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Procédé d'alimentation de cuiseurs continus sous pression pour
l'obtention de pâtes cellulosiques -
La présente invention se rapporte à un procédé de préparation de ~ ~-
pates cellulosiques par la cuisson de matières ligno-cellulosiques,
telles que copeaux de bois ou de plantes annuelles, dans un réac-
teur de cuisson continu sous pression et plus particulièrement à un
procéde d'alimentation dudit réacteur.
Les systèmes d'alimentation utilisés actuellement sont pour la plu- ~-
part des types suivants. ~
- a - Pour les plantes annuelles: - -
Vis continues à pas variable ou tronconique, munies à l'extrémité
d'un système de contre-pression. Le système permet d'éviter le re~
foulement de la matière par la pression de vapeur régnant à l'in- ~ -
térieur du cuiseur, en général de l'ordre de 7 bars.
Ces vis présentent des inconvénients, à savoir une usure rapide due -
à la présence de silice dans les plantes utilisées (bagasse, kenaf, `
paille, chanvre etc.), ce qui nécessite un changement fréquent de
vis qui doivent être rechargées en métal et, pour certaines plantes
(en particulier paille humide), une difficulté d'assurer un débit
régulier du fait que la matière tend à tourner avec la vis et n'avan-
ce plus.
Cet inconvénient nuit à la qualité de la pâte obtenue tout en dimi-
-- nuant la productivité de l'ins~tallation.
b - Pour les copeaux de bois, les systèmes utilisés sont du type à sas
ou vannes rotatives.
Ces dispositifs fonctionnent suivant le cycle suivant. -
l. Une certaine quantité de copeaux est introduite dans un volume
a la pression atmosphérique.
2. Le volume est clos et soumis à une pression de vapeur égale à -
celle du cuiseur. ~-
3. Le volume est owert vers le cuiseur et les copeaux y sont déver~
sés. ,
4, Le volume est clos de nouveau, puis détendu ~ la pression atmos-
phérigue. -~
RE,Ap~ p~ç
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Le volume est alors prêt à recevoir une nouvelle charge de copeaux.
De tels systèmes présentent des inconvénients, car ils sont discon- -
tinus et perturbent en conséquence le fonctionnement du cuiseur
et occasionnent une perte de charge à chaque cycle.
Le système proposé peut être utilisé aussi bien pour les plantes
annuelles, que pour des copeaux de bois. Il est particulièrement
bien adapté aux procédés continus et en particulier au proc~dé en
deux étapes, tel gue décrit dans le certificat d'utilité francais
n 2 542 021 (voir aussi le brevet européen n 0 136 325 et le brevet
américain n 4 790 905).
- 1U Le procédé d'alimentation de cuiseur continu pour l'obtention de
pâte cellulosique selon la présente invention est caractérisé en ce
qu'on introduit dans une pompe à piston à culasse ouverte gui re-
foule dans une tuyauterie reliée au cuiseur des matières ligno-
cellulosiques,~telles que copeaux de bois ou de plantes annuelles,
imprégnées au préalable de réactifschimiques en guantité juste né-
cessaire à leur cuisson et d'eau en quantité suffisante pour obtenir
une consistance pateuse mais non liquide.
Une des caractéristigues importantes de l'invention réside dans le
fait que l'étanchéité du cuiseur est assur~e par un bouchon de matière -
imprégnée dans la tuyauterie d'alimentation, qui de ce fait peut ne
pas comporter de vanne ou de clapet d'étanchéité.
De préférence, l'imprégnation à coeur de la matière ligno-cellulo- -
sique est assurée en deux phase~s: -
a) mélange de la liqueur d'impregnation et des matières ligno-cellu-
losiques en proportions nécessaires à la cuisson par une agitation
classique, et
b) soumission de ce mélange en cours d'introduction dans le cuiseur
à une pression élevée, de préférence de l'ordre de 80 bars, par com-
pression au moyen de la pompe à piston à culasse ouverte, gui force
la pénétration de la liqueur d'imprégnation au coeur de la matière
ligno-cellulosique.
La mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera d~crite ci-après
par référence au dessin, dont la figure unigue représente en coupe
en élévation un cuiseur 1 alimenté par une pompe à piston ~ culasse `
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ouverte 2 par l'intermediaire de la tuyauterie 3 comportant une en-
trée de vapeur 5.
La première étape du procédé est l'imprégnation, par exemple décrite
dans les brevets précités. La plante annuelle est déchiquetée en mor~
s ceaux de 5 à lO cm, par exemple. Puis elle est additionnée d'eau
chaude et de réactifs alcalins ou alcalino-terreux nécessaire à la
cuisson pour obtenir la qualité de pate souhaitée.
Dans le cas des copeaux de bois, ceux-ci sont immergés ~ chaud dans
une solution de réactifs alcalins ou alcalino-terreux d'une concen-
tration donnée pendant un temps suffisant pour absorber dans le co-
peau la quantité de r~actifs nécessaire à sa cuisson. Puis les co- ~-~
peaux sont égouttés. Qu'il s'agisse de plantes annuelles ou de co-
peaux de bois, on cherche à atteindre après imprégnation un rapport
liqueur d'imprégnation / matière sèche (LI/MS) de préférence égal ;~
ou voisin de 1,5, qui peut aussi varier suivant la nature de la
matière première employée de 0,8 à 3.
La deuxième phase du procédé comprend l'injection. La matière im- ;~
p~égn~e est injectée sous pression par la pompe à piston ~ culasse
ouverte 2 dans la tuyauterie 3 reliée au cuiseur 1 muni d'une double
enveloppe chauffée au moyen de la vapeur. La pompe ~ piston peut ~: -
etre ~ double corps, chague piston travaillant alternativement de
facon à créer un débit quasi continu ou à corps simple.
La tuyauterie 3 entre la sortie de la pompe et l'entrée du reacteur -~
- de cuisson doit être d'unelongueur et d'un diamètre tels, que la - ~
perte de charge créée, grace à la formation d'un bouchon 4 résultant ~ ~ -
de l'action de compression du piston de la pompe, soit supérieure à la
pression interne du réacteur. La longueur du tuyau 3 et son diam~tre
peuvent etre respectivement de 3 à 3 m et de 200 à 300 mm. ~ -
Dans ces conditions, on observe que la matière comprimée dans cette ;
longueur de tuyauterie ne refoule pas Yers la pompe et qu'elle con- -
stitue un bouchon totalement étanche à la vapeur sous pression du
réacteur de cuisson. Aucun système de vanne ou de clapet n'est donc ~ -
nécessaire.
Les pompes utilisées sont d'un modele courant sur le marché, utilis~es
E~JILL~ DE f~ pLp~cEN~E~
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à d'autres fins, tels que le pompage du béton liquide~ Elles peuvent
sans difficulté développer une pression de 80 bars à la sortie de
la pompe, le piston étant actionné par un système hydraulique, tel
qu'un vérin.
Le résultat ci-dessus décrit peut etre obtenu grâce à troisconsta-
tations surprenantes qui sont au coeur de la présente invention.
a) La matière imprégnée a au départ une densité apparente de l'ordre
de 0,35 pour les plantes annuelles et de 0,45 pour les copeaux.
Après compression à 80 bars, cette densit~ devient voisine à l.
b~ Même avec des taux d'imprégnation élevés, par exemple p~ur LI/MS
situe entre 2,5 et 3, on n'observe pas de séparation de la phase
liquide.
c) La matière imprégnée "glisse" sans problème dans la tuyauterie,
les réactifs alcalins jouant le rôle de lubrifiant, ce qui rend
possible une alim~ntation sans à coup. Il serait dans la plupart des -
cas impossible d'alimenter par ce système les mêmes mati~res pre~ières
simplement déchiquetées.
Même au cas ou cela serait possible, les problèmes d'usure seraient
les mêmes que ceux observés avec des vis d'alimentation tradition~
nelles.
Or, les traces d'usure observées dans le système suivant l'invention, ~ ;
restent à un niveau imperceptible et permettent d'augurer une dur~e ~-~
de service con~inu de plusieurs années sans changement de pièces.
Exemple l.
300 kg de chanvre à 8% d'humidité coupé à la longueur de 5 cm envi-
ron sont introduits dans un m~langeur rotatif.
On y ajoute: soude en poudre 45 kg
carbonate de soude anhydre en poudre 15 kg
eau chaude 500 kg
L'ensemble est agité énergiquement pendant dix minutes. On obtient
finaTement un mélange ~ l'aspect de fibres humides bien homogène.
Cette masse de 860 kg sera introduite dans une pompe à piston à com-
mande hydrauligue du type Putzmeister (CKO1061). La pompe est reliée
38 a un cuiseur expérimental constitué d'un cylindre horizontal de lon-
gueur de 4 m et de diametre de 0,60 m par l'intermediaire d'une
FElJlLLE l:~E ~E~P~ACEntlE~ ~;
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tuyauterie de 6 m de longueur et de diamètre de 200 mm.
On commence le pompage à raison de 5 ~ 6 coups à la minute. Après
environ ll minutes, le chanvre imprégné apparait à l'extrémité du
tube de 6 m. On peut s'en rendre compte en laissant la bride de jon-
ction du tube au cuiseur legèrement entreouverte.
A ce stade, on boulonne cette bride de facon étanche et on règle la
température du cuiseur à 170C par mise sous pression de vapeur ;
à 7 bars.
La tuyauterie reliant la pompe au cuiseur ne comporte aucune vanne
ni clapet.
On poursuit le pompage sans problème, la totalité de la matière ~tant
pompée en un peu plus de 50 minutes.
Au cours du pompage, on n'a observé aucune séparation de liqueur de :
la masse imprégnée. La densité de la matière passée ~ la sortie du
tube d'alimentation, m~surée dans un essai préliminaire a été trouYée
très voisine de 1.
Le bouchon de matière comprimée dans le tube d'alimentation est par-
faitement étanche.
Exemple 2
.. . .
On procède comme dans l'exemple précédent, en utilisant de la paille ~ -
d'orge non cDupée sous forme de balles de 30 kg.
On introduit dans le mélangeur:
10 balles de paille, soit 300 kg - -
soude en poudre ~ 40 kg ~ -~
2~ carbonate de soude anhydre en poudre 12 kg
eau chaude pulvérisée 470 kg
On agite énergiquement pendant 10 minutes. Le produit obtenu est
homogène et a l'aspect d'une paille humide.
Avec la meme pompe que précédemment et suivant les memes conditions
opératoires, la paille imprégnée est introduite dans le cuiseur dont
la pression est de 7 bars, la durée de l'introduction ~tant de
50 minutes.
Là, on constate encore gue le bouchon est parfaitement étanche et
gue le cuiseur a fonctionné sans problème, malgré le compactage et
~JIL~ E DE F~E~IIPL~CE~E~
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la densification du produit à l'entrée du cuiseur. En outre, on a
constaté que la densité de la paille imprégnée comprimée est voisine
de 1, alors que sa densité apparente initiale est de l'ordre de 0,35.
. .
Exemple 3
280 kg de copeaux d'Eucalyptus 12 A.B.L. SALIGNA à 92% de siccité,
placés dans un panier en métal inoxydable perforé de trous, sont immer-
gés dans une solution de soude contenant 102,4 gtl de NaOH à 100C
pendant 30 minutes.
Les copeaux de 2,5 mm d'~paisseur et de 2 cm de longueur environ -~
sont alors retirés de la solution et égouttés pendant 5 minutes. `~ ~-
Le poids de copeaux après l'imprégnation est de 580 kg. -;
En utilisant le même matériel que précédemment, ces copeaux sont
poussés dans le cuiseur expérimental dont la pression interne est de
7 bars et la température de 170C.
Le tube reliant la sortie de la pompe à l'entrée du cuiseur a une
longueur de 6 m et un diamètre de 200 mm. ~
Au cours de l'introduction qui a duré 35 minutes environ, on n'a ;-
observé ni perte de vapeur dans cette tuyauterie, ni essorage du `-~ ~`
liguide d'imprégnation sou; '.'effet de la pression exerc~e par le
piston de la pompe.
~,~. . . ~
~:EUILLE DE P~EMPLACEMENT
