Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
1~4~~
L'invention a pour obje-t un procédé et une installation
de traitement continu d'une matière cellulosique en petits
morceaux tels que des copeaux de bois et concerne plus spécia-
lement le pré-traitement des copeaux pour la fabrication de
pâte à papier~ Cependant l'invention peut trouver également
une utilité pour la préparation de tou~ produits à base de ma-
tière fibreuse.
La demande de brevet au C~nada nP.258,201 déposée
1~ 30 juillet 1976 , décrit une machine de prép~-
ration de pâte à papier comprenant deux vis parallèle~ à file- ~:
tage identique entrainées en rotation dans le même sens ~ l'inté~
rieur d'un fourreau qui les enveloppe et dont les filetages . ~: :
comportent des zones successives à pas différents permettant
de réaliser en continu le défibrage mécanique des copeaux intro- -~
duit~ en arnont de la machine pour obtenir en aval une pâte
palier utilisable, après raffinage, dans les machines de fabri~
cation du papier. ~ :~
On sait que les matières ligneuses naturelles utili~
sées pour la fabrication du papier et notamment le bois se :~
composent de fibres cellulosiques soud~es les unes aux autres
par des lamelles composées essentiellement de lignine et d'hémi- .
cellulose et que le premier stade de la fabrication du papier
consiste à dissocier ces éléments de façon à faire apparaitre
les fibres à l'é'cat individuel r La pâte ainsi produite se
présente géneralement sous une forme très diluée et elle peut
être utilisée directement pour la fabrication du papier dans ~.
les usines dites intégrées ou bien 8tre d'abord asséchée pour
faciliter son transport. Dans ce cas, avant d'être utilisée, la
pâte est désintégrée dans de l'eau pour lui redonner un état
liquide et pas~e ensuite dans les machines ~ papier. Cependant,
: dans tous les cas, la pâte diluée passe d~abord dans des raf-
fineurs qui ont pour objet de faire apparaitre les constituants
brevet canadien nQ 1,055,755 déliYre le 5 iuin. 1979
de~ fibres, appelés "fibrilles", celles-ci permettant, par leur
rapprochement intinte, de former une feuille.
L'isolement des fibres peut ~tre obtenu par un traite
ment mécanique de défibrage dans lequel on utilise les effets
combinés de contraintes de compression et de cisaillement, et/ou
par un traitement chimique de délignification qui permet, grace
à l'imprégnation des copeaux par un réactif, de dissoudre plus
ou moins la lignine et les autres produits liant entre elles
les fibres.
On distingue gé~éralement les p~tes mécaniques de
copeaux dans lesquelles le défibraye est obtenu par des moyens
mécaniques, de~ pates chimiques dans lesquelles la lignine ~st
dissoute par des réactifs chimiques et le traitement mécanique
effectué sur des fibres déjà dissociées, et toute une série de
procédés intermédiairescombinant l'action de ramollissement
d~un réactif à une action mécanique, ce ramollissement pouvant
être obtenu par de la vapeur d'eau, un produit chimique ou même
; une combinaison de ce produit et de la vapeur. Selon les cas,
on parlera de pâte thermo-mécanique, mécano-chimique, chimico-
~~ thermomécanique, ou mi-chimique.
Dans la demande de brevet précitée du 30 juillet 1976,
on avait décrit un procédé et lme marchine pour la fabrication
de pâte à papier dans lequel on réalisait essentiellement un
défibrage mécanique par l'effet combiné de contraintes de com-
pression et de cisaillemen-t obtenues par le passage des copeaux
dans les vis. L~objet de llinvention était la réalisation d'une
p~te a papier, à partir de copeaux de bois c~est à dire l'ob~
tention de fibres bien isolées et assez petites pour permettre
directement la fabrication du papier après un raffinage. Or
si les pates obtenues par défibrage mécanique ont des qualités
certaines, on préfère pour certaines utilisations utiliser des
p~tes chimiques pour lesquelles le travail m~canique est réduit
-2- ~;
B
. . ~
au minimum. En effet, il est difficile d'éviter que le
fractlonnement des fibres par des moyens mécaniques n'en-traine
une diminution de la longueur de celles~ci.
La préparation de la p~te chimique es-t effectuée géné-
ralement dans de grands récipients appelés "lessiveurs" à tem-
pérature élevée et sous une pression forte. On obtient ainsi
la pénétration intime dlun liquide actif à l'intérieur des co~
peaux. A la fin de cette opération appelée cuisson et qui dure
plusieurs heures, les divers incrustants tels que la lignine se
trouvent dissous dans un liquide résiduel et les fibres cellulo-
siques sont pratiquement séparées les unes des au-tres de telle
sorte qulun travail mécanique assez minime permet d'obtenir une
pâte utilisable. L'avantage de ce procédé est de conserver
l'intégrité des fibres mais le traitement est extrêmement long '-
et nécessite des installations très encombrantes et onéreuses
qui ne peuvent être rentables que pour des productions impor-
tantes et de hautes performances.
D'autre part, même si l'on ne désire pas obtenir l'iso- '
lement presque complet des fibres par voie purement chimique,
il est souvent nécessaire, avant d'effectuer un défibrage méca-
nique des copeaux, de soumettre ceux-ci à un pré-traitement -'
permettant de ramollir la lignine en imprègnant les copeaux
par un réactif tel que de la vapeur et/ou divers réactifs
chimiques. Ce pré-traitement doit se faire également si pos-
sible sans abimer les -fibres et l'imprégnation complète des
copeaux demande un temps assez important.
L'invention a pour objet un nouveau procédé et une
machine permettant de réaliser en continu et très rapidement
l'imprégnation de copeaux de bois en réactif depuis le prétrai-
3~ tement avant passage dans une machine de déf-ibrage mécanique,
jusqu'autraitement chimique complet, la pâte obtenue ~ la sortie
de la machine ayant des caractéristiques analogues aux pâtes
, : , .
chimiques habituelles. ~ i-
Dans le proce~e selon l'invention, on uti]ise une
machine du même type que celle décrite dans la demande de brevet
précitée 258,~01, c'est-à-dire comprenant deux vis parallèles
entralnées n rotation dans le meme sens ~ l'intérieur d'un
fourreau et dont les filetacJes comportent des zones successives
a pas différents.
En effetl alors que cette machine avait pour objet
; essentiel d'effectuer un défibrage mécanique des copeaux qui
permettait d'obtenir, a la sortie, des fibres divisée~, on s'est
aperçu que, malgré un travail mécanique intense, il était possi-
ble, par un choix judicieux des caractéristiques dimensionnelles
et du mode de conduite de la machine, d'éliminer presque com-
plètement l'effet de cisaillement des copeaux permettant l'isole-
ment des fibres, et de réaliser une imprégnation rapide permet- ;~
tant d'obtenir ~ la sortie une pâte pré-traitée constituée de
copeaux bien ramollis mais dont les fibres n'auront pas été
divisées.
En conséquence, l'invention revendiquée ici est un
procédé d'imprégnation en continu d'une matiere cellulosique en
copeaux par passage desdits copeaux dans une machine comprenant
deux vis parallèles a filetages idéntiques imbriqués entrain~es
en rotation dans le meme sens a l'intérieur d'un fourreau les
enveloppant, les filetages desdites vis comportant des zones
succe~sives à pas différents, selon lequel on fait passer la
matière en continu dans une première zone desdites vis pour
l'alimentation et l'entrainement de la matière vers l'aval
suivie d'une premiere zone de freinage a~ant un pas inversé de
celui de la première zone et provoquant une première compression
de la matière, puis dans au moins une seconde zone d'entraine-
ment vers l'aval o~ les copeaux sont mis au contact d'un réactif
introduit dan~s le fourreau, suivie d'une seconde zone de frei-
'
,
:, ' , ' ' '
nage ayant un pas inversé de celui de la première zone provo-
quant une seconde compression de la matière, les zones de
freinage compGrtant des filetages avec fenetres pour le passa~e
de la matière vers l'aval, caractérise par le fait que, lors de
cha~ue compression, la matiere passe par une série de phases
alternées d'augmentation de pression dont l'importance relative
augmente progressivement et de chute de pression dont l'im-
poxtance relative diminue progressivement, et que le passage
des copeaux dans chaque zone de freinage provoque un simple
fractionnement des copeaux susceptibles de favoriser leur tasse-
ment dans les filets sans diminer la longueur des fibres, la pre-
mière compression provoquant l'expulsion vers l'amont de l'eau
contenue dans la matière et chaque compression suivante provo-
quant l'expulsion du reactif use et des lique~rs residuelles
contenues dans la matière, l'ensemble du traitement d'impregna- ~ -
tion provoquant une delignification au moins partielle des
copeaux avec elimination pratiquement complète de l'effet de
cisaillement sur les copeaux.
Conformement aussi a l'invention, il est revendique
une installation de traitement en continu d'une matiere fibreuse
en copeaux comprenant deux vis paralleles à filetages identiques
imbriques, entrainées en rotation dans le meme sens à l'interieur '.~ -
d'un fourreau les enveloppant et dont les filetages sont cons-
titués de zones successives à pas différents, comprenant: en
aval d'un orifice d'introduction de la matière dans le fourreau,
une zone d'alimentation à pas direct pour l'entralnement de la
matiere vers l'aval, une premiere zone de freinage à pas inverse
de celui de la zone d'alimentation et de formation d'un bouchon ~' - .
continu par tassement de la matière, et au moins une zone de
detente a pas direct pour l'entraînement de la matière vers
l'aval dans laquelle peut être introduit un reactif, suivie d'une
seconde zone de freinage et de tassement à pas inverse, de celui ~
- 5 - :
,. ,~ ; ,
,....
. . . . .
, ~0
de la zone d'alimentation, les zones de freinage comportant des
filetages à pas inversés étant munis de fenêtres pour le
passa~e vers l.'aval ~e la ma~iere, installation caractérisée par
le fait que les fenêtres ont une largeur d'une part assez
réduite pour provoquer la formatlon d'un bouchon continu de
matière tassée dans les filets et la compression progressive de
celle-ci en amont, mais d'autre part assez grande pour qu~.il ne
s'effectue au plus qulun simple fractionnement des copeaux
favorisant leur tassement dans les filets sans diminution de la
longueur des fibres, et que la zone de déten-te placée entre les
deux zones de freinage a une longueur suffisante pour y effec-
tuer un traitement de la matière par imprégna-tion avec le réactif
introduit, le fourreau étant muni d'un orifice d'entrée du :~
réactif et d'un orifice d'évacuation de liquide résiduel, places
respectivement à l'amont et à l'aval de la zone de traitement.
L'invention va maintenant etre décrite, en se réferant
à un mode de réalisation donné à titre d'exmples et representé
sur les dessins annexes.
La figure 1 est une vue générale de côté de l'instal-
lation selon l'invention, la figure la etan-t une vue en coupe
selon I-I.
La figure 2 est une vue de dessus de l'installation.
La figure 3 est une vue schematique en coupe
longi-tudinale de la machine selon l'invention.
La figure ~ est une vue partielle de dessus de la zone
de traitement.
Les figures 5, 6 et 7 sont des vues de différentes
phases du processus de traitement, en coupe selon V-V, VI-VI, ~-
VII-VII sur la figure 4.
L'installation représentée sur les figures 1 et ~
comprend, a l'intérieur d~un fourreau 1 monté sur un bati, deux
vis parallèles 2 composées chacune de filets tournant en hélice
autour d'un arbre, et entrainés à la même vitesse et dans le
meme sens par un moteur ou par deux moteurs synchronisés placés
respectivement aux deux extrémités de la machine.
Le fourreau 1 est muni d'un orifice 11 largement ouvert
placé à l'une de ses extrémités à sa partie supérieure, et il
est ouvert à son autre extrémité de telle sorte que la matière
; introduite en amont par l'orifice 11 et entrainée par la rotation ~ -
des vis peut sortir librement à l'extrémité aval et être évacuée
par une riyole 12. La matière à traiter, normalement des co-
peaux de bois, est introduite par une trémie 13 munie à sa par-
tie inférieure d'une vis d'extraction qui débouche au-dessus de
l'orifice 11.
Comme on lla représenté schématiquement en coupe sur la
figure la, le fourreau 1 sera avantageusement composé de deux
parties, de part et d'autre du plan passant par les axes des
vis, ce qui permettra de l'ouvrir, le cas échéant, en cas d'in-
cident ou pour vérifier le processus de traitement de la matière
dans les vis.
D'autre part, le fourreau 1 est muni d'un certain -
nombre d'orifices 13 qui sont répartis sur sa longueur et
reliés à des pompes doseuses 14 pour introduire certains réac-
tifs à des points choisis de la machine.
Le principe du procédé est illustré schématiquement
: , , . . . , ;
, ~ . . . . :
~~ ~
par la figure 3.
Les deux vis 2 son-t munies de filets identiques imbri-
qués l'un d~ns l'autre et qui définissent une succession de
zones à pas di~férents.
Ainsi, la matière introduite par l'orifice 11, ~ l'ex-
trémité amon-t de la machine rencontre tou-t d'abord une zone A
dans laquelle les vis ont des filets à pas direct entrainant la
matière vers l'aval, puis une zone s a pas inversés, une zone
C d'entrainement vers l'aval, une zone D à pas inversés et
enfin une zone E d~évacuation de la matière.
Les zones B et D à pas inversés ont pour objet d'assu-
rer un freinage de la matière pour constituer ce que l'on appelle
un bouchon continu, formé par la matière tassée et comprimée ~ :
remplissant les filets.
En effet, la matière entrainée dans la zone A vers
l'aval a tendance, en arrivant dans la zone B, à remonter vers
l'amont puisque les filets sont inversés. Les longueurs rela-
tives des zones et les pas des filets sont choisis de telle ::
sorte que la -tendance à l'entrainement vers l'aval prime mais
il en résulte cependant à la fin de la zone A une forte compres-
sion de la matière. D'autre part, pour faciliter et contrôler
le passage de la matière vers l'aval, les filets sont munis
dans la zone B de ~enetres 2~ qui, comme on le voit sur la
figure 7, sont constituées d'~ouver-tures ménagées dans les filets
23 depuis l'arbre 2 jusqu'à la périphérie du filet. Ces fenê-
tres permettent, en raison de l'élévation de pression, le pas-
sage d'une partie de la matière d'un filet dans le filet sui-
val~t. En outre, ces fenêtres 24 sont régulièrement réparties
autour de l'arbre 2 et les mouvements des vis étant synchroni-
sés, celles-ci peuvent être calées de telle sorte que les
fenêtres des deux vis viennent deux par deux en coincidence dans
la zone d'intérférence des filets au cours de la rotation des
--7--
, . . .
vis. A ce moment peut se produire également le passage de la
matière d'un creux de filet à l'autre malgré 19effet d'entraine-
ment vers l'amont dû aux pas inverses. On comprend donc que,
par le choix de la largeur relative des fen~res, il soit pos-
sible de régler les conditions de passage vers l'aval de la
matière et par conséquent l'effet de compression en amont.
Dans l'installation décrite dans la demande précédente
2 S ~
déjà citée, ~5_~U}L~, on cherchait à produire le défibrage des
copeaux. Cet effet était obtenu principalement par le choix
d'une largeur des fenêtres assez réduite pour ne laisser passer
vers l'aval qu'une matière suffisammen-t défibrée. De ce Eait,
les copeaux insuffisamment défibrés étaient obligés de rester
en amont des zones à pas inverses où ils étaient soumis à une
forte compression et à un malaxage intense permettant, grâce aux
efforts de cisaillement engendrés par le frottement des copeaux
l'un contre l'autre, d'effectuer progressivement un défibrage
suffisant.
Dans la présente installation, au contraire, on ne
: ~ ,
cherche pas a obtenir un défibrage des copeaux, mais seulement
leur imprégnation par un réactif selon un processus qui sera
décrit par la suite. De ce fait, la largeur des fenêtres sera
choisie non pas en fonction du degré de défibrage que l'on sou~
haite atteindre, mais seulement pour régler le passage vers
l'aval de la matière de façon à obtenir à l'aval de la zone pré-
cédente la compression souhaitée et à réaliser une simple frag-
mentation des copeaux permettant de favoriser leur tassement l~
dans les creux des filets et par conséquent la formation d'un ~ -
bouchon continu. Ainsi, la zone C qui, comme on va le voir,
constituera la zone de traitement, sera encadrée par deux bou-
chons B et D et pourra donc atre placée sous une pression bien
supérieure à la pression atmosphérique regnant à l'entrée de la
zone d'alimentation A et ~ la sortie de la zone d'évacuation E.
. . : .
~~ ~
Sur la figure 5, on a repre~enté, à échelle agrandie,
la partie aval dlune zone d'entrainement de la matière telle que
C, précédant une zone à pas inversés telle que D~
La fi~ure 5 est une coupe transversale par un plan V-V
relativemerlt éloign~ de la zone à pas inversés D. Dans cette
partie de la vis, les copeaux ne remplissent pas totalement les
creux des filets. Ils sont en effet entrainés vers l'aval dans
un mouvement de translation, par un effet de pompage des vis
qui s'exerce lorsque les filets ne sont pas remplis.
Cependant une partie de la matière à tendance à être
entrainée autour de l'arbre par la rotation du filet et on peut
~ considérer que dans une partie éloignée de la zone a pas inver-
sés telle que représentée sur la figure 5, il y a glissement de
la matière par rapport aux vis dans un rapport de 0,7 ce qui
signifie que le mouvement de la matière est pour 70% un mouve~
.ment de translation parallèlement aux vis et pour 30 % un mou-
vement de rotation autour des arbres.
Il en résulte qu'une certaine partie de la matière, ~i~
entrainée autour de l'arbre vers le.secteur d'interférence 20
des vis, a tendance à s'accumuler en amont de ce secteur
d'interférence. En effet, comme on le voit sur la figure 4,
la matière entrainée par la rotation de la vis, par exemple 2a,
a tendance à passer sur l'autre vis 2b mais doit pour cela tra~
verser un secteur 20 de section réduite du fait de 19engrène-
ment des vis. Il en résulte une accumulation de matière et
par conséquent une montée en pression en amont du secteur d'in-
terférence 20 sur la vis 2a, et, dans ce cas, à la partie infé-
rieure de la vis, compte tenu du sens de rotation indiqué. En
: revanche, la matière passant sur l'autre vis 2b se trouve prin-
cipalement entrainée par translation et il en résulte une
~
détente et par conséquent une baisse de pression. .
~e la même facon, à la partie supérieure de la vis 2b,
.
_g _
,
il se produit une accumulation ~e matière en amont du secteur
d'interférence 20 ce qui entraine une montee en pression suivie
corl~le on l'a dit, d'une détente à la partie supérieure de la
vis 2a.
Par cons~quent, dans chaque filet, une paxtie de la
matière passe dans un secteur 21 de montée en pression en amont
du secteur d'interférence 20 pUiS sans un secteur 22 de chûte
de pression en aval du secteur d'interférence 20.
Lorsque l'on se rapproche de la zone à pas inversé D,
comme on l~a représenté sur la figure 6, en raison du freinage
apporté par le pas inversé, la pression augment progressivement
et la vitesse de translation longitudinale de la ma-tière dimi-
nue. Il en résulte qu'une plus grande quantité de matière est
entrainée autour des arbres par la rotation des filets et par
conséquent que l'accumulation de matière en amont du secteur
d'interférence 20 est plus importante. Par conséquent, lors
que l'on se rapproche de la zone D à pas inversés, à l'inté~
rieur de chaque filet l'accumulation de matière et donc la mon~
tée en pression s'ef~ectuent sur un secteur 21 dont la longueur
est de plus en plus importante, l'importance du secteur déten-
du 22 diminuant corrélativement.
On voit donc que, au fur et à mesure qu'elle se rap-
proche de la zone de freinage D, la matière ne se comprime pas
d'une façon continue, mais passe au contraire, dans chaque
filet, par une serie de phases alternées de montée en pression
dont l'importance relative augmente progressivement et de dé~
tente dont l'importance relative diminue progressivement.
Dans la zone à pas inversés représentée sur la figure
7, les filets sont complètement remplis et le mouvement de la
matière s'effectue presque entierement par rotation autour des
arbres, sauf pour la partie de la matière qui passe vers l'aval
en traversant les fenêtres 24.
--10--
g~
On rernarquera ~ue ce processus est dû notar~ment au
t'ait que les vis ont des filets identi~ues et son-t entrainées
dans le même sens. En effet, lorsque les vis sont entrainées
en sens contraires, une partie de la matiere a éga~ement -ten-
dance à être entrainée en rotation autour de l'arbre. Mais la
matière ainsi entrainée est obligée de passer entre les ~ilets
et subit donc un effet de laminage qui risque de détériorer les ;
fibres. Un tel effet n'existe pas dans la machine selon l'in
vention o~ les vis sont entrainées dans le même sens car la
rnatière ne passe pas entre les filets mais seulement d'un filet
à l'autre en restan-t du même côté du plan passant par les axes
des Vi5. La matière ne subit donc aucun laminage important mais
seulement une montée en pression et é~alement une sorte'de ;~
retournement en passant d'une vis à l'autre, ce qui, comme on
va le voir, a un effet favorable. ;~
En effet, cette alternance à intervalles rapprochés de
montées et de chûtes de pression favorise grandement l'impré- -
gnation de la matière par un réactif ayant pour objet de dis-
soudre la lignineO
Il faut tout d'abord remarquer que la matière première
utilisée, c'est à dire le plus souvent des copeaux de bois
contient une certaine quantité d'eau. Dans le cas le plus
courant, les copeaux que l'on utilise pour la fabrication du
papier contiennent de l'ordre de 55 % d'eau. Meme si l'on ~ '
prend des copeaux non mijotés, la teneur en eau, du moins pour
le bois vert, est de 40 % environ. ;~
Les copeaux introduits par l'orifice 11 subissent avant
d~arriver dans la zone B à pas inversés, l'alternance de montées ''
et de chutes de pression dans les filets des vis que l'on vient
de décrire. Il en résulte une expulsion de l'eau qu'ils con- ;
tiennent et, comme chaque filet n'est rempli que partiellement,
cette eau peut remonter vers l~amont et etre évacuée par un
--11--
.
orifice 15.
L'importance de cet assèchemen-t dépendra de la pression
régnant ~ l'aval de la ~one A et dans la zone B et cette pres-
sion comme on 13a vu, peu-t être réglée selon les paramètres des :~
vis, en cho~isissant la largeur des fenetres 21. En pratique,
on fera en sorte que les copeaux gardent une teneur en humidité ~ .
suffi.sante pour être transportés par les vis. En effet, une
matière trop sèche risquerait d~être mal entrainée et de ne pas ~ -
passer dans les fen~tres.
Cette expulsion préalable dlune partie de l'eau conte-
nue dans la matière va favoriser considérablement sont impré- ;
gnation par le réactif et va surtout permettre l'augmentation ~ ~
de la concentra-tion du réactif et par conséquent de son ..
efficacité. ~;
Mais d'autre part le processus de passage de la matière -
~par une série de phases alternées de montées et de haisses de
.: ~ , ...
pression favorise également l'impréqnation par le réactif.
En effet, la matière ayant passé à travers la zone B
à pas inversés arrive a l'amont C selon un débit qui dépend ~
notamment de la largeur des fenêtres et peut se répartir libre- .~ .
ment dans les creux des filets sans remplir ceux~ci. .'~
Dans la zone C, on a introduit un réactif chimique et/ ~. ;
ou de la vapeur d'eau sous pression par un orifice 13. Etant
donné que les filets ne sont pas remplis, ce réactif peut se '. ~
répandre dans la zone C, notamment en amont, et la matière .
ainsi répartie en couche mince dans les filets, se trouve dans .
les meilleures conditions d'imprégnation.
En outre, au fur et à mesure que l'on se rapproche de
la zone D, une partie de plus en plus importante de la mati~re ~:
subit une montée en pre.ssion dans le secteur 21 de chaque filet
~:
en amont du secteur d'i.nterférence 20. Cette montée en pression
a tendance ~ expulser le réactif dont la mati~re s'était . :~
-12-
, . -
.,
imprégnée ainsi que la lignine dissoute. En passant dansl~autre vis, la matiere qui s'était comprimée se détend dans le
secteur 22 au con~act du réactif et peu-t s'en imprégner de
nouveal1. Ainsi la ma-tière absorbe alternativement le réactif
dans les secteurs d~tendus 22 e~ le reje-tte avec la lignine
dans les secteurs 21 de montée en pression. De plus, le retour-
nement de la matière qui s'effectue au passage d'une vis à
llautre favorise également son contact avec Ie réactif.
Enfin, l'effet de malaxage effectué par les vis/ sans
abimer les fibres, favorise cependant l'homogénéisation de la
matière.
Dans les défibreurs classiques, cette homogénéisation
était obtenue en diluant les copeaux dans une grande quantité
de liquide et on ne pouvait donc utiliser des réactifs concen
trés à moins dlen user une très grande quantité. Au contraire,
dans la machine selon l'invention le travail de malaxage obtenu
notamment par le passage d'un filet d'un~ vis à l~autre d'une
proportion de plus en plus importante de la matière assure de
lui-m8me l'homogénéisation sans dilu-tion et on peut donc uti-
liser des liqueurs concentrées en quantité faible.
Il est possible en outre de controler l'efficacité du '~
réactif au cours du traitement. En effet, comme on l'a vu, le ~ -
réactif usé et la lignine dissoute sont expulsés à chaque montée -
en pression et de plus en plus à mesure que l'on se rapproche
de la ~one D à par inversé. Dans chaque filet, le liquide usé
est expulsé vers le secteur détendu 22 et peut passer d'un filet
à l~autre dans l'espace entre la périphérie de la vis et le
fourreau, tant que le filet n'est pas completement rempli de
matière comprimée. Par conséquent en ménageant des orifices -
d~évacuation dans la paroi du fourreau à l'aval de la zone C,
on pourra évacuer une proportion importante de la liqueur usée,
le reste étant évacué à la sortie de la machine, avec la matière
traitée. Ces orifices 16 doivent etre simplement munis
d~ouvertures a.ssez réduites pour ne pas laisser passer les fibres
qui pourraient se pr~senter a l'état individuel bien que, comme ~ ~-
on l'a dit, le travail mécanique de défibrage ne soit pas recher-
ché. Bien entendu, les sections des orifices 16 devront ê-tre
calibrées en fonction des conditions de fonctionnement pour
maintenir à l'aval de la zone la pression désirée.
Co~ne on l'avait déjà décrit dans la machine de d~fi~
brage ~aisan-tl'objet de la demande 258,201, des enc~ntes
5 entourant le fourreau permettent de chauffer celui-ci à l'en~ ;
droit le plus adéquat. Par exemple, on pourra chauffer le four-
reau principalement dans la partie amont de la zone C ~ un en-
droit o~ les copeaux son-t détendus et où une élévation de tem-
pérature favorise l'efficacité du réactif. En revanche, dans
la partie aval de la zone C où la compression de la mati~re peut
provoquer par elle-même une élévation de température, on pourra ~-
contrôler de llextérieur l'apport de chaleur ou le refroidisse-
ment de fa~con à maintenir la température du réactif à un niveau
souhaitable.
Mais un autre avantage de l'invention favorisant une
bonne impxégnation réside dans un fait assez inattendu~
En effet, les vis seront entrainées ~ une vitesse assez
peu élevée, par exemple, 150 tours/minute, cette vitesse pou-
vant aller jusqu'à 300 tours/minute~ or il se trouve que, ~
une telle vitesse, l'alternance des phases de montée en pres-
sion et de chûte de pression dans les filets des vis peut cor-
respondre au temps de relaxation du bois de telle sorte que les
copeaux ont le temps d'absorber le réactif dans les zones de
détente 22 avant une nouvelle mont~e en pression. Cet effet
favorise également une bonne imprégnation des copeaux par le ~;
réactif.
-
-14- ~
E~, ' .
,: '~ . '
Ainsi le procédé selon l'invention, par l'effet de
cette alternance de montées en pression et de détent~s, permet
une imprégnation ~ coeur du bois tout en conservant une humi-
dité -telle que les copeaux circulen-t dans la machine sans
d~térioration des fibres, les passages dans les zones de com
pression provoquant une simple fragmentation mais sans vérita~
ble défibraye~
Il en résulte que, selon les caractéristiques de la ~.
machine, on pourra y éxécuter l'imprégnation par toute sorte
de réactifs. .
Ce réactif pourra être simplement de la vapeur d'eau.
Dans ce cas, la zone de traitement sera relativement courte car
on cherche à obtenir seulement un ramollissement des copeaux
pour la fabrication de pâte thermomécanique 9 La matière ayant
subi ce pré-traitement pourra alors être dirigée vers une ins-
tallation de défibrage classique, par exemple des défibreurs
disques ou bien une machine de défibrage à vis telle que décrite
dans la demande 258,201, ~; ~
Un tel é-tuvage à la vapeur pourra également etre com- ;. .
biné à une imprégnation par un réactif tel que du bisulfite de ;- .:
soude introduit en même temps que la vapeur par un autre ori- . .
fice Par exemple, l'orifice d'introduction de la vapeur pour- .
ra être placé à l~.amont de la zone de traitement, et le bisul~
fite plus en aval, dans une zone où l'accumulation de matière ;~ -
dans les deux vis en amont de la zone d'interférence produit une
relative étanchéité entre les filets. -
A cette occasion, on peut remarquer que cette étanché-
ité entre les ~ilets est due au fait que les vis tournent dans ~:
le même sens et que par conséquent les zones d'accumulation de . :
matière sont, pour une vis au-dessus du plan des axe~ et pour
l'autre vis en dessous de ce plan. Au contraire, lorsque les
vis tournent en sens contraires J la zone dlaccumulation de
1~ :
'
matière se trouve pour les deux vis soit au dessus soit en
en-dessous du plan et l'étanchéité est moins bien assurée entre
les file-ts.
Si llon utilise un réactif, il faudra prévoir un temps
d'imprégnation ~ar ce réac-tif et par conséquent allonger la
zone de traite~lent.
Mais il est possible de réaliser dans la machine non
seulement un pré-traitement de la matière par étuvage mais une
véritable cuisson. Ainsi, on pourra produire des pâtes mi-chi~
miques en utilisant des réactifs tels que le sulfite neutre,
la soude à froid ou le monosulfite d'ammonium. Comme on l'a
déjà indiqué le contr~le par l'extérieur de la température de ~'
cuisson permettra de se maintenir ~ la température la plus sou~
haitable pour obtenir une réaction rapide.
Enfin, l'intensité du traitement mécanique pouvant,
comme on l'a vu, etre contrôlée, on pourra obtenir des pâtes
analogues aux pâtes chimiques en allongeant encore la longueur -
de la zone de traitement pour obtenir l'imprégnation complete -
et la dissolution de la lignine par le réactif choisi.
Dans la plupart des cas, le réactif sera associé à de
la vapeur pour provoquer un étuvage préalable de la matiere à
l~amont de la zone de traitement.
Les différents paramètres de la machine et notamment
les longueurs des zones seront déterminés en fonction du procé-
dé choisi et du temps d'imprégnation qui aura pu être observé~
Pour limiter le traitement mécanique et le risque de
détérioration des fibres, la longueur des zones à pas inverses
sera réduite au minimum permettant une montée en pression en
amont. Par exemple, pour obtenir des bouchons étanches résis~
tant à une pression de vapeur inférieure à 50 bars, les zones à
pas inverses pourront avoir une longueur comprise entre une et
trois fois le pas, celui-ci étant choisi pour obtenir un
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'' ' , ,' :' '
~5L~
~reinage suffisar~t compte tenu de la vitesse d'avancement de la
matière dans les ~ones de traite~ent e-t de la largeur des fene-
tres, celles ci auront une largeur suffisante, comme on l'a vu,
pour limiter le maintien de la matière en amont de facon à
n'effectuer au plus qu'un simp:Le frac-tionnement des copeaux
favorisant leur tassement dans les filets mais sans détériorer
les fibres. De Eaçon générale, les fenêtres auront une largeur
entre le -tiers et la moitié de la longueur moyenne des copeaux
qui, on le sait, est d'environ 30 mm.
10Ainsi, par le choix judicieux du pas des file-ts, de
la longueur des zones de freinage et de la vitesse de rotation
des vis, on pourra élever la pression de la matière jus~u~à
environ 30 ~ 40 bars.
Les dimensions de la machine seront dlautre part
évidemment calculées en fonction du débit recherché. Ainsi, ;
pour un diamè-tre de vis de 100 à 120 mm par exemple on pourra,
dans le procédé de la soude à froid, traiter 200 kg de bois
sec en introduisant 40 kg de soude et 300 kg d'eau. Dans le
procédé classique, il aurait fallu près de 800 kg d'eau. Cette
augmentation de la concentration de la soude permet d'obtenir
un traitement bien plus rapide puisque la dissolution correcte
de la lignine est obtenue en quelques minutes avec une machine
ayant une longueur de l'ordre de 2 m, la longueur de la zone
de traitement étant alors de 1,500 m par exemple alors que dans
le procédé classique, la cuisson sleffectue, on le sait, en 2
à 3 heures dans des installations bien plus encombrantes.
Enfin, la compression de la matière provoquant, comme
on l'a dit, l'expulsion des liquides, les paramètres de la
machine seront également choisis pour obtenir le degré d'huml-
dité recherché. Celui-ci devra, en tout cas, être suffisant
(par exemple de 50 à 65 %) pour permettre l'avancement correc-t
de la ma-tière. Cependant, selon les caractéris-tiques de la
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, .' j, , ,:,; ~ , : ,
:
seconde zone de freinage, on pourra obtenir à la sortie de la
machine une mati~re plus ou moins sèche, par exemple dans ~ ;
certains cas on pourra produire une pate contant de 60 ~ 70 % '~
de liquide. '~
Ce réglage de l'humidité de la matière a une influence,
comme on l'a dit, sur le processus de traitement et d'avancement
dans la machine. Les paramètres de celle-ci devrontdonc être
choisis defaconàobtenir'd'une part des condltions d'avancement
correct et dlautre part un produit final ayant les caracteris-
. .
tiques recherchées. '
Ce réglage qui dépend de nombreuses conditions, etnotamment des caractéristiques du bois, sera obtenu, dans une
certaine mesure, de façon empirique. Ces essais seront facili~
tés par les dispositions constructives particulières de la
machine et notamment la construction modulaire des vis en tron-
çons assemblés sur une ânne cannelée, qul permet de faire varier
les longueurs relatives et les pas des différentes zones, ainsi
que la largeur des fenêtres dans les zones ~ pas inversés.
De plus, llutilisation d'un fourreau ouvrant tel que
décrit plus haut donnera l'avantage important de pouvoir con-
trôler le fonctionnement de la machine et de choisir ainsi, en '
connaissance de cause, les différentes caractéristiques de la
machine et du procédé. '';
L'invention ne se limite évidemment pas aux détails
du mode de réalisation qui vient d'être décrit et qui, ~au
contraire, peut faire l~objet de nomhreuses variantes puisque
l'installation qui a été décrite peut s'adapter a là plupart
des procédés connus pour effectuer soit un simple pré-traitement ~ '
des copeaux, soit une véritable cuisson.
En outre, on peut, si on le désire, utiliser plusieurs
zones de traitement séparées par des bouchons continus. Chacune
-18~
. .
de ces zones pourrait etre à une pression et ~ une température
chois.ie en Eonction du reac-tif. Ce sera notammen-t le cas si,
effectuant un traitement à la vapeur avant le traitement chimi-
que, on es-time que l'étanchéité obtenue entre les filets suc-
cessifs n'est pas suffisante.
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