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BREVET D'INVENTION au nom de: André, Charles BERGES "Dispositif pour le nettoyage et l'épuration en continu principalement de la pâte à papier".
L'invention se rapporte à un dispositif de nettoyage et d'épuration en continu principalement de la pâte à papier,lequel dispositif est intercalé de préférence entre les cuviers et l'arrivée de la pâte sur la machine.On connaît des dispositifs dans lesquels la pâte à traiter est mise en rotation par introduction tangentielle à grande vitesse dans un récipient,puis est conduite d'abord vers le bas,ensuite vers le haut de l'appareil;la pâte épurée est dirigée concentriquement vers le haut,les impuretés les plus légères sont dirigées également vers le haut,tandis que les impuretés les plus lourdes sont dirigées vers le bas de l'appareil.
La présente invention a pour objet une construction véritablement pratique de ce dispositif,grâce à laquelle on obtient une séparation continue et parfaite des impuretés
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contenues dans la pâte,l'introduction de la pâte étant particulièrement bien comprise et les différentes parties du récipient étant agencées d'une manière spéciale.
L'invention couvre d'abord l'organe d'entrée:en coupe transversale,il présente la forme d'un rectangle dont le côté le plus long est parallèle à l'axe du récipient;en plan, il a la forme d'une volute orientée de telle façon par rapport au récipient que sa face interne est ouverte sur l'intérieur du récipient,tandis que sa face extérieure rejoint la paroi du récipient après 3600 environ.
De plus,le récipient comprend essentiellement deux parties qui toutes deux s'élargissent en forme de cône et prennent ensuite la forme cylindrique:l'une,au-dessous de l'ajutage d'entrée de la pâte,est dirigée vers le bas:l'autre au sontraire est dirigée vers le haut à partir de l'endroit où elle-même reçoit la pâte.
La partie du récipient qui s'élargit de bas en haut est disposée concentriquement dans la portion conique de la partie du récipient qui s'élargit de haut en bas,De plus,à la base de la portion cylindrique de la partie extérieure du récipient,est relié un élément en forme d'entonnoir qui se rétrécit coniquement vers le bas.
Un écran,ouvert vers le bas, est fixé concentriquement à l'intérieur du récipient,à hauteur de la jonction de la portion conique supérieure et de la portion cylindrique constituant la partie extérieure du récipient:cet écran laisse libre un conduit annulaire relativement étroit mais d'une certaine hauteur;le milieu de cet écran s'ouvre dans un tuyau axial,de section relativement faible,qui part du centre du récipient dans la direction du haut.Une plaque,disposée au-dessous de l'écran,masque l'orifice du tuyau.En haut du rétrécissement du récipient et audessus de l'ajutage d'entrée,est prévu un espace annulaire muni d'une sortie.
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Au bas de la partie inférieure conique du récipient est adjoint un sas qui se compose d'un récipient spécial,lequel communique, en haut, par une vanne, avec la partie inférieure du récipient principal,et,en bas,est fermé par une autre vanne.Ce pas est muni,également,à sa partie inférieure d'une admission d'eau claire et à sa partie supérieure d'une purge d'air,toutes deux susceptibles d'être fermées.
Enfin,,une admission d'eau de dilution.réglable,débouche dans la partie inférieure du récipient principal,Si le dispositif doit assurer la séparation des impuretés les plus légères aussi bien que des impuretés les plus lourdes,on dispose à l'intérieur du récipient - dans la portion cylindrique munie en haut d'une sortie - un tuyau de forme évasée à sa partie inférieure:ce tuyau débouche,en bas,au-dessous de la dite sortie et,en haut,à la partie supérieure du récipient, au-dessus de la même sortie.
Par contre, on peut subdiviser ce dispositif en vue de réaliser:d'un côté seulement l'élimination des impuretés les plus lourdes et de l'autre seulement la séparation des impuretés les plus légères:on construit les deux parties du récipient de telle manière qu'en réalité elles constituent deux récipients distincts,réunis simplement par une tuyauterie munie d'une pompe,le cas échéant.
L'un.destiné seulement à la séparation des impuretés les. plus lourdes de la pâte,est conforme à l'appareil précédemment décrit.moins .le dispositif décrit au paragraphe précédent et destiné à la séparation des impuretés légères.
L'autre récipient est munira sa partie inférieure, d'un ajutage d'entrée en forme de volute par lequel arrive'dans le récipient la pâte débarrassée des impuretés lourdes;ce récipient s'félargit d'abord de bas en haut en forme de cône et prend ensuite une forme cylindrique;en haut,une sortie annulaire est ménagée autour d'un tuyau axial,de forme
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évasée à sa partie inférieure.
Ce tuyau débouche,en bas,dans la partie cylindrique au-dessous de la sortie annulaire et,en haut,à la partie supérieure'du récipient au-dessus de la dite sortie.En outre,à la base et à l'intérieur du récipient est prévue une partie basse cylindrique et concentrique formant avec la partie extérieure du récipient un espace annulaire ;cette partie cylindrique se continue vers le haut par un cône dont le sommet s'arrête à hauteur de l'écran.
Les dessins ennexés représentent,à titre d'exemple deux modes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig.l est une coupe verticale d'un premier mode d'exé- cution ;
La fig.2 en est une coupe horizontale suivant le ligne 2-2 de la fig.l;
La fig.3 en est une vue en plan;
La fig.4 est une coupe verticale du dispositif prévu spécialement pour la séparation des impuretés les plus lour- des;
La fig.5 est une coupe verticale du dispositif prévu spécialement pour la séparation des impuretés les plus légè- res.
En hauteur le récipient extérieur I est divisé en deux zones A et B:dans la partie A se fait la séparation des impuretés lourdes,dans la partie B se fait l'évacuation continue des dites impur étés. La zone A comporte une partie conique qui s/élargit vers le baset la zone B une partie cylindrique prolongée vers le bas par une partie conique qui se rétrécit vers le bas.
L'arrivée de la pâte se fait par l'entrée 2:pour donner à la pâte sa vitesse d'arrivée maxima,cette entrée a la forme d'une tuyère et présente,en coupe transversale,la forme d'un rectangle dont le grand côté est parallèle à l'axe du réci- pient et dont le petit côté est aussi court que possible,
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mais suffisant pour laisser passer les impuretés;pratiquement sa longueur est d'environ 15 m/m.Pour éviter des perturbations dans la colonne de pâte, en rotation à l'intérieur du récipient, cet ajutage est agencé de telle manière que la µ pâte qui y afflue,enveloppe la colonne de pâte en mouvement et s'y intègre progressivement et complètement sur un parcours d'environ 360 .
A l'intérieur du réoipient 1 est agencé le récipient 3 qui;de bas en haut, s'élargit en forme de cône puis devient cylindrique.
Les impuretés les plus lourdes de la colonne de pâte sont chassées contre la paroi du récipient 1 par l'effet de la force centrifuge et descendent un peu au-dessous du niveau de l'entrée de la partie 3 -c'est-à-dire un peu audessous de la zone CC - par l'effet combiné du courant principal,de la forme conique de la zone A et de la pesanteur:la ', pâte qui monte dans la partie 3 du récipient est donc débarrassée de ces impuretés d'autant mieux que la forée centrifuge est plus énergique.Or,grâce à la forme conique de la partie A, la force centrifuge développée le long de la paroi du récipient I va en augmentant de la zone 2-2 à la zone CC:
en effet,on peut assimiler la pâte,circulant à l'intérieur de A, à une colonne tournant à une même vitesse angulaire sur toute sa hauteur ;par suite,la vitesse périphérique de la pâte et donc la force centrifuge sont plus élevées en CC qu'en 2-2:
L'écran 4 sépare la zone A de la zone B et laisse libre simplement un espace annulaire 5;aussi étroit que possible afin de réduire au minimum la surface d'entraînement du liquide B par le liquide A;comme on ne peut réduire l'espace 5 au-dessous d'une. dimension minima conditionnée par la nature des impuretés à éliminer, on lui a donné une certaine hauteur en prolongeant le bord extrême de l'écran 4 vers le bas de l'appar eil.
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L'écran 4 et le conduit annulaire 5 empêchent donc que le mouvement tourbillonnaire à grande vitesse,qui règne dans la zone A,se communique à la partie B.Les impuretés lourdes passées dans la zone B sont soumises seulement à un mouvement circulaire lent à a.ction centrifuge presque nulle,grâce auquel leur décantation s'opère convenablement:les dites impuretés se classent de bas en haut à l'intérieur de B,les plus denaes tombant rapidement au fond du récipient,les moins denses -qui ne peuvent être décantées - demeurant en suspension au-dessous de l'écran 4.
Cet écran est supporté par un tuyau central 6 qui est fixé au sommet de l'appareil qui se continue par une tuyauterie 7.Le débit de la tuyauterie 7 est réglable et crée à travers le couloir annulaire 5 aûtour de l'écran 4, un faible courant qui suffit à entraver dans la chambre de décantation B les impuretés lourdes maintenues par la force centrifuge contre la paroi I,au-dessous de CC;ce courant évite que ces impuretés,décantées très lentement par le seul effet de la pesanteur,ne s'accumulent dans la zone CC et,finalement,ne soient entrainées par le courant principal vers la sortie de pâte épurée.
En outre,ce même débit entraîne les impuretés,qui ne sont pas assez denses pour décanter dans la chambre B et qui restent en suspension au-dessous de l'écran 4:ces impuretés sont évacuées vers le finisseur par la tuyauterie 6-7 ou,à défaut,retournent dans le circuit.
L'orifice du tuyau 6 au centre de l'écran 4 est masqué par une plaque 8 qui oblige le débit de la tuyauterie 6-7 à agir sur la périphérie de l'écran 4 et évite ainsi la formation d'un courant tourbillonnaire axial susceptible de prendre naissance au fond de la partie B oû se trouvent les impure- tés décantées.
Le débit de la tuyauterie 6-7 est relativement faible
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par rapport au débit total de l'appareil;en effet,il ne faut pas gêner la décantation à l'intérieur de B par des mouvements tourbillonnaires qui naîtraient inévitablement d'un trop fort courantà travers 1'-espace annulaire 5 ou d'une aspiration excessive sur la périphérie de l'écran 4.
Les impuretés lourdes sont évacuées de la zone B par un sas constitué par un récipient 9,lequel communique par une vanne 10 avec la partie B du récipient 1 et est fermé en bas par une autre vanne II.
Ce sas est muni également,a sa partie inférieure,d'une admission d'eau claire 13 commandée par un robinet 12 et à sa partie supérieure,d'une purge d'air 15 commandée par un robinet 14:ces deux conduites permettent de remplir complètement d'eau le sas avant d'ouvrir la vanne 10 et d'éviter les perturbations que provoquerait à travers le récipient I, après chaque vidange du sas,le dégagement de l'air contenu dans le dit sas.
Enfin,une arrivée d'eau claire 17,commandée par un robinet 16 permet de diluer le contenu du récipient I et donc de faciliter la décantation dans la zone B.
Dans le récipient intérieur 3,on sépare de la pâte les impuretés les plus légères:
Celles-ci sont rassemblées autour du tuyau 6 le long duquel elles montent par l'effet du courant principal.A la partie supérieure du récipient,un tyau 18, entourant le tuyau 6,s'élargit à la. base pour former un petit écran 19: cet écran arrête les impuretés légères et les canalise vers le tuyau 18 qui les évacue par la tuyauterie 20 vers le finisseur ou le ramasse-pâte ou les ramène dans le circuit.
La pâte épurée, au contraire,est chassée,par la force centrifuge centre la paroi du récipient 3 le long de laquelle elle monte.En haut du récipient,elle sort par l'espace annulaire 21 ménagé autour du tuyau 18 et est dirigée
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vers la machine à papier par la tuyauterie 22.Sur cette tuyau- terie un dispositif d'étranglement permet de faire varier le débit des impuretés légères sortant par la tuyauterie 20.
Immédiatement au-dessus de l'ajutage d'arrivée 2,un es- pace annulaire 25 communique par un orifice 24 avec une tuyau- terie par où s'échappe le peu d'air qui a pu entrer dans le récipient.La pâte qui sort également par la canalisation 24 est renvoyée dans le circuit.
L'efficacité du dispositif est d'autant plus grande que le diamètre de l'espace annulaire de sertie. 21 est plus petit par rapport au diamètre du récipient I mesuré immédiatement au-dessous de l'ajutage d'entrée.En effet,ces deux dimensions conditionnent respectivement le rayon de giration,donc la vi- tesse,et par conséquent la puissance contenue dans le liquide à l'entrée et à la sortie du récipient.par conséquent la puis- sance disposible et utilisée à l'intérieur du récipient est fonction de leur différence.Si cette puissance est supérieure aux résistances de frottement du récipient,l'excédent s'em- ploie automatiquement à conserver au liquide circulant à l'in- térieur de A,
la même vitesse angulaire en CC qu'à proximité de l'ajutage et ainsi à lui donner une vitesse périphé rique plus élevée en CC. La force centrifuge développée en CC et, par conséquent,l'efficacité de l'appareil varie donc bien en fonc- tion du rapport des diamètres désignés ci-dessus.
C'est pourquoi le diamètre de l'espace annulaire 21 est tenu aussi réduit que le permettent les nécessités de cons- truction et le débit de l'appareil.
Par contre, en ce qui concerne le diamètre de l'appareil proprement démesuré au-dessous de l'ajutage d'entrée,on ne peut le tenir très grand en vue d'augmenter la différence; on a intérêt à lui donner une dimension réduite car la puis- se,nécessaire pour soumettre à une force centrifuge donnée un débit donné,est inversement proportionnelle au rayon de
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giration du liquide.
En résumé,l'appareil précédemment décrit travaille dans les conditions suivantes:
Dans la partie A,où la force centrifuge est aussi énergique que possible,la séparation des impuretés les plus denses est complète.
Dans la partie B,où règne un mouvement circulaire à action centrifuge presque nulle mais favorable à la décantation par pesanteur, une certaine proportion des impuretés -séparées par la force centrifuge en A et entraînées dans B n'a pas une densité suffisante pour être décantée à la dilution de travail de l'appareil.Ces impuretés sont entraînées avec le débit de la tuyauterie 6-7,et iraient finalement à la machine si on ne parvenait à les éliminer en travaillant à plus faible dilution.
A cet effet,on a réalisé le dispositif d'installation suivant; le débit de la tuyauterie 6-7 est envoyé en dilution dans les eaux résiduaires d'appoint alimentant la fabrication; elles sont traitées dans un ou plusieurs appareils -identiques à celui prédédemment décrit -,placés en dérivation sur la dite alimentation en eaux résiduaires.Ce ou ces appareils & dits finisseurs - travaillent donc à très faible dilution, comparativement à la dilution de travail des appareils "utiles" :la décantation des impuretés lourdes dans la chambre B est plus complète et la sortie 6-7 du finisseur -qui retourne dans le circuit et va finalement à la machine - contient beaucoup moins d'impuretés non décantables.
D'autre part,les impuretés légères évacuées par la tuyauterie 18-20 de 1'appareil " utile" devant être envoyées au ramasse-pâte, il y a intérêt à ne le faire qu'après les avoir diluées -également dans les eaux résiduaires d'appoint alimentant la fabrication afin de réduire la teneur en pâte du débit
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qui les entraîne: à cet effet le débit 18-20 est envoyé dans le circuit du ou des finisseurs qui sépare à nouveau les impuretés légères et les envoie en milieu très dilué -c'est-à-dire contenant peu de pâte - au ramasse-pâte.
Dans le dispositif du type général que l'on a décrit,la séparation des impuretés légères à l'intérieur de la partie 3 du récipient n'est pas aussi complète qu'elle pourrait l'être, car la force centrifuge développée dans cette partie 3 est moins énergique que celle qui s'exerce dans la zone A.
Quand on désire éliminer plus complètement les impuretés les plus légères, on peut subdiviser logiquement le dispositif en construisant deux récipients.
Le dispositif destiné à éliminer les impuretés les plus lourdes (fi.4)diffère simplement de celui précédemment décrit par ce qu'il présente ni le tuyau central 18,ni son écran 19 ni la tuyauterie 20 d'évacuation des impuretés légères.La sortie 22 de ce récipient est reliée à l'ajutage d'entrée d'un deuxième appareil,par une tuyauterie munie d'une pompe le cas échéant.Le deuxième dispositif (fig.5)destiné à éliminer les impuretés les plus légères,ect constitué par un récipient 26 de même forme que la partie 3 du récipient I;
l'ajutage d'entrée 25 est en bas mais présente la même disposition que sur le réci- pient I;à l'intérieur de la partie cylindrique de ce récipient 26,un écran 27 correspond à l'écran 19,un tuyau axial 28 correspond au tuyau 18 et se prolonge par une conduite 29 correspondant à la tuyauterie 20.La pâte épurée sort par un orifice annulaire 30,ménagé autour du tuyau 28, et est évacuée ensuite par la tuyauterie 31.
Pour parfaire la séparation des impuretés les plus légères, une partie cylindrique basse et concentrique est prévue à l'in- térieur et à la base du récipient 26:pette partie cylindrique forme un espace annulas avec la paroi extérieure du récipient et se continue vers le haut par un cône 32 dont le sommet
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s'arrête à hauteur de l'écran 27.