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CA 02362500 2001-08-23
WO 00/50690 1 PCT/FR00/00468
PROCEDE ET MOYENS POUR LA FILTRATION DE LA PATE A PAPIER
La présente invention se rapporte aux problèmes de la filtration de la pâte à
papier et plus particulièrement de la pâte à papier provenant de la mise en
puipe
de vieux papiers.
Il est connu, dans la technologie de la pâte à papier d'employer divers
appareils de filtration soit pour éliminer des corps étrangers soit pour
classer les
fibres de pâte à papier selon leur longueur soit encore pour augmenter la
concentration de la pâte à papier par élimination partielle d'eau.
Parmi les appareils de filtration connus figurent des filtres comprenant un
rotor et un stator, l'un des deux, ci-après appelé tamis remplissant la
fonction de
filtrage comportant des perçages tels que des fentes ou des trous, l'autre ci-
après
appelé décolmateur, remplissant la fonction de décolmatage comportant des
moyens destinés à générer des pulsations de pression pour empêcher le bouchage
des perçages. Le tamis peut donc être fixe ou tournant et, à l'inverse, le
décolmateur est tournant avec un tamis fixe et, fixe avec un tamis tournant.
De
plus le liquide peut soit s'écouler à travers le tamis de l'extérieur vers
l'intérieur
(vers l'axe), fonctionnement dit centripète, soit de l'intérieur vers
l'extérieur,
fonctionnement dit centrifuge.
Dans ce type d'appareil, la pâte arrive à une extrémité du tamis cylindrique,
s'écoule dans l'espace compris entre le tamis cylindrique et le décolmateur,
et
ressort à l'autre extrémité.
Au fur et à mesure que la pâte progresse dans le filtre, elle devient de plus
en plus épaisse.
Cet épaississement progressif de la pâte produit plusieurs effets : un effet
de
floculation de la pâte et un effet de colmatage du tamis.
Même si la pâte admise a été au préalable bien défloculée, il risque d'y avoir
apparition de flocs au fur et à mesure de sa progression ; plus la floculation
est
importante, plus le colmatage est important.
Si le décolmateur tourne, il a tendance à entraîner la pâte avec lui en
rotation. Si le décolmateur est fixe, c'est le filtre qui a tendance à
entraîner la pâte
en rotation. Dans les deux cas, comme l'effet du décolmatage par les
pulsations de
pression provoquées par le décolmateur est directement lié à l'écart de
vitesse
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2 (FEUI.LLE DE REMPLACEMENT)
entre le décolmateur et la pâte, plus la pâte progresse vers l'extrémité du
tamis,
moins le décolmatage est efficace et ceci alors que le tamis a plus tendance à
se
colmater.
En outre, avec un tamis à fentes fines les fibres longues ont plus de mai à
passer que les fibres courtes et donc la proporfion de fibres longues par
rapport
aux fibres courtes augmente au fur et à mesure de la progression de la pâte,
ce
qui accélère à{a fois le processus de floculation et celui de colmatage.
Il résulte de cette accumulation de phénomènes une réduction progressive
de la production par unité de surface du tamis au fur et à mesure de la
progression de la pâte dans le filtre.
De nombreux brevets ont eu pour objet de contrer cette réduction
progressive de la productivité du filtre en intervenant, au cours du trajet le
long du
tamis, afin de créer des zones de forte défloculation, et/ou de fort
ralentssement
de la pâte.
En particulier, dès 1968 dans son brevet français 1.539.846 la demanderesse
a proposé de disposer des obstades ayant pour but de briser la composante
parallèle à la surface du tamis de la vitesse du liquide.
Dans le brevet US 4.383.918 on a proposé de disposer entre le tamis et le
rotor des obstacles provoquant des turbulences.
Dans le brevet FR 2.613.390, également au nom de la demanderesse on a
proposé de séparer le tamis en plusieurs portions et d introduire de l'eau de
dilution entre les portions du tamis.
Dans le brevet anglais GB 2.222.967 on a proposé d installer deux tamis
séparés par des ailettes fixes placées entre la surface des tamis et le rotor.
Tous ces dispositifs ont peu à peu amélioré le fonctionnement des appareils
de filtration consbtués d'un tamis et d'un décolmateur mais de façon encore
insuffisante.
Selon la présente invention :
- la zone de forte défloculation peut comprendre une zone d'agitation
violente disposée à l'entrée du tamis ;
- la zone d'augmentation de l'écart de vitesse peut comprendre une ou
plusieurs chicanes ;
- les zones de défloculation et d'augmentation de l'écart de vitesse peuvent
être combinées.
FEUILLE MODIFI E
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' 07-12-2000 FR 000000468
3 (FEUlI.LE DE RElblrl.n,..=vi=v i)
La présente invention conceme un appareil de filtration du type comportant
un tamis de forme cylindrique et un décolmateur muni de pales qui produisent
des
fluctuations de pression pour lutter contre le colmatage dudit tamis, ce
dernier
étant en au moins deux parties de diamètre sensiblement équivalent séparées
l'une de l'autre par des moyens ayant pour but de briser la composante de la
vitesse du liquide, quï est parallèle à la surface du tamis et de créer des
turbulences, caractérisé par le fait que iesdfis moyens sont des chicanes
constituées d'une part par des cavités ménagées dans une couronne annulaire du
tamis disposée entre lesdites parties du tamis et d'autre part par un
déflecteur
annulaire porté par le décolmateur en face de chaque couronne du tamis portant
les cavités, de telle sorte que la majorité du flux Iiquide soit obligée de
traverser
les cavités.
La présente invention peut comporter en outre tout ou partie des
dispositions suivantes, prises ensemble ou séparément :
a - le tamis comprend un empilage d'anneaux,
b - le tamis est constitué par un empilage de grilles, chaque grille étant
obtenue par la juxtaposition de fils soit sensiblement parallèles à l'axe de
rotation
du rotor soit perpendiculaires à cet axe, soit inclinés,
c - le tamis comprend un empilage de tôles cylindriques à trous ou à fentes,
d - les différentes partles du tamis sont constituées de façons différentes
les
unes des autres,
e - les cavités sont parallélépipédiques,
f - les cavités sont des volumes creux cylindriques,
g - certaines cavités sont reliées à un conduit de dilution,
h - le décolmateur est un cylindre muni d'autant de déflecteurs annulaires
que le tamis comporte de couronnes annulaires munies de cavités, lesdites
couronnes du décolmateur étant situées en face des cavités de façon à former
avec elles des pluralités de chicanes,
i- le nombre, le type, l'épaisseur et llndinaison des pales portées par le
décolmateur peuvent varier entre les déflecteurs annulaires,
j - l'appareil comprend en outre une zone d'agitation violente disposée à
l'entrée du tamis.
FEUILLE MODIFI E
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4 (FEUII-LE DE REhu
k - les turbulences dans la zone d'agitation violente disposée à l'entrée du
tamis sont créées par des ailettes fixées sur le décolmateur et des ailettes
fixées
sur le tamis.
La présente invention vise aussi un procédé d'utilisation de cet appareil pour
le traitement de la pâte à papier selon lequel chaque partie de I'appareil de
filtration comporte une sortie de produits acceptés, chaque couronne annulaire
du
tamis comporte éventuellement une arrivée de dilution, l'appareil de
filtration
comportant en outre une entrée, une sortie des rejets selon lequel en jouant
sur
les réglages des sorties de produits acceptés, de la sortie des rejets et des
arrivées
de diluiion par les canalisations, on peut réduire la vitesse de rotation du
décolmateur de façon à ce qu'elle soit la plus basse possible afin
d'économiser
l'énergie, tout en maintenant un faible débit des rejets.
Le procédé selon l'invention peut comprendre les phases suivantes
consistant à :
a) soit d'ajuster la vitesse du rotor en foncüon du différentiel de pression
de
la pâte entre l'entrée de l'appareil et l'une au moins des sorties acceptées ;
b) soit d'ajuster la vitesse du rotor en foncdon du ou des débits dans l'une
au moins des sortles de produits acceptés ;
c) on ajuste le taux des refus d'une ou plusieurs parties du tamis en ajustant
le débit de sortie des refus de l'appareil en tenant compte des débits
acceptés et
des débits de diiution ;
d) soit en combinant deux ou trois de ces moyens de régulation.
La présente invention vise également la mise en oeuvre des moyens ci-
dessus décrits pour la filtration de la pâte à papier.
A titre d'exemples non limitatifs et pour faciiiter la compréhension de
l'invention, on a représenté aux dessins annexés :
Figure 1 : un premier exemple de réalisation selon l'invention comportant
des ailettes réalisant une zone de forte défloculation.
Figure 2: un deuxième exemple de réalisation comportant une zone de
ralentissement obtenue au moyen de chicanes.
Figure 3 : une vue en coupe selon AA de la figure 2.
Figure 4 : une variante de réalisation de la figure 2.
Figure 5: une deuxième variante de réalisation de la figure 2.
CA 02362500 2001-08-23 FEUILLE MODIFI E
07-12-2000 . FR 000000468
4A (FEUILLE DE RF.Itiu .~ ~...~.y.... ~~
Figure 6 : un troisième exemple de réalisation selon l'invention combinant
une zone de défloculation selon la figure 1 et une zone de ralentissement
selon la
figure 2.
Figure 7 : un quatrième mode de réalisation utilisant les moyens de
ralentissement de la figure 2, dans un filtre centripète.
Figure 8: une vue en perspective illustrant un tamis selon I invention.
Rgure 9 une vue en perspective illustrant le rotor desbné à être placé à
I intérieur du tamis de la figure 8.
Figure 10 : une vue pariielle en perspective montrant I intérieur du tamis de
la figure 8.
Figures 11 et 12 : deux vues partielles et à grande échelle de la figure 10.
Figure 13 : une vue partielle de ( intérieur d'une variante de réalisation du
tamis des figures 8, 10, 11 et 12.
Figure 14 : une vue partielle d'une variante de réalisation d'un élément
filtrant selon I invention.
Figure 15 : une vue pardelle d'une autre variante de réalisation d'un tamis
d'élément filtrant selon I invention.
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Figure 16 : une vue en coupe verticale d'un élément filtrant selon
l'invention.
Figure 17 : un exemple de réalisation d'un appareil de filtration.
Dans toutes les figures 1 à 7, le tamis est constitué, comme cela a été décrit
dans le brevet EP 0 707 109 par un empilage de cercles 1 à section en U,
pressés
les uns contre les autres au moyen de deux couronnes d'extrémités 2 et 3
assemblées l'une à l'autre par des tirants 4 qui permettent d'établir une
précontrainte. Les bases des U sont munies de perçages (que ce soient des
fentes
ou des trous).
La pâte arrive dans le filtre par son extrémité située à gauche de la figure
(du côté de la couronne 2) et ressort par son extrémité opposée (du côté de la
couronne 3) en circulant dans l'espace 6 situé entre le décolmateur 5 et le
tamis
comme indiqué par la flèche f1.
Il est à noter toutefois que l'invention n'est pas limitée à cette structure
particulière de tamis mais est applicable à tout tamis cylindrique comme cela
sera
décrit ci-après.
Selon l'exemple illustré à la figure 1 des turbulences sont créées par des
ailettes 10 fixées sur le décolmateur et des ailettes 11 fixées sur le tamis.
Ces ailettes 10 et 11 peuvent être radiales ou inclinées et peuvent avoir des
inclinaisons en sens inverse.
De préférence, comme cela est représenté à la figure 1 les formes des
ailettes 10/11 sont telles qu'elles s'imbriquent les unes dans les autres.
On obtient ainsi dans la zone où se trouvent lesdites ailettes une violente
agitation qui réalise une bonne défloculation de la pâte.
Selon l'invention on peut, au lieu de créer une zone de défloculation à
l'entrée du filtre, créer une zone de ralentissement de la vitesse à laquelle
la pâte
est entraînée.
Dans ce but, comme cela est illustré aux figures 2 et 3, on dispose dans le
tamis une série de chicanes qui ralentissent le mouvement tournant de la pâte.
En se reportant à ces figures on voit que l'on remplace un ou plusieurs
cercles 1 par une pluralité de cloisons 20, paralièies à l'axe du filtre qui
avec les
rebords des deux anneaux 1 qui l'encadrent constituent une pluralité de
cavités
parallélépipédiques C disposées sur tout le pourtour du tamis.
En face de ces cloisons 20 est disposée une cloison annulaire 21
perpendiculaire à l'axe du filtre et portée par le rotor 5.
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Ainsi, comme cela est représenté par la flèche f2, le flux de pâte est dévié
par la cloison annulaire 21 et vient heurter les cloisons 20 qui sont liées au
tamis
et traverse les cavités C pour retourner dans l'espace 6.
Cela provoque un ralentissement de la vitesse de rotation de la pâte et, en
même temps, une agitation de la pâte qui a un effet de défloculation et de
fluidisation.
On entend par fluidisation un état agité et sans floc de la pâte qui favorise
l'écoulement dans les ouvertures, trous ou fentes du tamis.
Il en résulte que le tamis est divisé en deux parties ; une première partie en
amont de la couronne de cavités C et une deuxième partie en aval, ces deux
parties étant séparées l'une de l'autre par la couronne de cavités C.
Il en résulte également que le rotor est divisé en deux parties par la cloison
circulaire 21.
A la figure 2, la chicane 20/21 est disposée au milieu du tamis ; à la figure
4
elle est disposée à proximité de l'extrémité, c'est-à-dire là où les effets de
colmatage sont les plus importants du fait de l'épaississement de la pâte.
La figure 5 réunit les dispositions des figures 2 et 4.
La figure 6 réunit les dispositions des figures 1 et 2.
La figure 7 représente un filtre centripète qui utilise les moyens de la
figure
2. Les mêmes éléments portent les mêmes références.
Sur cette figure le tamis 1, se trouve à Iintérieur du décolmateur 5. La pâte
arrive par l'extrémité du tamis et circule dans l'espace 6 situé entre le
tamis 1 et le
décolmateur 5.
Dans une zone du tamis 1 les cercles à section en U sont remplacés par des
cloisons 20, parallèles à l'axe du cylindre et le décolmateur 5 comporte une
cloison
annulaire 21.
Comme dans le cas de la figure 2, la pâte est déviée par la cloison annulaire
21 et vient heurter les cloisons 20.
Les figures 8 à 18 représentent une variante de réalisation'de l'appareil
mettant en ceuvre le procédé selon la présente invention.
La figure 8 représente un tamis cylindrique 30 qui est constitué de barrettes
31 disposées verticalement les unes à côté des autres avec un léger jeu
(compris
entre 0.05 mm et 1 mm) et fixées sur des couronnes horizontales 32, 33, 34,
35,
36 et 37.
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WO 00/50690 7 PCT/FR00/00468
Ces couronnes 32 à 37 sont traversées par des tirants 38, parallèles à l'axe
du cylindre, ces tirants 38 étant fixés aux deux couronnes d'extrémités 32 et
37,
de sorte que l'ensemble est maintenu par le serrage des tirants 38.
La figure 9 représente le rotor 40 qui est placé à l'intérieur du tamis de la
figure 8. Ce rotor est un cylindre qui comporte trois couronnes annulaires 41,
42,
et 43. Dans les zones comprises entre les couronnes annulaires sont disposées
des
paies 45, appelées usuellement foils dans l'industrie de la pâte à papier.
Les foils 45 ont pour fonction de provoquer des pulsations de
pression/dépression qui tendent à empêcher le colmatage du tamis.
Les couronnes 41 à 43 sont disposées sur le rotor de façon à être en face
des couronnes 33, 34 et 35.
Il sera expliqué ci-après comment les couronnes 33, 34 et 35 du tamis 30,
coopèrent avec les couronnes 41, 42 et 43 du rotor pour former des chicanes.
Comme on le voit sur la figure 9 les couronnes annulaires 41, 42 et 43
définissent quatre zones du rotor 40.
La forme, le nombre et Iinclinaison des pales ou foils 45 peuvent varier
d'une zone à l'autre.
La figure 10 représente le tamis de la figure 8 vu de l'intérieur.
On voit que les couronnes 33, 34 et 35 sont creuses de façon à définir des
cavités C.
Dans cet exemple, comme le tamis 30 est fait de barreaux 31 jûxtaposés, les
cavités C ne sont pas faites comme dans le cas des figures 1 à 7 où le tamis
était
constitué par des U.
Comme on le voit à la figure 10 les couronnes 33, 34, 35 sont constituées
par un anneau comportant une multitude de cavités parallélépipédiques ayant
pratiquement la même forme que les cavités C des figures 1 à 7.
Certaines cavités C des couronnes 33 et/ou 34 comportent en outre des
orifices qui sont reliés à des conduites 50 d'arrivée de dilution.
Les figures 11 et 12 sont des vues de détail, à plus grande échelle de la
figure 10.
La figure 13 illustre une variante selon laquelle,. au lieu de disposer des
cavités parallélépipédiques C on dispose des cavités cylindriques ou trous
borgnes
D, certains pouvant être reliés à des conduites 50.
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Comme cela est illustré à la figure 13 (trous borgnes D) et à la figure 14
(cavités parallélépipédiques C) la couronne annulaire du rotor 41 (42,43) qui
coopère avec la couronne 33 (34, 35) est disposée de façon à être pratiquement
au niveau du milieu des cavités C ou trous cylindriques D.
La flèche F illustre comment de la pâte venant de la zone située en dessous
des couronnes 33, 41 est forcée à entrer dans une cavité C ou D, cette cavité
et la
couronne 41 formant une chicane qui ralentit considérablement la vitesse de la
pâte.
On voit sur cette figure que les barrettes 31 sont maintenues par des
cerclages 31a.
La figure 15 illustre une autre variante de réalisation dans laquelle les
mêmes éléments portent les mêmes références.
Dans cet exemple le tamis 30 est fixe et placé à l'extérieur du rotor 40 qui
porte des foils 45. La couronne 41 du rotor 40 est en face de la couronne 33
du
tamis 30 de façon à ce que les cavités C de ladite couronne 33 forment avec la
couronne annulaire 41 une série de chicanes.
Sur cette figure, dans le fond de la cavité C arrive une conduite 50 qui est
une conduite d'eau.
Cela permet de combiner l'action de ralentissement provoquée par les
chicanes C à une action de dilution de la pâte, qui a tendance à s'épaissir au
fur et
à mesure qu'elle traverse l'appareil de filtration.
En se reportant à la figure 17 on voit que l'élément de filtration selon
l'invention peut comporter, du haut vers le bas :
- une couronne d'extrémité supérieure 32 pour le tamis 30,
- une couronne intermédiaire 33 comportant une pluralité de cavités C, dont
certaines sont reliées à des conduites 50 de dilution,
- une deuxième couronne intermédiaire 34, analogue à la couronne 33,
- une couronne d'extrémité inférieure 37, reliée à la couronne 32 par des
tirants, non représentés,
- une couronne annulaire 41, portée par le rotor, et située en face des
cavités C de la couronne 33 pour définir avec elle une pluralité de chicanes,
- une deuxième couronne annulaire 42, portée par le rotor, située en face
des cavités C de la couronne 34.
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L'élément de filtration constitué par le tamis 30 et le rotor 40 est ainsi
divisé
en trois zones X, Y et Z en partant du bas.
La pâte à épurer arrive en Q à la base du dispositif.
La zone X comporte une sortie 60 pour les produits dits acceptés c'est-à-
dire qui ont traversé le tamis 30 ; la zone Y comporte une sortie 61 pour les
produits acceptés et la zone Z une sortie 62 pour les produits acceptés.
Il est bien évident que la pâte va avoir tendance à s'épaissir et à floculer
au
fur et à mesure qu'elle passe d'une zone à l'autre.
Comme on l'a dit l'épaississement provoque une baisse de l'efficacité du
décolmatage qui doit être compensée par exemple par une vitesse plus élevée et
donc une consommation d'énergie plus importante. Lîntroduction d'eau dans les
conduits 50 qui débouchent dans certaines cavités C ou D de la couronne 34 et
de
la couronne 33 permet de contrer cet épaississement et ainsi permet de réduire
la
vitesse du rotor et donc d'économiser de l'énergie.
A sa partie supérieure l'appareil comporte un couvercle 63, une sortie R pour
les rejets.
On peut ajuster la vitesse du rotor 40 en fonction du différentiel de pression
entre l'entrée Q dans l'appareil et l'une au moins des pressions régnant dans
les
conduits de sortie des produits acceptés 60, 61, 62.
On peut également ajuster la vitesse du rotor 40 en fonction d'un ou
plusieurs des débits dans les canalisations 60, 61 ou 62.
Dans l'un ou l'autre cas cela permet de réduire la vitesse de rotation du
rotor
40 et donc de réaliser une économie d'énergie.
Le tamis peut être réalisé de multiples façons soit par empilage d'anneaux à
section en U des figures 1 à 7, soit par empilage de grilles obtenues par
juxtaposition de barreaux des figures 13 et 14, soit par empilage des tôles
cylindriques perforées à trous ou à fentes de la figure 16.
Ainsi, par exemple, elles peuvent être constituées par des plaques 70, dans
la masse desquelles on a creusé avec des fraises circulaires des rainures 71,
les
fentes étant ensuite usinées avec des scies circulaires.
Il est à noter qu'en disposant les pales 45 de décolmatage de façon inclinée
on obtient une sorte de pompage qui accélère la circulation dans l'appareil.
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Il est aussi à noter que le rotor 40 étant divisé en autant de portions que le
tamis 30 on peut à chaque portion du rotor disposer des pales 45 différentes
quant à leur nombre, leur forme et leur inclinaison.
De la même façon les différentes portions du tamis peuvent être de
constitutions différentes.
Dans tous les exemples représentés, les bords des cavités C ou D sont
exactement au même niveau que celui de la paroi interne du tamis 30.
Il est possible de les disposer de façon qu'ils fassent légèrement saillie à
Iintérieur du tamis 30, mais à condition que cela n'empêche pas I introduction
du
rotor 40 dans le tamis 30, c'est-à-dire que les couronnes annulaires telles
que 41,
42 etc... puissent passer.
