 ° C, a flow of approximately 2 to 3 Nm3 / sec.m 2 (30-451bs / min.ft 2 ) and a pressure in the supply enclosure of approximately 5 to 15 cm of water column at - above ambient pressure.
  • the dryness is raised to 80% with a second through-air dryer. According to the patent, with this device uniform drying is obtained over the entire width of the sheet without damaging the fibers.
  • the invention proposes a wringing both by entraining the water in the liquid state and by evaporation resulting from the passage of a very large flow of hot air through the wet sheet conveyed by a permeable fabric.
  • the process is characterized in that the flow of air passing through is generated by a high vacuum, of between 100 and 500 millibars, created under the canvas while scrolling through a fixed surface, at the same time as the air. hot is brought to the free surface of the sheet.
  • the purpose of using a relatively high vacuum is to create a flow of air through the porous structure of the sheet, at a speed sufficient to viscously carry the free water to the surface of the fibers and extract it of the sheet in the form of aerosols.
  • hot air to supply the flow of air passing through has a double purpose:
  • the sealing means are reduced to peripheral seals, and it is not necessary to provide them at the level of the sheet of paper, which would imply placing the latter between two fabrics to protect it.
  • the air guide means arranged in the supply box, distribute the flow as uniformly as possible on the surface of the sheet unlike the prior art where it is a question of concentrating air jets on small surfaces. Admittedly, in the latter case, the efficiency of the jets is not influenced by the possible heterogeneity of the distribution of the fibers in the sheet, but their action is not uniform over the entire surface.
  • the method of the invention makes it possible to raise the dryness rate of the wet sheet leaving the formation section from values of the order of 8 to 25% up to values of between 20% and 75%.
  • the dryness corresponds to the weight of absolutely dry fibers compared to that of wet fibers.
  • the final rate of dryness depends on the residence time of the sheet in the flow of hot air passing through. This residence time can vary from 1/1000 second to 3/10 second for given values of the intensity of the air flow passing through and its temperature.
  • the final dryness value also depends, for a residence time set within the above limits, on the initial dryness of the sheet, the geometry of the surface traversed by the air, the flow rate of the air passing through it. can be between 5 and 50 Nm3 / m 2 .s depending on the porosity of the sheet and the vacuum level, and also its dry and wet temperatures.
  • the air is at a dry temperature of between 100 and 500 ° C.
  • the air is humid; and its wet temperature is between 50 and 90 ° C.
  • the air circulates in a closed circuit, and, after having crossed said sheet, it is successively
  • part of the compressed air is evacuated, and a corresponding quantity is introduced into the circuit, in order to maintain the spin air at a humid temperature between 50 and 90 ° C.
  • the sheet is traversed by at least a second flow of hot air downstream from the first, the wet temperature of which is different, preferably lower.
  • This fractionation in the machine direction of the hot air flow passing through makes it possible to optimize the thermodynamic parameters of the air flow as a function of the evolution of the dryness of the sheet. Especially when the dryness exceeds 40%, the amount of humidity in the air can be lower
  • the dryness of the sheet is increased after draining up to a value of between approximately 35 and approximately 75% preferably between approximately 35 and approximately 50% by the high vacuum wringing means of the invention, then the sheet is dried by means of a yankee type cylinder until '' to a dryness of around 95%.
  • the mechanical pressing of the sheet, supported by a felt in a conventional machine is replaced by wringing according to the invention while configuring the latter so as to obtain the same degree of dryness.
  • the draining is carried out, after draining, under high vacuum of the invention until a dryness of between approximately 35 and approximately 75%, the conveyor fabric then being a fabric of the "marker" type.
  • the sheet is then dried on a yankee type cylinder.
  • marking fabric is understood a fabric comprising a weaving structure with areas of high porosity and areas of low porosity arranged according to a defined geometrical definition so that it induces in the sheet a heterogeneous structure comprising different compaction zones by the very effect of the air drying through the invention.
  • the dryness of the sheet, after wringing, is chosen between 35 and 75%, depending on the qualities desired for the bulk but also for the strength of the sheet. It is surprisingly found that in the case of the production of high-profile paper with marking canvas, where the sheet is printed on the canvas, an important marking effect is obtained which increases the volume of the sheet in the areas more porous, probably due to the high void prevailing under the canvas. It is also surprisingly observed that the vacuum has no harmful effect on the appearance and the formation of the sheet which is kept intact while the risk of bursting is a priori high.
  • the draining is carried out, after draining, under high vacuum of the invention until a dryness of between approximately 20 and approximately 45%, the conveyor fabric then being a fabric of the "marker" type.
  • the sheet is then dried on this same canvas using a dryer of the through air type of the prior art to a dryness of between about 50 and about 90% and finally by means of a yankee cylinder with a doctor blade. creping up to a dryness of around 95%.
  • the dryness of the sheet is increased after draining by a value of between approximately 8 and approximately 30% up to a value of between approximately 20 and approximately 45%, by said wringing method, the conveying fabric then being a fabric of the "marking" type and in that it is then dried on this same fabric by at least a drying device of the through air type up to a dryness of the order of 95%.
  • at least part of the air supplying the distribution box is extracted from said drying device of the through air type.
  • At least part of the air supplying the distribution box is extracted from the drying hoods of the yankee cylinder drying device.
  • metered quantities of water vapor are injected into the flow of hot air before it passes through of the sheet, particularly in the first of the wringing zones in the direction of advancement of the sheet when the wringing process comprises several zones.
  • This injection is modulated so as to vary the humidity of the air along the cross direction of the sheet, the objective being to extract different quantities of water across the sheet. This controls precisely the moisture profile of the sheet after drying and its quality.
  • the invention also relates to a device allowing the implementation of the method.
  • the device comprises at least one air distribution box with an air inlet duct and a distribution opening facing the sheet, at least one means for heating the air admitted into the air inlet duct , at least one air return box from the distribution box, disposed on the side opposite to said sheet and its support and conveying fabric, with at least one suction slot opposite the distribution opening of the distribution box, and a means for maintaining the box at a vacuum of 100 to 500 mbar.
  • the device also comprises an air / water separator allowing the air to be switched on by means of a compressor communicating with a heating means.
  • the method allows the realization of a total energy installation.
  • the compressor is likely to be driven by a gas turbine group, the exhaust gases of which are routed to a heat exchanger intended to heat the air flow from the compressor before it is introduced into the distribution box.
  • the compressor can be made up of several compression units, and the group can also be made up of several gas turbine units.
  • a subject of the invention is also a sheet of paper, in particular a high bulk produced by the spinning process under high vacuum.
  • FIG. 1 shows an installation according to the invention according to a first mode of embodiment with a rotary suction cylinder
  • FIG. 2 represents a second embodiment with a fixed suction box
  • FIG. 3 represents a third embodiment of the invention, at total energy
  • FIG. 4 represents a fourth embodiment of the invention, combined high vacuum drying and conventional through drying
  • FIGS. 5 to 8 represent graphs summarizing tests carried out on pilot machines
  • FIG. 9 represents a fifth embodiment of the invention comprising an injection of steam forming correction leaf moisture profile.
  • the installation corresponding to the first embodiment for the manufacture of absorbent paper of grammage between 12 and 80 g / m 2 comprises in its wet part a section for forming the sheet which can be of any type known to man of career.
  • a section for forming the sheet which can be of any type known to man of career.
  • it comprises a double cloth 11 and 12 between the converging interval of which a jet of dough is injected from a headbox 13.
  • the latter After draining bringing the sheet to a dryness rate of 8 to 25%, the latter is driven towards a means 15 which transfers it onto a fabric 17 which is permeable.
  • This fabric can be simple or of the "marking" type depending on the manufacturing process that is used.
  • the wet sheet is conveyed to the wiping device 16 from which it emerges freed, for the most part, of its water.
  • the dryness rate of the sheet is then between 25 and 75%.
  • the fabric then drives it to a drying cylinder 18 provided with drying hoods of the type known as a yankee on which it is applied by means of an appropriate adhesive. In its rotation, the sheet passes under the drying hoods and is then peeled off by means of a doctor blade so as to crepe it, as is well known.
  • the wringing device 16 consists of a rotary cylinder 19 mounted on a horizontal axis.
  • the cylinder surface is porous with a high opening rate.
  • An interior volume space 20, forming recovery box, is delimited by a fixed cover 21, covering a sector of the cylinder, and the sector complementary to the latter. It is in communication via a conduit 22 with a source of vacuum. It is also in communication, by the sector of its surface not blocked by the cover 21, with one or more boxes 24 of hot air distribution which are arranged outside the cylinder and which have openings in the form of sectors of circle parallel to its wall. These openings are provided with means for equalizing the air flow, such as fins or other equivalent means, so that it approaches the sheet with a uniform speed over the entire surface.
  • the boxes 24 are supplied with hot air by a compressor 26 driven by a motor 27, for example electric.
  • the compressor can be of any suitable type, axial or centrifugal.
  • the air coming from the compressor is heated to the desired temperature by a heating means which in the example shown is a burner 28.
  • the duct 30 connecting the compressor to the burner 28 comprises a bypass 34 provided with a valve 31 controlling the air extraction from the circuit.
  • an opening 33 with a variable speed air introduction means 32 makes it possible to compensate for the air extracted by the opening 34, and to constitute a mixture with the residual compressed air, coming from the duct 30, before it is reheated by the burner 28.
  • the quantities of fresh air and extracted air can be controlled by an appropriate control member as a function of the humidity of the air prevailing inside the boxes 24.
  • a regulation loop controls the flow of fuel to the burner 28 as a function of the air temperature at the distribution boxes 24.
  • the duct 22 is connected to a separating device 23 of the cyclone or other type. so that airborne water drops can be removed from the circuit.
  • This separator can be external to the wringing device as shown.
  • the water collected in the separator is pumped to atmospheric pressure.
  • the dehumidified air leaving the separator is led to the inlet of the compressor 26 to be compressed again to a pressure slightly higher than atmospheric pressure, and used for spinning.
  • the wringing device operates in the following manner: the wet sheet on the fabric 17 is entrained around the cylinder 19 and passes under the hot air outlet nozzles of the chambers 24.
  • the strong vacuum prevailing in the enclosure generated by the suction of compressor 26 and set to a value between 100 and 500 millibars, then forces the air flow from the caissons to thus cross the sheet at a high speed. This speed is preferably between 5 and 50 m / s.
  • Water is extracted from the leaf partly by evaporation, partly in the form of aerosols. The separator was placed at a distance from the chosen box 20 so that the water in suspension in the air in liquid form is deposited at its level before it evaporates in the air flow.
  • the saturated air, extracted under vacuum from the separator, is compressed by the compressor to a pressure slightly above atmospheric pressure.
  • the temperature of the air leaving the heater is adjusted between 100 ° C and 500 ° C, and its humid temperature is maintained between 50 ° C and 90 ° C by appropriately adjusting the amount of air extracted from the circuit. in 34 and that of fresh air appo ⁇ e in 33
  • the permeable wiping fabric which is unique between the training section and the application on the yankee, will describe a trajectory other than that illustrated.
  • this arrangement does not change the principle of this embodiment II also enters into the scope of the invention to provide several, at least two, closed circuits for the wiping air allowing the wringing of successive zones, each circuit comprising a distribution box, a recovery box has ⁇ its slot suction, compression means and means for reheating the air reintroduced into the distribution box.
  • the aim is to allow the thermodynamic conditions of the air, in particular its humid temperature, to be adjusted by adjusting the introduction means.
  • the fabric wring 17 which can be a marker conveys the wet sheet through a set of two fixed boxes 120 and 124 a suction box suction 120 side wiping fabric which determines the suction surface through which the ⁇ leaf is wrung, and a box 124 for distributing hot air placed on the side of the wet sheet
  • the two boxes are placed at a short distance from each other
  • the fabric 17 is guided in the gap thus formed between the two boxes so that the wet sheet is on the side of the box through which the hot air is brought
  • the canvas is itself supported by rollers 121, for example, or slides on a plate provided with slots
  • the air is brought at a speed of 5 to 50 m / s in due to the depression prevailing in the box 124, and successively crosses the wet sheet and the porous fabric from which it extracts the desired amount of moisture
  • FIG. 3 shows an embodiment with total energy.
  • the compressor 26 is driven by a gas turbine group 126. This comprises, in a manner known per se, a compressor 126 C whose rotor shaft is driven by a turbine 126 T put in motion by the gases coming from a combustion chamber which is itself supplied with combustion air by the compressor.
  • the turbine also drives a shaft connected by a coupling to that of the compressor 26.
  • the gases from the turbine are at a sufficient temperature, of the order of 500 ° C., to serve as a heat source in the present wringing device.
  • the means for reheating the air coming from the compressor 26 is constituted by a heat exchanger 128. It is connected, on one side, by a duct 127 to the hot gases coming from the turbine 126, and , on the other, by a duct 130 to the air outlet of the compressor 26.
  • a duct 129 is provided for bypassing the exchanger for the air.
  • Two registers 132 and 133 controlled by a loop for regulating the air temperature inside the air distribution box 124, control the flow of air effectively passing through the exchanger.
  • An auxiliary burner can be arranged in the inlet pipe of the box 124 downstream of the exchanger 128. The supply of this burner is controlled in cascade with the registers 132, 133 by the same temperature regulator.
  • FIG 4 a fourth embodiment of the invention where we have arranged in the path of the wet sheet, between the device 16 for drying by high vacuum and the yankee drying cylinder, at least a dryer of the conventional through air type 140 comprising a cylinder 142 rotatably mounted about a hori ⁇ zontal axis. Its wall is porous and supports the fabric 17. Air heated by a burner 146 is entrained through the wet sheet applied to the fabric 17, by means of a circulation fan 144. In the supply circuit d air in the dryer, there is provided a burner as is known.
  • the sheet of wet paper is transferred from the forming fabric to the fabric 17, its dryness rate is then between approximately 8 and 30%. It undergoes a spin under high vacuum through the device 16 of the invention from which it emerges with a dryness rate of between 20 and 45%. It then passes through the dryer 140 where it undergoes drying increasing its dryness up to a rate of between 50 and 90%. The sheet is then applied to a yankee 18 drying cylinder where it is dried to a dryness of the order of 95%. The dried sheet is peeled from the cylinder by means of a creping scraper as is known when making a crepe product. It should be noted that the diagram in FIG. 4 is a block diagram which does not represent all the elements necessary for operation in practice, such as in particular the use of additional conveyor systems or fabrics.
  • Tests were carried out on a pilot machine to highlight the influence of the various parameters on the efficiency of spinning and drying.
  • the process was tested on a sheet of commercial paper towel, made of cellulose wadding or creped wadding, such as that sold under the brand O'KAY. It was moistened by spraying measured quantities of water.
  • the pilot machine comprises a flat support, provided with a vacuum slot, on which moves an air-permeable grid.
  • the speed of the grid can be adjusted to a determined set value.
  • a nozzle supplied with air which can be heated is placed above the grid, at the level of the vacuum slot. The latter communicates with a vacuum source adjusted to 250 mbar.
  • the air supplying the nozzle was at ambient conditions (20 ° C and 5 g of water vapor per kg of dry air)
  • the air was preheated to 200 ° C and highly humidified.
  • the wet temperature measured was 64 ° C (120 g of water vapor per kg of dry air).
  • the drying time of the dryer according to the invention is therefore 7 to 8 times shorter, for a vacuum 5 to 10 times stronger.
  • Tests were carried out on a pilot paper machine of small width, comprising a training section with training cloth, a means of transfer to a marker type cloth, a section for drying by passing air being able to be bi- passed, a yankee type drying cylinder with a transfer press.
  • a wringing / drying section has been arranged, in accordance with the invention, at the level of the marking fabric.
  • the entire device corresponded schematically to that of FIG. 4. Three series of tests were carried out.
  • the operating parameters were as follows:
  • series 1 series 2 series 3 grammage of the sheet (g / m 2 ) 21 22 22 depression (mbars) 350/400 350/400 350/400 mass air flow (kg / m 2 s) 19/20 19/20 19/20 ambient dry air temperature (° C) 180/200 180/200 humid air temperature (° C) at supply air 13 65 70 at suction 13 52 56
  • Tissue paper production tests were carried out on the previous pilot paper machine with marking cloth. For these tests, the products produced had substantially all the same grammage and the same fiber composition. They were all dried and crepe on the yankee to the same dryness, 95%. We measured the dryness at the entrance of the yankee as well as the bulk (cm3 / g) of the leaf after creping
  • Second series of tests (2) The wringing device of the invention was used alone, by adjusting the time and humidity parameters of the air so that the sheet had a dryness at the entrance to the yankee of 50 %
  • the method of the invention makes it possible to better conform the fibers to the geometry of the marking fabric because the fibers are warmer and therefore more flexible than in a vacuum box of the prior art, the air is at room temperature.
  • the fibers are also more brutally dried after they have been shaped by the high vacuum.
  • the structure is stabilized earlier with a lower average humidity. It is therefore possible to stick the sheet to the wall of the yankee drying cylinder with a lower dryness than in the case of conventional through-air drying, by obtaining the same swelling.
  • FIG. 9 shows the drying part of a paper machine, incorporating a dryer of the conventional air type 101, , with a rotary cylinder with a porous wall 102 and the air blowing hoods 103.
  • a fabric 104 of the marking type for example, supports the sheet coming from the forming section, and is dragged through the dryer, around of the cylinder 102.
  • the casing 105 is in communication with a high vacuum source, between 100 and 500 mbar.
  • the present recovery box is in communication, on the suction side. with a hot air distribution box 106.
  • the dry air temperature is between 100 and 500 ° C. Its wet temperature is between 50 and 90 ° C.
  • the humidity is modulated in the cross direction of this air.
  • the efficiency of the wringing of water in the liquid form of the sheet by the device is all the higher as the humidity carried by the air flow hot through is higher.
  • the box 106 was divided into a large number of smaller boxes 106 ', adjacent, by means of partition walls arranged across the box 106 at regular intervals.
  • a ramp 107 for injecting steam preferably overheated, has been placed inside each box 106 ′.
  • Each ramp is supplied with steam from a manifold via a valve 107 ′, the opening of which is controlled as a function of the set value depending on the dryness desired for the corresponding zone of the sheet.

Abstract

Le procédé de séchage d'une feuille de matière cellulosique, notamment une feuille de papier humide de grammage à l'état sec compris entre 10 et 80 g/m2 et présentant initialement un taux de siccité compris entre environ 8 et 30 % consistant à supporter ladite feuille sur une toile perméable et à la faire traverser par un flux d'air chaud à vitesse élevée, est caractérisé en ce que le flux d'air est engendré par une dépression de 100 à 500 millibars créée sous la toile.

Description

PROCEDE D'ESSORAGE D'UNE FEUILLE DE MATIERE CELLULOSIQUE
PAR AIR CHAUD TRAVERSANT SOUS HAUT VIDE DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DU PROCEDE ET PRODUIT OBTENU
L'invention se rapporte à l'essorage d'une feuille de matière cellulosique, en particulier dans le cadre de la fabrication d'ouate de cellulose ou de tissu ouaté, c'est à dire un papier absorbant de relativement faible grammage, généralement crêpé, pour un usage sanitaire ou domestique : papier toilette, serviette, essuie tout ménager, etc. Elle vise en particulier un procédé d'essorage de la feuille de papier, mis en oeuvre après l'étape de formation mais avant le séchage final.
Dans les procédés usuels de fabrication de papier, après l'étape de formation de la feuille et un premier égouttage, on procède à un essorage par pressage mécanique avant que la feuille ne soit séchée Dans le cas de la fabrication d'ouate de cellulose ou de tissu ouaté, un moyen connu consiste à appliquer et à coller avec un adhésif approprié la feuille encore humide sur un cylindre, désigné communément par le terme yankee, équipé d'une hotte de séchage.
On connaît un procédé d'essorage et de séchage par soufflage d'air chaud au travers de la feuille supportée par une toile perméable elle-même entraînée sur un sup¬ port perméable. Celui-ci est constitué par la paroi poreuse d'un tambour rotatif. Un flux d'air chaud à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique est guidé depuis l'intérieur du tambour vers la surface de la feuille, et la traverse Une enceinte, ouverte sur la face opposée de la feuille et en légère dépression, recueille l'air saturé d'humidité qui est évacué par un ventilateur d'aspiration. Selon le brevet US 3303576, on amène ainsi une feuille initialement à 20 % de siccité et de grammage en fibres de 20 g/m2, jusqu'à une siccité de 50 %, au moyen d'un flux d'air chaud à 250°C, un débit d'environ 2 à 3 Nm3/sec.m2 (30-451bs/min.ft2) et une pression dans l'enceinte d'alimentation d'environ 5 à 15 cm de colonne d'eau au-dessus de la pression ambiante. On élève la siccité à 80 % avec un deuxième sécheur à air traversant. Selon le brevet, avec ce dispositif on obtient un séchage uniforme sur toute la largeur de la feuille sans endommager les fibres. L'efficacité d'un tel système de séchage résulte en partie de l'évaporation due au contact entre les fibres humides entrant dans le sécheur et l'air de séchage, et aussi de l'effet d'entraînement de l'eau sous sa foime liquide, produit par le flux d'air. Par la suite, ce type de séchoir à un ou plusieurs cylindres est désigné par l'expression du type à air traversant Si le séchage par évaporation est fonction du volume de l'air et de ses tempéra¬ tures sèche et humide, l'entraînement des particules liquides résulte de sa vitesse. On a, dans le brevet US 3447247, proposé un dispositif de séchage dans lequel l'air de sé¬ chage est projeté à grande vitesse sur la feuille sous la forme d'une pluralité de jets à grande vitesse et faible diamètre. Ainsi, cet air, au lieu de traverser la matière fibreuse en empruntant uniquement les zones de plus faible résistance - c'est ce qui se produi¬ rait si la différence de pression était faible - est forcé au travers de la feuille sur toute sa surface. Il en résulte un séchage plus uniforme. En outre, la vitesse élevée des jets limite les fuites latérales et rend les joints d'étanchéité moins nécessaires. En raison de l'efficacité d'un tel système, on peut éliminer les autres sécheurs et/ou presses utilisés en association avec les sécheurs à air chaud. Selon la technique exposée dans ce bre¬ vet, on produit des jets d'air à une vitesse de 40 m/s. Cette vitesse est largement supé¬ rieure à celle engendrée dans les sécheurs du type à air traversant conventionnels. Toutefois, on observe que la dépression au niveau de la caisse d'aspiration est maintenue à une faible valeur, 30 cm de colonne d'eau ou moins.
Bien que ce type de séchage ait été proposé il y a de nombreuses années, il n'a apparemment pas connu de débouché industriel, sans doute en raison de la difficulté à maîtriser les jets d'air à haute énergie, perturbant la structure de la feuille de papier et l'étanchéité du système. L'invention propose un essorage à la fois par entraînement de l'eau à l'état li¬ quide et par évaporation résultant du passage d'un flux d'air chaud très important au travers de la feuille humide convoyée par une toile perméable. Le procédé est caracté¬ risé en ce que le flux d'air traversant est engendré par un haut vide, compris entre 100 et 500 millibars, créé sous la toile en défilement au travers d'une surface fixe, en même temps que l'air chaud est amené sur la surface libre de la feuille.
L'utilisation d'un vide relativement élevé a pour objet de créer un flux d'air au travers de la structure poreuse de la feuille, à une vitesse suffisante pour entraîner par viscosité l'eau libre à la surface des fibres et l'extraire de la feuille sous forme d'aéro¬ sols. Ainsi l'utilisation de l'air chaud pour alimenter le flux d'air traversant a un double objet :
- Réchauffer par échange thermique l'eau libre à la surface des fibres, dans le but de réduire sa viscosité et, par conséquent, les forces de liaison tensioactive avec les fibres. Il s'ensuit une augmentation considérable du débit d'eau extrait mécaniquement hors de la feuille par rapport à un moyen d'extraction sans chauffage de l'air. - Provoquer une évaporation d'eau par échange thermique avec les fibres humides.
Par rapport à la solution de l'art antérieur qui consiste à projeter des jets d'air chaud à la surface de la feuille, on peut réaliser une installation de mise en oeuvre du procédé beaucoup plus simple et économique. Les moyens d'étanchéité, par exemple, sont réduits à des joints périphériques, et il n'est pas nécessaire d'en prévoir au niveau de la feuille de papier ce qui impliquerait de disposer cette dernière entre deux toiles pour la protéger. Les moyens de guidage de l'air, ménagés dans le caisson d'alimenta¬ tion, répartissent le flux le plus uniformément possible à la surface de la feuille contrairement à l'art antérieur où il s'agit de concentrer des jets d'air sur de petites surfaces. Certes, dans ce dernier cas, l'efficacité des jets n'est pas influencée par l'éventuelle hétérogénéité de la répartition des fibres dans la feuille mais leur action n'est pas uniforme sur toute la surface. Enfin le vide permet d'augmenter le potentiel d'essorage pour une masse d'air à la même enthalpie. Le procédé de l'invention permet d'élever le taux de siccité de la feuille humide quittant la section de formation à partir de valeurs de l'ordre de 8 à 25 % jusqu'à des valeurs comprises entre 20 % et 75 %. Dans la présente description, la siccité corres¬ pond au poids des fibres absolument sèches rapporté à celui des fibres humides.
Le taux final de siccité dépend du temps de séjour de la feuille dans le flux d'air chaud traversant. Ce temps de séjour peut varier de 1/1000 seconde à 3/10 seconde pour des valeurs données de l'intensité du flux d'air traversant et de sa température.
La valeur finale de la siccité dépend également, pour un temps de séjour fixé dans les limites ci-dessus, de la siccité initiale de la feuille, de la géométrie de la surface traversée par l'air, du débit de l'air traversant qui peut être compris entre 5 et 50 Nm3/m2.s selon la porosité de la feuille et le niveau de vide, et également de ses températures sèche et humide.
Ainsi conformément à une autre caractéristique du procédé, l'air est à une température sèche comprise entre 100 et 500°C.
Conformément à une autre caractéristique du procédé, l'air est humide; et sa température humide est comprise entre 50 et 90 °C.
Conformément à une autre caractéristique du procédé, l'air circule en circuit fermé, et, après avoir traversé la dite feuille, il est successivement
- collecté par un caisson de reprise maintenu sous une dépression de 100 à 500 mbars, - conduit vers un séparateur air/eau pour que soit éliminée l'eau en suspension,
- comprimé à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique,
- réchauffé à une température comprise entre 100°C et 500°C,
- amené à traverser de nouveau la feuille.
Conformément à une autre caractéristique du procédé, une partie de l'air comprimé est évacuée, et une quantité correspondante est introduite dans le circuit, afin de maintenir l'air d'essorage à une température humide comprise entre 50 et 90°C.
Conformément à une autre caractéristique, la feuille est traversée par au moins un deuxième flux d'air chaud en aval du premier, dont la température humide est différente, de préférence inférieure. Ce fractionnement dans le sens machine du flux d'air chaud traversant permet d'optimiser les paramètres thermodynamiques du flux d'air en fonction de l'évolution de la siccité de la feuille. Notamment lorsque la siccité dépasse 40 %, la quantité d'humidité dans l'air peut être plus faible
Conformément à un autre caractéristique de l'invention, dans un procédé de fabrication d'une feuille de papier, on augmente la siccité de la feuille après égouttage jusqu'à une valeur comprise entre environ 35 et environ 75 % de préférence entre environ 35 et environ 50 % par le moyen d'essorage sous haut vide de l'invention puis on sèche la feuille au moyen d'un cylindre de type yankee jusqu'à une siccité de l'ordre de 95 %. Selon ce procédé, on remplace le pressage mécanique de la feuille, supportée par un feutre dans une machine conventionnelle, par l'essorage selon l'invention tout en paramétrant ce dernier de façon à obtenir le même degré de siccité. Grâce à cette ca¬ ractéristique du procédé, on obtient une feuille de papier présentant un bouffant plus élevé que dans le cas d'une machine conventionnelle, tout en conservant intactes les performances de vitesse et, donc de capacité de la machine puisque le niveau de siccité de la feuille entrant au yankee est inchangé.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, dans une installation de fabrication de papier, on procède, après égouttage, à l'essorage sous haut vide de l'invention jusqu'à une siccité comprise entre environ 35 et environ 75%, la toile de convoyage étant alors une toile du type "marqueuse". La feuille est ensuite séchée sur un cylindre de type yankee.
Par toile "marqueuse", on comprend une toile comportant une structure de tis¬ sage avec des zones de forte porosité et des zones de faible porosité disposées suivant une définition géométrique déterminée de telle sorte qu'elle induise dans la feuille une structure hétérogène comportant des zones de compactage différent par l'effet même de l'essorage par air traversant de l'invention.
La siccité de la feuille, après essorage, est choisie entre 35 et 75 %, selon les qualités désirées pour le bouffant mais aussi pour la résistance de la feuille. On constate, de façon surprenante, que dans le cas de la fabrication de papier haut- jouffant avec toile marqueuse, où la feuille est imprimée sur la toile, on obtient un effet de marquage important qui augmente le volume de la feuille dans les zones les plus poreuses, en raison sans doute du haut vide régnant sous la toile. Il est également constaté de façon surprenante que le vide n'a pas de conséquence néfaste sur l'aspect et la formation de la nappe qui est conservée intacte alors que le risque d'éclatement est a priori élevé.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, dans une installation de fabrication de papier, on procède, après égouttage, à l'essorage sous haut vide de l'invention jusqu'à une siccité comprise entre environ 20 et environ 45% , la toile de convoyage étant alors une toile du type "marqueuse". On sèche la feuille ensuite sur cette même toile au moyen d'un sécheur du type à air traversant de l'art antérieur jusqu'à une siccité comprise entre environ 50 et environ 90 % et enfin au moyen d'un cylindre yankee avec une racle de crêpage jusqu'à une siccité de l'ordre de 95 %.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention on augmente la siccité de la feuille après égouttage d'une valeur comprise entre environ 8 et environ 30 % jusqu'à une valeur comprise entre environ 20 et environ 45 %, par ladite méthode d'essorage, la toile de convoyage étant alors une toile du type "marqueuse" et en ce que l'on sèche ensuite sur cette même toile par au moins un dispositif de séchage du type à air traversant jusqu'à une siccité de l'ordre de 95 %. Conformément à une autre caractéristique de l'invention au moins une partie de l'air alimentant la caisse de distribution est extraite dudit dispositif de séchage du type à air traversant.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention au moins une partie de l'air alimentant la caisse de distribution est extraite des hottes de séchage du dispositif de séchage à cylindre yankee.
Conformément à une autre caractéristique du procédé de fabrication d'une feuille de papier mettant en oeuvre un moyen d'essorage selon l'invention, on injecte des quantités dosées de vapeur d'eau dans le flux d'air chaud avant son passage au travers de la feuille, particulièrement dans la première des zones d'essorage dans le sens d'avancement de la feuille lorsque le procédé d'essorage comporte plusieurs zones. Cette injection est modulée de façon à faire varier le taux d'humidité de l'air le long du sens travers de la feuille, l'objectif étant d'extraire des quantités d'eau différentes en travers de la feuille. On contrôle ainsi avec précision le profil d'humidité de la feuille après séchage et sa qualité. L'invention a également pour objet un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé. Le dispositif comprend au moins un caisson de distribution d'air avec un conduit d'entrée d'air et une ouverture de distribution tournée vers la feuille, un moyen au moins pour chauffer l'air admis dans le conduit d'entrée d'air, au moins un caisson de reprise de l'air issu du caisson de distribution, disposé du côté opposé à ladite feuille et à sa toile de support et de convoyage, avec au moins une fente d'aspiration en face de l'ouverture de distribution du caisson de distribution, et un moyen pour maintenir le caisson à une dépression de 100 à 500 mbars. Notamment, le dispositif comprend également un séparateur air/eau permettant la mise en circuit de l'air au moyen d'un compresseur communiquant avec un moyen de chauffage. En particulier le procédé permet la réalisation d'une installation à énergie totale. aAinsi, dans ce cas, le compresseur est susceptible d'être entraîné par un groupe à turbine à gaz dont les gaz d'échappement sont acheminés vers un échangeur de chaleur destiné à réchauffer le flux d'air issu du compresseur avant son introduction dans le caisson de distribution. Le compresseur peut être composé de plusieurs unités de compression de même le groupe peut être aussi constitué de plusieurs unités à turbine à gaz.
L'invention a également pour objet une feuille de papier, notamment à haut bouffant fabriquée selon le procédé d'essorage sous haut vide D'autres caractéristiques et avantages du procédé apparaîtront à la lecture de la description de modes de réalisation non limitatifs de l'invention, avec en annexe les dessins sur lesquels, la figure 1 représente une installation conforme à l'invention selon un premier mode de réalisation avec un cylindre rotatif aspirant, la figure 2 représente un deuxième mode de réalisation avec un caisson fixe aspirant, la figure 3 représente un troisième mode de réalisation de l'invention, à énergie totale, la figure 4 représente un quatrième mode de réalisation de l'invention, combiné essorage sous haut vide et séchage traversant conventionnel, les figures 5 à 8 représentent des graphiques résumant des essais réalisés sur machines pilotes, la figure 9 représente un cinquième mode de réalisation de l'invention comportant une injection de vapeur formant correction de profil d'humidité de la feuille.
L'installation correspondant au premier mode de réalisation pour la fabrication de papier absorbant de grammage compris entre 12 et 80 g/m2, comporte en sa partie humide une section de formation de la feuille qui peut être de tout type connu de l'homme du métier. Dans l'exemple représenté, elle comprend une double toile 1 1 et 12 entre l'intervalle convergent desquelles un jet de pâte est injecté depuis une caisse de tête 13. Après égouttage amenant la feuille à un taux de siccité de 8 à 25 %, cette dernière est entraînée vers un moyen 15 qui assure son transfert sur une toile 17 per¬ méable. Cette toile peut être simple ou du type "marqueuse" selon le procédé de fabri- cation que l'on met en oeuvre. La feuille humide est convoyée vers le dispositif d'essorage 16 dont elle ressort débarrassée, en majeure partie, de son eau. Le taux de siccité de la feuille est alors compris entre 25 et 75 %. La toile l'entraîne ensuite vers un cylindre de séchage 18 pourvu de hottes de séchage de type connu sous le nom de yankee sur lequel elle est appliquée au moyen d'un adhésif approprié. Dans sa rotation, la feuille passe sous les hottes de séchage puis est décollée au moyen d'une racle de fa¬ çon à la crêper, comme cela est bien connu.
Le dispositif d'essorage 16 est constitué d'un cylindre rotatif 19 monté sur un axe horizontal. La surface du cylindre est poreuse avec un taux d'ouverture élevé. Un espace volumique intérieur 20, formant caisson de reprise, est délimité par un cache fixe 21, recouvrant un secteur du cylindre, et le secteur complémentaire à celui-ci. Il est en communication par l'intermédiaire d'un conduit 22 avec une source de vide. Il est également en communication, par le secteur de sa surface non obturé par le cache 21, avec un ou plusieurs caissons 24 de distribution d'air chaud qui sont disposés à l'extérieur du cylindre et qui comportent des ouvertures en forme de secteurs de cercle parallèles à sa paroi. Ces ouvertures sont pourvues de moyens d'égalisation du flux d'air, tels que des ailettes ou autres moyens équivalents, de façon que celui aborde la feuille avec une vitesse uniforme sur toute la surface. Les caissons 24 sont alimentés en air chaud par un compresseur 26 entraîné par un moteur 27, par exemple électrique. Le compresseur peut être de tout type approprié, axial ou centrifuge. L'air venant du compresseur est chauffé à la température désirée par un moyen de chauffage qui dans l'exemple représenté est un brûleur 28. Le conduit 30 reliant le compresseur au brûleur 28 comprend une dérivation 34 pourvue d'une vanne 31 commandant l'extraction d'air du circuit. Par ailleurs, une ouverture 33 avec un moyen d'introduction d'air à régime variable 32 permet de compenser l'air extrait par l'ouverture 34, et de constituer un mélange avec l'air comprimé résiduel, en provenance du conduit 30, avant réchauffage de celui-ci par le brûleur 28. Les quantités d'air neuf et d'air extrait peuvent être com¬ mandées par un organe de contrôle approprié en fonction du taux d'humidité de l'air régnant à l'intérieur des caissons 24. De même une boucle de régulation commande le débit du combustible au brûleur 28 en fonction de la température de l'air au niveau des caissons de distribution 24. Le conduit 22 est raccordé à un appareil séparateur 23 du type cyclone ou autre de façon que les gouttes d'eau en suspension dans l'air puissent être évacuées du circuit. Ce séparateur peut être externe au dispositif d'essorage ainsi que cela est représenté. Toutefois, il entre également dans le cadre de l'invention de réaliser la séparation eau/air au niveau de la sortie de l'air, immédiatement en aval de la feuille humide de papier, par exemple au moyen de chicanes, pourvues de gouttières, disposées en travers du flux dans la zone d'entrée de l'enceinte 20. Ce mode de réalisa¬ tion n'est pas représenté. L'eau recueillie dans le séparateur est pompée jusqu'à la pression atmosphérique. L'air déshumidifié sortant du séparateur est conduit à l'entrée du compresseur 26 pour être comprimé de nouveau à une pression légèrement supé¬ rieure à la pression atmosphérique, et utilisé pour l'essorage.
Le dispositif d'essorage fonctionne de la façon suivante : la feuille humide sur la toile 17 est entraînée autour du cylindre 19 et passe sous les buses de sortie d'air chaud des caissons 24. La forte dépression régnant dans l'enceinte, générée par l'aspiration du compresseur 26 et réglée à une valeur comprise entre 100 et 500 millibars, force alors le flux d'air issu des caissons à traverser ainsi la feuille à une vitesse élevée. Cette vi¬ tesse est de préférence comprise entre 5 et 50 m/s. L'eau est extraite de la feuille en partie par évaporation, en partie sous forme d'aérosols. On a disposé le séparateur à une distance du caisson 20 choisie de façon que l'eau en suspension dans l'air sous forme liquide se dépose à son niveau avant qu'elle ne s'évapore dans le flux d'air. L'air saturé, extrait sous vide du séparateur, est comprimé par le compresseur à une pres¬ sion légèrement supérieure à la pression atmosphérique. On règle la température de l'air en sortie du réchauffeur entre 100°C et 500°C, et on maintient sa température humide entre 50°C et 90°C en réglant de façon ap¬ propriée la quantité d'air extraite du circuit en 34 et celle d'air neuf appoπe en 33
La disposition illustrée par le schéma de la figure 1 n'est pas la seule possible En particulier, la partie aspirante du cylindre et le caisson d'amenée d'air chaud peu¬ vent être placés en partie haute du cylindre.
Dans ce cas, la toile d'essorage perméable qui est unique entre la section de formation et l'application sur le yankee, décrira une autre trajectoire que celle illustrée Toutefois cette disposition ne change rien au principe de ce mode de réalisation II entre également dans le cadre de l'invention de prévoir plusieurs, au moins deux, circuits fermés pour l'air d'essorage permettant l'essorage de zones successives, chaque circuit comprenant un caisson de distribution, un caisson de reprise a^ ec sa fente d'aspiration, un moyen de compression et un moyen de réchauffage de l'air réintroduit dans le caisson de distribution Le but est de permettre le réglage des conditions thermodynamiques de l'air, en particulier de sa température humide, en réglant les moyens d'introduction d'air neuf individuels à chaque boucle Dans la ou les premières zones où s'effectue l'essorage essentiellement par extraction d'eau liquide, jusqu'à 20-35 %, on prévoit d'incorporer un séparateur air/eau entre les caissons de reprise et le compresseur Dans le deuxième mode de réalisation illustre sur le schéma de la figure 2 (les éléments qui n'ont pas été modifiés par rapport à la figure 1 portent la même réfé¬ rence), la toile d'essorage 17 qui peut être marqueuse convoie la feuille humide au tra¬ vers d'un ensemble de deux caissons fixes 120 et 124 un caisson de reprise aspirant 120 côte toile d'essorage qui détermine la surface d'aspiration au travers de laquelle la ~euille est essorée, et un caisson 124 de distribution d'air chaud placé du côté de la feuille humide
Les deux caissons sont disposés à faible distance l'un de l'autre La toile 17 est guidée dans l'intervalle ainsi formé entre les deux caissons de telle sorte que la feuille humide soit du cote du caisson par lequel l'air chaud est amené La toile est elle-même supportée par des rouleaux 121, par exemple, ou bien glisse sur une plaque munie de fentes Comme dans l'exemple de la figure 1, l'air est porté à une vitesse de 5 à 50 m/s en raison de la dépression régnant dans le caisson 124, et traverse successivement la feuille humide et la toile poreuse dont elle extrait la quantité souhaitée d'humidité
Là encore, la disposition illustrée sur le schéma de la figure 2 n'est pas la seule possible Ainsi les deux caissons peuvent être inverses, avec le caisson de reprise dis¬ posé au-dessous de la toile d'essorage qui décrira alors une autre trajectoire que celle illustrée mais sans rien changer au principe de ce mode de réalisation. On note que la toile d'essorage reste unique entre la partie humide de formation de la feuille et la par¬ tie de séchage sur le cylindre sécheur On a représenté sur la figure 3 un mode de réalisation à énergie totale. Comme précédemment, les éléments de l'installation communs aux divers modes de réalisation portent les mêmes références. Dans cette installation, l'entraînement du compresseur 26 est assuré par un groupe à turbine à gaz 126. Celui-ci comprend, de façon connue en soi, un compresseur 126 C dont l'arbre du rotor est entraîné par une turbine 126 T mise en mouvement par les gaz issus d'une chambre de combustion alimentée elle- même en air de combustion par le compresseur. La turbine entraîne également un arbre relié par un accouplement à celui du compresseur 26. Les gaz issus de la turbine sont à une température suffisante, de l'ordre de 500°C, pour servir de source de chaleur dans le présent dispositif d'essorage. Dans ce but, le moyen de réchauffage de l'air prove¬ nant du compresseur 26 est constitué par un échangeur de chaleur 128. Il est relié, d'un coté, par un conduit 127 aux gaz chauds venant de la turbine 126, et, de l'autre, par un conduit 130 à la sortie d'air du compresseur 26. On prévoit une conduite 129 de dérivation de l'échangeur pour l'air. Deux registres 132 et 133, commandés par une boucle de régulation de la température de l'air à l'intérieur du caisson 124 de distribu¬ tion d'air, contrôlent le débit de l'air traversant effectivement l'échangeur. Un brûleur d'appoint non représenté peut être disposé dans la conduite d'admission du caisson 124 en aval de l'échangeur 128. L'alimentation de ce brûleur est commandée en cascade avec les registres 132, 133 par le même régulateur de température. Au lieu de réchauffer l'air issu du compresseur au moyen d'un échangeur de chaleur, il entre également dans le cadre de l'invention de prévoir le mélange d'au moins une partie des gaz d'échappement de la turbine à gaz avec l'air du compresseur.
On a représenté, sur la figure 4, un quatrième mode de réalisation de l'invention où l'on a disposé dans le trajet de la feuille humide, entre le dispositif 16 d'essorage par haut vide et le cylindre sécheur yankee, au moins un séchoir du type à air traversant conventionnel 140 comprenant un cylindre 142 monté à rotation autour d'un axe hori¬ zontal. Sa paroi est poreuse et supporte la toile 17. De l'air chauffé par un brûleur 146 est entraîné au travers de la feuille humide appliquée sur la toile 17, au moyen d'un ventilateur de circulation 144. Dans le circuit d'amenée d'air au séchoir, on a prévu un brûleur ainsi que cela est connu.
La feuille de papier humide est transférée depuis la toile de formation sur la toile 17, son taux de siccité est alors compris entre 8 et 30 % environ. Elle subit un essorage sous haut vide au travers du dispositif 16 de l'invention dont elle ressort avec un taux de siccité compris entre 20 et 45 %. Elle passe ensuite dans le séchoir 140 où elle subit un séchage augmentant sa siccité jusqu'à un taux compris entre 50 et 90 %. La feuille est ensuite appliquée sur un cylindre sécheur yankee 18 où elle est séchée jusqu'à une siccité de l'ordre de 95 %. La feuille séchée est décollée du cylindre au moyen d'une racle de crêpage comme cela est connu lorsqu'on fabrique un produit crêpé. Il est à noter que le schéma de la figure 4 est un schéma de principe qui ne représente pas la totalité des éléments nécessaires au fonctionnement dans la pratique, tels que notamment l'utilisation de systèmes ou de toiles de convoyage additionnels.
Il entre également dans le cadre de l'invention de combiner l'essorage sous haut vide de l'invention avec exclusivement un séchage du type à air traversant conventionnel.
On a réalisé des essais sur une machine pilote pour mettre en évidence l'in¬ fluence des différents paramètres sur l'efficacité de l'essorage et du séchage
I - Influence de la siccité initiale
On a testé le procédé sur une feuille de papier essuie-tout du commerce, réalisé en ouate de cellulose ou tissu ouaté crêpé, tel que celui commercialisé sous la marque O'KAY On l'a humidifiée en pulvérisant des quantités mesurées d'eau.
La machine pilote comprend un support plan, pourvu d'une fente à vide, sur le¬ quel se déplace une grille perméable à l'air La vitesse de la grille peut être réglée à une valeur de consigne déterminée. Une buse alimentée en air pouvant être chauffé est dis- posée au-dessus de la grille, au niveau de la fente à vide Cette dernière communique avec une source de vide réglée à 250 mbars
On a réalisé 4 séries d'essais en faisant varier le taux de siccité initial de la feuille. Pour les 4 séries, on a fixé la température de l'air issu de la buse, et la durée du séchage auquel les échantillons étaient soumis, (en réglant la vitesse de déplacement de la grille au-dessus de la fente à vide)
Ces valeurs étaient les suivantes numéro de la série d'essais 1 2 3 4 température de l'air (°C) ambiant 150 150 150 temps de séchage (sec ) 9/100 4 5/100 6/100 9/100 On a relevé pour plusieurs valeurs de siccité initiale, la valeur de la siccité atteinte par les échantillons On a reporté sur un graphique, figure 5, ces valeurs
On constate que, si l'air est à la température ambiante, courbe (1), le taux de siccité atteint ne dépasse pas 45 % qu'elle que soit la siccité initiale. Pour un même temps de séchage (9/100 sec), l'air chaud permet d'assurer une siccité comprise entre 65 et 75 %, courbe (4) II - Influence du temps de séchage.
On a réalisé deux nouvelles séries d'essais sur des échantillons de papier tissue de grammage 17,6 g/m2 et de même taux initial de siccité. La source de vide était ré¬ glée à 340 mbars.
Pour la première série (1), l'air d'alimentation de la buse était aux conditions de l'ambiance (20 °C et 5 g de vapeur d'eau par kg d'air sec)
Pour la deuxième série (2), l'air était préchauffé à 200 °C et fortement humidi- fié. La température humide mesurée était de 64 °C (120 g de vapeur d'eau par kg d'air sec).
On a mesuré la siccité atteinte par les échantillons pour des valeurs croissantes du temps de séchage auquel ils étaient soumis. La figure 6 reproduit le graphe obtenu. On constate qu'à température ambiante, courbe (1 ), il n'est pas possible de dépasser 40-45 % de siccité, même si le temps est long. En revanche, l'air chaud humide, courbe (2), permet de dépasser très rapidement cette valeur. On constate également que la vitesse d'essorage est toujours supérieure. Cela ressort très nettement des courbes (1') et (2') respectivement, représentant en échelle logarithmique la vitesse d'essorage en kg d'eau extraite par heure et par m2 en relation avec la siccité de la feuille. Comparativement, un séchage par soufflage d'air traversant conventionnel (dit du type à air traversant), présentant les caractéristiques suivantes:
- vitesse de toile, 760m/min.
- température sèche de l'air, 200 °C
- cylindre de 3.60m de diamètre, ouvert sur 270° amène la feuille à 65 % de siccité en 67/100 sec. Le temps de séchage du sécheur selon l'invention est donc de 7 à 8 fois plus court, pour un vide 5 à 10 fois plus fort.
III - Incidence de la quantité d'humidité dans l'air traversant sur la capacité d'essorage d'une feuille très humide.
On a procédé à des essais sur une machine à papier pilote de faible laize, com¬ prenant une section de formation avec toile de formation, un moyen de transfert sur une toile de type marqueuse, une section de séchage par air traversant pouvant être bi- passée, un cylindre sécheur de type yankee avec une presse de transfert. Pour les be¬ soins de ces essais, on a disposé une section d'essorage/ séchage, conforme à l'inven¬ tion, au niveau de la toile marqueuse. L'ensemble du dispositif correspondait schémati- quement à celui de la figure 4. On a procédé à trois séries d'essais. Les paramètres opératoires étaient les suivants :
série 1 série 2 série 3 grammage de la feuille (g/m2) 21 22 22 dépression (mbars) 350/400 350/400 350/400 flux massique d'air (kg/m2s) 19/20 19/20 19/20 température sèche de l'air(°C) ambiante 180/200 180/200 température humide de l'air (°C) au soufflage 13 65 70 à l'aspiration 13 52 56
On a reporté dans un repère orthonormé, pour plusieurs valeurs de temps de séchage, les valeurs de siccité correspondantes de la feuille Après lissage des valeurs, on obtient les courbes (1), (2), (3) de la figure 7, correspondant aux séries 1, 2 et 3.
On constate que la vitesse d'essorage, correspondant à la pente des courbes, dans la zone comprise entre 15 et 35 % de siccité où l'essorage s'effectue essentiellement par entraînement d'eau liquide, augmente avec la quantité de vapeur contenue dans l'air Exprimée en kg d'eau extraite par heure et par m2, la vitesse d'essorage moyenne dans la zone indiquée a été série 1 série 2 série 3 vitesse d'essorage (kg/hr/m2) 3980 6100 7600
IV - Incidence du procédé de l'invention sur le bouffant de la feuille
On a procédé à des essais de production de papier tissue sur la machine à pa¬ pier pilote précédente avec toile marqueuse. Pour ces essais, les produits fabriqués avaient sensiblement tous le même grammage et une même composition de fibres. Ils ont tous été séchés et crêpés sur le yankee à une même siccité, 95 %. On a mesuré la siccité à l'entrée du yankee ainsi que le bouffant (cm3/g) de la feuille après crêpage
Première série d'essais (1) : On a utilisé le dispositif d'essorage, sans chauffer l'air, comme une boite à vide conventionnelle associée à une toile marqueuse d'une installation de séchage par air traversant
Deuxième série d'essais (2) : On a utilisé le dispositif d'essorage de l'invention seul, en réglant les paramètres temps et humidité de l'air de façon que la feuille ait une siccité à l'entrée du yankee de 50 % Troisième série d'essais (3) : On a combiné l'essorage de l'invention avec boite à vide alimentée en air chaud et humide et un séchage par air traversant conventionnel.
Sur la figure 8, on a reporté la valeur du bouffant de la feuille obtenue pour les trois séries (1,2,3). On obtient trois nuages de points correspondant (1), (2) et (3) On constate que l'on obtient un bouffant compris entre 15 et 17 cm3/g en sé¬ chant la feuille, selon le procédé de l'invention appliqué seul (2), à une siccité de 50 % seulement. Dans le procédé du type par soufflage d'air traversant conventionnel (1), il est nécessaire de sécher jusqu'à 60-65 %.
En combinant, les deux procédés (3), on observe un accroissement sensible du bouffant de la feuille, entre 19 et 21 cm3/g.
Sans être lié par une explication quelconque, le procédé de l'invention permet de mieux conformer les fibres à la géométrie de la toile marqueuse car les fibres sont plus chaudes donc plus souples que dans une boite à vide de l'art antérieur dont l'air est à température ambiante. On sèche en outre plus brutalement les fibres après leur mise en forme par le haut vide. Ainsi, on stabilise la structure plus tôt avec une humidité moyenne plus faible. On peut donc coller la feuille à la paroi du cylindre sécheur yankee avec une siccité plus faible que dans la cadre d'un séchage à air traversant conventionnel, en obtenant le même gonflant.
On décrit ci-après, un autre mode de réalisation de l'invention en relation avec la figure 9. On a représenté sur cette figure, la partie séchage d'une machine à papier, incorporant un séchoir du type à air traversant 101 , conventionnel, avec un cylindre rotatif à paroi poreuse 102 et les hottes de soufflage d'air 103. Une toile 104, du type marqueuse par exemple, supporte la feuille issue de la section de formation, et est en¬ traînée à travers le séchoir, autour du cylindre 102. Conformément à l'invention, on a disposé en amont du cylindre 102 un caisson de reprise 105 dont la fente d'aspiration est ouverte sur le coté de la toile 104 opposé à la feuille. Le caisson 105 est en communication avec une source de haut vide, entre 100 et 500 mbars. Contrairement aux installations de l'art antérieur, où la fente aspire l'air ambiant, le présent caisson de reprise est en communication, du côté de l'aspira- tion. avec un caisson de distribution d'air chaud 106. La température sèche de l'air est comprise entre 100 et 500 °C. Sa température humide est comprise entre 50 et 90 °C.
Conformément à une nouvelle caractéristique de l'invention, on module dans le sens travers le taux d'humidité de cet air. En effet, comme on l'a montré plus haut, l'efficacité de l'essorage d'eau sous forme liquide de la feuille par le dispositif est d'autant plus élevée que le taux d'humidité transportée par le flux d'air chaud traversant est plus élevé. On profite de cette propriété pour moduler le profil d'humidité résiduelle de la feuille dans le sens travers.
Dans ce but, on a divisé le caisson 106 en un grand nombre de caissons plus petits 106', adjacents, au moyen de parois de séparation disposées en travers du caisson 106 à intervalles réguliers. A l'intérieur de chaque caisson 106', on a placé une rampe 107 d'injection de vapeur, de préférence surchauffée. Chaque rampe est alimentée en vapeur depuis un collecteur par l'intermédiaire d'une vanne 107' dont l'ouverture est commandée en fonction de la valeur de consigne dépendant de la siccité souhaitée pour la zone correspondante de la feuille. En mesurant la siccité de la feuille pour chacune de ces zones en aval du séchoir, ou en aval du cylindre yankee qui fait suite au séchoir, et en commandant corrélativement chacune des vannes 107', on peut ainsi corriger le profil de siccité de la feuille en sortie du séchoir ou à la sortie du cylindre yankee qui fait suite au séchoir.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé d'essorage d'une feuille de matière cellulosique, notamment une feuille de papier humide de grammage à l'état sec compris entre 10 et 80 g/m2 et pré- sentant initialement un taux de siccité compris entre environ 8 et environ 30 % par exemple après égouttage sur la toile de formation, consistant à supporter ladite feuille sur une toile perméable et à la faire traverser par au moins un flux d'air chaud à vitesse élevée, caractérisé en ce que le flux d'air est engendré par une dépression de 100 à 500 millibars créée sous la toile. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'air est à une tempé¬ rature sèche comprise entre 100 °C et 500 °C.
3) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'air est à une température humide comprise entre 50 °C et 90 °C
4) Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit flux d'air circule en circuit fermé, après avoir traversé la dite feuille il est, successivement :
- collecté par un caisson de reprise maintenu sous une dépression de 100 à 500 mbars,
- conduit vers un moyen de séparation air/eau pour que soit éliminée l'eau en suspension, - comprimé à une pression supérieure à la pression atmosphérique,
- réchauffé à une température comprise entre 100°C et 500°C,
- guidé vers la surface de la feuille supportée par la toile perméable en mouvement qu'il traverse.
5) Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une partie de l'air comprimé est évacuée vers l'extérieur et une quantité correspondante est intro¬ duite dans le circuit, afin de maintenir l'air entrant dans ledit caisson de distribution à une température humide comprise entre 50 et 90°C.
6) Procédé d'essorage selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la feuille est traversée par au moins un deuxième flux d'air chaud en aval du premier, dont la température humide est différente, de préférence inférieure.
7) Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que les deux flux d'air font parties de deux circuits fermés distincts, chacun des circuits comprenant les étapes de procédé selon la revendication 4 et au moins le premier circuit comportant un moyen de séparation air/eau. 8) Procédé de fabrication d'une feuille de papier mettant en oeuvre une méthode d'essorage sous haut vide selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on augmente la siccité de la feuille après égouttage d'une valeur comprise entre environ 8 et environ 30 % jusqu'à une valeur comprise entre environ 35 et environ 75 %, de préférence entre environ 35 et environ 50 % par ladite méthode d'essorage sous haut vide, et en ce qu'on sèche ensuite la feuille au moyen d'un cylindre de type yankee jusqu'à une siccité de l'ordre de 95 %.
9) Procédé de fabrication d'une feuille de papier mettant en oeuvre une méthode d'essorage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on augmente la siccité de la feuille après égouttage d'une valeur comprise entre environ 8 et environ 30 % jusqu'à une valeur comprise entre environ 35 et environ 75 %, par ladite méthode d'essorage, la toile de convoyage étant alors une toile du type "marqueuse", et en ce que l'on sèche ensuite la feuille sur un cylindre de type yankee jusqu'à une siccité de 95 %. 10) Procédé de fabrication d'une feuille de papier mettant en oeuvre une méthode d'essorage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on augmente la siccité de la feuille après égouttage d'une valeur comprise entre environ 8 et environ 30 % jusqu'à une valeur comprise entre environ 20 et environ 45 %, par ladite méthode d'essorage, la toile de convoyage étant alors une toile du type "marqueuse" et en ce que l'on sèche ensuite sur cette même toile par au moins un dispositif de séchage du type à air traversant jusqu'à une siccité comprise entre environ 50 et environ 90 % et enfin sur un cylindre yankee associé à une racle de crêpage jusqu'à une siccité de l'ordre de 95 %.
1 1) Procédé de fabrication d'une feuille de papier mettant en oeuvre une méthode d'essorage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on augmente la siccité de la feuille après égouttage d'une valeur comprise entre environ 8 et environ 30 % jusqu'à une valeur comprise entre environ 20 et environ 45 %, par ladite méthode d'essorage, la toile de convoyage étant alors une toile du type "marqueuse" et en ce que l'on sèche ensuite sur cette même toile par au moins un dispositif de séchage du type à air traversant jusqu'à une siccité de l'ordre de 95 %.
12) Procédé de fabrication d'une feuille de papier la revendication 10 ou 1 1 caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'air alimentant la caisse de distribution est extraite dudit dispositif de séchage du type à air traversant.
13) Procédé de fabrication d'une feuille de papier l'une des revendications 8 à 10 caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'air alimentant la caisse de distribution est extraite des hottes de séchage du dispositif de séchage à cylindre yankee.
14) Procédé de fabrication d'une feuille de papier mettant en oeuvre un moyen d'essorage selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'on injecte des quantités dosées de vapeur d'eau dans le flux d'air chaud avant son passage au travers de la feuille notamment modulées dans le sens travers de la feuille afin de faire varier l'humidité du flux d'air chaud avant sa traversée de la feuille
15) Procédé selon les revendications 7 et 14 caractérisé en ce qu'on injecte la vapeur dans le premier flux. 16) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend :
- une toile perméable mobile avec une face pour supporter une feuille à essorer,
- un caisson de distribution d'air avec un conduit d'entrée d'air et une ouverture de distribution tournée vers ladite face,
- un moyen pour chauffer l'air admis dans le conduit d'entrée d'air,
- un caisson de reprise de l'air issu du caisson de distribution, disposé du côté opposé à ladite face, avec au moins une fente d'aspiration en face de l'ouverture de distribution du caisson de distribution, - un moyen pour maintenir le caisson de reprise à une dépression de 100 à 500 mbars.
17) Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comprend, en outre :
- un séparateur air/eau communiquant avec le caisson de reprise, - un compresseur d'air communiquant avec le séparateur air/eau,
- un moyen de chauffage de l'air communiquant avec le compresseur,
- un conduit mettant en communication le moyen de chauffage avec le caisson de distribution.
- un moyen d'évacuation d'air communiquant avec le compresseur. - un moyen d'introduction d'air communiquant avec le moyen de chauffage.
18) Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comprend un groupe à turbine à gaz, entraînant ledit compresseur, et en ce que ledit moyen de chauffage est alimenté par les gaz d'échappement dudit groupe.
19) Dispositif selon la revendication 17 caractérisé en ce qu'il comprend un groupe à turbine à gaz, entraînant ledit compresseur, et en ce que ledit moyen de chauffage est constitué par un échangeur de chaleur en communication avec les gaz d'échappement dudit groupe d'une part et avec le flux d'air issu dudit compresseur d'autre part.
20) Dispositif selon l'une des revendications 16 à 19 caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux circuits pour l'air d'essorage avec des caissons de distribution pour des zones successives, au moins le premier circuit alimentant la première zone comportant un dispositif séparateur air/ eau
21) Dispositif selon l'une des revendications 16 à 20 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'injection de vapeur disposés à l'intérieur du premier au moins des caissons de distribution.
22) Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que le caisson de distribution est compartimenté en une pluralité de caissons disposés dans le sens travers par rapport au sens machine, au moins un des compartiments comprenant un moyen d'injection de vapeur. 23) Feuille de papier fabriquée selon l'une des revendications 1 à 15.
24) Feuille de papier à haut bouffant fabriquée selon l'une des revendications 1 à 15.
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