WO2007045780A2 - Installation pour la préparation d'une composition de couchage - Google Patents

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WO2007045780A2
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Thierry Leduc
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Abb France
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22—Addition to the formed paper
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
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    • B01F27/91—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with propellers
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    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/82—Combinations of dissimilar mixers
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/50—Mixing receptacles
    • B01F35/53—Mixing receptacles characterised by the configuration of the interior, e.g. baffles for facilitating the mixing of components
    • B01F35/531—Mixing receptacles characterised by the configuration of the interior, e.g. baffles for facilitating the mixing of components with baffles, plates or bars on the wall or the bottom

Definitions

  • the invention relates to an installation for preparing a coating composition intended to deliver a coating color to a paper machine coating head. It is more specifically an architecture of such an installation, intended to improve its reactivity vis-à-vis the desired development of the composition of the coating color.
  • the coating heads are fed with a composition that includes various ingredients of very varied natures. These various ingredients may be pigments, fillers, binders or chemicals, intended to give the paper special mechanical, visual and tactile qualities.
  • coating kitchens The installations making it possible to produce this composition are generally referred to as "coating kitchens" and make it possible to ensure the mixing of the various ingredients in order to deliver to the coating head a homogeneous composition in order to give the coated paper the desired properties.
  • a first family corresponds to so-called "batch" cooking kitchens in which the various ingredients are metered in a first step, then mixed for a sufficient time to ensure the homogeneity of the coating color.
  • This sauce is then stored in a storage tank of sufficient capacity to be able to continuously feed the actual coating installation.
  • This type of installation has the advantage of being able to adapt to compositions and methods of elaboration extremely varied coating of sauce.
  • the determination is carried out with good precision, insofar as the mixing is carried out on a relatively high volume.
  • the other main technique used for the preparation of this coating color is a "continuous" working technique. More specifically, in this technique, a mixer is used to receive the different components and ingredients of the coating color. These different components are dosed online in the mixer using flow meters and variable flow pumps. This mixer works overflow, and ensures a sufficient mixing time to deliver to the coating plant the sauce thus prepared.
  • This technique has the main advantage of limiting the necessary infrastructure, and therefore the cost of installation. In addition, it is relatively reactive, insofar as it does not require an intermediate storage bin, and therefore allows very rapid reaction to changes in formulas.
  • a hybrid plant is described in document FR 2,745,828 which comprises a plurality of hoppers containing the different ingredients of the composition. These different ingredients are mixed inside a first pre-mixer tank, intended to mix and homogenize all of these ingredients. This pre-mixer tank then feeds a reactor inside which stirring means ensure a shear of the composition in preparation. This shearing is necessary to give the coating color its homogeneity, and to allow the establishment of a physicochemical balance. This reactor feeds by pouring a buffer capacity which continuously delivers the coating color to the actual coating installation.
  • One of the objectives of the invention is to enable the manufacture of a coating color which is done with very high precision, as is the case with the so-called "batch" technique.
  • Another objective of the invention is to ensure a very high reactivity to the composition change, with a reaction time of the same order as that observed for so-called "continuous" installations.
  • Another object of the invention is to provide an installation which has a limited number of equipment.
  • the invention therefore relates to an installation for the preparation of a coating composition for feeding a paper machine coating head or the like.
  • this installation comprises a plurality of hoppers intended to deliver each of the ingredients of the coating composition. These hoppers feed a pre-mixer, allowing it to mix these different ingredients.
  • This pre-mixer tank feeds a second mixing tank, which includes stirring means and composition in preparation, in particular to ensure its shear.
  • the mixing tank comprises partitions, which delimit at least two chambers communicating with each other, and arranged in series. Each of these chambers comprises specific agitation means, that is to say with properties and characteristics that can be optimized for each of these chambers.
  • the feeding of the coating head is therefore from the downstream chamber of the mixing tank.
  • the invention therefore consists in using a mixing tank which makes it possible to act as a maturator, since the coating color remains there for a much longer residence time, for the whole of the physicochemical reactions. resulting from the agitation takes place.
  • the upstream chamber of the characteristic mixer also plays the role of a buffer capacity, and thus receives the previously homogenized coating sauce, which is in the intermediate state preceding the ripening phase.
  • This configuration advantageously makes it possible to introduce a certain number of complementary ingredients, and in particular dyes, at the characteristic downstream chamber, that is to say the one where the draw takes place for feeding the head of the sleeping. This therefore makes it possible to benefit from a great reactivity, insofar as the complementary ingredients are introduced into the terminal part of the maturing mixer tank, and are therefore very quickly available in the case of the consumable coating sauce, in comparison with the ingredients introduced. at the level of the first pre-mixer tank.
  • the introduction means of these complementary ingredients can therefore advantageously be controlled according to information developed by control devices and measuring the quality of the paper produced.
  • the control means of the means for introducing the additional ingredients can be controlled according to information measured on the paper machine.
  • the invention makes it possible to adapt the composition of the coating color, as well as its properties, directly as functions of controls carried out on the paper during production. It is thus possible to correct a defect in the course of appearance, modifying almost in real time the composition of the coating color. It will be noted by contrast that in the prior art, these defects are corrected by directly affecting the composition of the dough. paper, or manually on the composition of the coating sauce, so with a much slower and cumbersome implementation.
  • the characteristic mixing tank may comprise three separate chambers arranged in series.
  • the intermediate chamber preferably comprises stirring means which have a shear rate higher than the shear rate of the stirring means of the downstream chamber and the upstream chamber, at which advantage is advantageously the feed from the pre-tank. -mélangeur.
  • the mixture is maintained in the pre-mixer tank.
  • this maturation is maintained, possibly adding the complementary dyes. This addition may require a higher specific brewing capacity in the downstream chamber.
  • the characteristic partitions present inside the mixing tank, and which define the different chambers can advantageously be mobile, with a capacity of adjustment of their inclination with respect to the axis of the mixing tank .
  • This adjustment capacity can be dynamic, that is to say be available during a cycle of operation, so as to dynamically evolve the operating parameters.
  • this adjustment capacity can optionally also be one-off, especially for washing operations, in which it may be useful to obtain only one single chamber within which the spraying means can act uniformly.
  • these partitions may also include prominent elements acting as a counter-blade vis-à-vis the mixing means.
  • the maturing tank may optionally include a complementary inlet, allowing the recycling of the coating that is not consumed, and which is stored in a safety tank upstream of the final tray of the sleeping installation.
  • Figure 1 is a schematic representation of the installation according to the invention.
  • FIG. 2 is a simplified longitudinal sectional view of the mixing tank illustrated in FIG.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the mixing tank above the partition walls between chambers.
  • Figure 4 is a schematic side view illustrating a possible mechanism for adjusting the orientation of shutters forming partitions.
  • the installation (1) illustrated in Figure 1 mainly comprises a set of hoppers (2, 3) containing the different ingredients of the future coating sauce, and a first pre-mixer tank (4) and a second mixer tank (5). More specifically, a portion of the hoppers (2, 3) containing ingredients is connected by a set of appropriate pipes (7-9) to the pre-mixer tank (4).
  • These hoppers (2, 3) can deliver different types of ingredients, including pigments, which are usually the first ingredients introduced into the premixer. In practice, these pigments may be based on clay, carbonate, kaolin, talc and other mineral fillers. It may be useful to use several hoppers (2, 3), especially to ensure the introduction of auxiliary pigments, and avoid causing certain mixtures that may have a tendency to precipitate.
  • These different hoppers (2, 3) are fed from the different tanks with flow meters and volumetric pumps commonly used in so-called "batch” installations.
  • the different hoppers (2, 3) are connected to the pre-mixer tank (4) via appropriate pipes (7, 9), equipped with valves (10, 11) allowing the gravity flow of the contents of the hopper into the pre-mixer.
  • additives in a solid form, generally powder, which must be dissolved before their introduction inside the pre-mixer, to avoid the formation of agglomerates.
  • This system can be placed directly on the pre-mixer or on a re-circulation loop arranged on the pre-mixer draining circuit.
  • the pre-mixer tank (4) is equipped with stirring means (14) such as a turbine with a high shear rate, typically with a peripheral speed greater than 20 meters per second.
  • stirring means (14) such as a turbine with a high shear rate, typically with a peripheral speed greater than 20 meters per second.
  • ingredients such as dispersing agents, biocides, defoamers, lubricants and insolubilizers, which can be metered directly into the pre-mixer tank (4), into the extent to which they are introduced in a small proportion, and thus metered by metering pumps (16), appropriate flow meters or any other suitable metering means.
  • Some ingredients can be introduced from the bottom of the pre-mixer tank, so as to avoid the formation of foam and the introduction of air.
  • These various products may in particular be binders based on latex, polyvinyl acrylate and carbomethyl cellulose (CMC).
  • the pre-mixer tank (4) is connected to the second mixing tank (5), also called “maturator”, via a pipe (18) and a pump mechanism (19) allowing the transfer of the coating sauce in preparation, when the mixture of ingredients is complete, typically after a few minutes of agitation.
  • the pump (19) allowing the transfer from the pre-mixer tank (4) to the maturator (5) operates out of recirculation to avoid intermittent operation and that this recirculation can be used with a system wetting powders.
  • a mother remains permanently in the pre-mixer (4) to prevent this pump (19) running idle.
  • the second mixer or maturation tank (5) has a characteristic architecture, which confers on the invention numerous advantages.
  • the tray maturator comprises different substantially horizontal partitions for delimiting different rooms, communicating with each other through limited openings.
  • the maturation tank (5) comprises two partitions (21, 22) defining three distinct chambers (22-24).
  • the upstream or upper chamber (22) receives the feed of the sauce prepared from the pre-mixer tank (4).
  • This first chamber has a volume greater than the chamber of the pre-mixer tank, so as to accept the coating color in preparation, even in case of low consumption at the coating head.
  • the upstream chamber (22) has a capacity of about one and a half times that of the pre-mixer tank (4).
  • This upstream chamber (22) comprises stirring means (27), which are mounted on an axis (28) common to all the chambers of the maturator (5).
  • the agitation performed at this upper chamber is intended to homogenize the mixture, that is to say to avoid settling phenomena, while preventing the formation of vortices that can cause the formation of foam.
  • the amount of sauce prepared in the upper chamber can therefore be variable depending on the one hand, the consumption at the coating head (31), and preparation cycles at the pre-mixer tank (4). .
  • the upper partition (20) thus separates the upstream chamber (22) from the intermediate chamber (23) within which maturation of the coating color takes place.
  • the volume of the intermediate chamber (23) is typically of the order of three quarters of the capacity of the pre-mixer tank (4), so as to guarantee a residence time in this intermediate chamber equal to the cycle time, that is to say the time of realization of the coating color at the pre-mixer tank.
  • the stirring means of the intermediate chamber act more intensively than in the upstream chamber, typically with high shear rates of the order of 20 meters per second at peripheral speed, so as to facilitate the coating of the pigments with the binders especially.
  • the residence time inside the intermediate chamber (23) is therefore of the order of a few tens of minutes maximum, which makes it possible to stabilize the viscosity and the pH of the sauce in preparation, and to obtain a balance of the different physicochemical reactions that may occur between the different constituents.
  • the lower partition (21) of the maturing tank makes it possible to separate the intermediate chamber (23) from the downstream chamber (24).
  • complementary ingredients such as dyes, characterized by a very small particle size, in particular with regard to the pigments, are introduced.
  • Certain other agents such as optical brightening agents (OBAs) can be introduced at the downstream chamber. It is also possible for certain applications, where the dyes have a high viscosity, to introduce these dyes into the intermediate chamber, or even upstream if necessary, in order to benefit from a longer mixing time.
  • the capacity of the downstream chamber (24) is chosen to ensure a sufficiently large transit time, combined with a stirring (30) sufficient to facilitate the coating of the dyes by the binders.
  • the maturation tank (5) is equipped with a withdrawal outlet (31), to continuously supply the final tray (34) of the coating machine, with the same flow rate as the consumption of the paper machine.
  • corrections may result from the analysis performed by a device (33) evaluating the quality or any other property of the coated paper.
  • a device (33) evaluating the quality or any other property of the coated paper.
  • This device (33) can thus act almost directly on the supply of the maturing tank (5) in complementary corrective ingredients. These complementary ingredients being introduced at the end of the preparation circuit of the coating color, they are more rapidly present at the level of the coating color delivered to the coating head.
  • the partitions delimiting the various chambers of the maturing tank consist of articulated flaps (35-37), which are contiguous in their extreme position corresponding to the illustration of FIG. in this case, the three flaps (35-37) substantially follow a shape of third disc, and are joined at their rectilinear sides (38, 39).
  • the central portion (40) is recessed to allow the drive shaft (28) to pass through the stirring means, and to define a passage opening between the two successive chambers.
  • multiple forms can be envisaged to achieve these components, and the invention is not limited to the single form illustrated.
  • these flaps (35-37) have a pivoting ability relative to an axis (42) defined relative to fixed points (43-44) inside the maturing tray. Pivoting about this axis (42) makes it possible on the one hand to modify the geometry of the chamber delimited by the partitions (20), as well as to increase the area of the opening (40) for exchange between chambers clear;
  • FIG. 4 A mechanism for ensuring the variation of inclination of these flaps is illustrated in FIG. 4.
  • Such a mechanism includes a rod (51) connecting the two flaps (37, 47) superimposed belonging to the two partitions.
  • a link mechanism (52-56) arranged in the upper chamber of the maturation tank (5) allows the flaps (37, 47) to be pivoted about their pivot axis (36) to give them the inclination illustrated in dotted lines in Figure 4.
  • An inclination of the order of ten degrees relative to the horizontal may be useful to prevent settling phenomena in normal stirring, and facilitate evacuation in the emptying phase.
  • the cleaning of the interior of the maturing tank (5) can be ensured by the presence of washing nozzles (58) arranged at appropriate locations.
  • the installation according to the invention has many advantages, in particular that of ensuring a high reactivity in terms of adjustment of the coating color. This reactivity is achieved with a small dosing capacity, suitable points of introduction, and a relatively limited amount of material with respect to the mixing tanks.
  • such an installation can be interfaced with analysis means present on the paper machine, so as to act dynamically and in a very short time, directly on the coating color, in addition to or in replacement of the action on the pulp.

Abstract

Installation (1) pour la préparation d'une composition de couchage, et l'alimentation en ladite composition d'une tête de couchage de machine à papier (34) ou analogue, comprenant : une pluralité de trémies (2, 3) aptes à délivrer chacune un ingrédient de ladite composition; un bac pré-mélangeur (4), alimenté par lesdites trémies; un bac mélangeur (5) alimenté par le bac pré-mélangeur (4), et incluant des moyens d'agitation (27, 29, 30) de la composition en préparation; caractérisée en ce que le bac mélangeur (5) comporte des cloisons (20, 21) délimitant au moins deux chambres (22-24) communiquant et disposées en série, chaque chambre (22- 24) incluant des moyens d'agitation spécifique (27, 39, 30), l'alimentation de la tête de couchage (31) se faisant à partir de la chambre aval du bac mélangeur (5).

Description

INSTALLATION POUR LA PREPARATION D'UNE COMPOSITION DE
COUCHAGE
Domaine technique L'invention concerne une installation de préparation d'une composition de couchage, destinée à délivrer une sauce de couchage à une tête de couchage de machine à papier. Elle vise plus précisément une architecture d'une telle installation, destinée à améliorer sa réactivité vis-à-vis de l'évolution souhaitée de la composition de la sauce de couchage.
Techniques antérieures
De manière générale, les têtes de couchage sont alimentées par une composition qui inclut différents ingrédients de natures très variées. Ces différents ingrédients peuvent être des pigments, des charges, des liants ou des produits chimiques, destinés à conférer au papier des qualités mécaniques, visuelles et tactiles particulières.
Les installations permettant de réaliser cette composition sont généralement appelées "cuisine de couchage" et permettent d'assurer le mélange des différents ingrédients en vue de délivrer à la tête de couchage une composition homogène pour conférer au papier couché les propriétés souhaitées.
En pratique, on connaît deux modes principaux de fonctionnement des cuisines de couchage, qui induisent deux types d'architecture différentes.
Ainsi, une première famille correspond aux cuisines de couchage dites "batch" dans lesquelles les différents ingrédients sont dosés dans une première étape, puis mélangés pendant une durée suffisante pour assurer l'homogénéité de la sauce de couchage. Cette sauce est ensuite stockée dans un bac de stockage de capacité suffisante pour pouvoir alimenter de manière continue l'installation de couchage proprement dite.
En revanche, l'inconvénient majeur de cette technique "batch" réside dans le temps relativement important nécessaire à la réalisation de la sauce de couchage, et les importantes capacités de stockage intermédiaire nécessaires, ce qui ne permet donc pas à un tel système de changer rapidement en ligne de formules. En outre, les équipements utilisés sont de taille assez importante, de sorte que le coût d'une telle installation est relativement élevé.
Ce type d'installation présente l'avantage de pouvoir s'adapter à des compositions et des modes d'élaboration extrêmement variés de sauce de couchage. En outre, le dosage s'effectue avec une bonne précision, dans la mesure où le mélange est effectué sur un volume relativement élevé.
L'autre technique principale utilisée pour la préparation de cette sauce de couchage est une technique de fonctionnement en "continu". Plus précisément, dans cette technique, un mélangeur est utilisé pour recevoir les différents composants et ingrédients de la sauce de couchage. Ces différents composants sont dosés en ligne dans le mélangeur à l'aide de débitmètres et de pompes à débit variable. Ce mélangeur travaille en débordement, et assure un temps de mélange suffisant pour délivrer à l'installation de couchage la sauce ainsi préparée.
Cette technique présente l'avantage principal de limiter l'infrastructure nécessaire, et donc le coût d'installation. En outre, elle est relativement réactive, dans la mesure où elle ne nécessite pas de bac de stockage intermédiaire, et permet donc la réaction très rapide à des changements de formules.
En revanche, l'inconvénient principal de cette technique "continue" réside dans sa difficulté à s'adapter à des évolutions radicales de formules en particulier des changements trop importants de quantités à doser. De même, la technique dite "continue" n'est pas adaptée lorsque la réalisation de la sauce de couchage nécessite l'introduction séquentielle des différents ingrédients pour des raisons chimiques.
En outre, les précisions atteintes avec le matériel de dosage existant sont généralement insuffisantes pour pouvoir prendre en compte des variations importantes des proportions des différents d'ingrédients.
Une solution a déjà été proposée par le Demandeur pour combiner les techniques dites "batch" et "continue" et ainsi bénéficier de leurs avantages respectifs. Ainsi, une installation hybride est décrite dans le document FR 2 745 828 qui comporte une pluralité de trémies contenant les différents ingrédients de la composition. Ces différents ingrédients sont mixés à l'intérieur d'un premier bac pré- mélangeur, destiné à mélanger et homogénéiser l'ensemble de ces ingrédients. Ce bac pré-mélangeur alimente ensuite un réacteur à l'intérieur duquel des moyens d'agitation assurent un cisaillement de la composition en préparation. Ce cisaillement est nécessaire pour donner à la sauce de couchage son homogénéité, et permettre l'établissement d'un équilibre physico-chimique. Ce réacteur alimente par déversement une capacité tampon qui délivre de façon continue la sauce de couchage à l'installation de couchage à proprement parler.
Cette installation ne donne pas entière satisfaction notamment parce que le déversement de la sauce de couchage dans la capacité tampon provoque inévitablement l'introduction d'air dans la sauce de couchage.. Les trémies sont assez peu adaptées aux petits volumes et le fonctionnement du réacteur n'est pas satisfaisant. En outre et surtout, une telle installation présente une réactivité relativement limitée pour adapter rapidement la composition de la sauce de couchage pour notamment les changements de produits sur les machines à papier.
Un des objectifs de l'invention, est donc de permettre la fabrication d'une sauce de couchage qui se fasse avec une très grande précision, comme c'est le cas avec la technique dite "batch".
Un autre objectif de l'invention est d'assurer une très grande réactivité au changement de composition, avec un temps de réaction du même ordre que celui observé pour les installations dites "continues".
Un autre objectif de l'invention est de fournir une installation qui présente un nombre d'équipements limité.
Exposé de l'invention
L'invention concerne donc une installation pour la préparation d'une composition de couchage, en vue de l'alimentation d'une tête de couchage de machine à papier ou analogue. De façon classique, cette installation comporte une pluralité de trémies destinées à délivrer chacun des ingrédients de la composition de couchage. Ces trémies alimentent un bac pré- mélangeur, lui permettant de mélanger ces différents ingrédients.
Ce bac pré-mélangeur alimente un second bac mélangeur, qui inclut des moyens d'agitation et de composition en préparation, afin d'assurer notamment son cisaillement. Conformément à l'invention, le bac mélangeur comporte des cloisons, qui délimitent au moins deux chambres communiquant l'une avec l'autre, et disposées en série. Chacune de ces chambres comporte des moyens d'agitation spécifique, c'est-à-dire avec des propriétés et des caractéristiques qui peuvent être optimisées pour chacune de ces chambres. L'alimentation de la tête de couchage se fait donc à partir de la chambre aval du bac mélangeur.
En d'autres termes, l'invention consiste donc à utiliser un bac mélangeur qui permette d'assurer le rôle de maturateur, puisque la sauce de couchage y demeure pendant un temps de séjour beaucoup plus important, pour que l'ensemble des réactions physicochimiques résultant de l'agitation ait lieu.
La chambre amont du mélangeur caractéristique joue également le rôle d'une capacité tampon, et reçoit donc la sauce de couchage préalablement homogénéisée, qui est dans l'état intermédiaire précédant la phase de maturation.
Cette configuration permet avantageusement d'introduire un certain nombre d'ingrédients complémentaires, et notamment des colorants au niveau de la chambre aval caractéristique, c'est-à-dire dont celle où a lieu le sous tirage pour l'alimentation de la tête de couchage. Ceci permet donc de bénéficier d'une grande réactivité, dans la mesure où les ingrédients complémentaires sont introduits dans la partie terminale du bac mélangeur maturateur, et sont donc très rapidement disponibles au niveau de la sauce de couchage consommable, en comparaison avec les ingrédients introduits au niveau du premier bac pré-mélangeur.
Les moyens d'introduction de ces ingrédients complémentaires peuvent donc avantageusement être pilotés en fonction d'informations élaborées par des dispositifs de contrôle et de mesure de la qualité du papier produit. Ainsi, les moyens de pilotage des moyens d'introduction des ingrédients supplémentaires peuvent être commandés en fonction d'informations mesurées sur la machine à papier. Autrement dit, l'invention permet d'adapter la composition de la sauce de couchage, ainsi que ses propriétés, directement en fonctions de contrôles effectués sur le papier en cours de production. Il est ainsi possible de corriger un défaut en cours d'apparition, en modifiant quasiment en temps réel la composition de la sauce de couchage. On notera par contraste que dans l'Art Antérieur, ces défauts sont corrigés en jouant directement sur la composition de la pâte à papier, ou manuellement sur la composition de la sauce de couchage, avec donc une mise en œuvre beaucoup plus lente et lourde.
Dans une forme particulière de réalisation, le bac mélangeur caractéristique peut comporter trois chambres distinctes disposées en série. La chambre intermédiaire comporte préférentiellement des moyens d'agitation qui présentent un taux de cisaillement supérieur au taux de cisaillement des moyens d'agitation de la chambre aval et de la chambre amont, au niveau de laquelle se fait avantageusement l'alimentation depuis le bac pré-mélangeur.
De la sorte, à l'intérieur de la chambre amont, on entretient le mélange réalisé dans le bac pré- mélangeur. A l'intérieur de la chambre intermédiaire a lieu la maturation grâce à une agitation axiale plus importante, et dans la chambre aval, on entretient cette maturation, en additionnant éventuellement les colorants complémentaires. Cette addition peut nécessiter une capacité de brassage spécifique supérieure dans la chambre aval.
Selon un autre aspect de l'invention, les cloisons caractéristiques présentes à l'intérieur du bac mélangeur, et qui définissent les différentes chambres, peuvent avantageusement être mobiles, avec une capacité de réglage de leur inclinaison par rapport à l'axe du bac mélangeur.
Il est ainsi possible de régler la géométrie des chambres caractéristiques, afin de modifier les propriétés de l'agitation qui a lieu au niveau de la chambre considérée. Cette capacité de réglage peut être dynamique, c'est-à-dire être disponible au cours d'un cycle de fonctionnement, de manière à faire évoluer dynamiquement les paramètres de fonctionnement.
Dans un cas particulier, il est ainsi possible d'augmenter la communication entre les différentes chambres, en diminuant très fortement les ouvertures de passage d'une chambre à l'autre, afin de créer une chambre quasi unique permettant d'homogénéiser l'intégralité du contenu du bac mélangeur. Cette capacité de réglage peut éventuellement être également ponctuelle, notamment pour des opérations de lavage, dans lesquelles il peut être utile de n'obtenir qu'une seule chambre unique à l'intérieur duquel les moyens d'aspersion peuvent agir uniformément. Avantageusement en pratique, ces cloisons peuvent également comporter des éléments proéminents, jouant le rôle de contre pale vis-à-vis des moyens de mélange.
En pratique, le bac maturateur peut éventuellement inclure une entrée complémentaire, permettant le recyclage de la sauce de couchage qui n'est pas consommée, et qui est stockée dans un bac de sécurité en amont du bac final de l'installation de couchage.
De multiples variantes peuvent être envisagées en ce qui concerne l'architecture globale de la cuisine de couchage, dans la mesure où elle respecte les principes de l'invention. Ainsi, il est possible que d'utiliser deux bacs maturateurs, alimentés par un seul bac pré- mélangeur, dans le cas où la machine de couchage assure un couchage recto- verso du papier.
Description sommaire des figures
La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées, dans lesquelles :
La figure 1 est une représentation schématique de l'installation conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale simplifiée du bac mélangeur illustré à la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe transversale du bac mélangeur au-dessus des cloisons de séparation entre chambres. La figure 4 est une vue de côté schématique illustrant un mécanisme possible de réglage de l'orientation des volets formant des cloisons.
Manière de réaliser l'invention
L'installation (1) illustrée à la figure 1 comporte principalement un ensemble de trémies (2, 3) contenant les différents ingrédients de la future sauce de couchage, ainsi qu'un premier bac pré-mélangeur (4) et un second bac mélangeur (5). Plus précisément, une partie des trémies (2, 3) contenant des ingrédients est reliée par un ensemble de canalisations appropriées (7-9) au bac pré-mélangeur (4). Ces trémies (2, 3) peuvent délivrer différents types d'ingrédients, notamment des pigments, qui sont généralement les premiers ingrédients introduits dans le prémélangeur. En pratique, ces pigments peuvent être à base d'argile, de carbonate, kaolin, talc et autres charges minérales. Il peut être utile d'utiliser plusieurs trémies (2, 3), notamment pour assurer l'introduction de pigments auxiliaires, et éviter de provoquer certains mélanges qui pourraient avoir tendance à précipiter.
Ces différentes trémies (2, 3) sont alimentées à partir des différents réservoirs avec des débitmètres et des pompes volumétriques couramment employés dans les installations dites "batch". Les différentes trémies (2, 3) sont reliées au bac pré-mélangeur (4) par l'intermédiaire de canalisations appropriées (7, 9), équipées de vannes (10, 11) permettant l'écoulement gravitaire du contenu de la trémie dans le pré- mélangeur.
Dans certaines applications, il peut être nécessaire de réaliser l'introduction d'additifs se présentant sous une forme solide, généralement pulvérulent, qu'il est nécessaire de dissoudre avant leur introduction à l'intérieur du pré-mélangeur, afin d'éviter la formation d'agglomérats.
Un système de mouillage spécifique (13), par exemple du type système rotor-stator, permet d'assurer cette fonction, notamment dans le cas de l'emploi de carbométhyle cellulose (CMC). Ce système peut être placé directement sur le pré-mélangeur ou sur une boucle de re-circulation aménagée sur le circuit de vidange du pré- mélangeur.
Le bac pré-mélangeur (4) est équipé de moyens d'agitation (14) telle qu'une turbine à fort taux de cisaillement, typiquement d'une vitesse périphérique supérieure à 20 mètres par seconde. Ce pré-mélangeur (4) permet de disperser les agrégats de pigments qui se sont éventuellement formés, afin de bien homogénéiser le mélange des différents ingrédients introduits en séquence.
II est également possible d'introduire un certain nombre d'ingrédients tels que des agents de dispersion, des biocides, des anti-mousses, des lubrifiants et des insolubilisants, qui peuvent être dosés directement dans le bac pré-mélangeur (4), dans la mesure où ils sont introduits en faible proportion, et ainsi dosés par des pompes doseuses (16), des débitmètres appropriés ou tout autre moyen de dosage adapté. Certains ingrédients peuvent être introduits par le bas du bac pré- mélangeur, de manière à éviter la formation de mousse et l'introduction d'air. Ces différents produits peuvent notamment être des liants à base de latex, de polyvynilacrylate et ainsi que le carbométhyl cellulose (CMC).
Le bac pré-mélangeur (4) est relié au second bac mélangeur (5), également appelé "maturateur", par l'intermédiaire d'une canalisation (18) et d'un mécanisme de pompe (19) permettant le transfert de la sauce de couchage en préparation, lorsque le mélange des ingrédients est achevé, typiquement après quelques minutes d'agitation. On notera que la pompe (19) permettant le transfert depuis le bac pré-mélangeur (4) vers le maturateur (5) fonctionne hors vidange en re-circulation pour éviter les fonctionnements intermittents et que cette re-circulation peut être utilisée avec un système de mouillage de poudres. Une mère reste en permanence dans le pré-mélangeur (4) pour éviter que cette pompe (19) ne tourne à vide.
Le second bac mélangeur ou maturateur (5) présente une architecture caractéristique, qui confère à l'invention de nombreux avantages. Ainsi, le bac maturateur comprend différentes cloisons sensiblement horizontales permettant de délimiter différentes chambres, communiquant entre elles par des ouvertures limitées.
Dans la forme illustrée à la figure 1, le bac maturateur (5) comporte deux cloisons (21, 22) définissant trois chambres distinctes (22-24). La chambre amont ou supérieure (22) reçoit l'alimentation de la sauce en préparation issue du bac pré-mélangeur (4). Cette première chambre présente un volume supérieur à la chambre du bac pré- mélangeur, de manière à accepter la sauce de couchage en préparation, même en cas de faible consommation au niveau de la tête de couchage. Typiquement, la chambre amont (22) présente une capacité de l'ordre d'une fois et demi celle du bac pré-mélangeur (4). Cette chambre amont (22) comporte des moyens d'agitation (27), qui sont montés sur un axe (28) commun à l'ensemble des chambres du maturateur (5).
L'agitation effectuée au niveau de cette chambre supérieure a pour objectif d'homogénéiser le mélange, c'est-à-dire d'éviter des phénomènes de décantation, tout en empêchant la formation de vortex susceptible d'engendrer la formation de mousse. La quantité de sauce en préparation dans la chambre supérieure peut être donc variable en fonction d'une part, de la consommation au niveau de la tête de couchage (31), et des cycles de préparation au niveau du bac pré-mélangeur (4).
La cloison supérieure (20) sépare donc la chambre amont (22) de la chambre intermédiaire (23) à l'intérieur de laquelle s'effectue la maturation de la sauce de couchage. Typiquement, le volume de la chambre intermédiaire (23) est typiquement de l'ordre des trois quarts de la capacité du bac pré-mélangeur (4), de manière à garantir un temps de séjour dans cette chambre intermédiaire égal au temps de cycle, c'est-à-dire le temps de réalisation de la sauce de couchage au niveau du bac pré- mélangeur.
Les moyens agitateurs de la chambre intermédiaire agissent de manière plus intense que dans la chambre amont, typiquement avec des forts taux de cisaillement de l'ordre de 20 mètres par seconde en vitesse périphérique, de manière à faciliter l'enrobage des pigments par les liants notamment. Le temps de résidence à l'intérieur de la chambre intermédiaire (23) est donc de l'ordre de quelques dizaines de minutes au maximum, ce qui permet de stabiliser la viscosité et le pH de la sauce en préparation, et d'obtenir un équilibre des différentes réactions physico-chimiques susceptibles d'intervenir entre les différents constituants.
La cloison inférieure (21) du bac maturateur permet de séparer la chambre intermédiaire (23) de la chambre aval (24). Au niveau de piquages (32) débouchants à l'intérieur de la chambre aval (24), sont introduits des ingrédients complémentaires, tels que des colorants, caractérisés par une très faible granulométrie, au regard des pigments notamment. Certains autres agents, tels que des agents de blanchiment optique, ou OBA (Optical Brightening Agent) peuvent être introduits au niveau de la chambre aval. Il est également possible pour certaines applications, où les colorants présentent une haute viscosité, d'introduire ces colorants dans la chambre intermédiaire, voire encore en amont si nécessaire, afin de bénéficier d'un temps de mélange plus important.
Certains épaississants et d'autres composants tels que la soude peuvent également être dosés au niveau de cette chambre aval pour corriger les viscosités finales ou le pH. La capacité de la chambre aval (24) est choisie pour assurer un temps de transit suffisamment important, combiné à une agitation (30) suffisante pour faciliter l'enrobage des colorants par les liants. Le bac maturateur (5) est équipé d'une sortie de soutirage (31), de manière à alimenter en continu le bac final (34) de la machine de couchage, avec le même débit que la consommation de la machine à papier.
L'introduction des colorants et autres ingrédients supplémentaires au niveau de la chambre aval (24) du bac maturateur (5) procure un gain très important en termes de réactivité vis-à-vis des corrections à apporter à la composition de la sauce de couchage.
Ces corrections peuvent résulter de l'analyse effectuée par un dispositif (33) évaluant la qualité ou toute autre propriété du papier couché. A titre d'exemple, il est possible d'ajouter des ingrédients particuliers, comme des agents de blanchiment, si l'analyse du papier en cours de fabrication fait apparaître un manque à ce niveau.
Ce dispositif (33) peut ainsi agir quasi directement sur l'alimentation du bac maturateur (5) en ingrédients complémentaires correctifs. Ces ingrédients complémentaires étant introduits au niveau de la fin du circuit de préparation de la sauce de couchage, ils sont plus rapidement présents au niveau de la sauce de couchage délivrée à la tête de couchage.
Dans une forme particulière de réalisation illustrée à la figure 3, les cloisons délimitant les différentes chambres du bac maturateur sont constituées de volets articulés (35-37), qui sont jointifs dans leur position extrême correspondant à l'illustration de la figure 3. Dans ce cas, les trois volets (35-37) épousent sensiblement une forme de tiers de disque, et sont jointifs au niveau de leurs côtés rectilignes (38, 39). La partie centrale (40) est évidée afin de laisser passer l'axe d'entraînement (28) des moyens d'agitation, et ainsi que pour définir une ouverture de passage entre les deux chambres successives. Bien entendu, de multiples formes peuvent être envisagées pour réaliser ces volets, et l'invention n'est pas limitée à la seule forme illustrée.
Dans la forme illustrée, ces volets (35-37) présentent une capacité de pivotement par rapport à un axe (42) défini par rapport à des points fixes (43-44) à l'intérieur du bac maturateur. Un pivotement autour de cet axe (42) permet d'une part, de modifier la géométrie de la chambre délimitée par les cloisons (20), ainsi que l'augmentation de la surface de l'ouverture (40) d'échange entre chambres successives;
Un mécanisme permettant d'assurer la variation d'inclinaison de ces volets est illustré à la figure 4. Un tel mécanisme inclut une tringle (51) reliant les deux volets (37, 47) superposés appartenant aux deux cloisons. Un mécanisme de bielles (52-56) disposées dans la chambre supérieure du bac maturateur (5) permet de faire pivoter les volets (37, 47) autour de leur axe de pivotement (36) pour leur donner l'inclinaison illustrée en traits pointillés à la figure 4. Une inclinaison de l'ordre d'une dizaine de degrés par rapport à l'horizontale peut être utile pour éviter des phénomènes de décantation en régime normal d'agitation, et faciliter l'évacuation en phase de vidange. Lorsque les volets sont positionnés dans leur inclinaison la plus verticale, le nettoyage de l'intérieur du bac maturateur (5) peut être assuré par la présence de buses de lavage (58) disposées à des endroits appropriés.
De même, lorsque les volets (35-37) ont cette position la plus verticale, la communication se fait entre les différentes chambres du bac maturateur (5), lorsqu'il est nécessaire d'assurer une homogénéité complète de la sauce de couchage au niveau du bac maturateur (5).
II ressort de ce qui précède que l'installation conforme à l'invention présente de multiples avantages, notamment celui d'assurer une grande réactivité en matière d'ajustement de la sauce de couchage. Cette réactivité est obtenue avec une capacité de dosage de petite taille, des points d'introduction adaptés, et une quantité de matériel relativement limitée en ce qui concerne les bacs de mélange. En outre et surtout, une telle installation peut être interfacée avec des moyens d'analyse présents sur la machine à papier, de façon à agir dynamiquement et dans un temps très réduit, directement sur la sauce de couchage, en complément ou en remplacement de l'action sur la pâte à papier.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Installation (1) pour la préparation d'une composition de couchage, et l'alimentation en ladite composition d'une tête de couchage de machine à papier (34) ou analogue, comprenant :
" une pluralité de trémies (2, 3) aptes à délivrer chacune un ingrédient de ladite composition;
" un bac pré-mélangeur (4), alimenté par lesdites trémies; " un bac mélangeur (5) alimenté par le bac pré-mélangeur (4), et incluant des moyens d'agitation (27, 29, 30) de la composition en préparation; caractérisée en ce que le bac mélangeur (5) comporte des cloisons (20, 21) délimitant au moins deux chambres (22-24) communiquant et disposées en série, chaque chambre (22- 24) incluant des moyens d'agitation spécifique (27, 39, 30), l'alimentation de la tête de couchage (31) se faisant à partir de la chambre aval du bac mélangeur (5).
2/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre aval (24) comporte des moyens d'introduction (32) d'ingrédients complémentaires de la composition de couchage.
3/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (2) d'agitation (22, 29, 30) des deux chambres en série présentent des propriétés d'agitation différentes, telles que des taux de cisaillement différents.
4/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bac mélangeur comporte trois chambres (22, 23, 24) en série, la chambre intermédiaire (23) comportant des moyens de mélange (29) présentant un taux de cisaillement supérieur aux taux des moyens de mélange (27, 30) des deux autres chambres (22, 24).
5/ Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la chambre intermédiaire (23) comporte des moyens d'introduction (32) d'ingrédients complémentaires de la composition de couchage.
6/ Installation selon la revendication 2 ou 5, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de pilotage des moyens d'introduction des ingrédients supplémentaires, qui sont commandés en fonction d'informations mesurées sur la machine à papier. 11 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bac mélangeur (5) est alimenté par le bac pré-mélangeur (4) au niveau de sa chambre amont (22).
8/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cloisons (20, 21) du bac mélangeur (5) sont mobiles, avec capacité de réglage de leur inclinaison par rapport à l'axe du bac mélangeur (5).
9/ Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les cloisons (20, 21) du bac mélangeur présentent une capacité de réglage dynamique de leur inclinaison.
10/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cloisons (20, 21) comportent des éléments proéminents formant contre pale vis-à-vis des moyens de mélange.
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