Mach Papier

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  • Mach Papier

    1. 1. Procédés industriels 243-841-92 Mars 2003 La fabrication du papier
    2. 2. Contenu de la présentation <ul><li>La machine à papier </li></ul><ul><li>Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine </li></ul><ul><li>L’arrivée des pâtes à la machine </li></ul><ul><li>La formation de la feuille </li></ul><ul><li>Le pressage de la feuille </li></ul><ul><li>Le séchage de la feuille </li></ul><ul><li>Les étapes subséquentes </li></ul>
    3. 3. 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 machine Bout sec de la machine Beloit
    4. 4. La machine à papier Côté avant de la machine = côté d’opération Côté arrière de la machine = côté équipement
    5. 5. La machine à papier <ul><li>Bout humide (fonctions) </li></ul><ul><ul><li>Diluer la suspension fibreuse à une concentration assez faible pour permettre la dispersion optimales des fibres. </li></ul></ul><ul><ul><li>Distribuer la suspension fibreuse diluée de manière uniforme et stable dans la zone de formation. </li></ul></ul><ul><ul><li>Comprimer le matelas fibreux pour accroître la cohésion et en diminuer la porosité. </li></ul></ul><ul><ul><li>Extraire , par aspiration, le plus possible d’eau contenue dans la feuille avant son passage dans la presse. </li></ul></ul><ul><li>Bout sec (fonctions) </li></ul><ul><ul><li>Sécher la feuille </li></ul></ul><ul><ul><li>Uniformiser l’épaisseur de la feuille </li></ul></ul><ul><ul><li>Enrouler la feuille </li></ul></ul>
    6. 6. 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 Régulateur de concentration Pâtes Étage de la machine De la fosse sous toile (cassés humides) Eau blanche Pompe de mélange
    7. 7. Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine Caisse d’arrivée Épurateurs Classeur Répartiteur Vers ramasse-pâte (cassés humides) Table plate Caisses aspirantes Fosse sous cylindre aspirant Fosse 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
    8. 8. Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine <ul><li>Régulateurs de concentration </li></ul><ul><ul><li>différence de viscosité différence de concentration </li></ul></ul><ul><ul><li>Viscosité dépend de : </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Nature de la pâte </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Température </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Concentration en fibres </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Méthodes de mesure de la viscosité </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Frottement sur une paroi </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Frottement sur un élément rotatif </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Pression due à un élément stationnaire </li></ul></ul></ul>
    9. 9. Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine <ul><li>Contrôle du grammage </li></ul><ul><ul><li>Contrôlé par dilution de la pâte </li></ul></ul>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 Régulateur de concentration Pâtes Étage de la machine De la fosse sous toile (cassés humides) Eau blanche Pompe de mélange
    10. 10. <ul><li>Les répartiteurs </li></ul><ul><ul><li>Assure une distribution uniforme de la pâte sur toute la largeur de la caisse d’arrivée. </li></ul></ul>Le cheminement des pâtes avant l’arrivée à la machine Machines lentes Machines rapides
    11. 11. L’arrivée des pâtes à la machine <ul><li>Rôle de la caisse d’arrivée : </li></ul><ul><ul><li>fournir une alimentation homogène et constante de la suspension fibreuse sur toute la largeur de la machine. </li></ul></ul>
    12. 12. L’arrivée des pâtes à la machine <ul><li>Concept des caisses d’arrivée basé sur l’équation de Bernouilli. </li></ul>V = vitesse du jet en cm/s h = hauteur de la pâte dans la caisse en cm g = accélération gravitationnelle (981 cm/s 2 )
    13. 13. L’arrivée des pâtes à la machine Caisse d’arrivée ouverte
    14. 14. La formation de la feuille <ul><li>3 principaux types de « former » </li></ul><ul><ul><li>La table plate ou machine de Fourdrinier </li></ul></ul><ul><ul><li>La forme ronde </li></ul></ul><ul><ul><li>La double toile </li></ul></ul>
    15. 15. La formation de la feuille Table 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.
    16. 16. La formation de la feuille <ul><li>Table plate (Fourdrinier) </li></ul>
    17. 17. La formation de la feuille <ul><li>Table plate (Fourdrinier) </li></ul><ul><ul><li>Rouleau de tête : Rouleau de gros diamètre autour duquel tourne la toile, du côté ou le jet se déverse sur la toile. </li></ul></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul><ul><ul><li>Racles d’égouttage : Permettre l’égouttage avec une dépression plus faible. </li></ul></ul><ul><ul><li>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%. </li></ul></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul>
    18. 18. La formation de la feuille Caisses aspirantes en montage séparé Exemple des profils d’égouttage donné par trois types d’organe d’égouttage
    19. 19. La formation de la feuille <ul><li>La forme ronde </li></ul><ul><li>Recouverte d’une toile dont la zone de formation est généralement immergée. Elle est surtout utilisée pour la fabrication des cartons. </li></ul><ul><li>Types de forme ronde : </li></ul><ul><ul><li>Classiques : </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>À contre-courant </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>À courant direct </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>À bas sec </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Modernes : </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Rotoformer </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Tampella </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Hydraulique Beloit </li></ul></ul></ul>
    20. 20. La formation de la feuille À contre-courant Rotoformer Ronde hydraulique Beloit Formeur Tampella À bac sec À courant direct Les formes rondes
    21. 21. La formation de la feuille <ul><li>Former double toile : </li></ul><ul><ul><li>Constitué de deux toiles qui emprisonnent le jet de pâte. </li></ul></ul>Système d’arrivée Verti-Forma
    22. 22. La formation de la feuille Système d’arrivée Bel-Baie II Double toile Système d’arrivée Papriformer Système d’arrivée Periformer
    23. 23. La formation de la feuille Double toile Système d’arrivée Inverform Évolution des formeurs supérieurs de la double toile Inverform
    24. 24. Le pressage de la feuille <ul><li>Buts du pressage : </li></ul><ul><li>Réduire davantage la teneur en haut de la feuille; </li></ul><ul><li>Consolider la structure du matelas fibreux. </li></ul>La teneur en eau à l’étape de pressage s’exprime habituellement en concentration ou en pourcentage de siccité. <ul><li>Entrée des presses  Siccité entre 18 à 25% </li></ul><ul><li>Sortie des presses  Siccité entre 36 et 44% </li></ul>Consiste à exprimer l’eau de la feuille en contacte avec un feutre dans la pince formée par les deux rouleaux de la presse.
    25. 25. Le pressage de la feuille Installation de pressage à passage direct et à prise automatique
    26. 26. Le pressage de la feuille Installation de pressage à passage direct et à première presse inversée
    27. 27. Le pressage de la feuille Installation de pressage sans tirage avec presse à trois pinces
    28. 28. Le séchage de la feuille <ul><li>Section la plus coûteuse de la machine </li></ul><ul><ul><li>Investissement et exploitation </li></ul></ul><ul><li>Phase la plus difficile à conduire </li></ul><ul><li>Nécessite des connaissances sur la théorie relative à l’air humide et aux échanges de chaleur. </li></ul><ul><ul><li>Siccité </li></ul></ul><ul><ul><li>Transfert de chaleur </li></ul></ul><ul><ul><li>Transfert de masse </li></ul></ul><ul><ul><li>Chaleur : </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Chaleur spécifique </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Chaleur latente </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Enthalpie </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Air : </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Composition de l’air </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Pression atmosphérique </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Humidité relative </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Pression de vapeur saturante </li></ul></ul><ul><ul><li>Évaporation de l’eau de la feuille </li></ul></ul>
    29. 29. Le séchage de la feuille <ul><li>Notions essentielles </li></ul><ul><ul><li>Siccité : Teneur en matière sèche de la feuille </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>À la sortie des presses : Siccité = environ 40% </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Aux fins commerciales : Siccité = 90% </li></ul></ul></ul><ul><li>Le séchage consiste à chauffer la feuille afin de vaporiser l’eau présente. </li></ul>
    30. 30. Le séchage de la feuille <ul><li>Transfert de chaleur : Transfert d’énergie thermique provoqué par une différence de température. </li></ul><ul><ul><li>Conduction : transfert de chaleur entre deux corps en contact. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ex. : Cylindre sécheur chauffé à la vapeur qui transmet, par l’intermédiaire de sa paroi métallique, sa chaleur à la feuille. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Convection : transfert de chaleur par via un liquide </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ex. : Diriger des masses d’air chaud sur la feuille humide </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Radiation : transfert de chaleur via une source de rayonnement électrique. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ex. : Source de rayonnement placée à une certaine distance de la feuille. </li></ul></ul></ul>
    31. 31. Le séchage de la feuille <ul><li>Transfert de masse </li></ul><ul><ul><li>Par suite de son échauffement, l’eau contenue dans la feuille se transforme en vapeur et se dilue dans l’air ambiant. </li></ul></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul><ul><ul><li>Pression de vapeur de la feuille est fonction de: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>température de la feuille </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>capacité du mouvement de l’eau dans la feuille. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Pression de vapeur partielle de l’air est fonction de : </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>teneur en eau de l’air </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Pour diminuer la teneur en eau de l’air on utilise généralement de la ventilation forcée. </li></ul></ul></ul></ul>
    32. 32. Le séchage de la feuille <ul><li>Chaleur : </li></ul><ul><ul><li>Chaleur spécifique : quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1 o C la température de 1g d’un corps. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ex. : il faut 1000 calories (4 187 ) Joules pour que 1kg d’eau passe de 14,5 à 15,5 o C à la pression atmosphérique. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Chaleur spécifique de l’eau : 1 (référence = 4 187 J/kg/ o C) </li></ul></ul><ul><ul><li>Chaleur latente : quantité de chaleur qu’il faut fournir à un corps pour que 1g change d’état sans changement de température. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ex. : il faut 539 calories pour que 1g d’eau s’évapore à 100 o C Pendant toute la vaporisation du liquide, la température demeure à 100 o C. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Enthalpie : Somme de l’énergie interne d’un corps X sa pression X son volume </li></ul></ul>
    33. 33. Le séchage de la feuille <ul><li>Air : </li></ul><ul><ul><li>Pression atmosphérique : 100kPa au niveau de la mer </li></ul></ul><ul><ul><li>Humidité relative : L’air utilisé pour sécher la feuille est chauffé afin qu’il puisse absorber le plus de vapeur possible. </li></ul></ul>
    34. 34. Le séchage de la feuille <ul><li>L’évaporation de l’eau de la feuille </li></ul><ul><ul><li>Réchauffement : Courte phase pendant laquelle s’établit un équilibre entre la chaleur fournie par la vapeur et la chaleur absorbée par la feuille. </li></ul></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul>
    35. 35. Le séchage de la feuille <ul><li>L’évaporation de l’eau de la feuille </li></ul>
    36. 36. Le séchage de la feuille <ul><li>Méthodes de séchage : </li></ul><ul><ul><li>Sécherie multicylindrique; </li></ul></ul><ul><ul><li>Sécherie monocylindrique; </li></ul></ul><ul><ul><li>Séchage par convection interne; </li></ul></ul><ul><ul><li>Séchage par air porteur; </li></ul></ul><ul><ul><li>Séchage par rayonnement. </li></ul></ul>
    37. 37. Le séchage de la feuille <ul><li>Sécherie multicylindrique </li></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul>
    38. 38. Le séchage de la feuille
    39. 39. Le séchage de la feuille <ul><li>Sécherie monocylindrique </li></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul><ul><ul><li>Utilisée pour du papier sanitaire et domestique, papier de soie et papier d’emballage mince (papiers de faible grammage). </li></ul></ul>
    40. 40. Le séchage de la feuille
    41. 41. Le séchage de la feuille <ul><li>Séchage par convection interne </li></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul><ul><ul><li>Trois types : </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Séchoir à convection interne </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Séchoir Papridryer </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Séchoir Hi-Flux </li></ul></ul></ul>
    42. 42. Le séchage de la feuille <ul><li>Séchoir à convection interne : </li></ul><ul><li>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 260 o C. </li></ul><ul><li>Utilisé pour des papiers poreux : filtres, essuie-tout </li></ul>
    43. 43. Le séchage de la feuille <ul><li>Séchoir Papridryer : </li></ul><ul><li>L’air est soufflé sur la feuille à la pression atmosphérique et aspiré à l’intérieur d’un cylindre perforé qui porte la feuille. </li></ul><ul><li>Utilisé pour des papiers très poreux. </li></ul>
    44. 44. Le séchage de la feuille <ul><li>Séchoir Hi-Flux (expérimental) : </li></ul><ul><li>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). </li></ul>
    45. 45. Le séchage de la feuille <ul><li>Séchage par air porteur </li></ul><ul><ul><li>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. </li></ul></ul><ul><ul><li>Utilisé pour les papiers kraft destinés à la fabrication des sacs. </li></ul></ul>
    46. 46. Le séchage de la feuille <ul><li>Séchage par rayonnement </li></ul><ul><ul><li>Utilisation d’ondes infra-rouge ou de micro-ondes. </li></ul></ul><ul><ul><li>Utilisé en fin se sécherie pour la correction automatique du profil d’humidité. </li></ul></ul>
    47. 47. Les opérations subséquentes <ul><li>Le calandrage ou supercalandrage </li></ul><ul><li>L’enroulage et le bobinage </li></ul><ul><li>Le finissage </li></ul><ul><li>L’expédition </li></ul>
    48. 48. Les opérations subséquentes <ul><li>Le calandrage </li></ul>Fonctions Correction de la densité, de l’épaisseur, du profil et du fini de la feuille
    49. 49. Les opérations subséquentes <ul><li>Le supercalandrage </li></ul>Utilisée pour les papiers d’impression de haute qualité qui requièrent un fini de surface très lisse et brillant.
    50. 50. Les opérations subséquentes <ul><li>L’enroulage et le bobinage </li></ul>
    51. 51. Les opérations subséquentes <ul><li>Le finissage et l’expédition </li></ul>

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