EP0295180A2

EP0295180A2 - Procédé de blanchiment ou de délignification d'une pâte cellulosique par l'oxygène, et installation pour sa mise en oeuvre

Info

Publication number: EP0295180A2
Application number: EP88401393A
Authority: EP
Inventors: Robert Lee; Derek Hornsey; Arthur S. Perkins; Jack A. Davidson
Original assignee: Air Liquide Canada Inc; Canadian Liquid Air Ltd
Current assignee: Air Liquide Canada Inc; Canadian Liquid Air Ltd
Priority date: 1987-06-08
Filing date: 1988-06-08
Publication date: 1988-12-14
Also published as: JPH0299681A; FR2617877A1; FR2617877B1; AU613952B2; CA1300322C; EP0295180A3; AU2202188A

Abstract

Dans ce procédé continu de blanchiment ou de délignification d'une pâte cellulosique par l'oxygène, on fait passer la pâte, sous la forme d'une suspension aqueuse, dans un conduit diffuseur et mélangeur (123), à une vitesse à laquelle cette pâte se comporte comme un liquide turbulent et, ensuite, dans une cuve de rétention (137), à une vitesse à laquelle la suspension prend un écoulement de type piston. Un mélange d'oxygène-vapeur d'eau est diffusé à travers une paroi microporeuse qui forme une interface avec la suspension circulant dans le conduit, pour former une masse de petites bulles d'oxygène où la vapeur se sépare par condensation en apportant de la chaleur à la suspension et en laissant l'oxygène sous la forme de bulles plus petites qui se dispersent dans tout le volume de la suspension, en présentant une aire de surface totale considérablemetn supérieure à celles des bulles qui résulteraient de l'injection d'oxygène seul à travers la même paroi microporeuse dans les même conditions. Les bulles d'oxygène restent dispersées dans tout le volume de la suspension lorsque cette dernière prend un écoulement de type piston, pour donner à l'oxygène le temps d'exercer son effet de blanchiment. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé.

Description

La présente invention se rapporte au blanchiment ou à la délignification d'une pâte à papier cellulosique.
Il est connu d'utiliser de l'oxygène pour le blanchiment d'une suspension d'une pâte de cellulose présentée sous la forme d'une suspension aqueuse ayant une consistance de 8% à 16%, en introduisant de l'oxygène dans la suspension sous la forme de petites bulles, pendant que la suspension sous la forme de petites bulles, pendant que la suspension passe, sous une pression de refoulement, à travers un conduit diffuseur et mélangeur qui confine la suspension dans une section telle que, à la pression de refoulement, elle circule à une vitesse élevée qui a pour effet d'engendrer un écoulement liquide turbulent. Le phénomène du comportement liquide de la suspension de pâte confinée sous une vitesse élevée est expliqué dans un article intitulé "Medium Consistency Technology", paru dans le TAPPI Journal, Vol. 64, n°6, Juin 1981.
Immédiatement à la sortie du conduit mélangeur, on fait passer la suspension contenant les bulles dans et à travers une cuve de réaction qui détend la suspension en l'amenant à une section dans laquelle elle prend un écoulement de type piston relativement lent pour laisser aux bulles d'oxygène dispersées dans tout son volume le temps de réagir avec la cellulose.
La suspension traitée est récupérée à la sortie de la cuve de réaction.
La dispersion des bulles dans la suspension liquide turbulente s'effectue en faisant passer l'oxygène à travers une paroi microporeuse sous une pression supérieure à celle de la suspension pour le mettre en contact avec la suspension.
On peut préchauffer la suspension en la faisant passer à travers un mélangeur de vapeur, sur on trajet allant à la pompe, et la suspension chauffée peut être déposée dans une cuve de stockage en amont de la pompe.
La petitesse de bulles, qui sont produites initialement en diffusant l'oxygène dans la suspension à travers la paroi poreuse, favorise une bonne dispersion dans toute la masse de la pâte et, par conséquent, elle favorise donc l'établissement d'un bon contact, efficace pour la blanchiment ou la délignification, avec les fibres de la pâte.
Un but de la présente invention consiste à améliorer encore davantage le contact avec l'oxygène et la pâte de façon à obtenir une meilleure action de blanchiment avec la même quantité d'oxygène.
Selon l'invention, ce résultat est atteint en injectant l'oxygène dans le conduit diffuseur mélangeur de la façon décrite plus haut mais sous la forme d'un mélange d'oxygène et de vapeur d'eau. De petites bulles de mélange oxygène-vapeur se forment momentanément lorsque le mélange sort des petits pores de la paroi de l'injecteur mais, au moment où chaque bulle rencontre la pâte, la vapeur se condense et libère sa teneur en oxygène sous la forme d'une bulle plus petite. La vapeur, en se condensant apporte une quantité de chaleur additionnelle à la pâte.
On injecte de préférence une fraction aussi grande que possible de la vapeur qui est nécessaire pour porter la suspension à la température de réaction, en une seule phase, à travers le diffuseur-mélangeur. L'obtention de ce résultat dépend de la capacité du diffuseur-mélangeur. On peut donc injecter une quantité de chaleur additionnelle si nécessaire dans un mélangeur de vapeur, pour porter la suspension à une température d'alimentation dans une étape préliminaire, à travers un injecteur compris entre la pompe et le diffuseur-mélangeur d'oxygène-vapeur, pour porter la température à une valeur plus proche de la réaction. On peut aussi injecter de la vapeur d'eau pour préchauffer la suspension en amont de la pompe.
L'invention prévoit donc les phases suivantes :

a) injecter de préférence la totalité de la vapeur, dans le diffuseur-mélangeur, sous la forme d'un mélange oxygène-vapeur, ou
b) injecter une certaine partie de la vapeur entre la pompe et le diffuseur-mélangeur, pour porter la pâte à une température intermédiaire ; et
c) en combinaison avec a) ou b), injecter de la vapeur pour préchauffer la pâte en amont de la pompe, pour la porter à la température d'alimentation préchauffée.

En injectant l'oxygène dans la suspension à comportemant liquide, dans une mélange oxygène-vapeur, contrairement à ce qu'on obtient en injectant de l'oxygène exclusivement à travers la surface microporeuse, dans les mêmes conditions, on peut multiplier par un facteur de deux à dix, l'aire de la surface effective de l'oxygène en contact avec la pâte, le facteur d'accroissement préféré étant de trois à cinq. Ceci entraîne un accroissement correspondant de l'effet de blanchiment de l'oxygène et une économie consécutive sur l'agent de blanchiment chimique. Il est également avantageux de chauffer la suspension, avec la vapeur injectée, dans cette étape.
Pour le blanchiment, la proportion entre l'oxygène et la vapeur peut varier de 20 à 200:1, en poids, l'intervalle de 100 à 150:1 étant préféré. Ou encore, en volume, la proportion entre l'oxygène et la vapeur peut varier de 50 à 500:1, l'intervalle de 300 à 400:1 étant préféré. Pour la délignification, le rapport d'oxygène peut varier de 80 à 800:1, en poids, l'intervalle de 400 à 600:1 étant préféré. On encore, en volume, l'oxygène peut varier de 200 à 2000:1, l'intervalle de 1200 à 1600 étant préféré.
Le rapport entre l'oxygène et la pâte peut varier de 5 kg à 1 kg par tonne de pâte sèche. Il est alors souhaitable d'ajounter autant de vapeur que possible avec le mélange oxygène-vapeur. Etant donné que la quantité de vapeur qui peut être ajoutée est limitée par la capacité du diffuseur, il peut être nécessaire d'ajouter également de la vapeur dans une phase antérieure, afin d'injecter suffisamment de chaleur pour porter la suspension à la température de réaction.
L'invention permet d'obtenir le maximum de l'utilisation potentielle d'oxygène et de vapeur dans le traitement de délignification ou de blanchiment en agissant de la façon suivante. La quantité totale de vapeur, injectée dans la pâte, est une quantité réglée qui portera la suspension à la température de réaction dans la cuve de réaction. Selon l'invention, la proportion de la quantité totale de vapeur injectée avec le mélange oxygène-vapeur dans le diffuseur serait de préférence sensiblement le maximum permis par la capacité d'injection du diffuseur, ou une quantité porportionnalle choisie, proche de ce maximum, soit 80% ou plus.
Le reste de la vapeur qui est nécessaire pour porter la suspension à la température de réaction peut alors être injecté dans la suspension en amont du diffuseur. La proportion optimale d'oxygène à injecter dans la pâte pour obtenir une bonne délignification ou un bon blanchiment est déterminé par des essais, ainsi qu'il est connu dans la technique, et elle est choisie en fonction de l'installation particulière et des conditions particulières qui sont mises en jeu. L'injection de l'oxygène est alors réglée de manière à fournir continuellement à la suspension le débit d'oxygène sélectionné. L'injection de vapeur conjointement avec l'oxygène a pour effet que l'oxygène est injecté sous la forme de plus petites bulles que si l'oxygène était injecté seul, ce qui a à son tour pour effet de mettre une plus grande aire de surface d'oxygène en contact avec la pâte et d'assurer une meilleures absorption pour un débit d'oxygène donné. L'invention apporte donc plusieurs avantages, à savoir, le fait qu'une grande quantité de vapeur utilisée pour la chauffage est injectée à l'endroit où elle est nécessaire, juste avant la zone de réaction et que, en même temps, l'injection de l'oxygène simultanément avec la vapeur se traduit par une plus grande aire de surface de l'oxygène injecté et par une meilleure réaction avec la pâte pour une quantité d'oxygène donnée. De cette façon, l'utilisation de l'oxygène aussi bien que celle de la vapeur est sensiblement portée au maximum pour l'installation particulière considérée.
Si la totalité de la vapeur qui est nécessaire pour porter la suspension à la température de réaction peut être ajoutée dans le diffuseur, on peut exercer continuellement une commande en faisant régler la quantité de vapeur introduite dans la mélange vapeur-oxygène par la température de la suspension en aval du diffuseur oxygène-vapeur, tout en maintenant l'arrivée d'oxygène constante, ou bien en la faisant régler par le maintien d'une certaine variable importante. S'il est nécessaire d'ajouter une quantité additionnelle d'oxygène en amont du diffuseur, le réglage de la température assurera aussi la régulation de cette injection en amont.
L'invention se prête particulièrement au dosage incrémental de la suspension de pâte avec l'oxygène. Ceci s'effectue en faisant passer un courant de suspension de pâte cellulosique sous pression, arrivant d'une alimentation, à travers un trajet de réaction composé d'une pluralité d'étapes successives dans chacune desquelles le courant est tout d'abord confiné à une section dans laquelle il a une vitesse capable de le fluidiser pour lui donner un comportement d'écoulement liquide et est ensuite détendu de façon à occuper une section dans laquelle il a une vitesse propre à donner lieu à un écoulement de type piston. Dans chaque étape, de l'oxygène est injecté dans le flux liquide sous pression, sous la forme d'une masse de petites bulles, pour les disperser dans tout le flux, de sorte que la majeure partie de l'oxygène entre en réaction avec la pâte qui est en écoulement de type piston dans cette étape. La suspension traitée est ensuite récupérée à la sortie de l'étape finale.
L'invention prévoit encore un brassage additionnel de la suspension sortant du diffuseur d'oxygène obtenu en la faisant passer à travers un mélangeur fluidiseur de pâte. Ce mélangeur peut être placé adjacent au diffuseur ou placé à une certaine distance en aval. Ce mélangeur assure efficacement un brassage additionnel et la dispersion des éventuelles agglomérations d'oxygène, de sorte que l'oxygène reste sous une forme finement divisée et qu'il est mélangé plus intimement avec la suspension. Un mélangeur statique préféré est composé d'un tube dont la section décroît vers un étranglement suivi d'un tube qui s'évase jusqu'au diamètre du tube dans lequel la suspension de pâte circule. La vitesse de passage à travers l'étranglement sera à peu près égale à celle qu'on observe dans le diffuseur.
L'invention prévoit également des moyens permettant de coordonner le débit d'oxygène avec le débit de la suspension de pâte de manière à maintenir le dosage d'oxygène approprié. Ceci peut être obtenu par un appareil qui comprend un dispositif de mesure du débit, par exemple, une plaque à orifice placée sur le trajet de la suspension, en amont du diffuseur, la plaque à orifice étant reliée à une cellule à pression différentielle qui est à son tour reliée à un appareil de commande.
L'appareil de commande envoie un signal à une vanne de commande du débit d'oxygène qui commande l'alimentation du diffuseur en oxygène. Il est prévu dans la conduite d'alimentation en oxygène une plaque à orifice ou un autre dispositif qui mesure le débit d'oxygène. Le mécanisme de commande peut comprendre un ordinateur qui maintient un rapport oxygène-pâte constant, prédéterminé et réglé, ce qui est obtenu en augmentant ou en réduisant le dosage pour tenir compte des variations du débit de la suspension de pâte.
Uns installation selon l'invention comprend une cuve d'alimentation pour la suspension, un conduit d'injection et de mélange sensiblement dépourvu d'obstruction, destiné à confiner la suspension à un courant pour déterminer un écoulement sensiblement libre dans ce conduit, une cuve de réaction possédant une plus grande section que ledit conduit et qui est reliée à celui-ci, des moyens servant à refouler continuellement à force la suspension sous pression de la cuve d'alimentation vers le conduit, et des moyens servant à régler la pression d'alimentation de telle manière que la suspension circulant dans le conduite possède une vitesse appropriée pour créer un écoulement liquide turbulent dans ce conduit et pour faire prendre un écoulement de type piston à la pâte dans le réacteur. Il est prévu des moyens diffuseurs, qui comprennent une surface microporeuse étendu qui est en contact avec la suspension dans le conduit pour diffuser un mélange oxygène-vapeur dans la suspension sous une pression supérieure à la pression d'acheminement de la pâte, pour former de cette manière une masse de petites bulles d'oxygène et les mélanger dans tout le volume de la suspension qui circule dans le conduit, de manière que ces bulles restent en contact avec la pâte épaisse sur tout le trajet de l'écoulement de type piston pour assurer un effet de délignification ou de blanchiment. Le mécanisme de commande comprend un conduit d'alimentation servant à fournir un mélange d'oxygène et de vapeur aux moyens diffuseurs et des moyens servant à régler le débit d'oxygène passant dans ce conduit, un conduit de vapeur qui mène d'une source de vapeur audit conduit d'alimentation, et des moyens servant à régler le débit de vapeur dans ce conduit, les moyens qui servent à régler l'alimentation en vapeur répondant à la température de la suspension lorsqu'elle passe du conduit mélangeur à la cuve de réaction.
On peut également prévoir des moyens pour injecter de la vapeur à la suspension en amont des moyens diffuseurs. Dans ce cas, les moyens servant à commander l'alimentation en vapeur en réponse à la température de la suspension peuvent aussi régler la fourniture additionnelle de vapeur.
Dans une installation préférée, la suspension de pâte traverse un diffuseur d'oxygène primaire et une pluralité de réacteurs dont chacun est précédé d'un diffuseur d'oxygène. Une proportion quelconque ou la totalité de la suspension de pâte peut être envoyée à une tour de réaction pour l'éxécution d'une nouvelle extraction à la soude caustique.
L'inventin sera expliquée plus complètement en regard des dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 est une vue en élévation de côté, en partie en coupe, d'une installation du type actuellement utilisée pour ajouter de la vapeur et de l'oxygène à une pâte dans un traitement de blanchiment ;
La figure 2 est une vue analogue, en élévation de côté et en partie en coupe, d'une installation préférée capable de mettre en oeuvre un procédé préféré selon l'invention ; et
La figure 3 est une vue en élévation de côté, en partie en coupe, d'un dispositif diffuseur préféré.

La figure 1 illustre un procédé antérieur dans lequel on utilise conjointement de la vapeur et de l'oxygène pour le blanchiment d'une pâte.
Sur la figure 1, un mélange de pâte qui est normalement une masse épaisse et lourde passe continuellement d'une source d'alimentation à travers un mélangeur de vapeur 15 qui la préchauffe à uen température allant de 37,8°C à 65,6°C, puis à 76,7°C, puis à 93,3°C et, ensuite, ce mélange est envoyé, par une conduite 16, au sommet d'une trémie de stockage 17. De la trémie de stockage 17, la pâte, mélangée à de la vapeur, est refoulée, sous la forme d'une suspension, par une pompe, et en passant par une autre canalisation 21, dans un conduit disperseur d'oxygène 23 qui est représenté de façon plus détaillée sur la figure 3. La pression à laquelle la suspension est refoulée est suffisante pour faire circuler cette suspension dans le conduit 23 à une vitesse telle qu'elle se comporte comme une liquide turbulent. De la vapeur est envoyée au mélangeur de vapeur 15 par une source d'alimentation, en passant par un tube 25. L'arrivée de vapeur est réglée par une contrôleur de température 27 qui est lui-même relié à une vanne 29 intercalée dans le tube 25.
De l'oxygène est fourni à un dispositif diffuseur contenu dans le conduit 23, par une conduite 31 qui arrive d'une source d'alimentation en oxygène, à travers un appareil de réglage de la pression 33. Le dispositif diffuseur comprend une paroi microporeuse qui forme l'interface avec la suspension.
De l'oxygène est donc ainsi continuellement introduit dans la suspension de pâte chauffée à travers le dispositif diffuseur, sous la forme d'une masse de petites bulles, à un moment où cette suspension se comporte comme une liquide turbulent, de sorte que les bulles d'oxygène se diffusent dans la suspension et se mélangent dans tout le volume de cette dernière. La suspension contenant l'oxygène passe, par une canalisation 35, dans le fond d'un tube de rétention 37 équipé d'une vanne 39 de réglage de la contre-pression. La suspension se ralentit dans le tube 37 pour prendre une vitesse d'écoulement de type piston, à laquelle elle reprend son état normal épais et elle est maintenue sous pression, de sorte qu'elle absorbe progressivement l'oxygène qui réagit avec elle.
La pâte est retenue dans le tube de rétention pendant suffisamment longtemps pour permettre à l'oxygène de réagir avec la cellulose.
Pour l'appareil préféré de la figure 2, on a utilisé des numéros analogues à ceux de la figure 1 mais majorés de 100.
L'installation selon l'invention est mise en oeuvre de la façon suivante.
Dans l'installation de la figure 2, qui illustre un procédé préféré selon l'invention, de la vapeur est ajoutée à la conduite 131 qui envoie l'oxygène au dispositif diffuseur A (voir figure 3), qui est logé dans le conduit disperseur 123, pour former un mélange oxygène-vapeur.
L'alimentation en oxygène est commandée par un organe 127 de contrôle de la température qui est relié au tube 135 en un point compris entre le disperseur 123 et le tube de rétention 137. De cette façon, la vapeur est tout d'abord mélangée à l'oxygène et le mélange oxygène-vapeur est ensuite ajouté à la suspension, par le dispositif diffuseur A, sous la forme d'une masse de petites bulles. Lorsque le mélange oxygène-vapeur entre en contact avec la pâte, la vapeur se condense en eau, en apportant ainsi de la chaleur à la pâte, et elle laisse l'oxygène gazeux à l'intérieur de la pâte sous la forme de bulles plus petites (plus petites que les bulles d'oxygène-vapeur) qui se dispersent dans toute le suspension en raison de la turbulence de celle-ci. On obtient une meilleure subdivision et une meilleure dispersion de l'oxygène, ce qui donne une beaucoup plus grande aire de surface effective à l'oxygène qui est en contact avec la suspension que celle qu'on observerait en l'absence de vapeur. Ceci accroît en conséquence le débit de transfert d'oxygène et on a besoin d'une plus petite quantité d'oxygène que ce ne serait le cas autrement pour obtenir le même effet de blanchiment.
La pression du mélange oxygène-vapeur, lorsqu'il est injecté, est à peu près égale ou légèrement supérieure à la pression d'oxygène utilisée dans le procédé de la figure 1.
Contrairement à la technique antérieure, la vapeur est mélangée à l'oxygène juste avant que le mélange ne soit injecté dans le diffuseur A et le réglage du débit de vapeur est assuré par un organe de contrôle de température 127 qui capte la température de la pâte en aval du disperseur.
La pâte pénètre ensuite dans le tube de rétention sous pression 137, dans lequel elle prend un écoulement de type piston et circule à une vitesse relativement lente, sous pression, l'oxygène étant dispersé dans toute la masse sous la forme de petites bulles pour réagir avec la cellulose.
Dans le cas où l'on utilise plusieurs diffuseurs en série, la vapeur est ajoutée au premier étage.
Le diffuseur au moyen duquel le mélange oxygène-vapeur est injecté dans la suspension, dans le diffuseur A, peut revêtir différentes formes, et qui comprennent toutes une paroi microporeuse qui forme l'interface avec la suspension et à travers lequel le mélange oxygène-vapeur est diffusé. Cette paroi est de préférence un élément en acier inoxydable fritté, comme décrit dans Bulletin M 201 de Pall Trinity Micro Corporation, filiale de la Pall Corporation, et dans le brevet des U.S. 2 554 343. On utilise généralement des éléments de ce type pour la filtration. La dimension des pores doit être de l'intervalle allant d'environ 2 micronmètres à 100 micromètres, et elle est de préférence inférieure à environ 10 micronmètres. La porosité doit être sensiblement uniforme, les vides devant représenter environ 40% à 50% du volume de la paroi, laquelle a une épaisseur comprise entre environ 0,8 mm et environ 13 mm.
Un forme préférée de diffuseur A est représentée sur la figure 3. Ce diffuseur est composé d'une culindre 123 qui donne passage à la suspension de pâte. Le cylindre possède des brides 63, 64 à ses extremités, pour le raccordement à une canalisation. Un tube 65 s'étend transversalement à l'axe et en position centrale en travers du passage 123 et est maintenu dans ce passage par un logement approprié 69 formé sur la paroi du cylindre 123. La conduite 131 servant à fournir le mélange oxygène-vapeur au tube 65 mène au tube diffuseur 65.
Lorsque le mélange passe par les pores de la paroi du tube 65, les petits courants de mélange oxygène-vapeur, au moment où ils quittent la surface poreuse, sont entraînés loin de cette surface, sous la forme de petites bulles, par la suspension. La vapeur de chaque bulle se condense aussitôt que cette bulle entre en contact avec la suspension, et elle laisse une bulle d'oxygène dont la dimension est une fraction de la dimension que la bulle aurait prise si l'on avait injecté de l'oxygène seul. Bien qu'il puisse se produire une certaine coalescence, d'une façon générale la masse de bulles d'oxygène se disperse dans la suspension sous l'effet de la turbulence de celle-ci, lorsque cette dernière passe à grande vitesse dans le conduit 123 et les bulles sont entraînées dans la suspension pour pénétrer dans la chambre de réaction 137, ou la suspension prend un mode d'écoulement de type piston relativement lent. L'oxygène a donc le temps de réagir avec la pâte et il est absorbé lorsque la masse de suspension passe relativement lentement à travers la cuve 137.
L'élément diffuseur peut comprendre un conduit ou cylindre dans lequel passe la suspension, la paroi du cylindre définissant le trajet d'écoulement. L'élément diffuseur peut faire partie de la paroi du cylindre, il peut revêtir la forme d'un tube poreux qui s'étend transversalement à l'axe du cylindre, ou encore il peut revêtir la forme d'un tube poreux qui s'étend selon l'axe du cylindre. Dans tous les cas, le trajet de la suspension est relativement libre d'obstruction. Dans le cas d'un tube logé dans le cylindre, ce tube n'occupe qu'un petit espace, de sorte que la majeure partie de l'espace intérieur du cylindre est occupée par la suspension qui y circule, en entrant en contact avec la surface diffuseuse poreuse.
La matière de départ mise en oeuvre dans le présent procédé dépendra du fait que le procédé est utilisé dans la phase de délignification ou dans la phase de blanchiment du traitement de la pâte.
Pour la délignification, la suspension aqueuse de pâte provient de trois ou quatre phases de lavage qui font suite à la phase de lavage de la pâte écrue, la pâte contenant une quantité considérable de lignine, comme cela est indiqué par la valeur de l'indice Kappa entre 30 et 60, typiquement entre 40 et 50. Elle contient 10 à 12%, de préférence 10 à 12%, en poids, de solides. Selon l'invention, on ajoutera de la soude caustique dans une proportion de 2 à 4% en poids, typiquement de 3% avant la délignification.
Selon l'invention, le blanchiment est exécuté habituellement parès que la suspension a été lavée à la suite de la première phase de chloration. Ensuite, elle aura un induce Kappa de 3 à 8, typiquement de 4 à 5. Elle contiendra de 8 à 16%, de préférence de 8 à 16%, en poids, de solides. On ajoutera de nouveau de la soude caustique dans une proportion de 2 à 4% en poids, typiquement de 3%, pour obtenir la matière de départ pour le blanchiment selon l'invention.
Un conduit diffuseur et mélangeur 123 typique peut varier en aire de section transversale entre environ 26 et environ 110 cm³. Pour produire un écoulement turbulent, on fait passer la suspension dans le conduit à une pression d'environ 1,4 à environ 14 bars. Ceci donne à la suspension une vitesse d'environ 0,5 à environ 50 mètres par seconde, de préférence d'environ 3 à environ 10 mètres par seconde.
Le temps de séjour dans le conduit 123 varie entre environ 0,01 et environ 0,120 seconde. Le temps de séjour dans le tube réacteur 137 varie entre environ 1 et environ 5 minutes.
La vapeur assure à la fois la fonction de chauffage de la suspension et la fonction de véhicule pour l'injection de l'oxygène, de manière à réduire la dimension des bulles de ce dernier gaz qui est injecté et mélangé dans la suspension. Les températures typiques préférées sont les suivantes :

a) la suspension de pâte de départ en amont du mélangeur 15 aura habituellement une température inférieure à environ 54,4°C.
b) dans le mélangeur 15, la température s'élèvera d'environ 54,4°C à environ 60°C ;
c) après l'injection préliminaire en aval de la pompe et en amont du diffuseur d'oxygène-vapeur, à une température intermédiaire comprise entre environ 60°C et environ 71,1°C ;
d) en aval du diffuseur-mélangeur, à une température de réaction de l'intervalle d'environ 71,1°C à environ 82,2°C ;
e) avant l'entrée dans la cuve de rétention, la pâte devrait avoir une température comprise dans un intervalle allant d'environ 71,1°C à environ 82,2°C.

La surface de la paroi poreuse qui forme l'interface avec la suspension peut avoir de préférence une aire allant d'environ 46 cm² à environ 186 cm³, couverte de pores ayant un diamètre compris dans l'intervalle allant d'environ 10 à environ 100 micromètres.
L'oxygène utilisé peut être de l'oxygène moléculaire, tel que celui qu'on trouve dans le commerce et qui contient 90% ou plus et, de préférence 98% ou plus d'oxygène. Ou encore, l'oxygène peut être présenté sous la forme d'un gaz contenant plus de 50% d'oxygène. La suspension de pâte de départ peut contenir environ 10 à environ 20% d'air par volume de la pâte, dispersé, qui dilue l'oxygène ajouté. Pour une pâte qui conteint peu d'air ou qui ne contient pas d'air, la concentration du gaz contenant de l'oxygène ajouté peut se trouver à l'extrémité inférieure de la gamme des teneurs en oxygène et, pour une pâte contenant beaucoup d'air, le gaz ajouté peut contenir de l'oxygène vers l'extrémité supérieure de la gamme des teneurs en oxygène.
Pour régler le dosage d'oxygène de façon qu'il réponde aux conditions requises, on mesure la teneur en oxygène du gaz d'échappement qui sort par l'évent de la cuve de traitement final. En se basant sur ce dosage, on peut vérifier si l'on a obtenu un bon mélange. Les réglages peuvent s'effectuer en conséquence et le dosage incrémental peut être manipulé de manière à obtenir les meilleurs résultats.
Dans un procédé à phases multiples tel que celui décrit, on peut donc ajouter de grandes quantités totales d'oxygène par incréments à une suspension de pâte en ajoutant de petites quantités à chaque phase, conformément à la formule suivante :
Cette formule est calculée à la pression de travail de cette phase particulière.
Le dosage peut être proportionné de la même façon pour chaque phase ou encore il peut être modifié de façon à s'adapter à des conditions variables telles que les variations de la nature de la pâte ou autres conditions.
L'oxygène utilisé doit avoir une concentration en volume d'au moins 90% d'oxygène, de préférence de plus de 98%, mesurée dans les conditions standard.
La vapeur doit être de la vapeur saturée.
La pression d'injection du mélange oxygène-vapeur doit être supérieure d'environ 1 à 10 bars à la pression de la suspension de pâte. La température du mélange oxygène-vapeur, au moment de l'injection, doit être d'environ 129°C à environ 198,9°C.
Le débit d'injection du mélange oxygène-vapeur doit être compris dans l'intervalle allant d'environ 5 kg d'oxygène à environ 25 kg d'oxygène par tonne de pâte sèche.
Ainsi qu'il sera facile de le comprendre pour l'homme de l'art, il convient que les tubes et canalisations soient calorifugés de façon à retenir la chaleur.

Claims

1. procédé continu de blanchiment ou de délignification d'une pâte cellulosique dans lequel on fait passer la pâte sous pression, sous la forme d'un courant aqueux de suspension, d'une source d'alimentation dans un conduit diffuseur et mélangeur, à l'aide de moyens de pompage, à une vitesse telle que ce courant se comporte comme un liquide turbulent, puis à travers une cuve de réaction à pression, à une vitesse à laquelle la pâte prend un écoulement du type piston, et on injecte de l'oxygène, à une pression supérieure à celle de la suspension, dans la suspension circulant dans le conduit, à travers une paroi microporeuse et sous la forme de petites bulles qui se dispersent dans toute la suspension, procédé caractérisé en ce que l'oxygène est injecté dans le courant, à travers la paroi microporeuse, sous la forme d'un mélange oxygène-vapeur d'eau, de sorte que la vapeur se condense dans la suspension et chauffe cette dernière, en laissant l'oxygène sous la forme de bulles plus petites, de sorte que l'aire de surface effective de l'oxygène en contact avec la suspension est sensiblement plus grande que l'aire de surface qu'on obtiendrait en injectant de l'oxygène seul dans la suspension dans les mêmes conditions.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injection de la vapeur a pour effet de porter la température de la suspension à au moins 71,1°C.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vapeur est en outre mélangée dans la pâte, dans une phase préliminaire, entre les moyens de pompage et le diffuseur d'oxygène-vapeur d'eau, pour porter la température de la pâte de la température d'alimentation préchauffée à une température intermédiaire inférieure à la température de réaction.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vapeur est injectée et mélangée dans la pâte, en amont des moyens de pompage, pour porter cette pâte à une température d'alimentation préchauffée.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange oxygène-vapeur d'eau est préparé en envoyant au moins une proportion principale de la vapeur utilisée pour chauffer la suspension à l'oxygène juste avant l'injection dans la suspension, et en réglant continuellement la quantité de vapeur mélangée à l'oxygène en réponse à la température de la suspension.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte dans la suspension une quantité totale de vapeur qui a pour effet de porter la pâte à la température de réaction et en ce que la vapeur fournie dans le mélange oxygène-vapeur est réglée à au moins 80% de la capacité maximum de traitement de la vapeur du diffuseur tandis que le reste de la vapeur est fournie en amont du diffuseur.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'oxygène est injecté dans l'intervalle allant d'environ 5 à environ 25 kg par tonne de pâte sèche.

8. Procédé continu selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la proportion entre la vapeur et l'oxygène dans le mélange est compris dans l'intervalle allant d'environ 50 volumes de vapeur pour un volume d'oxygène à environ 400 volumes de vapeur pour un volume d'oxygène.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la dimentions des pores de la paroi microporeuse n'est pas supérieure à 100 micromètres.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le courant de suspension est refoulé, à une pression de l'intervalle allant d'environ 3,5 à environ 10,5 bars, à travers un conduit ayant une aire de section transversale dans l'intervalle allant d'environ 26 à environ 100 cm².

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le mélange oxygène-vapeur est injecté à une pression plus forte que celle de la suspension, notamment entre environ 1,4 et 14 bars.

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la température de réaction de la suspension est réglée par le réglage de la quantité de vapeur fournie dans le mélange oxygène-vapeur en réponse à la température de la suspension mesurée en aval de l'introduction du mélange oxygène-vapeur.

13. Procédé selon l'une des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que la vapeur est injectée et mélangée dans la pâte, en amont des moyens de refoulement, pour porter la pâte à une température d'alimentation préchauffée.

14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la température de réaction est dans l'intervalle allant de 71,1°C à 82,2°C.

15. Installation destinée à faire réagir un gaz contenant de l'oxygène avec une suspension de pâte cellulosique ayant une consistance de 8% à 13% et qui, au repos, est constituée par une dispersion aqueuse épaisse de fibres de pâte, pour effectuer la délignification ou le blanchiment, caractérisée en ce qu'elle comprend :
une cuve d'alimentation de la pâte (117) ;
un conduit d'injection et de mélange (123), pratiquement dépourvu d'obstruction, destiné à contenir la suspension sous la forme d'un courant qui peut circuler sensiblement librement dans ce conduit ;
une cuve de réaction (137) possédant une section transversale supérieure à celle dudit conduit (123) et reliée à ce conduit ;
des moyens permettant de refouler continuellement et à force la suspension sous pression de la cuve d'alimentation (117) au conduit (123) ;
des moyens permettant de régler la pression d'alimentation de telle manière que la suspension circulant dans le conduit (123) possède une vitesse capable de faire circuler la suspension dans ce conduit sous la forme d'un écoulement liquide turbulent et de telle manière que cette suspension prenne un écoulement de type piston dans la cuve de réaction ;
des moyens diffuseurs, qui comprennent une surface microporeuse étendue formant interface avec la suspension contenue dans le conduit, pour diffuser un gaz contenant de l'oxygène dans la suspension sous une pression supérieure à la pression d'alimentation de la pâte, pour former de cette façon une masse de petites bulles et mélanger ces bulles dans tout le volume de la suspension contenue dans le conduit, de telle manière qu'elle restent en contact avec la pâte épaisse pendant tout el temps de l'écoulement de type piston, afin de réaliser l'action de délignification ou de blanchiment ;
un raccordement de gaz aboutissant aux moyens diffuseurs ;
des moyens servant à fournir de l'oxygène aux moyens de raccordement de gaz ;
des moyens servant à fournir de la vapeur d'eau au raccordement de gaz ;
des moyens servant à régler l'alimentation en vapeur ; et
des moyens servant à récupérer la suspension traitée à sa sortie du réacteur.

16. Installation selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens servant à régler l'alimentation en vapeur répondent à la température de la suspension qui sort dudit conduit mélangeur.

17. Installation selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce qu'ell comprend des moyens servant à injecter de la vapeur dans la suspension, entre la pompe et ledit conduit mélangeur.

18. Installation selon l'une des revendications 15 à 17, caractérisé en ce qu'elle comprend un mélangeur de vapeur servant à mélanger la suspension à de la vapeur en amont de la pompe.