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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.mz (30-451bs/min.ft=) 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 forme 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
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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
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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 thermodvnamiques 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
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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
vi3e 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-
bouffant 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 %
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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 %.
5 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.
Ainsi, 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
t 35 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
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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/m=, 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
11 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
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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 mis. 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.
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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
apporté 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.
Il 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 moven 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 illustré 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 côté 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 coté 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 inversés, 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.
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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
moven d'une racle de crêpage comme cela est connu lorsqu'on fabrique un
produit
crêpé.
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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.
5 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 ôûate 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).
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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 soufllage 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.
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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 %.
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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-
trainée 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
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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.
