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CA 02376795 2001-12-10
WO 00/75422 PCT/PT00/00006
DESCRIPTION
PROCEDE ET APPAREIL POUR LA PREPARATION DE PATE
A PAPIER A PARTIR DE VIEUX PAPIERS
La présente invention concerne le domaine de la papeterie et plus
spécifiquement la préparation de pâte à partir du recyclage des vieux papiers
afin
de produire du papier.
Pour la fabrication de pâte à partir de vieux papiers, il est nécessaire de
remettre les fibres de cellulose en suspension et d'éliminer les éléments
lo étrangers indésirables, dits contaminants, opération appelée
décontamination.
Les contaminants peuvent prendre des formes diverses. On retrouve, en
particulier, des particules métalliques (agrafes), des sables et graviers, des
matières adhésives, des morceaux de plastique...
On retrouve aussi des encres, qu'il sera important d'enlever pour certaines
productions, notamment les papiers dits blancs , destinés à l'impression, à
l'écriture ou à des usages sanitaires ( tissue ).
En plus des contaminants déjà évoqués, on retrouve aussi des charges
minérales, incorporées au papier pour certaines fabrications (magazines,
papiers
d'impression écriture ... ). La présence de charges minérales peut être
indésirable, en particulier, pour la production de papiers sanitaires. Il est
nécessaire dans ce cas de les séparer de la pâte.
La préparation de pâte avec des vieux papiers est le procédé global, allant
de la désintégration des vieux papiers jusqu'au différentes étapes de
décontamination, éventuellement l'élimination des encres (désencrage) et des
charges minérales (lavage), et pouvant inclure une ou deux étapes de
blanchiment permettant aux fibres de retrouver leur blancheur initiale. La
pâte
produite servira à alimenter la machine à papier.
La préparation de pâte pour les cartons d'emballage est beaucoup moins
contraignante en terme de décontamination.
Le procédé classique de préparation de pâte à partir de vieux papiers
commence toujours par la désintégration des papiers et la mise en suspension
des fibres, par l'intermédiaire d'un pulpeur (Etape A). Le pulpeur est un
équipement doté d'un rotor (ou turbine), qui provoque une agitation
suffisamment
forte des vieux papiers, mélangés à de l'eau, pour que les liaisons entre les
fibres
(liaisons hydrogènes) se rompent les unes après les autres. Une pâte à papier
à
partir de vieux papiers, est ainsi reconstituée.
On retrouvera ensuite, selon la qualité de la pâte finale que l'on veut
obtenir :
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- Etape B: Une décontamination grossière. Il s'agit d'éliminer par tamisage,
les
éléments les plus grossiers, et en particulier les plastiques.
- Etape C: L'élimination, par hydrocyclone, des grosses particules lourdes :
les
gros sables, morceaux de verre, et particules métalliques telles que des
agrafes.
- Etape D: L'élimination des petits plastiques et autres contaminants de
taille
intermédiaire par un tamisage à trous (ou épuration à trous) en deux ou trois
étages, consistant à faire passer la pâte dans de petits trous (entre 1 et 3
mm)
et à retenir les contaminants de taille supérieure à celle des trous.
- Etape E: L'élimination de petits contaminants, essentiellement d'aspect
granuleux (par opposition aux contaminants plats) par une épuration à fentes
(entre 0,1 et 0,3 mm), fonctionnant selon le même principe que l'épuration à
trous. Les trous sont remplacés par des fentes, où les fibres, compte tenu de
leur faible diamètre, parviennent à passer.
- Etape F: Pour les papiers dits blancs , l'élimination des encres par une ou
plusieurs cellules de flottation. Les encres sont séparées à l'aide de petites
bulles d'air avec l'aide éventuelle d'un savon ou d'un surfactant.
- Etape G: L'élimination des sables fins et gros points noirs (petits
contaminants lourds) par des batteries en plusieurs étages d'hydrocyclones.
- Etape H: Dans certains cas, l'élimination des petits contaminants de densité
inférieure à 1 par hydrocyclone.
- Etape I: Plus particulièrement pour les papiers tissue, l'élimination des
charges minérales par un lavage de la pâte. L'essentiel de l'eau est évacué,
entraînant avec elle la majorité des charges.
- Etape J: Epaississement de la pâte, afin d'en faciliter le stockage avant la
machine à papier ou de préparer la pâte à une dispersion à chaud ou à un
raffinage.
- Etape K: Dans certains cas, dispersion des contaminants résiduels, par un
disperseur ou triturateur, de manière à rendre ces contaminants non visibles à
I'oeil. Dans d'autres cas, transformation des propriétés mécaniques de la pâte
par un raffineur.
Dans de nombreux cas, redilution et reprise d'une ou plusieurs des étapes
précédemment décrites. On parlera alors de deuxième boucle, voire de troisième
boucle si après la deuxième boucle, on reprend de nouveau une ou plusieurs
étapes.
- Etape L: Clarification des filtrats par un microflotateur à air dissous. La
matière en suspension est rassemblée en flocs puis flottée à la surface à
l'aide de microbulles d'air et de polymères (floculants et coagulants).
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- Etape M: Epaississement des matières solides extraites lors de l'Etape L.
- Etape N Traitement des eaux résiduaires par une station d'épuration.
- Etape O: Blanchiment des fibres pour certaines applications.
Les procédés de préparation de pâte actuellement en service sont une
combinaison plus ou moins complète des étapes précédemment décrites,
chacune réalisée par un équipement différent. Entre chaque étape, la pâte est
généralement pompée, entraînant une forte consommation d'énergie. Certaines
étapes nécessiterit l'emploi de produits chimiques. Il est fréquent, et
particulièrement lorsque l'on veut produire des papiers blancs imposant
des
critères optiques restrictifs, que le procédé de recyclage de vieux papiers ne
soit
pas compétitif par rapport à l'utilisation de cellulose vierge.
L'invention a pour objet de se substituer, dans sa version de base, à
plusieurs des équipements correspondant aux Etapes précédemment citées H,
J, L, M, voire C, D, E, F, G et I, quel que soit le type de papier à produire,
permettant aussi une économie importante d'énergie et de produits chimiques.
Le recyclage des vieux papiers deviendra ainsi plus compétitif, y compris pour
les applications les plus exigeantes. L'invention permet en outre une emprise
au
sol très inférieure.
Pour ce faire, l'invention propose un procédé selon la revendication 1 et un
appareil selon la revendication 2. Dans les revendications indépendantes des
alternatives pour l'appareil selon l'invention sont présentées.
L'invention a pour objet de fournir un procédé pour la préparation de pâte à
papier à partir de vieux papiers préalablement désintégrés et mis en
suspension
par un pulpeur, utilisant le différentiel de vitesse de sédimentation des
différentes
particules contenues dans la suspension sous l'effet d'un champ de gravité
artificiel créé par rotation combiné à une action de filtration, le procédé
comprenant la réalisation combinée et simultanée dans un seul appareil rotatif
des étapes suivantes :
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a. Filtration de la suspension à travers une grille (6) qui retient au moins
une partie des fibres contenues dans la suspension et laisse passer la
majeure partie de l'eau et des petits contaminants et charges
minérales contenus dans la suspension, cette filtration étant aidée par
la force créée par l'accélération résultante de la rotation de l'appareil ;
b. Concentration et évacuation de la partie de la suspension retenue par
la grille (6) à la périphérie de l'appareil sous l'effet de l'accélération
résultant de la rotation de l'appareil ;
c. Clarification de l'eau qui passe à travers la grille (6) par la séparation
des éléments solides en suspension de densité supérieure à 1 qui
sédimentent à la périphérie de l'appareil sous l'effet de l'accélération
résultant de la rotation de l'appareil ;
d. Concentration et extraction des éléments solides de densité supérieure
à 1 séparés de l'eau qui passe à travers la grille (6).
L'invention a pour objet de fournir un appareil pour la préparation de pâte à
papier à partir de vieux papiers préalablement désintégrés et mis en
suspension
fibreuse par un pulpeur, l'appareil étant destiné à débarrasser la pâte des
petits
contaminants tels que des particules d'encres ainsi que des charges minérales,
l'appareil comprenant un corps (1) mis sous pression, tournant à grande
vitesse
entraînant de façon solidaire l'ensemble des composants disposés à l'intérieur
de celui-ci, le corps (1) comprenant :
a. Une conduite (2) d'entrée de suspension fibreuse disposée au centre
du corps (1), la suspension fibreuse étant entraînée à la vitesse
angulaire du corps par l'intermédiaire d'ailettes (3) solidaires du corps
(1) ;
b. Une zone (4) d'alimentation d'une grille immergée (6) de filtration dans
laquelle la suspension fibreuse introduite dans le corps (1) de l'appareil
est acheminée et filtrée, la grille (6) étant dotée de petits trous qui
permettent de retenir au moins une partie des fibres contenues dans la
suspension tandis que la majeure partie de l'eau, des petits
contaminants et charges minérales contenus dans la suspension
3a
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traversent la grille (6), cette filtration étant aidée par la force créée par
l'accélération résultant de la rotation de l'appareil ;
c. Une zone (7) de concentration de la partie de la suspension retenue
par la grille (6) disposée à la périphérie de la zone (4) d'alimentation de
la grille (6) ;
d. Plusieurs ouvertures (8) disposées à la périphérie du corps (1) de
l'appareil pour évacuer la suspension concentrée de la zone (7) de
concentration sous l'effet de l'accélération résultant de la rotation de
l'appareil ;
e. Une chambre (16) de clarification pour clarifier l'eau ayant transité à
travers la grille (6), la chambre (16) de clarification comportant des
ouvertures (20) disposées à la périphérie du corps (1) de l'appareil
pour l'évacuation des éléments solides ayant sédimenté en périphérie
de ladite chambre (16) sous l'effet de l'accélération résultant de la
rotation de l'appareil, et une conduite (21) centrale d'évacuation de
l'eau clarifiée.
Brève description des figures :
L'invention est représentée par 6 figures, correspondant aux principales
applications et montrant les principales variantes exposées dans la
description.
La numérotation correspond aux renvois figurant dans les textes. Toutes les
figures sont présentées à titre indicatif et sans intention limitative.
Les figures 1 à 4 représentent plusieurs réalisations pratiques de
l'invention,
correspondant à plusieurs applications. Les figures 5 et 6 représentent des
détails et parties spécifiques de l'invention.
La figure 1 représente une coupe d'une réalisation pratique de l'invention
appliquée plus particulièrement aux papiers sanitaires (dits tissue ) dans
sa
configuration de base ayant, en plus des fonctions de base, un dispositif de
récupération des fibres ayant transité à travers la grille (6) et leur
récupération
par le tube (14) au centre de l'appareil, un dispositif de clarification en
deux
étapes, et un dispositif de réintégration des éléments récupérés (13).
3b
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La figure 2 représente une coupe d'une réalisation pratique de l'invention
appliquée plus particulièrement aux papiers sanitaires ayant, en plus des
fonctions de base: un traitement préalable de la pâte par élimination des
sables
fins et autres contaminants lourds ou légers dans la chambre de
sédimentation (25) et un classage à fentes ; un dispositif de récupération des
20
3c
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fibres ayant transité à travers la grille (6) et leur concentration dans la
chambre
(33) ; un dispositif de réintégration des éléments récupérés (13).
La figure 3 représente une coupe d'une réalisation pratique de l'invention
appliquée plus particulièrement aux papiers impression écriture et journaux
magazine, ayant, en plus des fonctions de base : un traitement préalable de la
pâte par élimination des sables fins et autres contaminants lourds ou
légers dans la chambre de sédimentation (25) et un classage à fentes ; un
dispositif de préclarification dans la chambre (33) ; un dispositif de
réintégration
des éléments récupérés (13).
La figure 4 représente une coupe d'une réalisation pratique de l'invention
plus particulièrement appliquée aux papiers cartons et papiers d'emballage,
ayant, en plus des fonctions de base : un traitement préalable de la pâte par
élimination des sables fins et autres contaminants lourds ou légers
dans
la chambre de sédimentation (25) et un classage à fentes ; un dispositif de
préclarification dans la chambre (33).; un dispositif de réintégration
d'éléments
extraits lors de la clarification à la pâte par des déflecteurs (39).
La figure 5 représente une coupe des orifices de la grille de classage à
trou/fentes.
La figure 6 correspond au dispositif de freinage des fibres extraites en
périphérie (8) par des tubes en colimaçon.
Pour les papiers sanitaires, dits tissue , l'invention consiste, dans sa
version de base, à regrouper les fonctions, de lavage, de désencrage,
d'élimination des particules de densité inférieure à 1, d'épaississement des
fibres,
d'épaississement de la matière en suspension issue des filtrats, de
clarification
de l'eau et d'élimination des contaminants de densité inférieure à 1.
L'invention
se substitue donc aux appareils correspondant aux étapes F, H, I, J, L, M du
procédé classique de préparation de pâte à papier. Les figures 1 et 2
représentent, en particulier, deux réalisations pratiques de l'invention
appliquées
pour cette qualité de papier.
Pour les papiers impression écriture et journaux magazine, la présente
invention consiste à regrouper, dans sa version de base, les fonctions de
désencrage, d'épaississement des fibres, de clarification des eaux, et
d'élimination des contaminants de densité inférieure à 1. L'invention regroupe
les
étapes F, H, J, L, M et éventuellement I du procédé classique de préparation
de
la pâte à papier. La figure 3 représente, en particulier, une réalisation
pratique de
l'invention pour cette application.
Pour les productions de papiers et cartons d'emballage, utilisant plus
particulièrement des fibres non blanchies, la présente invention consiste à
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regrouper, dans sa version de base, les fonctions d'épaississement des fibres,
de
clarification des eaux, d'élimination des contaminants d'une densité
inférieure à
1, et éventuellement de fractionnement fibres Iongues/fibres courtes.
L'invention
se substitue aux étapes H, J, L, M du procédé classique de préparation de pâte
à
5 papier. La figure 4 est une représentation pratique de l'invention pour
cette
application.
Dans une version plus complète et quelles que soient les applications,
l'invention se substitue aux étapes C à E et G du procédé classique de
préparation de pâte à papier.
L'appareil proposé est constitué d'un corps (1) tournant à grande vitesse
entraînant de façon solidaire l'ensemble des constituants internes de
l'appareil.
Le corps de l'appareil est entraîné par un moteur non représenté sur les
figures.
Au préalable les vieux papiers doivent être désintégrés par l'intermédiaire
d'un pulpeur (Etape A), et subir une décontamination grossière (Etape B). Dans
sa version de base (figure 1) la pâte doit encore subir les Etapes C, D et E
du
procédé classique avant l'introduction dans l'appareil.
La pâte ainsi préalablement traitée et débarrassée des contaminants les
plus importants est introduite le long de l'axe de l'appareil, par un conduit
central
(2). Les ailettes (3) permettent à la pâte d'être entraînée en rotation à la
même
vitesse angulaire que l'appareil. L'ensemble des conduits entrants et sortants
(2),
(12), (13), (14), (21), (22) et (37) sont reliés à des garnitures mécaniques,
non
représentées sur les figures, permettant d'assurer une connexion étanche avec
des conduits fixes. La vitesse de rotation de l'appareil est telle, qu'en sa
périphérie les corps sont soumis à un champ de gravité artificielle pouvant
dépasser 1000 fois la gravité terrestre.
Dans les versions de base (figure 1), la pâte a déjà subit les étapes A à E
du procédé classique et ne contient plus que des petits contaminants (en
général
moins de 0.5 mm de diamètre). La pâte à traiter est acheminée (4) le long
d'une
grille avec de petits trous (6), la majorité de l'eau traversant la grille
tandis que les
fibres sont retenues du fait du faible diamètre des trous. Les fibres sont
entraînées, du fait d'une densité supérieure à 1, et sous l'effet du champ de
gravité artificielle lié à la rotation de l'appareil, vers la périphérie de
l'appareil et
aboutissent dans la chambre de concentration la pâte (7). Celle-ci se termine
par
des buses d'extraction (8) à ouverture permanente ou bien séquentielle
permettant l'extraction de la pâte à la concentration optimale.
Afin de ne pas endommager les fibres, l'extraction ayant lieu à grande
vitesse, le freinage de la pâte pourra être assuré par des tubes circulaires
(44)
disposés en colimaçon (figure 6). La pâte extraite en périphérie de l'appareil
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rejoint les anneaux de décélération dont les dimensions sont déterminées en
fonction de la vitesse maximale acceptable.
Les contaminants de densité inférieure à 1 qui ne transitent pas par la grille
(6), migrent vers l'axe de l'appareil compte tenu du champ de gravité
artificiel
crée par la rotation de l'appareil, où ils sont recueillis et évacués par le
conduit
(22).
Les filtrats et l'eau, ayant transité par les trous de la grille (6), sont
destinés
à des traitements différents selon les applications.
Pour la version plus particulièrement destinée aux applications tissue
(figures 1 et 2), un des objectifs de l'invention est de récupérer les fibres
et fines
(fragments de fibres) ayant traversé la grille (6). II s'agit aussi d'éliminer
les
encres et charges minérales de l'eau afin de la réutiliser en vue de fermer au
maximum les circuits d'eau et réduire la consommation d'eau fraîche. Les eaux
non clarifiées sont, en premier lieu, traitées juste après leur passage à
travers la
grille. Il s'agit de récupérer les fibres, qui comptent aussi parmi les
éléments les
plus lourds et gros des filtrats en question.
Afin de récupérer les fibres ayant passé à travers la grille de filtration
(6), il
existe 2 solutions différentes. La première solution, représentée sur la
figure 1,
consiste à ramener les éléments cellulosiques à récupérer vers l'axe de
l'appareil. L'eau non clarifiée est acheminée par la conduite (9). La vitesse
d'aspiration de la conduite (9) vers la zone (15) d'alimentation de la zone de
clarification (16) n'est pas suffisante pour entraîner les fibres et les
autres corps
plus lourds, qui sédimentent ainsi à la périphérie de la zone (5). Ces corps
sont
récupérés par une conduite (10) qui les achemine vers l'axe de l'appareil. La
section de cette conduite est étudiée de manière à permettre une vitesse du
courant supérieure à la vitesse de sédimentation des fibres. Sur la partie la
plus
en périphérie de la chambre (5), une ouverture (11) qui communique avec la
chambre de concentration (19) des éléments solides séparés des eaux à
clarifier,
permet d'éviter la formation de dépôts. Cette ouverture pourra être traversée
par
un contre courant d'eau alimenté par une conduite (12). Le débit de cette eau
serait adapté de manière à ce que la vitesse du courant qui passe à travers
l'ouverture soit supérieure à la vitesse de sédimentation des fibres, tandis
que les
éléments plus denses, qui parviennent à remonter le courant compte tenu de
leur
vitesse de sédimentation supérieure, sont recueillis dans la chambre de
concentration (19) avant d'être extraits par les buses (20). Les fibres
récupérées,
acheminées par les conduites (10) et extraites par le centre de l'appareil par
le
tube (14), sont éventuellement traitées par des moyens classiques de
désencrage avant d'être réintégrées à la pâte dans l'appareil.
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La seconde solution de séparation des fibres pour les traiter puis les
récupérer consiste à les extraire par la périphérie de l'appareil. La figure 2
donne
une représentation de cette configuration. Il s'agit d'inclure une zone de
sédimentation (33) à la périphérie de la zone (9) et en aval de la grille (6)
où se
concentrent les éléments fibreux ayant sédimenté sous l'effet du champ de
gravité artificiel provoqué par la rotation rapide de l'appareil. Ces éléments
peuvent être alors évacués par la périphérie de l'appareil par les buses (34).
Les
eaux à clarifier transitent directement de la zone (33) vers la zone de
clarification
(16).
Les fibres extraites par l'un des deux moyens envisagés sont préalablement
traitées, si besoin, et peuvent être réintégrées dans l'appareil. Cette
réintégration
est réalisée par une conduite (13) et permettant l'acheminement des fibres et
autres éléments à intégrer en périphérie de l'appareil aux points
d'introduction
(13b) dans la zone (4). Cette localisation en périphérie, proche de la zone de
concentration de la pâte (7), permet de limiter les pertes en fibres et autres
éléments réintégrés, la seule fonction recherchée étant l'épaississement de la
pâte et éléments réintégrés. La grille de filtration (6) pourra pour les
diamètres
supérieurs au point de réintroduction (13b), avoir des trous de plus petite
taille
afin de limiter le passage a travers la grille des éléments réintégrés.
Pour les autres applications (figures 3 et 4), qu'il s'agisse de papiers
impression écriture ou cartons et papiers d'emballage, les eaux séparées des
fibres sont, pour la plupart de ces applications, directement acheminées vers
la
zone de clarification par le conduit (9). En effet, la majorité des éléments
solides
contenus dans les eaux, charges comprises, et séparés lors de la
clarification,
pourront être réintégrés à la pâte à papier après un traitement éventuel.
Cette
réintégration pourra se faire selon un procédé identique à celui décrit
précédemment.
Pour d'autres applications, plus particulièrement destinées à la production
de certains papiers et cartons d'emballage nécessitant des propriétés
mécaniques spécifiques, la grille (6) aura aussi une fonction de
fractionnement,
c'est à dire de classage entre fibres longues et fibres courtes, les fibres
longues
étant retenues par la grille tandis que les fibres courtes passent à travers.
Dans
cette configuration, la taille des trous sera étudiée en fonction de l'effet
de
fractionnement recherché.
Pour toutes les applications, l'eau et les éléments ayant traversé la grille
(6)
seront recueillis dans la chambre (9) et conduits vers la zone de
clarification (16)
est constituée de cônes proches les uns des autres, qui pourront être en
matière
plastique ou composite d'une densité proche de 1. L'eau à traiter, encadrée
par
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les cônes de séparation, est dirigée de la périphérie vers l'axe de
l'appareil. Les
particules, de densité différente de l'eau, sous l'effet du champ de gravité
artificielle, ont une vitesse radiale différente de l'eau et rencontrent la
superficie
du cône de séparation le plus proche. Du fait des frottements entre l'eau et
les
cônes, la vitesse de l'eau aux abords immédiats des cônes est très réduite, ce
qui facilitera la migration des particules le long des superficies coniques.
Les
particules captées par les cônes auront une vitesse de migration plus élevée
que
la vitesse de l'eau aux abords immédiats des cônes. Une fois qu'elles ont
atteint
un cône, les particules de densité supérieure à 1 remontent ainsi
progressivement le long de la surface du cône. L'eau transite vers le centre
de
l'appareil où elle est évacuée par le tube (21).
L'extrémité en périphérie de chaque cône pourra être prolongée par des
canaux d'évacuation (17) qui permettent aux solides captés par les cônes de
continuer à leur chemin vers la périphérie au milieu du courant de l'eau non
clarifiée à l'admission de la clarification. Ces canaux, représentés sur le
figure 2,
communiquent eux-mêmes avec le conduit d'évacuation des solides (18), avant
de rejoindre la chambre de concentration (19) et d'être expulsés de l'appareil
par
les buses (20). Ces buses (20) ont une ouverture permanente ou séquentielle
selon les cas et les applications.
Un procédé similaire sera utilisé pour séparer et éliminer vers l'axe de
l'appareil, grâce à l'action du champ de gravité artificiel, les contaminants
de
densité inférieure à 1 qui migrent vers le centre de l'appareil où ils sont
recueillis
par le conduit (37). Dans ce cas, les cônes de la zone de clarification (16)
pourront être prolongés par les canaux (36). Cette application est représentée
sur
le figure 2.
Afin d'améliorer la qualité de la clarification des eaux et éviter une
saturation
des circuits en charges minérales et autres colloïdes liée à un effet de
bouclage,
particulièrement préjudiciable pour certaines qualités de papiers, l'invention
pourra être dotée d'une clarification en 2 temps, où l'eau passe
successivement dans une zone de préclarification (33) puis dans une zone de
clarification finale (16), les deux zones fonctionnant en série. Sur les
figures 2, 3
et 4 sont représentés cette application. La zone de préclarification (33) est
destinée à éliminer les particules les plus importantes, qui dans leur
déplacement
sont susceptibles de créer des micro-turbulences qui perturbent la
sédimentation
des particules les plus fines. La zone de clarification finale (16), avec des
plaques
de séparations très rapprochées, permet une sédimentation des éléments les
plus fins selon le principe déjà présenté. Les éléments qui sont séparés lors
de la
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préclarification par sédimentation dans la chambre (33) sont conduits vers la
périphérie de l'appareil où ils sont évacués à la périphérie de l'appareil.
Une autre solution pour obtenir une préclarification et une clarification
finale
est la division de la zone de clarification (16) en deux sous-zones, toutes
les deux
équipées de cônes de séparation, séparées par une paroi intermédiaire (35),
qui
permet, une fois la préclarification terminée de conduire l'eau vers la
clarification
finale. Sur la figure 1 est représentée cette solution.
Pour certaines applications, et en particulier celles destinées à la
production
de papiers sanitaires tissue (figures 1 et 2), les solides issus de la
clarification
et éjectés par les buses (20) ne sont pas récupérés par le procédé pour la
fabrication du papier, la majorité étant des charges minérales incompatibles
avec
la fabrication de papiers tissue .
En revanche, pour la plupart des applications impression écriture, et
papiers/cartons d'emballage (figures 3 et 4), une partie au moins de ces
solides
pourront être réintégrés à la pâte.
Pour les applications impression écriture (figure 3), les solides extraits
lors
de la clarification seront extraits par les buses (20). Il sera éventuellement
nécessaire de faire subir à ces corps solides un désencrage par des moyens
conventionnels (flottation sélective) avant, éventuellement, de les réintégrer
par
l'intermédiaire du conduit (13) décrit précédemment.
Pour certaines applications, l'invention permettra de réintégrer directement
à la pâte tout ou partie des éléments ayant été séparés lors de la
clarification. La
figure 4 illustre une telle application. Des déflecteurs inclinés (39)
permettent de
dériver une partie des éléments ayant sédimenté dans la chambre de
sédimentation (33) vers la chambre de concentration de la pâte (7).
L'ouverture
de ces déflecteurs (39) pouvant être fixe ou réglable afin de permettre un
mélange dans des proportions désirées entre les fibres et les éléments
réintégrés, en particulier les charges.
Une version plus complète de l'invention, représentée sur les figures 2, 3 et
4, comprendra la fonction décrite par l'étape G, c'est à dire l'élimination
des
sables fins ainsi que de nombreux contaminants. La pâte est introduite dans
une
chambre (25). Les contaminants de densité inférieure à 1 sont attirés vers
l'axe
de l'appareil et évacués par les orifices (22b) reliés au tube (22). Les
autres
éléments solides, fibres comprises, d'une densité supérieure à 1, sédimentent
vers la périphérie de l'appareil où ils sont collectés par les orifices (26)
localisés à
la périphérie de la chambre (25) et dirigés par les conduits (27) vers la
phase
suivante du procédé. Le conduit (27) est muni d'orifices permettant la
séparation
puis l'extraction des contaminants de densité supérieure à 1 qui ont une
vitesse
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de sédimentation supérieure à celle des fibres. Ces éléments sédimentent et
sont
séparés par les orifices (30) et extraits de l'appareil par les buses (38). Le
conduit
(27) aura une inclinaison et section adaptées pour éviter la sédimentation des
fibres et le passage de celle-ci dans les orifices (30). Pour augmenter la
vitesse
5 horizontale des fibres et limiter le risque de sédimentation, le conduit
(27) sera
alimenté par de l'eau extraite dans la partie centrale de la chambre (25).
Quelles que soient les applications, une version plus complète de l'invention
consiste à rajouter un classage à fentes et/ou à trous. Il s'agit alors de
réaliser les
étapes B à E du procédé classique. Ce classage est réalisé par une grille sera
10 préférentiellement conique (23). La grille (23) sera en amont de la grille
(6)
(figures 2, 3 et 4). La pâte est introduite par l'axe de l'appareil aux abords
de la
grille (23) selon le même principe que la grille de filtration (6). Les fibres
passent
à travers les fentes (ou trous), compte tenu de leur petit diamètre, tandis
que
certains contaminants sont retenus.
Les contaminants de grandes dimensions (qui ne passent pas à travers la
grille) et d'une densité supérieure à 1 sédimentent et se concentrent à la
périphérie de l'appareil où ils sont extraits par plusieurs buses d'extraction
(38).
Les contaminants de densité inférieure à 1 migreront vers l'axe de l'appareil
et
seront extraits par une conduite centrale (22). Toutefois, la présence d'une
chambre de séparation (25) en amont comprenant déjà une étape d'élimination
des contaminants légers peut rendre inutile, pour beaucoup d'applications,
l'élimination des contaminants légers par le centre de l'appareil. Des cycles
de
contre lavage, permettant de limiter le colmatage des grilles, seront alors
suffisants pour éviter les dépôts des contaminants légers dans la partie
centrale
de l'appareil.
L'eau ayant traversé les fentes (23), transportant avec elle les fibres en
suspension, est acheminée vers l'axe de l'appareil à travers un conduit (24)
vers
la zone (4), dont la section est étudiée de manière à imposer une vitesse
suffisante au fluide pour empêcher la sédimentation trop rapide des fibres
vers la
périphérie de l'appareil.
En cas de mise en oeuvre de vieux papiers très contaminés, il est possible
de prévoir un dessablage complémentaire et l'élimination de certains
contaminants ou encres ayant transité par la grille (23). Dans, une telle
configuration, une ouverture (non représentée) à la partie la plus en
périphérie du
conduit (24) permettra l'évacuation des éléments les plus lourds par
sédimentation. Cette ouverture pourra être traversée par un contre courant
d'eau
claire dont le débit serait ajusté de manière à ce que la vitesse de ce contre
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WO 00/75422 PCT/PT00/00006
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courant soit supérieure à la vitesse de sédimentation des fibres les plus
longues
et inférieure à celle des contaminants à séparer.
Dans une version encore plus complète, non représentée sur les figures, il
sera possible de rajouter une grille dotée de trous avant la grille à fentes
(23), et
fonctionnant exactement selon le même principe. Les trous permettent une
décontamination complémentaire de la décontamination avec des fentes. Une
fois l'étape de décontamination à trous terminée, la pâte est introduite à la
base
de la grille à fentes (23) selon le procédé précédemment décrit.
Il convient de noter que l'action combinée de la séparation prévue dans la
chambre (25) et de la grille à fente (23) permettra pour la plupart des
applications
d'avoir une pâte de qualité suffisante pour ne pas avoir besoin du passage
dans
une grille à trou telle que décrite dans le paragraphe précédent.
La grille à fente présente l'inconvénient de constituer une limite de capacité
de l'appareil. La surface ouverte de la grille peut être très réduite et
empêcher le
passage du débit autorisé par l'ensemble des autres fonctions. Pour remédier à
cet inconvénient, il est possible de créer à l'extérieur de la grille une ou
plusieurs
ouvertures (29) (représentées sur les figures 2, 3 et 4) permettant de dériver
une
partie importante du débit vers la zone de clarification. La disposition
périphérique de ces ouvertures permet de limiter l'entraînement de fibres,
puisque celles ci sont déjà passées au travers des fentes (23). Les
contaminants
se trouvant au niveau de l'ouverture ont une densité supérieure à 1.
L'objectif est
que ces contaminants ne soient pas entraînés avant l'eau dérivée par les
ouvertures (29).
Pour ce faire, les ouvertures seront disposées en léger retrait par rapport au
chemin parcouru par les contaminants d'une part, et auront une forme
d'entonnoir permettant aux éventuels contaminants à proximité de l'ouverture
(29) de sédimenter vers la périphérie sans être entraîné par les ouvertures
(29).
L'eau dérivée sera alors directement acheminée vers la zone de clarification.
Tout contaminant ayant malgré tout emprunté ces conduits ne posera aucun
3o donc problème. Il sera cependant possible, moyennant l'adjonction d'un
dispositif
de séparation des eaux, non représenté sur les figures, de conduire l'eau
dérivée
par le conduit (29) en amont de la grille de filtration (6) afin d'améliorer
l'effet de
lavage.
Les grilles de classage (23) auront une forme adaptée, afin d'améliorer leur
efficacité. La forme conique de la grille à fentes ou à trous permet de
faciliter le
contact avec les fibres et leur passage à travers la grille. L'angle du cône
sera
étudié afin de faciliter le passage des fibres. Cependant, cette forme conique
a
aussi pour conséquence de concentrer les contaminants de densité supérieure à
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1 sur la grille. Afin de prévenir la colmatation des orifices, la grille est
dotée, pour
la plupart des applications mettant en oeuvre des matières relativement
contaminées, de ruptures d'angles en escalier (28). Les figures 2, 3 et 4
représentent une telle grille (23) avec les escaliers (28).
La rupture d'angle permet d'écarter les contaminants de la grille afin qui
prennent de la vitesse avant de nouveau rencontrer la grille. Ce dispositif
facilitera de ce fait leur sédimentation vers la périphérie de la grille.
Cette rupture
d'angle facilitera, d'autre part, le passage des fibres en rompant
régulièrement le
matelas de fibres qui se forme à la superficie de la grille.
Les orifices ont une direction radiale. L'entrée des orifices est conique
(40),
les cônes des orifices adjacents se rejoindront, de manière à ce qu'il n'y ait
pas
de surface plane entre deux cônes. L'objectif est de concentrer les fibres à
l'entrée des orifices, et de les orienter parallèlement aux orifices, la
longueur
moyenne des fibres étant beaucoup plus grande que la largeur des orifices. Une
fois la section minimum atteinte (41), la section des orifices augmente (42)
afin
de prévenir leur bouchage. La figure 6 schématise deux orifices en profil
montrant ces différentes dispositions.
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