Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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~ PROCEDE POUR LE TRAITEMENT A L'OZONE
~ D'UNE PATE CELLULOSIQUE
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L'invention se rapporte à un procédé pour le traitement à l'ozone, en
;~ 5 continu, d'une pâte à haut rendement entrant dans la fabrication du
j-~- papier.
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Pour fabriquer du papier, on utilise jusqu'à présent un mélange de
pâtes d'origines diverses, on mélange en particulier une pâte chimique
, 10 à une pâte mécanique. Les pâtes mécaniques, notamment par leur
1 opacité, offrent de bonnes caractéristiques d'impression mais
`~, présentent des propriétés de résistance mécanique insuffisantes pour
le passage en machine. Ces dernières sont apportées au mélange par
la pâte chimique. Toutefois, les pâtes chimiques sont d'un prix de
-',r}'l 15 revient nettement plus élevé que les premières. On a donc cherché à
~;~; éviter, ou du moins à limiter leur emploi en renforcant les propriétés
de résistance de la pâte mécanique par un post-traitement chimique.
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; Un traitement connu consiste à faire réagir la pâte avec un gaz
j` 20 contenant de l'ozone car ce dernier permet une meilleure liaison des
, '; fibres en modifiant leur état de surface et la lignine.
Malheureusement, les procédés actuels n'ont pas apporté de solution
,',,~r~ satisfaisante, car si les résultats obtenus en laboratoire sont
25 intéressants, il n'a pas été possible jusqu'à présent de les reproduire
~ à l'échelle industrielle. Il semble que les difficultés rencontrées se
`- i~lj situent tant au niveau du réacteur que des équipements d'ozonation.
L'invention a pour objet un procédé industriel permettant d'obtenir
30 une pâte présentant les qualités requises pour la fabrication de
-~ papier, à partir d'une pâte du type mécanique, tout en maintenant le
, rendemen-t à un niveau satisfaisant.
~-' Le procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à raffiner et à épurer
35 la pâte jusqu'à un degré de raffinage requis pour son utilisation, puis
à traiter cette pâte, finie, à l'ozone dans un réacteur constitué par
une machine du type bi-vis.
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Dans la pratique, par le raffinage et l'éPUration classiques, la pâte
est amenée à un degré d'égouttage de 60 à 130 csf (Canadian
Standard Freeness).
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~- 5 Par machine du type bi-vis, on entend dans la dcrnande, une machine cor-" respondant à 1'enseiynement des brevets français Nos 2.319.737
` l et 2.418.295 délivrés respec-tivement les 25 février 1977 et 21 septembre1979, c'est-à-dire comprenant deux vis à axes parallèles entraînées dans
un même sens de rotation à 1'1ntérieur d'un fourreau, et dont les fileta-
I 10 ges hélicoïdaux comportent des zones successives à pas différents.
-~ Les vis comprennent, en aval d'un orifice d'introduction de la matière
~- ~ dans le fourreau, successivement au moins une zone d'alimentation a
` pas direct pour l'entraînement de la matière vers l'aval, une première
i ~. 15 zone dont le filetage est a pas inversé pour la formation d'un bouchon
; ~ ` continu avec compression de la matière, une zone à pas direct de
détente et une deuxième zone à pas inversé. Les zones dont le
filetage est à pas inversé ~comportent des fenêtres permettant
` I'extrusion de la matière. Elles sont toutefois dimensionnées de faSon à
20 favoriser la formation d'un bouchon. Entre ces deux zones à pas
inversé, le fourreau est pourvu d'un orifice d'alimentation d'un agent
; ` ~,, réacti f .
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` .' ll est apparu de facon surprenante que l'utilisation d'une machine de
~c~! 25 ce type comme réacteur pour le traitement à l'ozone d'une pâte à haut
'`~`~`I rendement, finie, permettait d'obtenir en continu, de fason simple et ~ -
, ~i avec un haut niveau de sécurité, une pâte aux quaiités mécaniquesaméliorées. Pour ce traitement, le gaz contenant l'ozone est introduit
dans la zone délimitée par les deux bouchons, par l'orifice
~, 30 d'alimentation de l'agent réactif.
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Selon les conditions opératoires, on a pu ainsi obtenir un gain sur
I'indice de lonyueur de rupture de l'ordre de 40~ et de 509~ sur celui
, ~ d'éclatement, I'indice de déchirure étant maintenu à sa valeur,
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^ Aiors que dans les procédés antérieurs, faisant intervenir un
traitement à l'ozone sur une pâte grossière ou peu raffinée, on
;~^ constatait que le raffinage final ramenait celle-ci à un état similaire à
,~ celui d'une pâte raffinée sans traitement à l'ozone, le procédé de
; ,i 5 I'invention, où le traitement est effectué sur une pâte finie, non
seulement conserve les propriétés de cette dernière mais en améliore
certaines dont la longueur de rupture et l'éclatement.
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,'~, Conformément à un autre aspect de l'invention, la pâte introduite
10 dans le réacteur est à un degré de siccité élevé, compris entre 20 et
5096, de préférence compris entre 40 et 45-~. On constate, en effet,
que dans le cas d'une pâte à haute siccité, son expansion rapide
après une compression suivie d'un malaxage, est très favorable à
I'action de l'ozone sur les fibres, celle-ci est pratiquement
~^'` 15 instantanée. Par ce type de mode opératoire, I'accessibilité aux fibres
, par l'ozone est bien meilleure que ce qu'on pourrait obtenir dans un
` ~ réacteur statique industriel.
La description qui suit porte sur un mode de réalisation non limitatif
i. 20 de l'invention . Elle est accompagnée de dessins qui représentent
~ l schématiquement,
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~ - A la figure 1 une vue en coupe longitudinale d'une machine
!,~,', bi-vis dont le principe est en soi connu, et qui
permet la mise en oeuvre du procédé et de
I ' invention .
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ij - A la figure 2 une vue en coupe transversale selon l l l l de la
"` 1! figure 1.
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La machine 1 vue en coupe longitudinale par l'axe d'une vis comporte
deux vis à axes parallèles 3, 5 s'engrenant l'une dans l'autre et
entralnées par des moyens appropriés dans un même sens de rotation.
'~ Ces deux vis sont supportées à leurs extrêmités longitudinales par
35 des paliers non représentés, elles sont enfermées dans un fourreau 7
qui comporte un orifice d'alimentation 71 en amont et un orifice
d'extraction 73 de la matière traitée, en aval.
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`~ Dans le mode de réalisation représenté, les vis, qui sont pourvues de
~ filets identiques, définissent de l'amont vers l'aval, quatres zones 10,
;~, 20, 30, 40, et comportent deux parties à pas différents dans chacune
des zones. Dans la première partie, 12, 22, 32, 42 les filets
5 hélico7daux sont écartés et permet-tent l'avancement cle la pâte de
I'amont vers l'aval . Dans la deuxième partie l 4, 24, 34, 44 les filets
hélicoldaux sont à pas inversé et provoquent un freinage de la pâte
qui est comprimée et s'accumule jusqu'à former un bouchon.
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l O Des fenêtres 15, 25, 35, 45 ménagées sur les filets à pas inversé
permettent un passage de la matière d'un filet à l'autre jusque dans la
~, zone suivante 20, 30, 40, ou bien vers l'orifice d'évacuation pour la
partie 44. Deux bagues 13 et 43, non filetées sont disposées
~, respectivement entre les parties 12 et 14 de la première zone, et les -
15 parties 42 et 44 de la quatrième zone. Elles ont pour objet de faciliter
I'accumulation de matière en ces endroits.
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Entre l'orifice d'alimentation 71, au niveau de la première zone, et la ~ `
sortie 73 après la quatrième zone, le fourreau comporte des orifices
20 75, 77 permettant l'injection d'un agent de traitement au niveau des
parties 22 et 32 des deuxième et troisième zones. Un orifice 79 au
niveau de la partie 42 de la quatrième zone permet l'extraction de
~! I'agent de traitement résiduel.
25 Cette machine est du type décrit dans les brevets ~rançais
Nos. 2.319.737 et 2.418.295 précités et peut être employée
.~¦ au défibrage de pates ou bien pour leur faire subir divers
~$ traitements, comme cela est explique dans ces brevets .
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30 Conformément à l'invention, on utilise ce dispositif pour realiser un
traitement à l'ozone, en continu, d'une pâte à haut rendement
préalablement raffinée, c'est-à-dire dont le degré de raffinage
~, correspond à celui souhaité pour l'application envisagée de la pâte.
35 Le raffinage préalable de la pâte à haut rendement peut être obtenu
de toute façon connue en soi, en une ou deux étapes, par exemple
par passage entre deux disques de raffinage~
.
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;, Pour une pi~te destinée à la fabrication de papier, la p3te est raffinée
, ` jusqu'à un degré d'égouttage compris entre 60 et 130 csf tCanadian
Standard Freeness).
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-j 5 Après raffinage, on épaissit la pâte, le cas échéant, pour amener son
taux de siccité à une valeur comprise entre 20 et 50%, de préférence
,;;'t.',, autour de 40~, et on l'introduit dans la machine par l'orifice
t,.',,,. d'alimentation 71. Elle est entralnée entre les filets des deux vis
~; jusqu'à la partie à pas inversé 14, où elle est freinée et comprimée.
, 10 Elle forme un bouchon étanche dont l'épaisseur est déterminée en
; partie par la bague 13. La pât~e est extrudée progressivement à
; ~ travers les fenêtres 15 des filets 14 et se détend en parvenant dans
la deuxième zone 20 où elle est mise à réagir avec le gaz chargé
d'ozone qui est injecté en 75. L'ouverture des fibres produite par la
~;~ 15 détente, favorise leur attaque par l'ozone de façon quasi-instantanée.
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L'action de ce dernier se parfait pendant le transport et le malaxage
de la matière sur toutes les parties 22, 32, 42, les parties 24 et 34
contribuant efficacement au mélange. Les bouchons formés aussi bien
~,~ . 20 en amont qu'en aval de ces trois zones par les filets inversés 14 et
,j~ 44, et les bagues 13 et 43 assurent la constitution d'une enceinte~ ., fermée, étanche aux gaz.
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Une injection d'ozone supplémentaire peut être effectuée dans la
, -~ 25 troisième zone, au niveau de la partie 32 suivant la détente de la
matière à la sortie des fenêtres d'extrusion 25 de la partie 24. Après
~1 son traitement, la pâte est évacuée axialement par l'orifiee 73 en aval
du bouchon terminal de la quatrième zone.
30 A cette quatrième zone peut être associé en 79 un moyen de balayage
pour éliminer l'ozone résiduel.
On a appliqué le traitement à une pâte chimicothermomécanique, finie,
~, acidifiée et épaissie, en introduisant l'ozone sous forme de mélange
. ~ 35 ozone-air ou ozone-oxygène à des taux compris entre 2% et 8%,
;, évalués en poids de pâte.
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. Le tableau ci-dessous récapitule les résultats obtenus :
.. . 5 : :
PATE INITIALE : PATE APRES SON TRAITEMENT
RAITEE : A DIFFERENTS TAUX D'OZONE
,.,!',, 2~ 4% 7
P.H. .3,6 . 3,3 3,06 2,9
10 Siccité ~,,3,4 .45 43 44,8
"';~:, Degré d'égowttage . 54 .58 58 56
rupture (m) 4600 5000 5760 6160
~,~ 15 Indice de déchirure 54. 53 54 53
Indice d'éclatement : 20 21,5 26,5 29 ;-
. '`~ Indice de blancheur~ 63. 59 59 58
~,' 20 . - -
~;~i. On a appliqué le traitement à une pâte présentant des caractéristiques ;
: PATE INITIALE PATE APRES TRAITEMENT A -`
,~-, 25 : 5% D'OZONE ~`
P.H. 4,15 3
Siccité . 45,8 46,6
Degré d'égouttage (csf) 69 . 70
, 1 Inditce d ( lo~ngueur de 4000 ~ 5390
, j Indice de déchirure 55 . 56
Indice d'éclatement i~ 19 . 26
. 35 Indice de blancheur . 62 i 57
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