Mach Papier

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Procédés industriels243-841-92Mars 2003

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du

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Contenu de la présentation

• La machine à papier

• Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine

• L’arrivée des pâtes à la machine

• La formation de la feuille

• Le pressage de la feuille

• Le séchage de la feuille

• Les étapes subséquentes

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La machine à papier

Arrivée de la

pâte à la machine

Fabrication de la feuille

Pressage de la feuille

Séchage de la feuille

Calandrage

Bout humide de la machineBout humide de la machine Bout sec de la machineBout sec de la machine

Beloit

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La machine à papier

Côté avant de la machine Côté avant de la machine = côté d’opération= côté d’opération

Côté arrière de la Côté arrière de la machine = côté machine = côté

équipementéquipement

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La machine à papier• Bout humide (fonctions)

– DiluerDiluer la suspension fibreuse à une concentration assez faible pour permettre la dispersion optimales des fibres.

– DistribuerDistribuer la suspension fibreuse diluée de manière uniforme et stable dans la zone de formation.

– ComprimerComprimer le matelas fibreux pour accroître la cohésion et en diminuer la porosité.

– ExtraireExtraire, par aspiration, le plus possible d’eau contenue dans la feuille avant son passage dans la presse.

• Bout sec (fonctions)- Sécher la feuille- Uniformiser l’épaisseur de la feuille- Enrouler la feuille

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Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine

Cuvier de mélange

Cuvier de machine

Pompe de dilution

Cuvier d’eau

blanche

Cuvier des cassés

humides

Sous-sol

Ramasse-pâte

Régulateur de concentration

Pâtes


Pâtes

Étage de la machine

De la fosse sous toile (cassés humides)

Eau blanche

Pompe de mélange

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Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine

Caisse d’arrivéeÉpurateurs

Classeur

Répartiteur

Vers ramasse-pâte (cassés humides)

Table plate Caisses aspirantes

Fosse sous cylindre aspirantFosse de

pied de colonne

Cylindre aspirante

Fosse sous toile

Puits

Pompe primaire

Pompe secondaire

Caisse à niveau constant

Adjuvants

Pâte

Eau blanche

Vanne de contrôle du grammage

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Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine• Régulateurs de concentration

– différence de viscosité différence de concentration

– Viscosité dépend de : • Nature de la pâte• Température• Concentration en fibres

– Méthodes de mesure de la viscosité• Frottement sur une paroi• Frottement sur un élément rotatif• Pression due à un élément stationnaire

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Le c

hem

inem

en

t d

es

pâte

savant

l’arr

ivée à

la m

ach

ine

Cuvier de mélange

Cuvier de machine

Pompe de dilution

Cuvier d’eau

blanche

Cuvier des cassés

humides

Sous-sol

Ramasse-pâte


Pâtes

Régulateur de

concentration

Pâtes

Étage de la machine

De la fosse sous toile (cassés humides)

Eau blanche

Pompe de

mélange

• Contrôle du grammage– Contrôlé par dilution de la pâte

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• Les répartiteurs– Assure une distribution uniforme de la pâte

sur toute la largeur de la caisse d’arrivée.

Machines lentes Machines rapides

Le c

hem

inem

en

t d

es

pâte

savant

l’arr

ivée à

la m

ach

ine

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L’arrivée des pâtes à la machine• Rôle de la caisse d’arrivée :

– fournir une alimentation homogène et constante de la suspension fibreuse sur toute la largeur de la machine.

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L’arrivée des pâtes à la machine

• Concept des caisses d’arrivée basé sur l’équation de Bernouilli.

hgV 2V = vitesse du jet en cm/sh = hauteur de la pâte dans la caisse en cmg = accélération gravitationnelle (981 cm/s2)

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L’arrivée des pâtes à la machine

Caisse d’arrivée ouverte

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La formation de la feuille

• 3 principaux types de « former »– La table plate ou machine de Fourdrinier– La forme ronde– La double toile

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La formation de la feuilleTable plate (Fourdrinier)

Table plate ou légèrement inclinée qui comporte une toile sur laquelle une face de la suspension fibreuse demeure au contact de l’air. C’est le type le plus répandu dans l’industrie papetière.

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• Table plate (Fourdrinier)

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La formation de la feuille• Table plate (Fourdrinier)

– Rouleau de tête :Rouleau de tête : Rouleau de gros diamètre autour duquel tourne la toile, du côté ou le jet se déverse sur la toile.

– Marbre :Marbre : Destiné à soutenir la toile au point d’impact du jet sur la toile. Sert également à retarder l’égouttage initial de façon à éviter que les éléments fins soient entraînés massivement à la travers la toile au début de la formation de la feuille.

– Racles d’égouttage :Racles d’égouttage : Permettre l’égouttage avec une dépression plus faible.

– Caisses aspirantes :Caisses aspirantes : Vider les pores et les capillaires de la feuille. À l’arrivée des caisses aspirantes, la concentration du matelas est de 1,5 à 3%.

– Pontuseaux :Pontuseaux : Éliminer l’eau par succion et fixer la structure de la feuille tout en soutenant la toile. Tubes creux en bronze, en acier ou en aluminium revêtus de caoutchouc ou de fibres de verre pour faciliter l’égouttage et éviter l’usure de la toile.

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Caisses aspirantes en

montage séparé

Exemple des profils d’égouttage donné par trois types d’organe d’égouttage

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La forme ronde• Recouverte d’une toile dont la zone de

formation est généralement immergée. Elle est surtout utilisée pour la fabrication des cartons.

• Types de forme ronde :– Classiques :

• À contre-courant• À courant direct• À bas sec

– Modernes : • Rotoformer• Tampella• Hydraulique Beloit

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La formation de la feuilleÀ contre-À contre-courantcourant

RotoformerRotoformer

Ronde hydraulique BeloitRonde hydraulique Beloit

Formeur TampellaFormeur Tampella

À bac secÀ bac sec

À courant directÀ courant direct

Les formes rondes

Les formes rondes

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La formation de la feuille• Former double toile :

– Constitué de deux toiles qui emprisonnent le jet de pâte.

Système d’arrivée Verti-FormaSystème d’arrivée Verti-Forma

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Système d’arrivée Bel-Baie IISystème d’arrivée Bel-Baie II

Double toileSystème d’arrivée PapriformerSystème d’arrivée Papriformer

Système d’arrivéeSystème d’arrivéePeriformerPeriformer

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Double toile

Système d’arrivée InverformSystème d’arrivée Inverform

Évolution des formeurs supérieurs de la double toile InverformÉvolution des formeurs supérieurs de la double toile Inverform


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Le pressage de la feuilleButs du pressage :

• Réduire davantage la teneur en haut de la feuille;

• Consolider la structure du matelas fibreux.

La teneur en eau à l’étape de pressage s’exprime habituellement en concentration ou en pourcentage de siccité.

• Entrée des presses Siccité entre 18 à 25%

• Sortie des presses Siccité entre 36 et 44%

Consiste à exprimer l’eau de la feuille en contacte avec un feutre dans la pince formée par les deux rouleaux de la presse.

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Le pressage de la feuilleInstallation de pressage à passage direct et à prise automatiqueInstallation de pressage à passage direct et à prise automatique

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Le pressage de la feuilleInstallation de pressage à passage direct et à première presse inverséeInstallation de pressage à passage direct et à première presse inversée

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Le pressage de la feuilleInstallation de pressage sans tirage avec presse à trois pincesInstallation de pressage sans tirage avec presse à trois pinces

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Le séchage de la feuille• Section la plus coûteuse de la machine

– Investissement et exploitation• Phase la plus difficile à conduire• Nécessite des connaissances sur la théorie relative à l’air

humide et aux échanges de chaleur.– Siccité– Transfert de chaleur– Transfert de masse– Chaleur :

• Chaleur spécifique• Chaleur latente• Enthalpie

– Air :• Composition de l’air• Pression atmosphérique• Humidité relative

– Pression de vapeur saturante– Évaporation de l’eau de la feuille

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Le séchage de la feuille

• Notions essentielles– Siccité : Teneur en matière sèche

de la feuille• À la sortie des presses :

Siccité = environ 40%• Aux fins commerciales : Siccité =

90%• Le séchage consiste à chauffer

la feuille afin de vaporiser l’eau présente.

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• Transfert de chaleur :Transfert de chaleur : Transfert d’énergie thermique provoqué par une différence de température.– Conduction : transfert de chaleur entre deux

corps en contact.• Ex. : Cylindre sécheur chauffé à la vapeur qui transmet,

par l’intermédiaire de sa paroi métallique, sa chaleur à la feuille.

– Convection : transfert de chaleur par via un liquide

• Ex. : Diriger des masses d’air chaud sur la feuille humide

– Radiation : transfert de chaleur via une source de rayonnement électrique.

• Ex. : Source de rayonnement placée à une certaine distance de la feuille.

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Le séchage de la feuille• Transfert de masseTransfert de masse

– Par suite de son échauffement, l’eau contenue dans la feuille se transforme en vapeur et se dilue dans l’air ambiant.

– Il s’agit essentiellement d’un phénomène de diffusion à travers la feuille, qui est causé par la différence de pression de vapeur entre l’eau de la feuille et l’air ambiant.

– Pression de vapeur de la feuille est fonction de: • température de la feuille• capacité du mouvement de l’eau dans la feuille.

– Pression de vapeur partielle de l’air est fonction de :

• teneur en eau de l’air– Pour diminuer la teneur en eau de l’air on utilise

généralement de la ventilation forcée.

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Le séchage de la feuille• Chaleur :

– Chaleur spécifique :Chaleur spécifique : quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1oC la température de 1g d’un corps.

• Ex. : il faut 1000 calories (4 187 ) Joules pour que 1kg d’eau passe de 14,5 à 15,5oC à la pression atmosphérique.

Chaleur spécifique de l’eau : 1 (référence = 4 187 J/kg/oC)

– Chaleur latente :Chaleur latente : quantité de chaleur qu’il faut fournir à un corps pour que 1g change d’état sans changement de température.

• Ex. : il faut 539 calories pour que 1g d’eau s’évapore à 100oCPendant toute la vaporisation du liquide, la

température demeure à 100oC.– Enthalpie :Enthalpie :

Somme de l’énergie interne d’un corps X sa pression X son volume

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• Air :– Pression atmosphérique :Pression atmosphérique : 100kPa au niveau

de la mer– Humidité relative :Humidité relative : L’air utilisé pour sécher la

feuille est chauffé afin qu’il puisse absorber le plus de vapeur possible.

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Le séchage de la feuille• L’évaporation de l’eau de la feuille

– Réchauffement :Réchauffement : Courte phase pendant laquelle s’établit un équilibre entre la chaleur fournie par la vapeur et la chaleur absorbée par la feuille.

– Taux constant d’évaporation :Taux constant d’évaporation : Phase plateau; l’eau quitte les pores de la feuille. Le taux d’évaporation est déterminé par l’équilibre entre la chaleur transmise à la feuille et l’absorption de la vapeur par l’air.

– Taux décroissant d’évaporation :Taux décroissant d’évaporation : À partir d’une siccité d’environ 60 à 79%, le taux d’évaporation diminue rapidement, car les liens mécaniques eau-fibres qu’il restent à briser sont de plus en plus forts. Le taux d’évaporation décroît en fonction de la finesse des capillaires contenant encore de l’eau.

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• L’évaporation de l’eau de la feuille

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• Méthodes de séchage :– Sécherie multicylindrique;– Sécherie monocylindrique;– Séchage par convection interne;– Séchage par air porteur;– Séchage par rayonnement.

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• Sécherie multicylindrique– Composée généralement de deux

rangées superposées de cylindres creux en fonte ou en acier qui sont chauffés à la vapeur. Grâce à des feutres sécheurs, la feuille passe successivement d’un cylindre supérieur à un cylindre inférieur. Les feutres sont disposés de telle sorte qu’ils gardent la feuille en contact avec les cylindres sécheurs sur les deux tiers de la surface de ces derniers.

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• Sécherie monocylindrique– Composée d’un gros cylindre (sécheur

Yankee) sur lequel la feuille est plaquée et dont elle est détachée au moyen d’un docteur qui sert simultanément au crêpage du papier.

– Utilisée pour du papier sanitaire et domestique, papier de soie et papier d’emballage mince (papiers de faible grammage).

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• Séchage par convection interne– De l’air chaud est soufflé au travers de

la feuille, provoquant l’évaporation de l’eau sur les surfaces internes en balayant les pores du papier.

– Trois types :• Séchoir à convection interne• Séchoir Papridryer• Séchoir Hi-Flux

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Séchoir à convection interne : Séchoir à convection interne : • L’air est introduit à l’intérieur d’un cylindre métallique

perforé et soufflé sous pression supérieure à la pression atmosphérique. La feuille est plaquée sur le cylindre par un feutre ou une toile. L’air est chauffé jusqu’à environ 260oC.

• Utilisé pour des papiers poreux : filtres, essuie-tout

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Séchoir Papridryer : Séchoir Papridryer : • L’air est soufflé sur la feuille à la pression atmosphérique et

aspiré à l’intérieur d’un cylindre perforé qui porte la feuille.• Utilisé pour des papiers très poreux.

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Séchoir Hi-Flux (expérimental) : Séchoir Hi-Flux (expérimental) : • Deux toiles métalliques, maintenues à des températures

élevées (200 à 300oC) par des rouleaux soufflants, viennent prendre la feuille humide en sandwich. Ces toiles métalliques cèdent à la feuille une partie de leur chaleur sensible (par contact).

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• Séchage par air porteur– Mode de séchage par convection où l’air chaud transmet des

calories au papier, absorbe la vapeur d’eau, supporte la feuille et participe éventuellement à son déplacement.

– Utilisé pour les papiers kraft destinés à la fabrication des sacs.

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• Séchage par rayonnement– Utilisation d’ondes infra-rouge ou de micro-ondes.– Utilisé en fin se sécherie pour la correction

automatique du profil d’humidité.

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Les opérations subséquentes

• Le calandrage ou supercalandrage• L’enroulage et le bobinage• Le finissage• L’expédition

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FonctionsFonctionsCorrection de la densité, de l’épaisseur,

du profil et du fini de la feuille

Le calandrage

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Le supercalandrage

Utilisée pour les papiers d’impression de haute qualité qui requièrent un fini de surface très lisse et brillant.

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L’enroulage et le bobinage

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• Le finissage et l’expédition

Technology

Mach Papier