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Title:
METHOD AND APPARATUS FOR PREPARING PAPER PULP FROM USED PAPER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/075422
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a method and an equipment for combining in one single apparatus, the functions for filtering, decontaminating, and thickening paper pulp from used paper, while providing the complementary function of clarifying the filtrates. The apparatus (1) rotates at high speed. The paper pulp is introduced through the centre of the apparatus (2) and driven at its angular speed. The pulp is then brought along a grate (6) with small size holes for separating the fibres from the greater part of the water. The thickened pulp is evacuated through extraction nozzles (8). The water is clarified in the clarification zone (12) and recycled or eliminated depending on uses. More complete embodiments of the apparatus include the functions of fractionating, de-inking and purifying the pulp with slots or holes.

Inventors:
HAFFNER ERIC (PT)
Application Number:
PCT/PT2000/000006
Publication Date:
December 14, 2000
Filing Date:
June 08, 2000
Export Citation:
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Assignee:
FINIDRO FINANCIAMENTOS ENERGET (PT)
HAFFNER ERIC (PT)
International Classes:
B04B7/14; B04B7/16; D21C5/02; B04B3/00; D21D1/40; D21D5/00; D21D5/02; D21D5/20; D21F1/66; (IPC1-7): D21D5/20; D21D5/02; D21F1/66
Foreign References:
US5257698A1993-11-02
DE2924794B11980-03-27
Attorney, Agent or Firm:
Arnaut, José Luis (-019 Lisbonne, PT)
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Claims:
REVENDICATIONS 1. Procédé pour la préparation de pâte à papier à partir de vieux papiers préalablement désintégrés et mis en suspension fibreuse par un pulpeur, utilisant le différentiel de vitesse de sédimentation des particules sous 1'effet d'un champ de gravité artificiel créé par la rotation de I'appareil combiné aux actions de filtration, caractérisé par la réalisation combinée et simultannée dans un seul appareil rotatif des phases suivantes : a) Filtration de la pâte à travers une grille qui retient la pâte et laisse passer !'eau avec les petits contaminants et charges minorâtes, cette filtration étant aidée par la force créée par l'accélération résultante de la rotation de I'apparei
1. l. b) Concentration et évacuation de la pâte par la périphérie de I'appareil sous I'effet de l'accélération résultant de la rotation de I'appareil. c) Clarification des eaux qui passent à travers la grille par la séparation puis l'élimination des éléments solides en suspension de densité supérieure à.
2. qui sédimentent à la périphérie de I'appareil sous l'effet de l'accélération résultante de la rotation de I'appareil. d) Concentration et extraction des éléments solides de densité supérieure à.
3. extraits des eaux.
4. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé décrit dans la revendication 1 pour la préparation de pâte à papier à partir de vieux papiers, comprenant les composants suivants : a) Un corps (1) tournant à grande vitesse, entraînant de façon solidaire l'ensemble des composants internes, muni d'une conduite au centre de I'appareil (2), la pâte étant entraînée à la vitesse angulaire de I'appareil par l'intermédiaire d'ailettes (3) solidaires du corps. b) Une zone (4) d'alimentation d'une grille (6) et la grille respective (6) dotée de petits trous qui permettent de retenir la pâte tandis que la majeure partie des eaux et des contaminants résiduels traversent la grille, c) Une zone de concentration des fibres retenues (7) par la grille (6) et à la périphérie de la zone (4), d) Plusieurs ouvertures (8) disposées à la périphérie de I'appareil pour l'évacuation des fibres épaissies dans la zone de concentration (7), e) Une chambre de clarification des eaux (16) pour clarifier les eaux ayant transité à travers la grille (6), comportant des ouvertures disposées à la périphérie de I'appareil (20) pour l'évacuation des éléments solides ayant sédimenté en périphérie et un tube central d'évacuation des eaux clarifiées (21).
5. Appareil selon la revendication 2, selon lequel la grille (6) peut aussi avoir une fonction de fractionnement entre fibres courtes et fibres longues, avec calibrage en conséquence de la taille des trous de la grille.
6. Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que la grille (6) peut aussi avoir une fonction de désencrage, c'est à dire de séparation entre les fibres et les encres, avec calibrage en conséquence de la taille des trous de la grille.
7. Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que les contaminants de densité inférieure à 1 qui migrent en amont de la grille (6) vers le centre de I'appareil sont évacués par un conduit situé le long de I'axe de l'appareil (22).
8. Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que la zone de clarification (16) est constituée de cônes de séparation facilitant la séparation et la migration des éléments solides contenus dans les eaux à clarifier.
9. Appareil selon les revendications 2 et 6 et caractérisé en ce que les cônes de séparation de la chambre de clarification (16) aboutissent dans leur partie périphérique à des canaux (17) d'évacuation de la matière en suspension croisant l'admission des filtrats, ces canaux communiquant avec un conduit d'évacuation des filtrats (18) aboutissant à la chambre de concentration de la matière en suspension extraite (19) et extraite par des buses d'extraction (20).
10. Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que tout ou partie de la matière en suspension séparée des filtrats, et ayant éventuellement subi un traitement postérieur, ou toute autre matière solide non présente dans la pâte à t'entrée de I'appareil (2) est réintégré à cette pâte par l'intermédiaire d'un tube (13) central libérant les éiéments en les points (13b) localisés devant la grille (6) dans la partie périphérique de la chambre (4).
11. Appareil selon les revendications 2 et 8 et caractérisé en ce que la grille (6) est équipée de trous de plus petite dimension dans la partie la plus périphérique de manière à limiter le passage de la matière réintégrée à travers la grille par le tube (13), matière caractérisée par des éléments de plus petite dimension que les fibres initialement retenues par la grille.
12. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le différentiel de vitesse de sédimentation lié au champ de gravité artificiel permet la séparation, la récupération et la concentration de la majorité des éléments cellulosiques présents dans les filtrats ayant transités à travers la grille (6).
13. Appareil selon les revendications 2 et 10, caractérisé en ce que les éléments les plus lourds, y compris les éléments cellulosiques présents, sédimentent dans la chambre de sédimentation (33) sous l'effet de l'accélération liée à la rotation de l'appareil, et sont extraits de l'appareil en sa périphérie par des buses d'extraction (34).
14. Appareil selon les revendications 2 et 10, qui permet la récupération des éléments cellulosiques ayant traversé la grille (6), caractérisé en ce qu'il comprend une zone (6b) en aval de la grille (6) où se concentrent à la périphérie (5), sous l'effet du champ de gravité artificiel crée par la rotation de I'appareil, les éléments lourds et éléments cellulosiques, qui sont conduits vers le conduit (10) dimensionné pour que la vitesse d'écoulement soit supérieure à la vitesse de sédimentation des éléments cellulosiques qui sont ramenés vers le centre de I'appareil vers le conduit (14), alors que les contaminants les plus lourds sédimentent vers la périphérie du conduit (10).
15. Appareil selon les revendications 2,10 et 12 et caractérisé en ce que la partie la plus en périphérie des conduits (10) de récupération des fibres comprend une ouverture (11) destinée à la séparation de la matière solide extraite des filtrats, cette ouverture étant traversée d'un contre courant d'eau alimenté par un conduit (12) d'un débit adapté pour empcher le passage des fibres, les contaminants qui traversent les ouvertures (11) sont concentrés dans la chambre (19) et évacués par les buses (20).
16. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le différentiel de vitesse de sédimentation lié au champ de gravité artificiel combiné avec I'adjonction d'une grille à trous ou à fentes permet une action complémentaire d'élimination des contaminants de dimensions supérieures aux fibres.
17. Appareil selon les revendications 2 et 14, caractérisé en ce qu'il est doté d'une grille de forme plate ou conique avec des fentes (23) et/ou des trous calibres de telle manière que les fibres passent à travers les fentes et/ou les trous ; les éléments solides ne passant pas à travers les fentes et/ou trous sont progressivement amenés par le champ de gravité artificiel vers la périphérie de I'appareil s'ils ont une densité supérieure à 1 et vers I'axe s'ils ont une densité inférieure à 1, les éléments solides acheminés en périphérie de I'appareil étant évacués par plusieurs buses (38) à ouverture permanente ou séquentielle, les éléments acheminés vers I'axe étant évacués par un conduit central (22) ; I'eau et les autres éléments, y compris cellulosiques, ayant traversés la grille (23) sont acheminés par le conduit (24) à l'étape suivante du procédé.
18. Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que les débits d'entrée de la pâte (2) et de sortie des eaux (21) sont inversés de façon régulière de manière à assurer un contre lavage des grilles et empcher la colmatation.
19. Appareil selon les revendications 2 et 6, et caractérisé en ce que la clarification des filtrats est divisée en deux étapes ; la première étape est une préclarification par sédimentation dans une chambre (33) et assurant une fonction de séparation des contaminants les plus gros ; la seconde étape assurant une clarification finale (16).
20. Appareil selon les revendications 2 et 6, et caractérisé en ce que la zone de clarification (16) est divisée en deux zones fonctionnant en série, toutes les deux équipées de cônes et séparées par une paroi conique centrale (35).
21. Appareil selon les revendications 2 et 6 et caractérisé en ce que les cônes de séparations sont équipés à leur extrémité la plus proche de I'axe de I'appareil, et sur leur face supérieure, de canaux (36) de croisement avec les eaux clarifiées ; ces canaux ayant pour fonction la séparation des corps et fluides de densité inférieure à 1 ; ces canaux permettant l'évacuation des ces éléments légers vers le conduit central (37).
22. Appareil selon les revendications 2 et 17 selon lequel la matière en suspension séparée pendant la phase de clarification peut tre partiellement ou totalement dérivée vers la chambre de concentration de la pâte (7) et donc réintégré à la pâte, grâce à la présence de conduits ou déflecteurs inclinés (39) assurant une communication de la chambre de sédimentation de la matière en suspension extraite des filtrats (33) vers la chambre de concentration de la pâte (7), I'ouverture de ces déflecteurs pouvant tre fixe ou réglable afin de permettre un remélange dans des proportions optimales entre les fibres et les charges.
23. Appareil selon la revendication 2 et caractérisé en ce que la pâte épaissie est recueillie après son extraction, dans un ou plusieurs tubes en colimaçon (44) dont les entrées sont disposées face à la zone d'ouverture des buses d'extraction, et de manière à ce que le freinage de la pâte soit progressif par perte de charges dans des tubes incurvés (44), dans le but de limiter l'altération des caractéristiques physiques des fibres soumises à des contraintes mécaniques importantes.
24. Procédé selon la revendication 2 et caractérisé en ce que certains rejets semiliquides non épaissis sont traités, par exemple les mousses d'une cellule de désencrage, en assurant leur épaississement et la clarification des jus résiduaires, ce traitement étant assuré par l'adjonction d'une alimentation des rejets à traiter par une conduite centrale et l'acheminement de ces rejets dans la zone de clarification des eaux.
25. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pâte préalablement traitée peut tre introduite par le centre de l'appareil et extraite de l'appareil par l'adjonction d'une grille supplémentaire selon un principe de fonctionnement identique à celui de la grille de filtration (6).
26. Appareil selon les revendications 2 et 14 et caractérisé en ce que la grille (23) d'épuration, à fentes ou à trous, est conique et que son inclinaison est caractérisée par une ou plusieurs ruptures d'angle (28) en escalier afin de prévenir I'accumulation d'éléments solides le long de la grille.
27. Appareil selon les revendications 2 et 14 et caractérisé en ce que les orifices (41) (trous ou fentes) ont une direction radiale et une entrée conique (40), les entrées coniques de deux orifices adjacents se rejoignant de manière à ce qu'il n'y ait pas de superficie plane entre deux orifices, et ceci afin de faciliter l'orientation et le passage des fibres.
28. Appareil selon les revendications 2 et 14 caractérisé en ce les orifices (41) de la grille (23) sont constitués d'un cône d'entrée (40) et d'un cône de sortie (42) afin de faciliter le passage des fibres et prévenir le risque de colmatage.
29. Appareil selon les revendications 2 et 14 et caractérisé en ce qu'une ou plusieurs ouvertures (29) sont pratiquées dans la zone de sédimentation en amont de la grille à fentes/trou (23), afin de dériver une partie de !'eau, ces ouvertures communiquant par des conduits avec la zone de clarification ou bien la zone d'alimentation de la grille de filtration (6), ces ouvertures étant placées en retrait et ayant une forme conique afin d'éviter l'entraînement des contaminants à extraire par les buses (38).
30. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le différentiel de vitesse de sédimentation lié au champ de gravité artificiel permet une action préliminaire et complémentaire d'élimination des contaminants de grandes dimensions.
31. Appareil selon les revendications 2 et 28, qui permet un premier travail de séparation des contaminants de grandes dimensions dans une chambre de sédimentation (25) situé le plus en périphérie possible de I'appareil, caractérisée par : a) un orifice (22b) pour séparer les contaminants de densité inférieure à 1 qui se concentrent dans la partie inférieure de la chambre (25) et reliée au tube d'extraction (22), b) un orifice (26) pour séparer les éléments d'une densité supérieure à 1, fibres comprises, qui sédimentent en périphérie de la chambre (25) et relié aux conduits (27), c) des conduits (27) de l'eau et des éléments cellulosiques vers l'étape suivante du procédé, ayant une inclinaison et section adaptée pour que les éléments cellulosiques soient entraînés par le courant et ne sédimentent pas par les orifices cités en e), d) une alimentation en eau prélevée au milieu de la chambre (25) pour alimenter le conduit (27), e) des orifices (30) situées près du point de jonction de telle manière que les contaminants lourds sont séparés par sédimentation, alors que les fibres sont entraînées par le courant du conduit (27), f) un conduit amenant les éléments solides captés par l'orifice (30) vers une buse d'extraction (38).
Description:
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 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 tre indésirable, en particulier, pour la production de papiers sanitaires. II 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 :

-Etape B : Une décontamination grossière. II 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 mme 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 », I'éiimination des encres par une ou plusieurs cellules de flottation. Les encres sont séparées à I'aide de petites bulles d'air avec I'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, I'élimination des petits contaminants de densité inférieure à 1 par hydrocyclone.

-Etape I : Plus particulièrement pour les papiers tissue, I'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 I'aide de microbulles d'air et de polymères (floculants et coagulants).

-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, entrainant une forte consommation d'énergie. Certaines étapes nécessitent l'emploi de produits chimiques. II 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 1, 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.

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. Tous 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 défaits 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 I'appareil, un dispositif de clarification en deux étapes, et un dispositif de réintégration des éléments récupérés (13).

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

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 », I'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

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 longues/fibres courtes. L'invention se substitue aux étapes H, J, L, M du procédé classique de préparation de pâte à 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 1'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 tre 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 I'axe de I'appareil, par un conduit central (2). Les ailettes (3) permettent à la pâte d'tre entraînée en rotation à la mme vitesse angulaire que I'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 I'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 fié à la rotation de I'appareil, vers la périphérie de I'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, I'extraction ayant lieu à grande vitesse, le freinage de la pâte pourra tre assuré par des tubes circulaires (44) disposés en colimaçon (figure 6). La pâte extraite en périphérie de I'appareil

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 I'axe de I'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 1'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. II 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 I'axe de I'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 I'axe de I'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 tre 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'tre extraits par les buses (20). Les fibres récupérées, acheminées par les conduites (10) et extraites par le centre de I'appareil par le tube (14), sont éventuellement traitées par des moyens classiques de désencrage avant d'tre réintégrées à la pâte dans I'appareil.

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. II 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 I'appareil. Ces éléments peuvent tre 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 tre réintégrées dans I'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 t'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 tre 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 1'effet de fractionnement recherché.

Pour toutes les applications, I'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 tre en matière plastique ou composite d'une densité proche de 1. L'eau à traiter, encadrée par

les cônes de séparation, est dirigée de la périphérie vers l'axe de I'appareil. Les particules, de densité différente de ! 'eau, sous !'effet du champ de gravité artificielle, ont une vitesse radiale différente de 1'eau et rencontrent la superficie du cône de séparation le plus proche. Du fait des frottements entre 1'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 tre 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-mmes avec le conduit d'évacuation des solides (18), avant de rejoindre la chambre de concentration (19) et d'tre expulsés de I'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 I'axe de I'appareil, grâce à faction du champ de gravité artificiel, les contaminants de densité inférieure à 1 qui migrent vers le centre de I'appareil où ils sont recueillis par le conduit (37). Dans ce cas, les cônes de la zone de clarification (16) pourront tre 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 tre 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

préclarification par sédimentation dans la chambre (33) sont conduits vers la périphérie de l'appareil où ils sont évacués à la périphérie de I'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 tre réintégrés à la pâte.

Pour les applications impression écriture (figure 3), les solides extraits lors de la clarification seront extraits par les buses (20). II 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 tre 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 I'axe de I'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 I'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

de sédimentation supérieure à celle des fibres. Ces é ! éments sédimentent et sont séparés par les orifices (30) et extraits de I'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 horizontale des fibres et limiter le risque de sédimentation, le conduit (27) sera alimenté par de !'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. II s'agit alors de réaliser les étapes B à E du procédé classique. Ce classage est réalisé par une grille sera préférentiellement conique (23). La grille (23) sera en amont de la grille (6) (figures 2,3 et 4). La pâte est introduite par I'axe de I'appareil aux abords de la grille (23) selon le mme 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 I'appareil où ils sont extraits par plusieurs buses d'extraction (38).

Les contaminants de densité inférieure à 1 migreront vers I'axe de I'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, I'élimination des contaminants légers par le centre de I'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 I'axe de I'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 empcher la sédimentation trop rapide des fibres vers la périphérie de I'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 tre traversée par un contre courant d'eau claire dont le débit serait ajusté de manière à ce que la vitesse de ce contre

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 mme 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.

II convient de noter que faction 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 tre très réduite et empcher 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 tre 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 donc problème. II sera cependant possible, moyennant I'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

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 t'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.