Un bref historique et une perspective du raffinage à faible consistance

Source de l'image : ANDRITZ

Martin Fairbank
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Au début, la pâte était battue avec des bâtons. Cette méthode n'est utilisée aujourd'hui que pour certaines fibres non ligneuses exotiques, ou pour un intérêt historique.

Les batteurs commerciaux, développés vers 1680 aux Pays-Bas (qui sont connus sous le nom de batteurs « Hollander »), contiennent une roue avec des barres attachées, qui tourne dans une cuve de forme ovale pleine de pâte. L'écart entre les barres et le fond de la cuve peut être modifié pour modifier l'intensité du battement. En plus de mélanger la pâte et de séparer les faisceaux de fibres, le battage et son successeur, le raffinage, développé et breveté pour la première fois en 1858 aux États-Unis, peut éliminer la paroi primaire des fibres, permettre le gonflement des fibres par l'absorption d'eau, augmenter la flexibilité des fibres et fibriller les fibres à l'extérieur. Il en résulte une surface plus élevée, entraînant une augmentation des liaisons d'hydrogène et une résistance accrue.

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Si vous avez rejoint l'industrie des pâtes et papiers au XXIe siècle et que vous travaillez dans une grande usine, vous n'avez peut-être jamais vu un batteur. Aujourd'hui, le raffinage des pâtes chimiques, semi-chimiques et recyclées est effectué par des raffineurs à disques de faible consistance ou des raffineurs coniques fonctionnant à une consistance de 3 à 5 %. La pâte est pompée entre des surfaces rotatives contenant des barres, ce qui est une méthode beaucoup plus économique en énergie pour développer la résistance de la pâte que le battage.

Avec les tendances observées dans l'industrie telles que l’augmentation du contenu en matières recyclées et la diminution des poids de base, ainsi que l'importance de l'efficacité énergétique et des économies de coûts, votre système de raffinage à faible consistance pourrait contribuer à réaliser ces objectifs, en appliquant certains développements technologiques récents.

Raffinage de faible intensité

De nombreuses théories ont été développées pour expliquer le développement des fibres dans un raffineur. En 1958, le concept de charge spécifique aux arêtes a été développé. Il s’agit d’une mesure de l'intensité du raffinage, ou de l'énergie par unité de longueur des croisements de barres dans le raffineur. Bien que cette théorie ne tienne pas compte de nombreux facteurs, tels que l'apport d'énergie en un seul passage, la largeur de la barre, l'écart des plaques, la consistance du raffinage et l'usure des plaques, la charge spécifique aux arêtes peut être calculé afin de comparer l'effet de différents modèles de plaques. Cela a conduit au développement du raffinage à très faible intensité, où l'idée est de développer une résistance à la traction avec un minimum de dommages à la longueur des fibres et à la résistance à la déchirure.

Le raffinage à très faible intensité est effectué en prévoyant un nombre plus élevé de croisements de barres par tour des plaques de raffinage. Une façon d'y parvenir est d'utiliser des plaques de raffinage en porte-à-faux, c'est-à-dire des plaques de raffinage de plus grand diamètre au sein du même raffineur, mais cela est limité par le diamètre du boîtier du raffineur et le flux de stock réalisable. L'autre moyen majeur de fournir plus de croisements de barres est d'utiliser des barres plus fines. Il s'agit d'une opportunité limitée lors de l'utilisation de plaques de coulée conventionnelles fabriquées en versant du métal fondu dans des moules, en raison de la difficulté d'obtenir la structure fine requise.

À la fin des années 1990, une nouvelle façon de fabriquer des plaques de raffinage a été développée et brevetée par AFT, en assemblant des plaques en acier inoxydable découpées avec précision et en les fusionnant pour fabriquer une plaque de raffinage. Cela permet non seulement de produire des barres très fines, mais aussi de produire des plaques plus résistantes et plus durables. Par rapport au raffinage d'intensité plus élevée, ces plaques peuvent souvent entraîner une pâte plus résistante, une pâte plus volumineuse au même niveau d’égouttage, une réduction des besoins en énergie pour atteindre une valeur cible d’indice d’égouttage et une plus longue durée de vie des plaques, mais pas nécessairement tous en même temps. D'autres économies de coûts peuvent être réalisables en raison de la possibilité d'utiliser moins de pâte de renforcement ou d'additifs à la pâte tels que l'amidon.

Par contre, l'élaboration d'une stratégie de raffinage à très faible intensité demande beaucoup de patience et de planification. Bien que les plaques puissent être conçues sur mesure, il peut être difficile de comparer le fonctionnement des plaques du raffineur dans des conditions de fonctionnement identiques. La durée de vie des plaques se mesure en mois, de sorte que les progrès peuvent être très lents.

Contrôle du raffinage de faible consistance

Le raffinage est généralement contrôlé pour atteindre une valeur cible d’indice d'égouttage en faisant varier l'énergie spécifique, mais les essais d'égouttage manuels ne sont généralement effectués que toutes les quelques heures, trop peu fréquents pour un contrôle en boucle fermée. Les variations de la qualité de la pâte entrante, telles que différents lots de fibres recyclées, le mélange d’essences de bois, les conditions de fabrication de la pâte et les paramètres de blanchiment, sont généralement beaucoup plus rapides que cela, de sorte que l'énergie de raffinage ne peut être ajustée qu'en réponse aux tendances à plus long terme. Ces dernières années, des appareils d’essai d'égouttage en ligne qui peuvent fournir des résultats d'égouttage plus fréquents ont été développés pour un contrôle plus étroit.

Bien que le contrôle de l’indice d’égouttage soit important pour garder l’égouttage constant sur la machine à papier et pour la performance de la machine, c'est un mauvais moyen de mesurer ce qui arrive réellement à la pâte, car un faible indice d’égouttage peut être obtenu soit en fibrillant la fibre (souhaitable), soit en réduisant la longueur de la fibre (indésirable pour la résistance à la déchirure). Le contrôle avancé du raffinage à faible consistance peut être obtenu par une combinaison d'échantillonnage en ligne, de mesure de plusieurs paramètres de qualité des fibres et de contrôle prédictif par modèle à l'aide des données générées par l'analyse de la qualité des fibres.

En résumé, les usines de papier et de carton qui ont des raffineurs à faible consistance peuvent être en mesure d'appliquer une technologie de pointe pour améliorer la qualité des produits et réduire les coûts, mais cela nécessite une stratégie à long terme et beaucoup de patience.


Martin Fairbank a travaillé dans le domaine de la foresterie pendant 31 ans, y compris de nombreuses années pour un producteur de pâtes et papier et deux ans avec Ressources Naturelles Canada. Détenteur d'un PhD en chimie et d'une expérience en amélioration de procédés, développement de produits, gestion d'énergie et de production rentable, Martin est actuellement un conseiller indépendant basé à Montréal. Il est également écrivain et a publié récemment Resolute Roots qui relate les 200 ans d'histoire de la compagnie Produits forestiers Résolu et de ses prédécesseurs.

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